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FABIANA APARECIDA DE LIMA

EMPREGO DE NANOPARTÍCULAS SÓLIDAS NA LIBERAÇÃO DE

FÁRMACOS POUCO SOLÚVEIS

Trabalho de conclusão de curso apresentado ao curso de Farmácia, Setor de Ciências da Saúde, Universidade Federal do Paraná.

Orientador (a): Dra. Letícia Norma Carpentieri Rodrigues

CURITIBA

2008

2

SUMÁRIO

Lista de Abreviaturas e Siglas

Lista de Figuras

Lista de Tabelas

Resumo

Abstract

I INTRODUÇÃO .........................................................................01

II REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ................................................. 03

2.1 Conceitos Fundamentais sobre nanotecnologia.........................03

2.2 Nanotecnologia no Campo Farmacêutico ..................................06

2.2.1 Preparação de Nanopartículas .................................................08

2.2.2 Polímeros Biodegradáveis ........................................................11

2.2.3 Caracterização de Nanopartículas ...........................................12

2.2.4 Estabilidade das Nanopartículas Poliméricas ......................... 21

2.3 Aplicações da Nanotecnologia no campo farmacêutico..............23

III CONCLUSÃO ...........................................................................27

IV REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ........................................28

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LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

nm nanômetro

N&N Nanotecnologia & Nanociência

PCA Precipitação com fluido supercrítico

RESS Expansão rápida sob uma interface líquido-gás

SFL Congelamento por atomização em líquido

EPAS Precipitação por evaporação em solução aquosa

SPM Scanning probe microscopy

STM Scanning tunneling microscopy

AFM Atomic force microscopy

SEM Scanning electronic microscopy

TEM Transmission electron microscopy

HM High resolution optic microscopy

PCM Phases constrast microscopy

FIM Field ion microscope

MFM Magnetic force microscopy

NSOM Near field scanning microscopy

PCL Poli (caprolactona)

PLA Poli (ácido lático)

PLGA Poli (ácido lático-co-glicólico)

PVP Polivinil pirrolidona

psi pound per square inch (libra por polegada quadrada). Unidade de pressão no sistema inglês/americano: Psi x 0,07 = Bar; Bar x 14,3 = Psi

bar 1 bar = 106 bárias. Bária é unidade de pressão no sistema c,g,s e vale uma dyn/cm2

SThM Scanning thermal microscopy

SICM Scanning ion-conditance microscopy

SCM Scanning capacitance microscopy.

REM Reflection electron micoscopy

TGI Trato gastrintestinal

4

LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Espacialização da escala nanométrica.....................................................

06

Figura 2. Representação esquemática de nanocápsulas e nanoesferas

poliméricas: a) fármaco dissolvido no núcleo oleoso das nanocápsulas; b)

fármaco adsorvido à parede polimérica das nanocápsulas; c) fármaco retido na

matriz polimérica das nanoesferas; d) fármaco adsorvido ou disperso

molecularmente na matriz polimérica das nanoesferas)..........................................

07

Figura 3. Comparação da resolução de diferentes tipos de microscópios. STM,

microscópio de varredura por tunelamento (área sombreada); HM – microscópio

óptico de alta resolução; PCM: microscópio de contraste de fases; (S) TEM,

microscópio de transmissão eletrônica (de varredura); SEM: microscópio de

varredura eletrônica; REM: microscópio de reflexão eletrônica e FIM:

microscópio de feixes iônicos..................................................................................

14

Figura 4. Representação de duas aplicações terapêuticas dos nanoimãs ................

24

5

LISTA DE TABELAS

Tabela 1. Sistema de classificação biofarmacêutica................................................ 01

Tabela 2. Cronologia de fatos importantes na história da

nanotecnologia........................................................................................................

04

Tabela 3. Exemplos de aplicações da Nanotecnologia............................................

05

Tabela 4. Comparação entre as diferentes características do microscópio óptico,

o SEM e o AFM ......................................................................................................

14

Tabela 5. Resolução típica das diferentes técnicas de microscopia de varredura

por sonda (SPM).....................................................................................................

15

6

RESUMO

Paralelamente à permeabilidade nas membranas biológicas, a

solubilidade/dissolução constitui-se em fator essencial para efetividade dos fármacos

independente da via de administração. Tal fato é considerado um desafio para a

indústria farmacêutica já que mais de 40% das substâncias ativas hoje investigadas

apresentam-se insolúveis ou pouco solúveis. A dissolução de um fármaco é função da

sua solubilidade intrínseca e do tamanho da partícula. A redução do tamanho da

partícula em escala micrométrica ou nanométrica, de acordo com a equação de Noyes-

Whitney, conduz a um aumento da área de superfície das partículas e,

conseqüentemente, ao aumento da biodisponibilidade. Os materiais e sistemas

nanoestruturados exibem propriedades e fenômenos físicos, químicos e/ou biológicos

significativamente novos e modificados devido à sua escala nanométrica. Explorar estas

propriedades por meio de controle de estruturas e dispositivos em níveis atômico,

molecular e supramolecuar e aprender a fabricar e usar estes dispositivos de maneira

eficiente e, além de manter a estabilidade de interfaces e a integração dessas

nanoestruturas em escala micrométrica e macroscópica é a chave para o progresso da

nanotecnologia.

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ABSTRACT

Parallel the permeability in the biological membranes, the solubility/dissolution

constitutes essential factor for effectiveness of the drugs independent of the

administration way. Such fact has constituted a challenge for the pharmaceutical

industry since more than 40% of active substances today investigated are presented

insoluble or little soluble. The dissolution of a drug is function of its intrinsic solubility

and its size of particle. The reduction of the size of the particle in micrometric or

nanometric scale, in accordance with the equation of Noyes-Whitney, then leads to an

increase of the area of surface of particles and increase of the bioavailable. The

nanoparticles materials and systems show properties and physical, chemical and/or

biological phenomena significantly new and modified due to its nanometric scale. To

explore these properties by means of atomic, molecular control of structures and devices

in levels and to supra molecular and to learn to manufacture and to use these devices in

efficient way e, to keep the stability of interfaces and the integration of these

nanostructures in micrometric and macrocospic scale are the key for the progress of the

nanotechnology.

8

I. INTRODUÇÃO

Os fatores que mais influenciam a biodisponibilidade de fármacos, em formulações

para administração oral, são a solubilidade e a permeabilidade (LIPKA e AMIDON, 1999).

Baseado nestes dois importantes fatores surgiu o Sistema de Classificação Biofarmacêutica

(BCS), no qual os fármacos são classificados de acordo com sua permeabilidade e

solubilidade, como representado na tabela 1:

Tabela 1: Sistema de Classificação Biofarmacêutica

Fármaco Absorção depende principalmente de:

Grupo Solubilidade Permeabilidade I alta alta esvaziamento gástrico II baixa alta dissolução III alta baixa permeabilidade IV baixa baixa caso a caso

Fonte: adaptado de Amidon et. al., 1995. Paralelamente à permeabilidade nas membranas biológicas, a solubilidade/dissolução

constitui-se em fator essencial para efetividade dos fármacos independente da via de

administração, especialmente os de classe II no BCS. Tal fato é considerado um desafio para a

indústria farmacêutica já que mais de 40% das substâncias ativas hoje investigadas

apresentam-se insolúveis ou pouco solúveis (PRENTIS et al., 1998).

Fármacos pouco solúveis tendem a ser eliminados através do TGI antes de alcançarem

a circulação, o que compromete a biodisponibilidade e a eficácia do medicamento.

Embora várias metodologias como solubilização, cossolvência, complexação com

ciclodextrina e dispersões sólidas possam ser usadas para aumentar a solubilização de

fármacos, apresentam limitações como o emprego de solventes orgânicos muito tóxicos, ou

necessidade de administração em altas dosagens ou ainda um elevado índice terapêutico –

dose letal próxima a dose terapêutica. (KHARB et al., 2006).

