Avanços da Nanotecnologia Farmacêutica-2

Apresentação em tema: "Avanços da Nanotecnologia Farmacêutica-2"— Transcrição da apresentação:

1 Avanços da Nanotecnologia Farmacêutica-2
aula-3 (22/08/07) Prof. Dr. Nelson Durán MSc. Priscyla D. Marcato MSc. Zaine Teixeira IQ-UNICAMP

2 Sistemas de Liberação Sustentada
Nanopartículas lipídicas sólidas Nanopartículas poliméricas Sistemas de Liberação Sustentada Lipossomas Cristais líquidos

3 Nanopartículas Polimérica

4 Materiais Solvente Orgânico (clorofórmio, acetona etc) Polímero
Tensoativo Fase Aquosa

5 Estruturas Óleo na fase orgânica
Schaffazick et al. Quim Nova 26, 726 (2003). Óleo na fase orgânica

6 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)

7 ESCOLHA DO PRINCÍPIO ATIVO
HIDROFÍLICO LIPOFÍLICO A SOLUBULIDADE DO ATIVO DETERMINA O MÉTODO DE PREPARAÇÃO DAS PARTÍCULAS

8 por centrifugação a 15 000 rpm Secas por Liofilização
Ativos Lipofílicos Emulsão O/W Solvente Orgânico+ Polímero + Ativo Lavadas com água por centrifugação a rpm H2O + Tensoativo Agitação Secas por Liofilização Tewes et al., European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics 66, 488 (2007)

9 Ativos Hidrofílico Dupla Emulsão W/O/W Fase aquosa 1 H2O + Ativo
1% de PVA Solv. Orgânico Polímero Agitação Agitação Tewes et al., European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics 66, 488 (2007)

10 Legenda Fase Orgânica Agitação Fase Aquosa Miniemulsão
Evaporação de Solvente Surfactante Polímero Ativo lipofílico Legenda Solvente Orgânico Modificado da Nature Materials 2, 408–412 (2003)

11 Polímeros biodegradaveis
C O (CH2)5 n O CH2 C n Poli(acido glicolico) ou PGA Poli (-caprolactona) ou PCL O CH C n CH3 Poli(acido lactico) ou PLA Poly(3-hydroxybutyrate-co-valerate) or PHBV

12 BIOPOLÍMEROS TÍPICOS Polímeros biodegradáveis e bioabsorvíveis; Degradação depende de: MM, estrutura, solubilidade,composição da cadeia,grau de cristalinidade. (PLGA)

13 MÉTODOS MAIS IMPORTANTES DE PREPARAÇÃO DE NANOPARTÍCULAS
1-MÉTODO DE EMULSIFICAÇÃO/EVAPORAÇÃO DE SOLVENTE FASE AQUOSA Água destilada Tensoativo FASE ORGÂNICA Solvente orgânico Homogenizaçào Polímero Sonicação Agente ativo EMULSÃO Óleo em água Extração do solvente Evaporação do solvente SUSPENSÃO DE NANOPARTÍCULAS

14 APLICAÇÃO 1- 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 de solvente 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.

15 MÉTODOS MAIS IMPORTANTES DE PREPARAÇÃO DE NANOPARTÍCULAS
2-MÉTODO DE EMULSIFICAÇÃO ESPONTÂNEA/ DIFUSÃO DE SOLVENTE FASE AQUOSA FASE ORGÂNICA Difusão rápida do Solvente miscível com água NANOPARTÍCULAS

16 APLICAÇÃO 1- Este método é uma versão modificada do método de emulsificação/evaporação de 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 meio Aquoso 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.

17 MÉTODOS MAIS IMPORTANTES DE PREPARAÇÃO DE NANOPARTÍCULAS
3-MÉTODO DE NANOPRECIPITAÇÃO FASE AQUOSA Água destilada Tensoativo FASE ORGÂNICA FASE ORGÂNICA Solvente orgânico Solvente orgânico Óleo Polímero Polímero Agente ativo Agente ativo Agitação SUSPENSÃO DE NANOPARTÍCULAS

18 APLICAÇÃO 1- 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 do solvente 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.

19 MÉTODOS MAIS IMPORTANTES DE PREPARAÇÃO DE NANOPARTÍCULAS
4-MÉTODO DE SALTING-0UT FASE ORGÂNICA Solvente orgânico Polímero Agente ativo FASE AQUOSA (sal) Água destilada Agitação Tensoativo (PVA) EMULSÃO Água em óleo SUSPENSÃO DE NANOPARTÍCULAS

20 APLICAÇÃO 1- 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 é completamente miscível na solução aquosa; entretanto, aqui a miscibilidade das 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.

21 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 ativo EMULSÃO Óleo em água SUSPENSÃO DE NANOPARTÍCULAS

22 APLICAÇÃO 1- Formação de nanopartículas pelo uso de um solvente parcialmente miscível em água, que é previamente saturado em água para garantir o 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 por destilação 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.

