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NANOPARTÍCULAS LIPÍDICAS SÓLIDAS: PREPARAÇÃO, CARACTERIZAÇÃO E APLICAÇÃO Priscyla D. Marcato Nelson Durán IQ-Unicamp.

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NANOPARTÍCULAS LIPÍDICAS SÓLIDAS: PREPARAÇÃO, CARACTERIZAÇÃO E APLICAÇÃO Aula 9 QF-435 Priscyla D. Marcato Nelson Durán IQ-Unicamp.

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1 NANOPARTÍCULAS LIPÍDICAS SÓLIDAS: PREPARAÇÃO, CARACTERIZAÇÃO E APLICAÇÃO Priscyla D. Marcato Nelson Durán IQ-Unicamp

2 Tópicos Sistema de Liberação Sustentada Nanopartículas Lipídicas Sólidas Métodos de Preparação Microemulsão à quente Homogeneização à alta pressão Métodos de Caracterização Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC) Espectroscopia de correlação de fótons e Potencial Zeta Liberação Sustentada Aplicações Cosméticos Fármacos (Oral, Parenteral, Dérmica) O princípio ativo é encapsulado em espécies coloidais como lipossomas, nanopartículas poliméricas, nanopartículas lipídicas sólidas

3 LIBERAÇÃO CONTROLADA vs SUSTENTADA LIBERAÇÃO CONTROLODA DE FÁRMACOS - Forma bem caracterizada e dosagem reproduzível - Controle de entrada no corpo de acordo com a especificações do perfil requerido de liberação do fármaco - velocidade e duração da liberação são designadas para atingir uma concentração desejada. LIBERAÇÃO SUSTENTADA - A liberação do fármaco é prolongado com o tempo - Velocidade e duração não estão designado para atingir um determinado perfil

4 SISTEMA DE LIBERAÇÃO SUSTENTADA Melhora a estabilidade física e química de ativos Melhorar a biodisponibilidade Mantém o efeito do fármaco no tecido alvo Solubilizar ativos lipofílicos Minimiza os efeitos colaterais Reduz a toxicidade Diminui o número de doses/aplicações

5 % de Ativo Liberado SISTEMA DE LIBERAÇÃO SUSTENTADA

6 Tópicos Sistema de Liberação Sustentada Nanopartículas Lipídicas Sólidas Métodos de Preparação Microemulsão à quente Homogeneização à alta pressão Métodos de Caracterização Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC) Espectroscopia de correlação de fótons e Potencial Zeta Liberação Sustentada Aplicações Cosméticos Fármacos (Oral, Parenteral, Dérmica) Pellets Lipídicos

7 PELLETS DE LIPÍDIOS SÓLIDOS Ambroxol (estimula a produção de tensoativos no corpo que fazem a remoção dos germes e patógenos)

8 Tópicos Sistema de Liberação Sustentada Nanopartículas Lipídicas Sólidas Métodos de Caracterização Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC) Espectroscopia de correlação de fótons e Potencial Zeta Liberação Sustentada Aplicações Cosméticos Fármacos (Oral, Parenteral, Dérmica) Peletes Lipídicos Métodos de Preparação Microemulsão à quente Homogeneização à alta pressão

9 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).

10 ESTRUTURAS NLS Nanopartículas Lipídicas Sólidas (NLS) Baixa Eficiência de encapsulação Cristalização Ativo expulso Estocagem

11 Lipídio amorfo Óleo nanocompartimentado Lipídio sólido ESTRUTURAS CLN imperfeito CLN Amorfo Múltiplo CLN Carreador Lipídico Nanoestruturado (CLN)

12 Tópicos Sistema de Liberação Sustentada Nanopartículas Lipídicas Sólidas Métodos de Caracterização Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC) Espectroscopia de correlação de fótons e Potencial Zeta Liberação Sustentada Aplicações Cosméticos Fármacos (Oral, Parenteral, Dérmica) Peletes Lipídicos Métodos de Preparação Microemulsão à quente Difusão de solvente Homogeneização à alta pressão

13 MÉTODOS DE PREPARAÇÃO Microemulsão à quente Emulsificação e evaporação de solvente Difusão de solvente Secagem por aspersão Homogeneização à alta pressão. Wissing et al., Advanced Drug Delivery Reviews 56, 1257 (2004)