A dissolução de um fármaco é função da sua solubilidade intrínseca e seu tamanho de

partícula. Vários estudos com vários fármacos pouco solúveis têm demonstrado que a redução

do tamanho das partículas pode conduzir a um aumento na quantidade dissolvida a aumentar a

biodisponibilidade oral, incluindo estradiol e estrona (ENGLAND e JOHANSSON, 1981),

progesterona (HARGROVE et al., 1989), nitrofurantoína (WATARI et al., 1983), danazol

(LIVERSIDGE e CUNDY, 1995), nifedipina (HECQ et al., 2005), ibuprofeno (KOCBEK e

9

KRISTL, 2006), entre outros. A redução do tamanho da partícula em escala micrométrica ou

nanométrica, de acordo com a equação de Noyes-Whitney, conduz a um aumento da área de

superfície das partículas e consequentemente aumento da biodisponibilidade (LIVERSIDGE e

CUNDY, 1995; DOUROUMIS e FAHR, 2006).

Nanotecnologia significa a habilidade de manipulação átomo por átomo na escala

compreendida entre 0,1 e 100 nm, para criar estruturas maiores fundamentalmente com nova

organização estrutural, normalmente, para fins comerciais (DURÁN et al., 2006).

A nanotecnologia se baseia nos mais diversos tipos de materiais (polímeros,

cerâmicas, metais, semi-condutores, compósitos e materiais) estruturados em escala

nanométrica – nanoestruturados – de modo a formar blocos (building blocks) como clusters,

nanopartículas, nanotubos e nanofibras, que por sua vez são formados por átomos ou

moléculas (DURÁN et al., 2006).

Os materiais e sistemas nanoestruturados exibem propriedades e fenômenos físicos,

químicos e/ou biológicos significativamente novos e modificados devido à sua escala

nanométrica. Explorar estas propriedades por meio de controle de estruturas e dispositivos em

níveis atômico, molecular e supramolecuar e aprender a fabricar e usar estes dispositivos de

maneira eficiente e, manter a estabilidade de interfaces e a integração dessas nanoestruturas

em escala micrométrica e macroscópica é a chave para o progresso da nanotecnologia

(DURÁN et al., 2006).

Os estudos sobre os benefícios e/ou danos que a nanotecnologia poderá trazer à

sociedade e/ou ao meio ambiente desempenharão um papel importante na afirmação e no seu

crescimento. O caráter multidisciplinar da nanotecnologia poderá trazer descobertas e/ou

inovações em praticamente todas as áreas do conhecimento, sobretudo em campos como

química, física, biologia moderna, entre outros (DURÁN et al., 2006).

O objetivo deste trabalho foi investigar, por meio de revisão bibliográfica, o emprego

de nanopartículas sólidas no campo farmacêutico, particularmente na liberação de fármacos

de baixa solubilidade.

10

II. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1 Conceitos Fundamentais

A nanotecnlogia e a nonociência (N&N) são consideradas, atualmente, como uma dos

mais fascinantes avanços nas áreas de conhecimento e constituem um dos principais focos das

atividades de pesquisa, desenvolvimento e inovação em todos os países industrializados

(PIRES, 2004).

A ciência é o conjunto de conhecimentos adquiridos ou produzidos que visam

compreender e orientar a natureza e as atividades humanas, enquanto a tecnologia é o

conjunto de conhecimentos, especialmente, princípios científicos, que se aplicam a um

determinado ramo de atividade, geralmente, com fins industriais, isto é, a aplicação do

conhecimento científico adquirido de forma prática, técnica e economicamente viável. Assim,

a distinção entre os termos nanociência e nanotecnologia é igualmente comparável à

diferenciação entre ciência e tecnologia (CNPq, 2002).

Muitos consideram o ponto inicial da nanotecnologia, a palestra proferida em 1959,

por Richard Feynman - prêmio Nobel de Física em 1965 - no qual ele sugeriu que um dia

seria possível manipular átomos individualmente, uma idéia revolucionária para a época

(FEYNMAN, 1959). O visunarismo de Feynman, contudo, somente se tornou realidade nos

anos 80 com o desenvolvimento dos chamados microscópios de varredura por sonda. Esses

microscópios mapeiam objetos de dimensões nanométricas por meio de uma agulha muito

fina (sonda), construindo uma imagem com resolução de escala atômica. Tal acessório tornou

possível manipular individualmente nada menos do que um átomo, a menor unidade possível

de um elemento químico.

Alguns acontecimentos históricos mais importantes na era da nanotecnologia estão

ilustrados na Tabela 2.

11

Tabela 2. Cronologia de fatos importantes na história da nanotecnologia.

Ano Fato Importante na Nanotecnologia

1959 Richard Feynman proferiu a palestra There’s a plenty of room at the bottom para a Americam Chemical Society, no Instituto de Tecnologia da Califórnia (EUA). No seu discurso propôs que era possível a manipulação átomo por átomo.

1974 Nori Taniguchi (Universidade de Tóquio) atribui o nome de nanotecnologia ao campo da engenharia na escala submicrométrica.

1981 O microscopio de varredura por tunelamento (SPM) foi inventado pelos pesquisadores da IBM, Gerd Binning e Henrich Röhrer.

1981 Primeiro artigo científico publicado sobre nanotecnologia por K. Eric Drexler, pesquisador de Instituto de Tecnologia de Massachusetts – MIT.

1986

O Instituto Foresight é estabelecido para auxiliar no desenvolvimento e promoção da nanotecnologia, promovendo muitas conferências. Publicação do livro The engines of creation por K. Eric Drexler, com teorias que continuam revolucionando a nanotecnologia. Invenção do microscópio de força atômica (AFM), também pelos pesquisadores da IBM, Gerd Binning e Henrich Röhrer.

1996 Richard Smalley desenvolve um método de produção de nanotubos de diâmetros uniformes.

1997 Criada a primeira empresa em nanotecnologia – Zyvex.

1997 Primeiro dispositivo nanomecânico baseado na estrutura da molécula de DNA é criado por Ned Seeman.

1999 Os cientistas Mark Reed e James M. Tour criam um interruptor do “computador molecular” usando uma única molécula.

2000 Um produto que incorpora a Nanocrystal technology® de Elan Drug Delivery (King of Prússia, PA, USA) - uma formulação sólida de agente imunossupressor - foi aprovado pela FDA.

2000 Pesquisadores da Universidade de Rice desenvolvem métodos de transformação de nanotubos de carbono em estruturas rígidas multicomponentes.

2001 Pesquisadores da IBM desenvolvem métodos para o crescimento de nanotubos.

Fonte: REYNOLDS, 2002; TSUKRUK, 1997.

A Nanotecnologia já encontra aplicações praticamente em todos os setores industriais

e de serviços. Estas podem ser em grande escala como os nanocompósitos poliméricos,

produzidos a partir de commodities como os termoplásticos e as argilas, ao lado de produtos

fabricados em quantidades reduzidas, mas com valor agregado elevado e criados para as

tecnologias de informação e de telecomunicações. Estima-se que, de 2010 a 2015, o mercado

mundial para materiais, produtos e processos baseados em nanotecnologia será de um trilhão

de dólares (Tabela 3) (NSTC, 1999).

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Tabela 3. Exemplos de aplicações da Nanotecnologia.

Indústrias Aplicações Indústria automobilística e

aeronáutica Materiais mais leves, pneus mais duráveis, plásticos não inflamáveis e mais baratos, etc.

Indústria eletrônica e de telecomunicações

Armazenamento de dados, telas planas, aumento na velocidade de processamento, etc.

Indústria química e de materiais

Catalisadores mais eficientes, ferramentas de corte mais duras, fluidos magnéticos inteligentes, etc.

Indústria farmacêutica, biotecnológica e de

biomedicina

Novos fármacos baseados em nanoestruturas, conjunto para auto-diagnóstico, materiais para regeneração de ossos e tecidos, etc.

Setor de fabricação Novos microscópios e instrumentos de medida, ferramentas para manipulara a matéria a nível atômico, bioestruturas, etc.

Setor energético Novos tipos de bateria, fotossíntese artificial, economia de energia ao utilizar materiais mais leves e circuitos menores, etc.

