avanços da nanotecnologia farmacêutica-2 prof. dr. nelson durán msc. priscyla d. marcato msc....
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Avanços da Nanotecnologia Farmacêutica-2
Prof. Dr. Nelson Durán
MSc. Priscyla D. Marcato
MSc. Zaine Teixeira
IQ-UNICAMP
aula-3 (22/08/07)
Sistemas de Liberação Sustentada
Nanopartículas poliméricas
Nanopartículas lipídicas sólidas
Lipossomas
Cristais líquidos
Nanopartículas Polimérica
Materiais
• Solvente Orgânico (clorofórmio, acetona etc)
• Polímero
• Tensoativo
• Fase Aquosa
Óleo na fase orgânica
Estruturas
Schaffazick et al. Quim Nova 26, 726 (2003).
Métodos de preparação
Emulsificação e evaporação de solvente
Emulsificação espontânea/difusão de solvente
Salting out
Nanoprecipitação
Polimerização in situ etc
Reis et al. Nanomedicine: Nanotechnology, Biology, and Medicine 2, 8 (2006)
ESCOLHA DO PRINCÍPIO ATIVO
HIDROFÍLICO LIPOFÍLICO
A SOLUBULIDADE DO ATIVO DETERMINA O MÉTODO DE PREPARAÇÃO DAS
PARTÍCULAS
Lavadas com água por centrifugação a
15 000 rpm
Secas por Liofilização
Ativos Lipofílicos
H2O + Tensoativo
Solvente Orgânico+Polímero + Ativo
Emulsão O/W
Agitação
Tewes et al., European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics 66, 488 (2007)
Dupla Emulsão W/O/WAtivos Hidrofílico
Agitação Agitação
Fase Aquosa 21% de PVA
Fase aquosa 1
H2O + Ativo
Solv. OrgânicoPolímero
Tewes et al., European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics 66, 488 (2007)
Agitação
Miniemulsão
Evaporação de Solvente
Modificado da Nature Materials 2, 408–412 (2003)
Fase Aquosa
Fase Orgânica
Surfactante
Polímero
Ativo lipofílico
Legenda
Solvente Orgânico
Polímeros biodegradaveis
Poly(3-hydroxybutyrate-co-valerate) or PHBV
O CH2 C n
O
Poli(acido glicolico) ou PGA
Poli(acido lactico) ou PLAO CH C n
OCH3
C
O
(CH2)5 OnPoli (-caprolactona)
ou PCL
BIOPOLÍMEROS TÍPICOS
Polímeros biodegradáveis e bioabsorvíveis;
Degradação depende de: MM, estrutura,
solubilidade,composição da cadeia,grau de
cristalinidade.
(PLGA)
MÉTODOS MAIS IMPORTANTES DE PREPARAÇÃO DE NANOPARTÍCULAS
1-MÉTODO DE EMULSIFICAÇÃO/EVAPORAÇÃO DE SOLVENTE
FASE AQUOSA Água destilada Tensoativo
FASE ORGÂNICA Solvente orgânico
Homogenizaçào PolímeroSonicação Agente ativo
EMULSÃOÓleo em água
Extração do solventeEvaporação do solvente
SUSPENSÃO DE NANOPARTÍCULAS
APLICAÇÃO1- Formação de nanoesferas para substâncias lipofílicas. Este método tem sido modificado para uma emulsão múltipla do tipo água/óleo/água.
2- Limitações: a) Emulsão óleo/água deve ter uma fase dispersa (óleo) bastante fina e homogênea (requer bastante tensoativo e técnicas de agitação elevada). b) Solventes orgânicos (clorados) e tensoativos usados (álcool polivinílico, p.ex.) não são compatíveis com aplicações biológicas.
3- Alternativas: Uso de tensoativos como albumina de soro humano .
4- Propriedades otimizadas: diâmetro médio e distribuição de tamanho; re-suspensão num veículo aquoso sem agregação; teor de fármaco; taxa de liberação, taxa de degradação; esterilidade; apirogenecidade; e teor desolvente residual.
5- Variáveis: Volume da fase aquosa para a fase orgânica; concentração do polímero na fase orgânica; concentração do fármaco na fase orgânica; presença de tensoativo em ambas fases (orgânica e aquosa); solubilidade do fármaco na fase aquosa (nível de saturação); método e velocidade de agitação.
MÉTODOS MAIS IMPORTANTES DE PREPARAÇÃO DE NANOPARTÍCULAS
2-MÉTODO DE EMULSIFICAÇÃO ESPONTÂNEA/ DIFUSÃO DE SOLVENTE
FASE AQUOSA
FASEORGÂNICA Difusão rápida do
Solvente miscível com água
NANOPARTÍCULAS
APLICAÇÃO
1- Este método é uma versão modificada do método de emulsificação/evaporaçãode solvente apresentado anteriormente: um solvente miscível em água (acetona, etanol ou metanol) é misturado ao solvente imiscível (clorofórmio,ou cloreto de metileno). A difusão espontânea do solvente miscível no meioAquoso cria uma turbulência interfacial entre as duas fases levando à formação de partículas menores.