23 Exemplo de encapsulação utilizando nanocápsulas.
PREPARAÇÃO Exemplo de encapsulação utilizando nanocápsulas.

24 Controle das variáveis de processo
PREPARAÇÃO Controle das variáveis de processo Precipitação coágulos agregados grandes espuma [tensoativo] temperatura evaporação Não [polímero] solvente Formas arredondadas superfície lisa baixa polidispersidade Sim agitação Modo adição

25 Nanoencapsulation I. Methods for preparation of drug-loaded
Nanomedicine: Nanotechnology, Biology, and Medicine 2 (2006) 8– 21 Nanoencapsulation I. Methods for preparation of drug-loaded polymeric nanoparticles C.P. Reis, R.J. Neufeld, A.J. Ribeiro, F. Veiga

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28 Emulsification/solvent diffusion (ESD)

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34 Técnicas de Secagem

35 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

36 Técnicas de Caracterizações

37 TÉCNICAS MICROSCOPICAS
Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) Microscopia de Força Atômica (AFM) Microscopia Eletrônica de Transmissão (TEM)

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39 Aplicações

40 Shi et al., Journal of Controlled Release 80, 309 (2002)

41 Nanopartículas Lipídicas Sólidas
Formadas por lipídios sólidos à temperatura ambiente e corporal Wissing et al., Advanced Drug Delivery Reviews 56, 1257 (2004)

42 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).

43 Homogeneização à alta Pressão

44 Homogeneização a quente
Ativo + Lipídio fundido Homogeneização a frio Homogeneização a quente Solidificação (nitrogênio líquido) Solução de tensoativo (quente) (sob alta agitação) Moído (micropartículas lipídicas) Agitação Pré-emulsão Solução de tensoativo (fria) Micro-suspensão Homogeneizado à alta Pressão

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46 Fácil escalonamento - 99% de reprodutibilidade em escala industrial
Rápido e Fácil Fácil escalonamento - 99% de reprodutibilidade em escala industrial Evita contaminação no processo de homogeneização

47 Sakulkhul et al., Proceedings of the 2nd IEEE International ( 2007)
500 bar 3 ciclos Sakulkhul et al., Proceedings of the 2nd IEEE International ( 2007)

48 Estrutura das Partículas
Souto e col., International Journal of Pharmaceutics 278, 71 (2004) Matriz Homogênea (solução sólida) Homogeneização a frio Núcleo Rico em ativo Parede Rica em Ativo

49 Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC)
Cristalinidade Eficiência de encapsulamento Difração de Raio-X Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC) Microscopia Eletrônica de Transmissão (TEM) Expulsão do ativo Distribuição do Ativo nas partículas Ressonância Magnética Nuclear de Prótons Eficiência de encapsulamento Liberação do Ativo Morfologia das Partículas Via de administração Técnicas microscópicas (MEV, TEM, AFM) Via de administração Diâmetro e Potencial Zeta Estabilidade - Aglomeração Espectroscopia de correlação de fótons

50 Aplicações

51 Pandey e col., Tuberculosis 85, 415 (2005)
Concentração no plasma Pandey e col., Tuberculosis 85, 415 (2005)

52 Pandey e col., Tuberculosis 85, 415 (2005)
Nível de ativo nos tecidos depois de 10 dias Ativo livre- 48 horas não foi mais detectados nestes órgãos Pandey e col., Tuberculosis 85, 415 (2005)

53 Pandey e col., Tuberculosis 85, 415 (2005)
Atividade Quimioterápica Pandey e col., Tuberculosis 85, 415 (2005)

54 Chen et al., Journal Controlled Release 110, 296 (2006)
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)

55 NLS-POD NLS-POD (aumento) POD

56 10 µm 75 µm 135 µm 275 µm

57 PERMEAÇÃO CUTÂNEA 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 ocorresse uma maior eficiência de liberação na camada córnea pela formação de filme e não maior penetração das partículas Alvarez-Román et at., Pharm. Res.; 21, (2004)

58 Nossa Proposta 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

59 ESTUDO DE UM CASO ESPECÍFICO
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 ESTUDO DE UM CASO ESPECÍFICO Palmitato de retinila Emissão em 514nm armazenamento da vitamina A (retinol) Manutenção da diferenciação epitelial prevenção da carcinogênese propriedade antioxidante Polímero funcionalizado com azul do nilo Emissão = 630 nm

60 Br NC %Encapsulamento = 99 Diâmetro = 250 nm Potencial zeta = -20 mV
Zaine: Foi empregado etanol com a finalidade de se remover o surfactante liipofílico Br NC %Encapsulamento = 99 Diâmetro = 250 nm Potencial zeta = -20 mV

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63 Microscopia Confocal (Vermelho do Nilo) (Palmitato)

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65 Seguro para aplicação cosmética Atinge o alvo de atuação
Teixeira et al. 2007

66 AGRADECIMENTOS