Meio ambiente

Membranas coletivas para remover contaminantes ou sal da água, novas possibilidades de reciclagem, desenvolvimento de materiais para “tratamento” de áreas poluídas, criação dos “Lab on a chip” para detecção e quantificação de poluentes, etc.

Defesa Detecção de agentes químicos e orgânicos, circuitos eletrônicos mais eficientes, sistemas miniaturizados de observação, tecidos mais leves, etc.

Fonte: (NSTC, 1999).

13

2.2 Nanotecnologia no Campo Farmacêutico

No campo farmacêutico, o termo “nanopartícula” tem sido aplicado para estruturas

sólidas coloidais com diâmetro entre 1 a 1000 nm, usadas como sistemas de liberação de

fármacos (Figura 1) (KIP, 2004). A redução do tamanho da partícula para a nanoescala

aumenta a velocidade de dissolução e solubilidade de saturação do fármaco, o que conduz ao

aumento do desempenho in vivo (KHARB et al., 2006).

Figura 1. Espacialização da escala nanométrica (KIP, 2004).

O termo “nanopartícula” inclui as nanocápsulas e as nanoesferas, as quais diferem

entre si segundo a composição e a organização estrutural. As nanocápsulas são constituídas

por um invólucro polimérico disposto ao redor de um núcleo oleoso, podendo o fármaco estar

dissolvido neste núcleo e/ou adsorvido à parede polimérica. Por outro lado, as nanoesferas,

que não apresentam óleo em sua composição, são formadas por uma matriz polimérica, onde

o fármaco pode ficar retido ou adsorvido (Figura 2) (SCHAFFAZICK e GUTERREZ, 2003).

14

Figura 2. Representação esquemática de nanocápsulas e nanoesferas poliméricas: a) fármaco

dissolvido no núcleo oleoso das nanocápsulas; b) fármaco adsorvido à parede polimérica das

nanocápsulas; c) fármaco retido na matriz polimérica das nanoesferas; d) fármaco adsorvido

ou disperso molecularmente na matriz polimérica das nanoesferas) (SCHAFFAZICK e

GUTERREZ, 2003).

2.2.1 Preparação de Nanopartículas

O processo de preparação de nanopartículas deverá ser simples, continuo e eficiente;

viável para larga escala; aceito por autoridades regulatórias; e permitir quantidades flexíveis

de fármaco. Vários processos tal como moagem úmida, homogeneização sob alta-pressão,

emulsificação, expansão rápida e congelamento por atomização podem ser usados para

produzir nanopartículas (KHARB et al., 2006), os quais serão descritos a seguir.

Moagem úmida. O processo envolve atrito do fármaco com uma solução aquosa do fármaco

contendo surfactante. O fármaco é disperso em uma solução aquosa contendo um surfactante

e submetido a moagem úmida. O impacto do fármaco com o meio de moagem gera energia

suficiente para converter os cristais do fármaco em nanopartículas. O elemento de moagem

geralmente é composto de vidro, óxido de zircônio estabilizado com silicato de zircônio, ou

uma resina de poliestireno de alta densidade de forma esférica (0.4–3.0-mm diâmetro). A

temperatura do processo é inferior a 40 °C e pressão aproximada de ~20 psi. O tempo de

moagem pode levar horas ou dias dependendo da dureza do fármaco. Entre as limitações deste

processo estão a contaminação do produto pelo atrito com as esferas e o tamanho variável das

partículas (KHARB et al., 2006).

Nanocristais de naproxeno foram preparados por moagem úmida; sua

biodisponibilidade foi comparada com o Naprosym® (naproxen suspension, Roche, Geneva

Switzerland) e Anaprox® (naproxen tablet, Roche). O estudo revelou que o tempo requerido

15

para alcançar a concentração terapêutica máxima reduziu em 50% para a dispersão dos

nanocristais. Paralelamente a área sobre curva (ASC) aumentou de 2,5 a 4,5 vezes durante a

primeira hora do estudo (LIVERSIDGE e CONZENTINO, 1995).

Homogeneização por alta pressão. O processo de homogeneização sob alta-pressão é

baseado no princípio da cavitação, no qual bolhas ou cavidades de vapor são formadas dentro

de um liquido, devido a aplicação de determinada pressão e, a implosão destas bolhas gera

grande quantidade de energia. No processo de homogeneização, uma pré-suspensão do

fármaco (na ordem micrométrica) é preparada por moagem na presença de uma solução de

surfactante. A pré-suspensão é sujeita a homogeneização por alta pressão através de passagem

através de um pequeno homogeneizador com aproximadamente 25 mm. A força de cavitação

(energia gerada pela implosão das bolhas de vapor) é suficiente para desintegrar o fármaco da

ordem de micropartículas para nanopartículas. A pressão de homogeneização varia entre 100

a 1500 bar a homogeneidade do produto. A principal vantagem da homogeneização por alta-

pressão é que permite produção em pequena e larga escala, já que diversos modelos de

homogeneizadores são disponíveis. Paralelamente, o nível de contaminação do fármaco neste

processo é negligenciável. Uma limitação do processo é que a elevada pressão empregada em

muitos casos muda a estrutura cristalina do fármaco. Este efeito leva um aumento da fração

amorfa do fármaco. A variação da cristalinidade pode resultar em instabilidade e problemas

de controle de qualidade do fármaco. (KHARB et al., 2006).

Scholer e colaboradores (2001) mostraram o aumento da biodisponibilidade do

Atovaquone® fármaco usado no tratamento da leishmaniose, por formulação como

nanosuspensão. Em comparação com o fármaco micronizado, nanosuspensões de Atovaquone

em dose equivalente reduziram a inefetividade de 40 para 15% em uma concentração reduzida

de 7,5 mg/kg. A dosagem do fármaco diminuiu de 22,5 (fármaco micronizado) para 7,5

mg/kg (nanosuspensão), mas a atividade aumentou em 2,5 vezes.

Tecnologia da Emulsificação ou nanoprecipitação. A Emulsificação pode ser usada para

preparar suspensões de nanopartículas. Neste método, o fármaco - disperso em um solvente

orgânico - é disperso em uma fase aquosa contendo surfactante. Esta etapa é seguida de

evaporação do solvente orgânico sobre pressão reduzida (rotaevaporação), o qual resulta na

precipitação de partículas do fármaco para formar uma suspensão de nanopartículas, a qual é

estabilizada pela adição de surfactante. A emulsificação não deve ser empregada para

16

fármacos que apresentem baixa solubilidade em ambos os meios empregados (aquoso ou

orgânico) (KHARB et al., 2006).

A velocidade de dissolução do mitotano, uma agente antineoplásico, preparado em

nanosupensão por emulsificação aumentou cinco vezes comparada com o produto comercial

(TROTTA, 2001).

Métodos mais recentes envolvem a formação de nanopartículas a partir de fluidos

supercríticos, em emulsões do tipo H2O/CO2 supercrítico (neste caso, o surfactante deverá ter

boa solubilidade em CO2, com fracas forças de dispersão das cadeias, como por exemplo, um

perfluorpoliéter).

Precipitação com fluido supercrítico (PCA). No processo PCA (RTP Pharmaceuticals and

licensed to SkyePharma Plc [London, UK]), dióxido de carbono supercrítico é misturado com

solvente orgânico contendo o fármaco. O solvente expande no dióxido de carbono

supercrítico, aumentando assim a concentração do soluto em solução, resultando em uma

solução supersaturada e causando a precipitação do soluto. Micropartículas e nanopartículas

são formadas após a precipitação do fármaco por transferência de massa devido a extração do

solvente orgânico junto ao dióxido de carbono. Elevada transferência de massa é importante

para minimizar a aglomeração das partículas e reduzir o tempo de secagem (KHARB et al.,

2006).

Expansão rápida sob uma interface líquido-gás (RESS). No processo RESS uma solução

ou dispersão de fosfolipídeos ou outro surfactante disponível em fluido supercrítico é

formada. Assim, rápida nucleação do fármaco é induzida no fluido supercrítico contendo o

surfactante (KHARB et al., 2006).

