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

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

Nanopartículas Polimérica

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

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

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

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

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)

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

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

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

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

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

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

Aplicações

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

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)

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

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)

NLS-POD NLS-POD (aumento) POD

10 µm 75 µm 135 µm 275 µm

NANOPARTICULAS METALICAS

Preparação Método Químico – Oxido- Redução – Citrato de sódio Problemas Resíduos na dispersão final Estabilização das partículas Larga Faixa de diâmetro de Partículas Método Biológico – Fungos- Fusarium Oxysporium

24 h Duran et al., Journal of Nanobiotechnology, 1 (2005)

De Conti et al., Nanotechnology, submitted (2007) CLIN CLIN CLIN CLIN CLIN CLIN CLIN CLIN Sintese quimica e fungica De Conti et al., Nanotechnology, submitted (2007)

Purificador de Ar Refrigerador Durán et al., Journal of Biomedical Nanotechnology 3, 203 (2007)

Teste da atividade antibacteriana Tecido de Algodão Teste da atividade antibacteriana Controle Tecido com Ag Durán et al., Journal of Biomedical Nanotechnology 3, 203 (2007)

VANCOMICINA EM NANOPARTICULAS PARA AUMENTAR SUA ATIVIDADE ANTIMICROBIANA Gu et al. Nano Lett. 3, 1261-1263 (2003)

VANCOMICINA EM NANOPARTICULAS PARA AUMENTAR SUA ATIVIDADE ANTIMICROBIANA Gu et al. Nano Lett. 3, 1261-1263 (2003)

Gimenez et al. J. Biomed. Nanotechnol. 1, 1-7 (2005)

NANOCOSMÉTICOS

Economia do setor de cosméticos Zaine: trajetória ascendente independente de turbulências econômicas como desaquecimento da economia e barreiras tarifárias Euromonitor

Economia do setor de cosméticos Zaine: bastante sedimentado: pequenas e médias empresas, convivendo com empresas de atuação munidal Economia do setor de cosméticos Brasil ABIHPEC

Balança comercial COSMÉTICOS Zaine: Em relação ao comércio exterior, observa-se déficit comercial apenas em 2001 Balança comercial

COSMÉTICOS Zaine: Sob o aspecto do emprego, o setor também apresentou índices superiores para a média geral da indústria paulista

Obstáculos (segundo ABIHPEC) COSMÉTICOS Zaine: O setor de cosméticos poderia crescer ainda mais! Obstáculos (segundo ABIHPEC) Escassez de mão-de-obra qualificada (pouquíssimos cursos na área cosmética) Importações de grande parte dos insumos, deixando de gerar empregos no mercado doméstico e afetando negativamente a balança comercial

Fatores de crescimento (segundo ABIHPEC) COSMÉTICOS Zaine: despertando necessidade de se conservar impressão de juventude Fatores de crescimento (segundo ABIHPEC) (Associação Brasileira da Indústria de Higiene Pessoal Perfumaria e Cosméticos)- maior participação da mulher no mercado de trabalho; utilização de tecnologia de ponta consequente aumento na produtividade; aumentos de preços inferiores aos índices da economia em geral; lançamento constante de novos produtos; elevação da expectativa de vida da população.

Produtos cosméticos de cuidado para a pele Cosmecêuticos Vitaminas A, C e E flavonóides (escutelária, uva, soja) polifenóis (chá-verde) carotenóides (tomate, melância) taninos (hamamélis, malva) ácidos oleicos, linoleicos e palmítico (amêndoas doce)

Valor agregado do Produto COSMÉTICOS 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 cogumelo Valor agregado do Produto Conceito Prevage (Allergan): US$100 (29 g) Happylog (Guerlain): R$ 250 (30mL)Happyder, (Lóreal): R$ 50,00 (50 mL) Akinésine Happyskin (Anna Pegova): R$ 360 (20 mL) Sisleÿa Global Anti-Age: R$ 1200 (50mL) “O segmento anti-rugas dobra o seu faturamento todos os anos desde 1998 (no Brasil 500 mil reais/ano)”

NANOPARTÍCULAS COMO VEÍCULOS CARREADORES DE COSMÉTICOS Zaine: Mesmo quando comprovado in vitro a eficácia de um ativo NANOPARTÍCULAS COMO VEÍCULOS CARREADORES DE COSMÉTICOS Ativos devem alcançar os sítios alvos em concentrações e períodos de tempo adequados

folículos pilosebáceos ductos sudoríparos camada córnea PERMEAÇÃO CUTÂNEA Zaine: Epiderme = germinativa ou basal, malphiana e córnea células de queratinócito surgem na camada basal e sofrem modificações até se tornarem anucleadas na camada córnea. Unem entre si por lipídiosintercelulares =cimento A camada córnea é a mais espessa Nos fibroblastos: + numeros sos tipos de células na derme colágeno elastina e reticulares Rotas de permeação: folículos pilosebáceos ductos sudoríparos camada córnea Mecanismo transcorneal: através das paredes da camada córnea via intercelular (tijolos e cimento).

ESTUDOS DE PERMEAÇÃO

Penetração de nanopartículas na pele PERMEAÇÃO CUTÂNEA Penetração de nanopartículas na pele Partículas de TiO2: 0,5 a 1 m = atingindo ocasionalmente a derme; 3 a 8 m = somente uma limitada absorção folicular.

PERMEAÇÃO CUTÂNEA Minoxidil@PCL: 40 nm tiveram maior permeação do que as de 130 nm apenas em linhagens com pelos.

PERMEAÇÃO CUTÂNEA Partículas de PLGA em vacinas tópicas: quanto menor o tamanho, mais partículas foram direcionadas às células de Langerhans presentes na epiderme.