14 Agitação MICROEMULSÃO À QUENTE H 2 O + Tensoativo (quente) Lipídio fundido + Ativo (5-10 ºC acima da T f ) Agitação H 2 O + Tensoativo (frio)

15 Agitação H 2 O + Tensoativo (frio) H 2 O + Ativo (quente) Lipídio Fundido MICROEMULSÃO À QUENTE

16 Agitação Lipídio + Ativo Acetona e/ou etanol (quente) H 2 O + Tensoativo (quente) EMULSIFICAÇÃO E DIFUSÃO DO SOLVENTE Resfriamento

17 HOMOGENEIZAÇÃO À ALTA PRESSÃO

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

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

21 Dingler e Gohla, J.Microencapsul. 19, (2002).

22 500 bar 3 ciclos Sakulkhul et al., Proceedings of the 2nd IEEE International ( 2007)

23 ESTRUTURA DAS PARTÍCULAS Matriz Homogênea (solução sólida) Homogeneização a frio Parede Rica em Ativo Núcleo Rico em ativo

24 Tópicos Sistema de Liberação Sustentada Nanopartículas Lipídicas Sólidas Métodos de Caracterização Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC) Espectroscopia de correlação de fótons e Potencial Zeta Liberação Sustentada Aplicações Cosméticos Fármacos (Oral, Parenteral, Dérmica) Peletes Lipídicos Métodos de Preparação Microemulsão à quente Homogeneização à alta pressão

25 MÉTODOS DE CARACTERIZAÇÃO

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

27 FORMA POLIMÓRFICA

28 Hexagonal ( ) Ortorrômbica ( ) Triclínica ( )

29 Forma ESTOCAGEM Cristalização Ativo expulso Estocagem

30 Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC) Bunjes e col., Langmuir, 23, (2007)

31 Bunjes e col., 2007 CALORIMETRIA DIFERENCIAL DE VARREDURA (DSC)

32 Sakulkhul e col., 2007 NLS de trimiristato de glicerila

33 MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE TRANSMISSÃO 200 nm Bunjes e col., 2007

34 ESPECTROSCOPIA DE CORRELAÇÃO DE FÓTONS E POTENCIAL ZETA ± 30 mV Sakulkhul e col., 2007

35 Freitas e Muller, Eur. J. Pharm. Biopharm. 47, 125–132 (1999) ESPECTROSCOPIA DE CORRELAÇÃO DE FÓTONS NLS 10% (0,8 m) NLS 2% NLS 10% (23 m) NLS 2%

36 Tópicos Sistema de Liberação Sustentada Nanopartículas Lipídicas Sólidas Métodos de Caracterização Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC) Espectroscopia de correlação de fótons e Potencial Zeta Liberação Sustentada Aplicações Cosméticos Fármacos (Oral, Parenteral, Dérmica) Peletes Lipídicos Métodos de Preparação Microemulsão à quente Homogeneização à alta pressão

37 COSMÉTICOS

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39 Proteger ativos lábeis (Vitamina A) Aumentar a permeação de ativos até o sítio de ação Minimizar/evitar a absorção sistêmica de ativos Aumentar o poder de proteção solar Aumentar a hidratação da pele OBJETIVOS

40 AUMENTO DA PERMEAÇÃO Célula de Franz

41 AUMENTO DA PERMEAÇÃO VN Livre (o/a) CLN –VN Ácido oléico CLN-VN Migliol NLS-VN Borgi e col., Journal of Controlled Release 110, 151– 163 (2005)

42 PROTETOR SOLAR Benzofenona (região do UVA, 320 a 400 nm) Penetração – atinge a corrente sanguínea Wissing e Müller, Journal of Controlled Release 81, 225–233 (2002)

43 PROTETOR SOLAR Wissing e Müller, International Journal of Pharmaceutics –68 (2003) 10% Ativo Livre 5% Ativo NLS

44 Tópicos Sistema de Liberação Sustentada Nanopartículas Lipídicas Sólidas Métodos de Caracterização Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC) Espectroscopia de correlação de fótons e Potencial Zeta Liberação Sustentada Aplicações Fármacos (Oral, Parenteral, Dérmica) Peletes Lipídicos Métodos de Preparação Microemulsão à quente Homogeneização à alta pressão

45 FÁRMACOS

46 Pode melhorar a biodisponibilidade oral, manter o efeito do fármaco no tecido alvo, melhorar a estabilidade de fármacos, minimizar os efeitos colaterais, reduzir a toxicidade e diminuir o número de doses.