Este processo foi usado por Young e colaboradores (2000) para preparar

nanopartículas de ciclosporinas na faixa de 500–700 nm. Solução de Tween 80® foi usada

como surfactante para prevenir a floculação e aglomeração das nanopartículas.

Congelamento por atomização em líquido (SFL). Neste processo, desenvolvido na

Universidade do Texas (Austin, TX) e comercializado pela Dow Chemical Company

(Midland, MI), uma solução cosolvente aquosa, orgânica ou aquosa-orgânica; uma emulsão

aquosa-orgânica; ou suspensão do fármaco é atomizado junto a um líquido criogênico tal

como nitrogênio líquido para produzir nanopartículas congeladas, as quais são

subsequentemente liofilizadas para obter um pó congelado. O rápido resfriamento causado

17

pelas baixas temperaturas no nitrogênio líquido e elevado grau de atomização resulta em

nanopartículas amorfas. Hélio, propano, outros líquidos criogênicos como argônio e

diidrofluoroéters ou dióxido de silício podem ser empregados para atomização. (KHARB et

al., 2006).

Nanopartículas de danazol foram produzidas pelo processo SFL. O pó obtido exibiu

significativo aumento na velocidade de dissolução, comparado ao danazol micronizado:

somente 30% do danazol micronizado foi dissolvido em 2 minutos, sendo que para as

nanopartículas obtidas por SFL foram dissolvidos 95%. Estudos recentes empregaram

nanopartículas de danazol/PVP K-15 obtidas por SFL para avaliar a estabilidade em longo

prazo e verificaram que elas permaneceram amorfas, mas apresentaram rápida velocidade de

dissolução após seis meses de armazenamento (HU et al., 2004).

Precipitação pro evaporação em solução aquosa (EPAS). O processo EPAS também foi

desenvolvido pela Universidade do Texas (Austin) e comercializado pela Dow Corning. Neste

processo, o fármaco disperso em solvente orgânico é aquecido sob pressão em temperatura

inferior a temperatura de ebulição do solvente orgânico e então atomizado junto a uma

solução aquosa aquecida contendo um surfactante (estabilizante). O surfactante também pode

ser adicionado juntamente com um solvente orgânico para inibir a cristalização e crescimento

das partículas. Este processo permite a obtenção de nanopartículas para incorporação em

preparação parenteral, ou podem ser secos para produzir formas farmacêuticas sólidas.

O EPAS foi empregado para produzir nanopartículas de ciclosporina A e danazol, os

quais mostraram elevadas velocidades de dissolução. Em estudos recentes, nanopartículas de

danazol preparadas pelos processos SFL e EPAS produziram um pó amorfo; nanopartículas

obtidas pelo processo SFL apresentaram valores de dissolução superiores àquelas obtidas pelo

processo EPAS, embora ambas as metodologias possam ser empregadas (CHEN et al., 2002;

CHEN et al., 2004).

Os materiais e sistemas nanoestruturados formados exibem propriedades e fenômenos

físicos, químicos e/ou biológicos significativamente novos e modificados devido à sua escala

nanométrica. O objetivo é explorar estas propriedades por meio de controle de estruturas e

dispositivos em níveis atômico, molecular e supramolecuar e manter a estabilidade de

interfaces e a integração dessas nanoestruturas (DURÁN et al., 2006).

18

2.2.2 Polímeros Biodegradáveis

A aplicação de materiais poliméricos nos diversos campos da ciência como engenharia

de tecidos, implantes de dispositivos médicos e órgãos artificiais, próteses, proporcionou o

desenvolvimento de matrizes poliméricas biodegradáveis ou biocompatíveis e degradáveis,

isto é, degradadas in vivo em fragmentos menores que podem ser excretados pelo corpo

(AZEVEDO, 2002).

Os polímeros empregados nessas preparações são macromoléculas biodegradáveis que

apresentam várias unidades monoméricas iguais (homopolímeros) ou diferentes entre si

(copolímeros), podendo ser iônicos (polieletrólitos) ou não iônicos (neutros). Atualmente

diversos polímeros biologicamente degradáveis são disponíveis (AZEVEDO, 2002):

Polímeros naturais. São sempre biodegradáveis como, por exemplo, o colágeno, a celulose e

a quitosana e são muito utilizados como matrizes em liberação de fármacos. Um exemplo é a

aplicação de quitosana enxertada com poli (ácido acrílico), formando um copolímero, na

confecção de nanoesferas para se estudar a liberação controlada em função do tempo,

utilizando-se de eosina, um corante solúvel em água, como marcador (AZEVEDO, 2002).

Polímeros naturais modificados. Um problema encontrado em polímeros naturais é que eles

freqüentemente levam muito tempo para degradar. Isto pode ser resolvido adicionando-se

grupos polares às cadeias, que por serem mais lábeis podem diminuir o tempo de degradação.

Exemplos destas modificações podem ser a reticulação de gelatina utilizando-se formaldeído,

a reticulação de quitosana utilizando-se glutaraldeído e transformação de celulose em acetato

de celulose. Modificações enzimáticas também são utilizadas, como a modificação de

quitosana por tirosinase (AZEVEDO, 2002).

Polímeros sintéticos. São também largamente utilizados, como, por exemplo, poli(etileno),

poli(álcool vinílico), poli(ácido acrílico), poli(acrilamidas), poli(etilenoglicol), poliésteres. No

caso dos poliésteres, estes são mais utilizados pelo químico e têm no poli(ácido glicólico) o

polímero alifático linear mais simples. O monômero glicolide é sintetizado a partir da

dimerização do ácido glicólico e a polimerização por abertura de anel leva a materiais de alta

massa molar, com aproximadamente 1-3% do monômero residual. São também preparados

copolímeros-bloco compostos de PEO-PPO-PEO (Pluronic, um copolímero-bloco

relativamente hidrofílico) e poli(e-caprolactona) (hidrofóbico) obtido a partir da abertura de

19

anel de e-caprolactona, na presença de PEO-PPO-PEO e catalisador octoato estanhoso

(AZEVEDO, 2002).

2.2.3 Caracterização das nanopartículas

O desenvolvimento da nanotecnologia depende fundamentalmente do tipo de material,

assim como da caracterização de suas propriedades. Em função de sua natureza coloidal,

dificuldades técnicas são encontradas na caracterização físico-química das nanopartículas. A

caracterização das suspensões engloba a avaliação morfológica, a distribuição de tamanho de

partícula, a distribuição de massa molar do polímero, a determinação do potencial zeta e do

pH, a determinação da quantidade de fármaco associado às nanoestruturas, a cinética de

liberação do fármaco e, ainda, a avaliação da estabilidade em função do tempo de

armazenamento. O conjunto de informações obtidas pela caracterização destes sistemas pode

conduzir à proposição de modelos que descrevam a organização das nanopartículas em nível

molecular, que será dependente da composição quali-quantitativa das formulações

(SCHAFFAZICK e GUTERRES, 2003).

2.2.3.1 Avaliação morfológica

As microscopias eletrônicas de varredura (SEM) ou de transmissão (TEM) têm sido

muito empregadas na obtenção de informações relativas à forma e ao tamanho das

nanopartículas (SCHAFFAZICK e GUTERRES, 2003).

A microscopia eletrônica de varredura (SEM) usa um feixe de 2 a 3 nm de elétrons

que varrem a superfície da amostra para gerar elétrons secundários, oriundos do material

analisado, que são detectados pelo sensor; a imagem final formada na SEM dá a impressão de

três dimensões. Já a microscopia eletrônica de transmissão (TEM) projeta elétrons através de

uma fatia muito fina de material a ser analisado (70-10 nm de espessura) para produzir uma

imagem bi-dimensional em uma tela fosforescente ou filme fotográfico. A TEM permite

diferenciar nanocápsulas e nanoesferas, possibilitando, inclusive, a determinação da espessura

da parede das nanocápsulas. A técnica de criofratura também tem sido associada a esta técnica

para auxiliar a análise morfológica destes sistemas (SCHAFFAZICK e GUTERRES, 2003).