PERMEAÇÃO CUTÂNEA Lipossomas: 272 nm (epiderme e parte da derme), 116 e 71 nm (atingem em alta concentração a derme). Hoet et al., J. Nanobiotech., 2, 12-26 (2004).

PERMEAÇÃO CUTÂNEA Partículas de PLGA em vacinas tópicas: quanto menor o tamanho, mais partículas foram direcionadas às células de Langerhans presentes na epiderme. Gu and Roy, J. Drug Deliv. Sci. Technol., 14, 265-73 (2004)

PERMEAÇÃO CUTÂNEA Látex de 50, 100, 200 e 500 nm carregados: somente os negativos de 50 e 500 nm permearam a pele. Seriam formados canais temporários devidos a repulsão lipídeos- partículas. Kohli and Alpar, Int. J. Pharm., 275, 13-7 (2004)

PERMEAÇÃO CUTÂNEA Partículas de Nile Red@PCL: penetração na camada córnea, visualizada por CLSM. Alvarez-Román et al., J. Control. Release, 99, 53-62 (2004)

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 Red@PCL 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, 1818-25 (2004)

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

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

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

Microscopia Confocal (Vermelho do Nilo) (Palmitato)

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

Produtos no Mercado

Aplicações 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 cogumelo

Olay Complete Nanopartículas de óxido de zinco L`Oreal Kerastase Nanoemulsão Vitactive Nanoserum anti-sinais (O Boticário) L `Oreal Revitalife Lipossomas Brumas (Natura) Nanoemulsão Radical Sponge (BioResearch) Fulereno Serge Lutens Blusher (Barneys New York) Nanodispersão 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 cogumelo

Aplicações Zaine: Muito provavelmente pode ocorrer absorção sistêmica ou mesmo geração de radicais livres e danos ao DNA em camadas mais profundas da pele devido a reações fotocatalíticas ocasionadas por dioxido de titanio e de zinco

Little bits The cosmetics industry already puts nano-particles in lotions, creams and shampoos. Nano-sized zinc oxide particles are used in suncreams. The particles are particularly good at absorbing ultra-violet rays, but make the lotion transparent and smooth instead of sticky and white.

Aplicações COSMÉTICOS 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 cogumelo Aplicações

Radical Sponge® (Fullerene) by Vitamin C60 BioResearch Corporation COSMÉTICOS Zaine: Aplicações Radical Sponge® (Fullerene) by Vitamin C60 BioResearch Corporation Eliminação de radicais livres

COSMÉTICOS Zaine: Aplicações

COSMÉTICOS Zaine: Aplicações

COSMÉTICOS Zaine: Aplicações

COSMÉTICOS Zaine: Aplicações

O sensorial diferenciado com hidratação intensa das Brumas de Leite foi obtido através de uma tecnologia pioneira na Natura, a Nanotecnologia, que através de um processo de fabricação especial, diminui o tamanho de partículas da emulsão.

FARMACOS APROVADOS PELA FDA (10)

Tratamento Anfotericina B livre ( 24 dólares por dia) Com Ambisome Anfoterecina B Tratamento Anfotericina B livre ( 24 dólares por dia) Com Ambisome (1300 dólares por dia)

LIBERAÇÃO INTRANASAL

HEPATITE C

Paclitaxel Injetável

Abraxane é uma versão nanotecnológica de Taxol –o fármaco anticâncer derivado da corteça da árvore do Tejo, patentado pela Bristol-Meyers Squibb. Quando a patente do Taxol Expirou em 2000, uma versão genérica, o Paclitaxel, foi posto a disposição do público por US $150 cada dose. Abraxane é diferente porque está formulado na nanoescala e encapsulado numa coberta de albumina. Como as coberturas de albumina são proteína natural, os pacientes tem poucas reações alérgicas, o que não sucede com o Paclitaxel (ou Taxol), que produz terríveis efeitos secundários. A empresa cobra US $4.200 por dose de Abraxane, 28 vezes mais caro que o Taxol genérico. Não esta ainda definido o lançamento no Brasil.

Doxorubicina Lipossoma furtivo

Caelyx 2 mg R$ 2.395,34 (Schering-Plough) Doxorrubicina 10 mg R$ 30,34 Avastin contem a substancia ativa bevacizumab, que é um anticorpo monoclonal humanizado. Roche Farma Brasil: 25 mg R$ 5.829,48 Rapamune (Sirolimo) 1 mg R$ 1.665,91 Macugen: 0,3 mg R$ 3.348,94 (Pfizer)

Impactos da NanoBioTecnologia • Quais são os riscos da nanobiotecnologia para o ser humano? Quais os danos ambientais da nanotecnologia? • Impactos sócio-econômicos?

A inalação de nanopartículas, tais como nanotubos e partículas metálicas, pode gerar danos aos pulmões. Aplicação Dérmica: Partículas podem permear a pele e atingir a corrente sanguínea se espalhando pelo corpo e podendo atingir até o cérebro. Ingestão: Partículas menores que 300 nm podem atingir o sistema linfático e entrar na corrente sanguínea.

Impactos Sociais • O desenvolvimento de produtos com tecnologia nano pode criar mudanças significativas nos planos social e econômico. • Haverá criação de empregos em novas áreas, mas outros irão desaparecer. O avanço da nanotecnologia pode possibilitar que países em desenvolvimento entrem em compasso com países desenvolvidos, mas pode também aumentar as diferenças entres estes:

A nanobiotecnologia é uma promissora e atual tecnologia, mas seus riscos precisam ser analisados.

AGRADECIMENTOS

Materiais de cobertura (CH2)5 n Poli (-caprolactona) ou PCL O CH C n CH3 Poli(acido lactico) ou PLA Poly(3-hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerate) ou PHBV