47 Oral ROTAS DE ADMINISTRAÇÃO DE FÁRMACOS Oftálmica Dérmica Parenteral (intravenosa, intramuscular, subcutânea) Nasal

48 ORAL Vários medicamentos são administrados por esta via devido o grande mercado Muitos ativos são degradados devido ao pH principalmente do estômago (pH 0,9-2,0) Baixa biodisponibilidade devido a baixa absorção de ativos por esta via. Número de doses

49 Luo et al., Journal of Controlled Release 114, 53–59 (2006) Solid lipid nanoparticles for enhancing vinpocetine's oral bioavailability Utilizado no tratamento de desordens circulatórias cerebrovascular Apresenta baixa absorção oral sendo rapidamente metabolizada e eliminada do corpo

50 COMPOSIÇÃO DAS FORMULAÇÕES

51 TEM das SLN de monoestearato de glicerila com diâmetro de nm dependendo do tipo e da concentração do tensoativo.

52 CONCENTRAÇÃO NO PLASMA

53 (2% de Tween 80) (1.5% de Tween 80) (1% de Tween 80) Maior concentração de Tween 80 na formulação = Aumentou a absorção do ativo via oral

54 Intravenosa Intramuscular Subcutânea PARENTERAL

55 Injeção Subcutânea Mitoxantrona (MTO) Lu e al. Eur. J. Pharm. Sci. 28, (2006)

56 Reduzir a toxicidade do ativo Aumentar a eficiência do ativo (evitando a degradação do ativo) Lu e al. Eur. J. Pharm. Sci. 28, (2006)

57 NLS no carreamento de Nanopartículas Magnéticas Maior tempo de residência no organismo Maior penetração no cérebro que dura até o fim do experimento (135 min) A habilidade de NLS em superar a barreira hemato- encefálica podendo ser utilizada como agente de contraste em imagens de Ressonância Magnética. Koo et al. Advan. Drug Delivery Rev. 58, 1556–1577 (2006)

58 TERAPIA GÊNICA É a introdução de material genético no interior celular para que o produto da sua expressão possa curar ou retardar a progressão da doença. Como fazer chegar o gene até às células defeituosas? Conceito de transfecção = processo de entrega e expressão de material genético com sucesso Vetores virais e não-virais

59 RNA Montana et al., Bioconjugate Chem. 18, (2007).

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61 DÉRMICA

62 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)

63 NLS-POD (aumento) POD

64 10 µm 75 µm 135 µm 275 µm

65 Trans-Retinol (vitamina A)

66 PREPARAÇÃO DE SLN O método utilizado foi de homogeneização por fusão a quente. Brevemente, 100 mg de lipídeo sólido, 3 mg de AR (trans-retinol), e variando as quantidades de eggPC (fosfatidilcolina de ovo) e Tween 80 foram misturados num tubo de 25 mL e logo sonicado a 60 o C por 2 h. 800 mL de água pré-aquecida (60 o C) foi lentamente ao material fundido (1 g de peso total final) e sonicado por 3 h até uma emulsão leitosa fosse obtida. Estas emulsões cruas foram homogeneizadas por 4 ciclos a 60 o C e 100 mPa usando um homogeneizador de alta pressão. A emulsão homogeneizada foi resfriada em nitrogênio líquido e logo descongelado em banho de água a temperatura ambiente para produzir as SLNs.

67 CARACTERIZAÇÃO

68 EFEITO DO SURFACTANTE Tamanho da partículas diminui com aumento do surfactante 100 mg de surfactatnte (eggPC/Tewee 80) 124 nm 60 mg de surfactante 228 nm A quantidade de surfactante não muda significativamente o potencial zeta (22 a 28 mV)

69 ESTABILIDADE 34.8 O C

70 ESTABILIDADE

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72 EFEITOS DE ANTIOXIDANTES NAS SLN

73 CONCLUSÕES Neste estudo foi mostrado que AR-SLN pode ser obtido com tamanho e PI adequado e potencial zeta de forma otimizada em função do surfactante. Embora AR não foi estabilizada completamente por SLN a instabilidade de AR pode ser superada por co-carga de antioxidantes, como por exemplo BHT-BHA no SLN. A presença de antioxidante aumenta grandemente a eficiência de encapsulamento do AT no SLN. Este trabalho mostrou que AR e SLN junto a BHT– BHA pode prover uma formulação efetiva para o uso clínico do AR.