Rollot e colaboradores (1986) demonstraram que nanoesferas apresentam forma

esférica, com estrutura polimérica sólida, ao passo que, as nanocápsulas são formadas por um

fino (cerca de 5 nm) invólucro polimérico ao redor do núcleo oleoso. A utilização de

20

microscopia eletrônica, associada à técnica de criofratura, permitiu evidenciar a organização

morfológica de nanocápsulas de poli(cianoacrilato de etila), nas quais o óleo, um

triacilglicerol (Miglyol 812®), está circundado por uma parede polimérica.

Nos últimos vinte anos, a microscopia vem surpreendendo com avanços

extraordinários. O surgimento das técnicas que compõem a família dos microscópios de

varredura por sonda, e em particular, a microscopia de força atômica (AFM), representa

talvez o mais notável avanço na microscopia, trazendo novo alento ao desenvolvimento da

nanotecnologia, já que permitem não apenas a visualização, mas também a manipulação das

amostras em escala nanométrica. As principais vantagens do AFM, quando comparado ao

SEM, para análise morfológica e estrutura de materiais em geral, são: a) maior resolução,

imagem em 3 dimensões, não existir necessidade de recobrimento com material indutivo; b)

não exigir métodos específicos de preparação da amostra, permitir quantificação direta da

rugosidade da amostra; c) permitir a medida da espessura dos filmes em ultrafino sobre

substratos; d) medida das propriedades mecânicas do material em escala nanométrica; e)

análise de amostras imersas em meio líquido, aliadas ao menor custo do equipamento (US$30

a US$ 200 mil). A Figura 3 representa a resolução de diferentes microscópios da família dos

microscópios de varredura por sonda - atualmente considerados com maior resolução lateral e

vertical. E em seguida, na Tabela 4, temos uma comparação entre as diferentes características

do microscópio óptico, o SEM e o AFM (DURÁN et al., 2006).

21

Figura 3. Comparação da resolução de diferentes tipos de microscópios. STM: microscópio de

varredura por tunelamento (área sombreada); HM – microscópio óptico de alta resolução;

PCM: microscópio de contraste de fases; (S) TEM: microscópio de transmissão eletrônica (de

varredura); SEM: microscópio de varredura eletrônica; REM: microscópio de reflexão

eletrônica e FIM: microscópio de feixes iônicos.

Fonte: DURÁN et al., 2006.

Tabela 4. Comparação entre as diferentes características do microscópio óptico, o SEM e

o AFM.

Microscópio óptico SEM AFM

Meio de Operação Ambiente, líquido, vácuo Vácuo Ambiente. Líquido,

vácuo Profundidade do

Campo Pequeno Grande Médio

Profundidade do Foco Médio Pequeno Pequeno

Resolução x, y 200 nm 5 nm 0,1 – 1,0 nm x Não determinado Não determinado 0,01 nm

Faixa de aumento 1 – 2000 10 - 106 500 – 10

Preparação da amostra Pouca Secagem e

recobrimento condutor

Nenhuma

Características da amostra

Amostra totalmente transparente ao

comprimento de onda da luz utilizada

Superfície não carregada e deve suportar vácuo

Amostras não devem conter variações muito

grandes de altura

Fonte: DURÁN et al., 2006.

22

A AFM chegou ao conhecimento da comunidade científica em 1982 (BINNING et al.,

1982). Os microscópios de varredura por sonda não usam lentes que desviam feixes de luz (ou

de elétrons) para gerar a imagem ampliada. A extremidade de uma sonda é colocada em

contato direto com a amostra para varrer a sua superfície e mapear sua topografia e

propriedades. O tipo de sensor empregado define o tipo de microscopia de varredura por

sonda (SPM): quando a interação medida é a força entre os átomos da extremidade da agulha

e átomos da amostra, a técnica é denominada microscopia de força atômica (AFM); quando a

corrente de tunelamento entre estes elétrons é medida, a técnica é denominada como

microscopia de varredura por tunelamento (STM). A microscopia por tunelamento (STM) é a

técnica pioneira que levou ao surgimento de mais doze técnicas que formam a família de

microscopia de varredura por sonda (SPM) (DURÁN et al., 2006). Na tabela 5 são mostradas

as resoluções dos SPM.

Tabela 5. Resolução típica das diferentes técnicas de microscopia de varredura por sonda

(SPM).

SPM Interações Resolução Aplicações

AFM Van der Waals, eletrostáticas 1 Qualquer superfície

FMM Magnéticas 250 Superfícies magnéticas

STM Elétron-elétron 0,1 Substratos condutores

NSOM Eletrodinâmicas 500 Espectroscopia

SThM Fônons 500, 10-4 Adsorção fototérmica

SICM Correntes iônicas 103 Eletroquim. e canais iônicos

SCM Eletrostáticas 10 Medidas de capacitância

Fonte: DURÁN et al., 2006.

Feng e Huang (2001) empregaram microscopia de força atômica (AFM) visando um

estudo morfológico mais detalhado de nanoesferas de PLGA, preparadas empregando-se

diferentes emulsificantes. Através do estudo, foi verificada uma topografia complexa na

superfície das partículas e, mediante a análise seccional das amostras, foi revelada a presença

de pequenas cavidades e de poros.

23

2.2.3.2 Distribuição de tamanho de partícula

De uma forma geral, as nanopartículas obtidas através de diferentes métodos, após a

preparação, apresentam uma distribuição unimodal, com um baixo índice de polidispersão. Os

métodos usuais para a determinação da distribuição de tamanho das nanopartículas consistem

em espectroscopia de correlação de fótons e SEM ou TEM. Dependendo da formulação,

podem ser verificadas diferenças de tamanho de partículas conforme o método empregado na

sua determinação, uma vez que a microscopia eletrônica fornece uma imagem da partícula

isolada do meio, enquanto a espectroscopia de correlação de fótons possibilita a determinação

do raio hidrodinâmico das partículas em suspensão (SCHAFFAZICK e GUTERRES, 2003).

Vários estudos têm sido desenvolvidos para a avaliação dos principais fatores que

afetam o diâmetro das partículas de sistemas nanoestruturados. Geralmente, as nanopartículas,

mesmo preparadas através de diferentes métodos, apresentam diâmetros médios entre 100 e

300 nm, no entanto, partículas com diâmetros em torno de 60 a 70 nm ou mesmo inferiores a

50 nm podem ser obtidas. A composição quali-quantitativa e o método de preparação das

nanopartículas são fatores determinantes do diâmetro médio e da polidispersão das partículas.

No caso das nanocápsulas, um fator importante, que influencia o diâmetro das partículas, é a

natureza do óleo utilizado como núcleo. Os resultados são atribuídos às diferenças de

viscosidade, hidrofobicidade ou tensão interfacial das substâncias empregadas

(SCHAFFAZICK e GUTERRES, 2003).

Outra observação relevante é que a adição de monômero à emulsão (método de

polimerização interfacial) ou, ainda, a presença do polímero (método de deposição de

polímero pré-formado) podem conduzir à diminuição de tamanho de partícula em relação à

emulsão devido, provavelmente, à redução da energia livre interfacial do sistema, no primeiro

caso, ou mediante um efeito estabilizador do polímero ao redor das gotículas, no segundo

(SCHAFFAZICK e GUTERRES, 2003).

Empregando-se o método de polimerização in situ, a presença do fármaco no meio

pode alterar ou não o diâmetro médio das partículas, uma vez que esse, assim como o tipo de

tensoativo empregado, pode interferir ou não na síntese e deposição das cadeias oligoméricas

formadas. A presença do fármaco no meio reacional influencia o processo de nucleação,

conduzindo a partículas maiores com ampla distribuição de tamanho. Quando o fármaco é

adicionado após o término da polimerização, o tamanho destas não foi alterado pela sua

associação. Utilizando-se o método de precipitação de polímeros pré-formados, a presença do

24

fármaco na fase orgânica, antes da precipitação do polímero em meio aquoso, também pode

ou não influenciar o diâmetro médio de partículas.

É importante mencionar que a tendência à agregação e sedimentação das

nanopartículas dispersas, em função do tempo, pode ser monitorada pela determinação de

mudanças na distribuição de tamanho de partículas (SCHAFFAZICK e GUTERRES, 2003).

