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

Tópicos Sistema de Liberação Sustentada O princípio ativo é encapsulado em espécies coloidais como lipossomas, nanopartículas poliméricas, nanopartículas lipídicas sólidas 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)

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

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

SISTEMA DE LIBERAÇÃO SUSTENTADA % de Ativo Liberado

Tópicos Sistema de Liberação Sustentada Pellets Lipídicos 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 DE LIPÍDIOS SÓLIDOS Ambroxol (estimula a produção de tensoativos no corpo que fazem a remoção dos germes e patógenos)

Tópicos Sistema de Liberação Sustentada Peletes Lipídicos 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)

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).

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

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

Tópicos Sistema de Liberação Sustentada Peletes Lipídicos Nanopartículas Lipídicas Sólidas Métodos de Preparação Microemulsão à quente Difusão de solvente 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)

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)

Lipídio fundido + Ativo MICROEMULSÃO À QUENTE Lipídio fundido + Ativo (5-10 ºC acima da Tf) H2O + Tensoativo (frio) H2O + Tensoativo (quente) Agitação Agitação

MICROEMULSÃO À QUENTE H2O + Ativo (quente) Lipídio Fundido Agitação H2O + Tensoativo (frio) Agitação Agitação

EMULSIFICAÇÃO E DIFUSÃO DO SOLVENTE Lipídio + Ativo Acetona e/ou etanol (quente) Resfriamento H2O + Tensoativo (quente) Agitação

HOMOGENEIZAÇÃO À ALTA PRESSÃO

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

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

Dingler e Gohla, J.Microencapsul. 19, 11-16 (2002).

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

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

Tópicos Sistema de Liberação Sustentada Peletes Lipídicos 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)

MÉTODOS DE CARACTERIZAÇÃO

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

FORMA POLIMÓRFICA

Hexagonal () Ortorrômbica (’) Triclínica ()

ESTOCAGEM Ativo expulso Cristalização Estocagem Forma  Forma 

Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC) Bunjes e col., Langmuir, 23, 4005-4011 (2007)

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

NLS de trimiristato de glicerila Sakulkhul e col., 2007

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

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

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

Tópicos Sistema de Liberação Sustentada Peletes Lipídicos 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)

COSMÉTICOS

OBJETIVOS 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

AUMENTO DA PERMEAÇÃO Célula de Franz

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

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)

PROTETOR SOLAR 5% Ativo NLS 10% Ativo Livre Wissing e Müller, International Journal of Pharmaceutics 254 65–68 (2003)

Tópicos Sistema de Liberação Sustentada Peletes Lipídicos 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 Fármacos (Oral, Parenteral , Dérmica)

FÁRMACOS

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.

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

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

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 Luo et al., Journal of Controlled Release 114, 53–59 (2006)

COMPOSIÇÃO DAS FORMULAÇÕES

TEM das SLN de monoestearato de glicerila com diâmetro de 70-200 nm dependendo do tipo e da concentração do tensoativo.

CONCENTRAÇÃO NO PLASMA

(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

PARENTERAL Intravenosa Intramuscular Subcutânea

Injeção Subcutânea Mitoxantrona (MTO) Lu e al. Eur. J. Pharm. Sci. 28, 86-95 (2006)

Reduzir a toxicidade do ativo Aumentar a eficiência do ativo (evitando a degradação do ativo) Lu e al. Eur. J. Pharm. Sci. 28, 86-95 (2006)

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)

Como fazer chegar o gene até às células defeituosas? 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

RNA Montana et al., Bioconjugate Chem. 18, 302-308 (2007).

http://universe-review.ca/I11-38-RNAi.jpg

DÉRMICA

Absorvido até a corrente sanguínea 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

Trans-Retinol (vitamina A)

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 60oC por 2 h. 800 mL de água pré-aquecida (60oC) 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 60oC 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.

CARACTERIZAÇÃO

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)

ESTABILIDADE 34.8OC

ESTABILIDADE

ESTABILIDADE

EFEITOS DE ANTIOXIDANTES NAS SLN

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.

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 60–70oC 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 4–8oC sobe agitação mecânica. As SLN formadas espontaneamente foram recuperadas por centrifugação a 35,000 x g por 30 min a 4–8oC. Os pellets foram lavados três vezes com água destilada e secos em vácuo.

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).

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.

DISTRIBUIÇÃO DOS FÁRMACOS Fármacos livres foram eliminados dos tecidos as 24-48 h

PARAMETROS FARMACOCINÉTICOS

ATIVIDADE QUIMIOTERÁPICA Pandey e col., 2005

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.

CONSIDERAÇÕES 1994 – 2007 441 Publicações 1998-2007 94 Publicações (Solid lipid nanoparticles) 1998-2007 94 Publicações (Solid lipid nanoparticle)

ISI: palabras: solid lipid nanoparticle 94 patentes: período 1992-2007 1992-2001: 12 patentes : 8 : 6 : 15 : 22 : 20 : 11 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 AR Source: QUIMICA NOVA 26 (5): 726-737 SEP-OCT 2003 Physicochemical characterization and stability of the polymeric nanoparticle systems for drug administration. Author(s): Schaffazick SR, Guterres SSU, Freitas LD, Pohlmann AR Source: QUIMICA NOVA 26 (5): 726-737 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), 52-55 (2005)

Tratamento de Hepatite C 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

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 311-312.

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.

AGRADECIMENTOS