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75 PREPARAÇÃO A preparação é baseada no principio emulsão com difusão de solvente em água. Brevemente, 10 mg de cada fármaco (rifampicina, isoniazida e pirazinamida) e 30 mg de ácido esteárico foram colocados numa mistura de acetona/etanol (12 ml de cada) e aquecido a 60–70 o C num banho de água. A razão fármaco total: lipídeo foi mantida em 1:1 p/p. A solução resultante foi colocado em 25 ml de 1% PVA aquoso a 4–8 o C sobe agitação mecânica. As SLN formadas espontaneamente foram recuperadas por centrifugação a 35,000 x g por 30 min a 4–8 o C. Os pellets foram lavados três vezes com água destilada e secos em vácuo.

76 CARACTERIZAÇÃO DAS SLNs A eficiência de incorporação dos fármacos foi de 52% de rifampicina, 46% de isoniazida e 42% de pirazinamida. A quantidade residual de PVA foi de 10.5–12.5% p/p de partículas secas em vácuo. PVA residual foi analisado por iodometria a 695 nm. Não foi detectado acetona/etanol residual (acetona/etanol residual foi analisado por headspace GC).

77 Liberação in vitro dos farmacos No caso da isoniazida/pirazinamida, a liberação em fluidos gástrico simulado (SGF) foi de 15% nas primeiras 6 h e 12–15% durante 6–72 h. Rifampicina foi liberada em menor extensão, p.e. 9% nas primeiras 6 h e 11% durante 6–72 h. O fármaco liberado em fluido intestinal simulado (SIF) não foi mais de 20% após 6 h e 11% de 6 a 72 h, no caso da isoniazida/pirazinamida entretanto, a liberação da rifampicina foi de 8–12% durante o período inteiro de estudo.

78 DISTRIBUIÇÃO DOS FÁRMACOS Fármacos livres foram eliminados dos tecidos as h

79 PARAMETROS FARMACOCINÉTICOS

80 ATIVIDADE QUIMIOTERÁPICA Pandey e col., 2005

81 CONCLUSÕES Embora nanopartículas poliméricas e lipossomas são eficientes como carregadores de fármacos antituberculosis, as vantagens com SLNs não é somente que a estabilidade é maior comparada com lipossomas como também a eficiência de incorporação é melhor que as formulações poliméricas mas também os riscos de solventes orgânicos são mínimos.

82 1994 – Publicações (Solid lipid nanoparticles) CONSIDERAÇÕES Publicações (Solid lipid nanoparticle)

83 Brasil 15º - 1,0638% Physicochemical characterization and stability of the polymeric nanoparticle systems for drug administration. Author(s): Schaffazick SR, Guterres SSU, Freitas LD, Pohlmann ARSchaffazick SRGuterres SSU Freitas LDPohlmann AR Source: QUIMICA NOVA 26 (5): SEP- OCT 2003 F. S. Peixoto, P. M. Dias, G. A. Ramaldes, J. M. C. Vilela, M. S. Andrade and A. S. Cunha. Atomic Force Microscopy Applied to the Characterization of Solid Lipid Nanoparticles. Microsc. Microanal. 11 (supp 3), (2005) ISI: palabras: solid lipid nanoparticle 94 patentes: período : 12 patentes 2002: : : : : :11

84 As NLS são promissores carreadores que apresentam muitas vantagens em relação aos outros carreadores : Escalonamento Ingredientes aprovados por órgãos regulatórios Esterilização Tratamento de Hepatite C

85 Wissing, S. A.; Mader, K.; Muller, R. H. Solid lipid nanoparticles (SLN) as a novel carrier system offering prolonged release of the perfume Allure (Chanel). Proceedings of the International Symposium on Controlled Release of Bioactive Materials (2000), 27th

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87 Considerações Finais As NLS são atrativos carreadores de ativos utilizados em produtos cosméticos e farmacêuticos. Vantagens: Fácil produção em larga escala, menor toxicidade, a possibilidade de não usar solvente orgânico. Desvantagens é a baixa eficiência de encapsulamento - CLN. As NLS e CLN apresentam grande versatilidade no carreamento de diferentes ativos, podendo ser administradas por diversas vias como oral, parenteral, dérmica e oftálmica.

88 AGRADECIMENTOS


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