2.2.3.3 Massa molar e distribuição de massa molar do polímero

A determinação da distribuição de massa molar do polímero, após preparação, pode

fornecer informações em relação à influência de componentes da formulação sobre o processo

de polimerização, sobre a ocorrência de reações químicas entre o fármaco e o polímero e,

ainda, sobre a degradação do polímero, em função do tempo. A técnica comumente utilizada

para a determinação da distribuição de massa molar do polímero é a cromatografia de

exclusão de tamanho. Outra técnica que pode ser empregada é o espalhamento de luz estático,

mediante a análise da intensidade de luz espalhada pelas partículas. (SCHAFFAZICK e

GUTERRES, 2003).

Fresta e colaboradores (1995) verificaram que ofloxacino, um antibiótico

fluorquinolônico, funciona como um iniciador da polimerização, conduzindo a cadeias

poliméricas com menor massa molar, enquanto que o mesilato de pefloxacino foi capaz de

levar à formação de cadeias poliméricas de maior massa molar, em relação às partículas

obtidas na ausência destes fármacos.

2.2.3.4 Potencial zeta

O potencial zeta reflete o potencial de superfície das partículas, o qual é influenciado

pelas mudanças na interface com o meio dispersante, em razão da dissociação de grupos

funcionais na superfície da partícula ou da adsorção de espécies iônicas presentes no meio

aquoso de dispersão. Este parâmetro é determinado utilizando- se técnicas de eletroforese

(SCHAFFAZICK e GUTERRES, 2003).

Os fosfolipídios (lecitinas), os poloxamers (copolímeros dos óxidos de etileno e de

propileno) e os polímeros constituintes das nanopartículas são os principais componentes

presentes nas formulações capazes de influenciar o potencial zeta. Especialmente os

poliésteres, como o PLA, e as lecitinas fornecem um potencial negativo à interface, enquanto

que, os poloxamers (tensoativos não-iônicos) tendem a reduzir o valor absoluto deste

25

parâmetro. Em módulo, um valor de potencial zeta relativamente alto é importante para uma

boa estabilidade físico-química da suspensão coloidal, pois grandes forças repulsivas tendem

a evitar a agregação em função das colisões ocasionais de nanopartículas adjacentes

(SCHAFFAZICK e GUTERRES, 2003).

As características de superfície das partículas também podem alterar a resposta

biológica do fármaco associado. Quando se administram intravenosamente sistemas de

nanopartículas convencionais, estes são rapidamente removidos da circulação sanguínea pela

ação de células do sistema fagocitário mononuclear, dificultando a chegada do fármaco ao

sítio de ação, com exceção de casos onde a captura por macrófagos é necessária, como no

tratamento da leishmaniose. Diferentes estratégias têm sido proposta para modificar a

distribuição in vivo das nanopartículas, baseadas principalmente na redução da

hidrofobicidade da superfície das partículas através da adsorção física de um polímero

hidrofílico [poli(etilenoglicol)].

Calvo e colaboradores (1996) prepararam nanoemulsões e nanocápsulas de PCL, nas

quais quitosana (um polissacarídeo catiônico) foi incorporada às formulações para fornecer

potencial de superfície positivo às partículas (ζ = +37 mV a ζ = +61 mV), objetivando facilitar

a interação destas com as membranas biológicas fosfolipídicas, além de prevenir a

desestabilização das nanoestruturas preparadas, devido à adsorção de cátions e proteínas

catiônicas presentes nos fluidos biológicos.

2.2.3.5 pH das suspensões

Informações relevantes sobre a estabilidade de suspensões nanoparticuladas podem ser

obtidas mediante o monitoramento do pH, em função do tempo. Por exemplo, a alteração do

pH pode ser indício de degradação do polímero. Em um trabalho realizado por Calvo e

colaboradores (1996) foi verificada uma diminuição da massa molar da PCL em suspensões

de nanocápsulas e de nanoesferas, após 6 meses de armazenamento, com conseqüente

diminuição do pH destas formulações.

No entanto, a diminuição dos valores de pH de suspensões coloidais poliméricas, em

um curto período de tempo, pode ser atribuída tanto à ionização de grupos carboxílicos

presentes no polímero, quanto à hidrólise, dependendo da hidrofobicidade do poliéster.

Suspensões de nanopartículas preparadas com PCL apresentaram redução dos valores de pH,

num período de 3,5 meses. Este fato foi atribuído à exposição de maior número de grupos

26

ácidos carboxílicos terminais, em função do tempo, promovida pelo relaxamento das cadeias

poliméricas (SCHAFFAZICK e GUTERRES, 2003).

2.2.3.6 Determinação da quantidade associada e da forma de associação do fármaco

A determinação da quantidade de fármaco associada às nanopartículas é especialmente

complexa devido ao tamanho reduzido destas, que dificulta a separação da fração de fármaco

livre da fração associada. Uma técnica de separação bastante utilizada é a ultracentrifugação,

na qual a concentração de fármaco livre, presente na suspensão, é determinada no

sobrenadante, após a centrifugação. A concentração total de fármaco, por sua vez, é

geralmente determinada pela completa dissolução das nanopartículas em um solvente

adequado. Por conseguinte, a concentração de fármaco associada às nanoestruturas é

calculada pela diferença entre as concentrações de fármaco total e livre. Outra técnica que

também tem sido empregada é a ultrafiltração-centrifugação, na qual uma membrana (10 kDa)

é empregada para separar parte da fase aquosa dispersante da suspensão coloidal. A

concentração livre do fármaco é determinada no ultrafiltrado e a fração de fármaco associada

às nanoestruturas é calculada também pela subtração das concentrações total e livre

(SCHAFFAZICK e GUTERRES, 2003).

Diversos fatores são capazes de influenciar a quantidade de fármaco associada aos

sistemas nanoestruturados, dentre os quais destacam- se as características físico-químicas do

fármaco, o pH do meio, as características da superfície das partículas ou a natureza do

polímero, a quantidade de fármaco adicionada à formulação, a ordem de adição do fármaco na

formulação, ou seja, antes (incorporação) ou após (incubação) à formação das nanoestruturas,

a natureza do óleo utilizado (no caso das nanocápsulas) e o tipo de tensoativo adsorvido à

superfície polimérica.

Modificando-se as características de superfície das partículas, é possível obter

diferentes taxas de associação do fármaco por adsorção, para uma mesma concentração inicial

do mesmo. Este parâmetro é provavelmente muito importante para determinar a capacidade

de prolongar o tempo de ação do fármaco. Portanto, é relevante determinar a isoterma de

adsorção de fármacos à superfície das nanopartículas, uma vez que a mesma fornece

informações de como o fármaco está distribuído na superfície das partículas e, ainda, sobre a

capacidade de associação do mesmo. Experimentalmente, em uma dada temperatura,

diferentes quantidades de fármaco são adicionadas a um determinado volume de suspensão.

Após estabelecido o equilíbrio, pela distribuição do fármaco entre a fase fluida e o adsorvente

27

(nanopartículas), uma alíquota de cada mistura é ultracentrifugada e a concentração do

fármaco é determinada no sobrenadante. A isoterma de adsorção, que expressa a variação da

concentração de equilíbrio no adsorvente, é obtida plotando-se os valores de concentração de

equilíbrio contra os valores de fármaco adsorvido. Além disso, uma pequena variação nas

quantidades adsorvidas pode induzir a grandes diferenças no perfil de liberação do fármaco,

principalmente para aqueles fracamente ligados às nanopartículas (SCHAFFAZICK e

GUTERRES, 2003).

Em relação às nanoesferas, diferentes formas de associação do fármaco são descritas,

sendo relatado que este pode estar dissolvido ou disperso dentro da matriz polimérica, ou

ainda que pode estar adsorvido ao polímero. No entanto, até o presente momento, não está

clara a diferença entre a adsorção do fármaco à matriz polimérica e a sua dispersão molecular

na partícula. Por outro lado, nas nanocápsulas, as quais foram desenvolvidas para aumentar a

eficiência de associação de fármacos lipofílicos, estes deveriam estar encapsulados pela

membrana polimérica, ou seja, dissolvidos no núcleo oleoso. Entretanto, alguns artigos

relatam a possibilidade da adsorção do fármaco à parede polimérica das nanocápsulas

(SCHAFFAZICK e GUTERRES, 2003).