2- Quanto maior a proporção do solvente miscível na mistura, menores as partículas formadas.
3- Este mecanismo de redução do tamanho das partículas pela emulsificação instantânea associada à difusão de um solvente miscível em meio aquoso requer por razões óbvias, um menor gasto energético com agitação mecânica para redução do tamanho das partículas no processo.
MÉTODOS MAIS IMPORTANTES DE PREPARAÇÃO DE NANOPARTÍCULAS
3-MÉTODO DE NANOPRECIPITAÇÃO
FASE AQUOSA Água destilada Tensoativo
FASE ORGÂNICA FASE ORGÂNICASolvente orgânico Solvente orgânico Óleo Polímero Polímero Agente ativo Agente ativo
Agitação
SUSPENSÃO DE NANOPARTÍCULAS
APLICAÇÃO1- Formação de nanopartículas sem qualquer etapa prévia de emulsificação
2- Envolve o uso de um solvente orgânico que é completamente solúvel na fase aquosa externa; consequentemente, a extração e a evaporação dosolvente não são necessárias para a precipitação do polímero.
3- Os parâmetros mais críticos do processo para a formação instantânea da dispersão coloidal são a concentração do polímero na fase orgânica e a razão de volume entre as duas fases.
4- Fácil de escalonamento.
5-Limitações: Limita-se a encapsulação de substâncias pouco solúveis em água.
MÉTODOS MAIS IMPORTANTES DE PREPARAÇÃO DE NANOPARTÍCULAS
4-MÉTODO DE SALTING-0UTFASE ORGÂNICA Solvente orgânico Polímero Agente ativo
FASE AQUOSA (sal) Água destilada
Agitação Tensoativo (PVA)
EMULSÃOÁgua em óleo
Água destilada
SUSPENSÃO DE NANOPARTÍCULAS
APLICAÇÃO1- A formação de nanopartículas é baseada na formação de uma emulsão pela incorporação , sob agitação, de uma solução aquosa saturada de PVA em uma solução de polímero dissolvido em acetona.
2- O PVA tem o papel de estabilizar a dispersão.
3- Pela técnica de nanoprecipitação, a solução do polímero em acetona écompletamente miscível na solução aquosa; entretanto, aqui a miscibilidadedas duas fases é impossibilitada pela saturação da fase aquosa com PVA.
4- A precipitação do polímero ocorre quando uma quantidade adicional de água é adicionada permitindo então a difusão da acetona para a fase aquosa.
4- Propriedades otimizadas: Esta técnica é adequada para agentes ativos e polímeros solúveis em em solventes polares como acetona ou etanol.
MÉTODOS MAIS IMPORTANTES DE PREPARAÇÃO DE NANOPARTÍCULAS
5-MÉTODO DE EMULSIFICAÇÃO/DIFUSÃO DE SOLVENTE
FASE AQUOSA (saturada em solvente orgânico)
Água destilada Tensoativo
FASE ORGÂNICA (saturada em água)
Agitação Solvente orgânico Polímero
Agente ativoEMULSÃOÓleo em água
Água destilada
SUSPENSÃO DE NANOPARTÍCULAS
APLICAÇÃO1- Formação de nanopartículas pelo uso de um solvente parcialmentemiscível em água, que é previamente saturado em água para garantiro equilibrio termodinâmico inicial de ambas as fases.
2- A precipitação do polímero ocorre quando uma quantidade adicional de água é adicionada ao sistema, permitindo então a difusão do solvente para a fase aquosa.
3- Dependendo do ponto de ebulição do solvente pode ser eliminado pordestilação ou filtração tangencial.
4- Este método apresenta algumas vantagens sobre o método de nanoprecipitação como a possibilidade de controle do tamanho das partículas.
5- As nanopartículas formadas por esse método apresentam tamanhos superiores aquelas preparadas por nanoprecipitação, dependendo de Vários parâmetros como o tipo e concentração do tensoativo e do polímero, tempo e velocidade de agitação.
PREPARAÇÃO
Exemplo de encapsulação
utilizando nanocápsulas.
PREPARAÇÃO
Sim
Precipitaçãocoágulosagregados grandesespuma
Não
Formas arredondadassuperfície lisabaixa polidispersidade
Controle das variáveis de processo
[tensoativo]
[polímero]
agitação Modo adição
solvente
temperatura
evaporação
Nanomedicine: Nanotechnology, Biology, and Medicine2 (2006) 8– 21
Nanoencapsulation I. Methods for preparation of drug-loadedpolymeric nanoparticles
C.P. Reis, R.J. Neufeld,A.J. Ribeiro, F. Veiga
Emulsification/solvent diffusion (ESD)
Técnicas de Secagem
Liofilização Congela-se a amostra em nitrogênio líquido
Coloca no Liofilizador por 12 horas para que ocorra a sublimação da água coletando apenas as partículas
Técnicas de Caracterizações
TÉCNICAS MICROSCOPICAS
Microscopia Eletrônica de Transmissão (TEM)
Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV)
Microscopia de Força Atômica (AFM)
Aplicações
Shi et al., Journal of Controlled Release 80, 309 (2002)
Nanopartículas Lipídicas Sólidas
Formadas por lipídios sólidos à temperatura ambiente e corporal
Wissing et al., Advanced Drug Delivery Reviews 56, 1257 (2004)
Vantagens• Maior estabilidade
• Menor toxicidade
• Fácil escalonamento da produção
• Fácil esterilização
• Atuam como oclusivos - Aumenta a hidratação da pele em 32% (outros produtos aumentam em 24%).