Segundo Fresta e colaboradores (1995), os fármacos, quando associados pelo processo

de incorporação, estariam dissolvidos, dispersos, adsorvidos ou quimicamente ligados à

matriz polimérica. Por outro lado, utilizando-se o método de incubação, dependendo da

natureza química do fármaco e do polímero, esse poderia estar adsorvido às nanoestruturas.

Em vista disto, outro ponto que merece destaque, é a proposição da forma de

associação do fármaco às nanopartículas, a qual é bastante complexa, uma vez que os

métodos disponíveis apenas determinam a concentração de fármaco associada aos sistemas,

ou seja, não são capazes de diferenciar se o fármaco está adsorvido ou retido na matriz

polimérica das nanoesferas, ou se está dissolvido no óleo das nanocápsulas e/ou adsorvido à

parede polimérica. Neste contexto, os pesquisadores têm feito inferências a respeito da

associação do fármaco às nanopartículas através de estudos comparativos de potencial zeta, de

perfis de liberação, de distribuição de massa molar do polímero, de estudos de adsorção e/ou

de taxa de associação do fármaco às nanoestruturas, ou, ainda, através do uso de sondas

fluorescentes (SCHAFFAZICK e GUTERRES, 2003).

Outras técnicas empregadas para a determinação da forma de associação do fármaco a

nanopartículas incluem a calorimetria exploratória diferencial, a difração de raios X e/ou a

espectroscopia no infravermelho.

28

2.2.3.7 Métodos - in vitro - utilizados para prever a cinética de liberação do fármaco

Segundo Soppimath e colaboradores (2001), a liberação dos fármacos a partir de

sistemas nanoparticulados poliméricos depende de diferentes fatores: a) da dessorção do

fármaco da superfície das partículas; b) da difusão do fármaco através da matriz das

nanoesferas; c) da difusão através da parede polimérica das nanocápsulas; d) da erosão da

matriz polimérica ou e) da combinação dos processos de difusão e erosão. Métodos como a

difusão em sacos de diálise e a separação baseada na ultracentrifugação na filtração a baixa

pressão ou na ultrafiltração-centrifugação têm sido utilizados para este fim.

2.2.4 Estabilidade dos sistemas nanoparticulados

Durante o tempo de armazenamento, pode ocorrer a agregação das nanopartículas no

meio, resultando na formação de precipitados. Além disso, problemas de estabilidade química

do polímero ou das demais matérias-primas, incluindo o fármaco, podem ocorrer. A

conseqüência de uma estabilidade físico-química limitada, em função do tempo, constitui um

obstáculo para a aplicabilidade industrial das suspensões aquosas de nanopartículas. Neste

sentido, o interesse pelo desenvolvimento de formas farmacêuticas sólidas de nanopartículas

estáveis é um ponto de convergência das pesquisas.

Os problemas de estabilidade limitada podem ser minimizados através da secagem dos

sistemas. A desidratação das suspensões de nanopartículas tem sido realizada através das

operações de sublimação (liofilização) ou de aspersão (“spray-drying” ou nebulização)

(SCHAFFAZICK e GUTERRES, 2003).

2.2.4.1 Liofilizados de nanopartículas

A liofilização consiste na remoção da água (gelo) através de sublimação e tem sido

amplamente empregada para a secagem de suspensões de nanoesferas (SCHAFFAZICK e

GUTERRES, 2003).

Em artigos recentes, tem sido relatado que a presença de um crioprotetor é

fundamental para a desidratação de suspensões de nanopartículas através de liofilização. Os

crioprotetores mais comuns, citados na literatura são os carboidratos (glicose, sacarose,

manitol, frutose), sendo os mono- e dissacarídeos os mais efetivos na manutenção das

características iniciais de tamanho das partículas. Este efeito crioprotetor ou lioprotetor dos

29

açúcares é atribuído à formação de uma matriz amorfa ao redor das nanopartículas,

promovendo um espaçamento entre as mesmas, evitando, assim, a agregação durante o

congelamento, tornando-as ressuspendíveis (SCHAFFAZICK e GUTERRES, 2003).

A seleção dos carboidratos mais adequados para atuarem como crioprotetores, na

liofilização de nanopartículas, tem sido feita pelo índice de redispersão, o qual é obtido pela

relação entre os diâmetros médios de partícula após a ressuspensão dos liofilizados e antes da

secagem. Para um adequado efeito protetor, geralmente, é necessário adicionar quantidades

elevadas de carboidrato. O produto apresenta um aspecto de sólido aglomerado. Cabe

ressaltar que, quando estas formulações são planejadas para a administração parenteral, a

manutenção do tamanho médio das partículas é um fator crítico (SCHAFFAZICK e

GUTERRES, 2003).

2.2.4.2 Nebulizados de nanopartículas

A operação de secagem por nebulização consiste na passagem da solução ou da

suspensão, através de um orifício atomizador, para a câmara de secagem sob a forma de

gotículas, em co-corrente, contracorrente ou fluxo misto de ar quente, que promove a rápida

secagem das gotículas. As partículas sólidas secas são, então, separadas e recolhidas, podendo

apresentar-se sob a forma de pós finos, granulados ou aglomerados (SCHAFFAZICK e

GUTERRES, 2003).

Freitas e Müller (1998) empregaram a nebulização como uma alternativa à

liofilização, objetivando aumentar a estabilidade de nanopartículas formadas por lipídeos

sólidos, utilizando como adjuvante carboidratos (manitol, lactose, trealose, sorbitol, glicose e

manose).

Guterres e colaboradores (2004) usaram o processo de nebulização em suspensões de

nanocápsulas de diclofenaco e investigaram os parâmetros que afetam a degradação e

estabilidade destes sistemas.

30

2.3 Aplicações de Nanopartículas no campo farmacêutico.

A busca por sistemas que realizem tarefas complexas em regiões restritas, e que

podem ser controlados e manipulados, tem impulsionado a pesquisa em vários campos. A

alternativa encontrada tem sido a associação destes fármacos a sistemas de liberação

adequados. Dentre os sistemas de liberação sítio-específicos merecem destaque os

lipossomas.

Constituído principalmente de moléculas de fosfolipídeos, organizadas em bicamadas,

delimitando um espaço aquoso central, os lipossomas apresentam características da membrana

celular em proteção, composição química e funcionalidade, permitindo a permeação de

compostos encapsulados. Os lipossomas são certamente os sistemas carregadores mais

avaliados nas últimas décadas e têm sido extensivamente descritos em publicações, revistas e

livros. As principais vantagens dos lipossomas estão associadas ao seu pequeno tamanho,

biocompatibilidade e versatilidade de composição. Atualmente, os mais diversos compostos e

polímeros são associados produzindo partículas esféricas, com dimensões da ordem de

nanômetros (SANTANA et al., 2006).

No entanto, estes sistemas também apresentam algumas desvantagens, particularmente

relacionados a sua instabilidade in vivo e rápida eliminação pelo sistema retículo endotelial.

Desde então, o interesse por sistemas nanoparticulados tem crescido exponencialmente. Suas

aplicações têm sido consideradas e indicadas em inúmeras aplicações terapêuticas, nas mais

diversas formas farmacêuticas. Uma das áreas mais promissoras na utilização das

nanopartículas é a vetorização de fármacos antineoplásicos e de antibióticos, principalmente

através de administração parenteral, almejando uma distribuição mais seletiva dos mesmos e,

assim, um aumento do índice terapêutico.

Estudos de sistemas nanoestruturados de lipossomas de doxorrubicona

(DOXIL/Caelyx, SEQUUS Pharmaceuticals Inc., Menlo Park, EUA) em pacientes portadores

de Sarcoma de Kaposi associado ao HIV mostraram redução da cardiotoxidade em 4,5 vezes

comparada a doxorrubicina não encapsulada (HARRRINGTON et al., 2000).