Üne et al., Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology, American Scientific Publishers, vol. 10, 43 (2007).
Homogeneização à alta Pressão
Solução de tensoativo (quente)
(sob alta agitação)
Homogeneizado à alta Pressão
Ativo + Lipídio fundido
Moído (micropartículas lipídicas)
Micro-suspensão
Solução de tensoativo (fria)
AgitaçãoAgitação
Pré-emulsão
Homogeneização a quente
Solidificação(nitrogênio líquido)
Homogeneização a frio
• Rápido e Fácil
•Fácil escalonamento - 99% de reprodutibilidade em escala
industrial
• Evita contaminação no processo de homogeneização
500 bar 3 ciclos
Sakulkhul et al., Proceedings of the 2nd IEEE International ( 2007)
Estrutura das Partículas
Matriz Homogênea(solução sólida)
Homogeneização a frio
Parede Rica em Ativo
Núcleo Rico em ativo
Souto e col., International Journal of Pharmaceutics 278, 71 (2004)
• Diâmetro e Potencial Zeta
Eficiência de encapsulamento
Expulsão do ativo
Via de administração
Via de administração
Liberação do Ativo
Estabilidade - Aglomeração
Eficiência de encapsulamento
• CristalinidadeDifração de Raio-XCalorimetria Diferencial de Varredura (DSC)Microscopia Eletrônica de Transmissão (TEM)
• Distribuição do Ativo nas partículas
Ressonância Magnética Nuclear de Prótons
• Morfologia das PartículasTécnicas microscópicas (MEV, TEM, AFM)
Espectroscopia de correlação de fótons
Aplicações
Concentração no plasma
Pandey e col., Tuberculosis 85, 415 (2005)
Ativo livre- 48 horas não foi mais detectados nestes órgãos
Nível de ativo nos tecidos depois de 10 dias
Pandey e col., Tuberculosis 85, 415 (2005)
Atividade Quimioterápica
Pandey e col., Tuberculosis 85, 415 (2005)
Podofilotoxina (POD)
• POD inibi o crescimento de células epiteliais infectadas pelo vírus papiloma humano (HPV)
• Absorvido até a corrente sanguínea
Chen et al., Journal Controlled Release 110, 296 (2006)
NLS-POD
NLS-POD(aumento)
POD
10 µm 75 µm
135 µm 275 µm
20 e 200 nm: não tiveram permeação através
da camada córnea, mas se acumulam nos
folículos pilossebáceos, principalmente as de
tamanhos menores.
No trabalho de Nile Red@PCL ocorresse uma maior eficiência
de liberação na camada córnea pela formação de filme e não
maior penetração das partículas
PERMEAÇÃO CUTÂNEA
Alvarez-Román et at., Pharm. Res.; 21, 1818-25 (2004)
A investigação da rota de permeação (folicular ou
via camada córnea), ou se permite a formação de
um filme na superfície, reduzindo a perda de água
transepidermal e favorecendo a penetração da
droga na pele
Nossa Proposta
Palmitato de retinila
Zaine: Prevage = Idebenone
Happlog e Happyderm pré-endorfinas estimulando a felicidade da pele e com isso a hidratação
Happyskin fungos e ômega 3.
SisleŸa ácidos de semente de maçã, óleos essenciais, hormônios vegetais e extrato de gogumelo
Zaine: Prevage = Idebenone
Happlog e Happyderm pré-endorfinas estimulando a felicidade da pele e com isso a hidratação
Happyskin fungos e ômega 3.
SisleŸa ácidos de semente de maçã, óleos essenciais, hormônios vegetais e extrato de gogumelo
O (CH2)14CH3
O
armazenamento da vitamina A (retinol)
Manutenção da diferenciação epitelial
prevenção da carcinogênese
propriedade antioxidante
Emissão em 514nm
ESTUDO DE UM CASO ESPECÍFICO
Polímero funcionalizado com azul do nilo
Emissão = 630 nm
Br NC
%Encapsulamento = 99
Diâmetro = 250 nm
Potencial zeta = -20 mV
Microscopia Confocal
(Palmitato)(Vermelho do Nilo)
Seguro para aplicação cosmética
Atinge o alvo de atuação
Teixeira et al. 2007
AGRADECIMENTOS