Tedesco e colaboradores (2003) empregaram sistemas nanoestruturados contendo

fármacos fotosensibilizadores na terapia antineoplásica. A terapia fotodinâmica (TFD) tem

sido empregada em diversos países, inclusive o Brasil, desde 2000, para o tratamento de

tumores. Basicamente a técnica consiste na administração de um fármaco fotossensível por

via tópica ou intravenosa, que após retido seletivamente pela célula tumoral em concentração

31

desejável e detectada, é submetido a irradiações com luz visível monocromática (usualmente

de comprimento de onda de máxima absorção do fármaco fotossensibilizador), induzindo a

formação de espécies reativas do oxigênio denominadas de EROS (O2, O2*,

*OH, H2O2) os

quais conduzem à morte dos tecidos tumorais por um processo apoptótico ou necrótico.

Guedes e colaboradores (2004) utilizaram nanopartículas magnéticas (NPM)

associadas a anticorpos monoclonais (AcM) que reconhecem e se associam especificamente a

proteínas exclusivas das células tumorais para tratamento de tumores através do procedimento

terapêutico de hipertermia. Após se associarem às células tumorais, as NPM’s são submetidas

a um campo magnético, o que resulta na elevação da temperatura e subseqüente lise da célula

tumoral.

Na Figura 4 são representadas duas aplicações terapêuticas possíveis dos nanoimãs.

Carreados pelo corpo com a ajuda de um campo magnético, eles poderiam ser levados até

células cancerosas e agitados por alterações sucessivas do campo. O processo geraria calor e

lise das células tumorais. Em outro cenário, eles seriam agregados a um pacote que contém

fármaco e uma capa de polímero biodegradável. O campo magnético serviria para carregá-los

até células doentes, cedendo o fármaco (KNOBEL e GOYA, 2004).

Figura 4. Representação de duas aplicações terapêuticas dos nanoimãs (KNOBEL e GOYA,

2004).

32

Com relação à administração oral de nanopartículas, as pesquisas têm sido

direcionadas especialmente à: a) diminuição dos efeitos colaterais de certos fármacos,

destacando-se os antiinflamatórios não-esteróides (diclofenaco, indometacina), os quais

causam freqüentemente irritação à mucosa gastrintestinal; b) proteção de fármacos

degradáveis no trato gastrintestinal, como peptídeos, proteínas e/ou hormônios, aumentando a

biodisponibilidade dos mesmos e, nos últimos anos, c) aumento da solubilidade de fármacos

insolúveis ou pouco solúveis aumentando a biodisponibilidade dos mesmos (SCHAFFAZICK

e GUTERRES, 2003).

Liversidge e Cundy (1995) estudaram o potencial dos sistemas nanoparticulados

obtidos por moagem úmida na solubilização do danazol, fármaco pouco solúvel (10 µg/mL).

A biodisponibilidade absoluta da dispersão aquosa de danazol (5% v/v) e PVP (1,5% v/v)

com 169 nm de diâmetro, complexos danazol-ciclodextrinas e a suspensão convencional de

danazol foram respectivamente: 82,3±10,1%, 106,7±12,3% e 5,1±1,9%.

Hecq et al. (2005) avaliaram o aumento da solubilidade dos sistemas nanoparticulados

contendo nifedipina (∼ 20 µg/mL). Os estudos mostraram que o estado cristalino inicial do

fármaco não foi alterado com a redução do tamanho da partícula e as características de

dissolução das nanopartículas de nifedipina são significativamente maiores que o produto

comercial.

A anfotericina B é empregada no tratamento da leishmaniose visceral, entretanto, a

baixa solubilidade do fármaco conduz a problemas de biodisponibilidade. Kayser e

colaboradores (2003) desenvolveram uma nanosuspensão de anfotericina B para

administração oral. As nanosuspensões foram produzidas por homogeneização em alta

pressão e o diâmetro médio das partículas obtidas foi de 528 nm. A estabilidade foi

determinada em fluido gastrintestinal artificial em diferentes pH e concentração de eletrólitos.

A eficácia in vitro foi avaliada em ratos com leishmaniose visceral. Nenhum efeito

terapêutico foi observado pela administração oral de anfotericina B micronizada (5mg/Kg),

entretanto, a administração oral da nanosuspensão de anfotericina B reduziu a parasitose em

cerca de 28%.

A biodisponibilidade de nanopartículas de ciclosporina A na forma de nanocristais

(962 nm) e nanopartículas lipídicas sólidas, SLN®, (157 nm) foram comparadas com o

produto comercial Sandimmum Neoral/Optoral®. As SLN® mostraram-se mais eficazes como

sistemas de liberação oral para aumento da biodisponibilidade da ciclosporina A, comparado

com os demais sistemas analisados, devido à maior flexibilidade na modulação da liberação

33

do fármaco, que ocorre tanto por difusão como degradação da matriz lipídica. No entanto, os

nanocristais também são considerados ótima solução para substâncias pouco solúveis, tendo

em vista a simplicidade do sistema (MULLER et al., 2006).

Teixeira e colaboradores (2005) estudaram xantona e 3-metoxixantona encapsuladas

em nanoesferas (170 nm) e nanocápsulas (300 nm) de PLGA - poly (D-L lático-co-glicólico)

– e nanoemulsões, preparadas pelo método de nanoprecipitação. As nanocápsulas

apresentaram maior velocidade de liberação para ambas as drogas analisadas. Paralelamente,

a liberação da xantona mostrou-se mais lenta que da 3-metoxixantona, sugerindo possível

interação da droga com o polímero.

Hecq e colaboradores (2006) estudaram o aumento da velocidade de dissolução do

ucb-35440-3, um novo fármaco para tratamento de asma e renite alérgica, sob investigação

pela USB S.A. Nanocápsulas foram preparadas usando homogeneização em alta pressão e

comparadas com o fármaco micronizado. A velocidade de dissolução aumentou

significativamente em pH 3.0, 5.0, e 6.5 para as nanopartículas.

Zhang e Zhuo (2005) sintetizaram nanopartículas de 4-dimetilepipodophyllotoxin

(DMEP), um fármaco pouco solúvel, atualmente em estudo para tratamento de tumores.

Nanopartículas foram produzidas usando copolímero tri-bloco anfifílico de PEG-PCL-PEG

obtido a partir de poly(etileno glicol) (PEG), um polímero hidrofílico, e ξ-caprolactona

(PCL), polímero hidrofóbico. Os resultados mostraram que quanto maior a porção PEG do

copolímero, mais rápida é a velocidade liberação do DMEP.

Zhang e colaboradores (2006) empregaram a técnica de nanoprecipitação sem uso de

surfactantes - nanoprecipitação controlada – para preparar nanopartículas de acetilcefuroxime

(CFA), um fármaco pouco solúvel. O produto obtido, apesar de amorfo, exibiu significante

aumento nas propriedades de dissolução quando comparadas com o produto comercial

preparado por spray drier. Os resultados demonstraram que o método por nanoprecipitação

controlada é prático e fácil e pode ser usado na preparação de nanopartículas de fármacos

pouco solúveis.

Estudos de nanoparticulados contendo ibuprofeno, obtidos por duas metodologias

distintas – polimerização por emulsificação e difusão por solvente – foi demonstraram que o

tamanho da partícula varia com o processo, bem como concentração de estabilizadores,

condições de resfriamento e processo de homogeneização. A formulação de ibuprofeno como

nanoparticulada teve mais que 65% do fármaco dissolvido nos primeiros 10 minutos

comparado com menos de 15% para o fármaco na forma micronizada (KOCBEK et al.,

2006).

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III. CONCLUSÃO

A tecnologia de nanopartículas tem mostrado elevado potencial para aumentar a

biodisponibilidade de fármacos pouco solúveis. Fármacos até então abandonados, devido

problemas de solubilidade e dificuldades de desenvolvimento farmacotécnico, têm sido

reavaliados através do emprego da nanotecnologia. Assim, a nanotecnologia mostra-se uma

tecnologia fundamental para o desenvolvimento farmacêutico mundial.

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IV. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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