Farmácia e nanobiotecnologia Gustavo Bacelar 06/19752 Mayta Moreira 07/ Rayanne Veloso 07/51685

Nanotecnologia é a ciência que pesquisa materiais que tem pelo menos uma de suas dimensões nanométricas. Nanobiotecnologia é a aplicação da nanotecnologia nas ciências da vida, e envolve diferentes aspectos multidiciplinares e pode contribuir muito para o avanço da saúde humana.

Variedades

Nanomedicamentos – Fármaco nanoestruturado Nanomedicamentos – Fármaco nanoestruturado. Partículas de até mil nanômetros.(normalmente 5-250 nm) Depende das propriedades anatômicas e fisiológicas

Nanofármacos Baixo peso molecular. Específico. Hidrofílico (solúvel em meio aquoso). Lipofílico (atravessa a membrana plasmática). Biocompatível e Biodegradável. Dimensões comparáveis à de vírus (20 a 450 nm),diproteínas(5 a 50 nm) e até de um gene(2 nm)

PRINCIPAIS NANOPARTÍCULAS Nanopartículas magnéticas Lipossomas Nanocápsulas Nanoesferas Nanotubos de carbono Fulerenos dendrímeros

Nanobiotecnologia Profa Elisabete P. Santos

Vantagens Conforto para o paciente. Aspectos econômicos. Específico. Podem atravessar barreiras. Podem ser fagocitadas pelas células alvo. Tratamento de doenças neurodegenerativas(Parkinson,Alzheimer, epilepsia) A proteção do fármaco no sistema terapêutico contra possíveis instabilidades no organismo, promovendo manutenção de níveis plasmáticos em concentração constante;

NANOPARTÍCULAS COMO SISTEMAS DE ENTREGAS DE FÁRMACOS Devem ser inertes e biocompatíveis. Passagem através de certas barreiras biológicas. Podem ser modificadas / funcionalizadas : LIGANTES: para atingir alvo específico (ex: tumor), poupando tecidos saudáveis. PEGUILACÃO: recobertas com polietilenoglicol (PEG) para não ser captadas por células fagocíticas do fígado, permanecendo mais tempo na circulação.

Desvantagens Possível toxidez dos polímeros e seus produtos. Elevado custo. Dificuldade de interromper a ação farmacológica no caso de intoxicações ou intolerância. Ausência de biocompatibilidade dos materiais utilizados

O termo nanopartículas aplicado à liberação controlada de fármacos é amplo e refere-se a dois tipos de estruturas diferentes : Nanoesferas : aqueles sistemas em que o fármaco encontra-se homogeneamente disperso ou solubilizado no interior da matriz polimérica. Desta forma obtém-se um sistema monolítico, onde não é possível identificar um núcleo diferenciado. Nanocápsulas: constituem os chamados sistemas do tipo reservatórios, onde é possível se identificar um núcleo diferenciado, que pode ser sólido ou líquido. Neste caso, a substância encontra-se envolvida por uma membrana, geralmente polimérica, isolando o núcleo do meio externo.

NANOPARTÍCULAS MAGNÉTICAS (NPMs) Fonte: Dobrovolskaia e McNeil, 2007 Introdução

NPMs Núcleos de ferro(magnetita ou maghemita) Melhor direcionamento de drogas Terapia gênica Aumenta contraste nos exames por ressonánciasmagnética Indução de hipertermia(magnetohipertermia) Separação magnética Superfície hidrofílica ↓ reconhecimento pelas células fagocíticas Carga de superfície negativa ↓ reações inflamatórias

MAGNETOHIPERTERMIA NO AUXILÍO À TERAPIAS CONVENCIONAIS Introdução MAGNETOHIPERTERMIA NO AUXILÍO À TERAPIAS CONVENCIONAIS ↑ temperatura; ↑ circulação sanguínea; ↑ oxigênio; Formação de espécies reativas de oxigênio; Maior quantidade de quimioterápico no tumor.

USO DAS NPMs PARA APLICAÇÃO DA MAGNETOHIPERTERMIA Introdução USO DAS NPMs PARA APLICAÇÃO DA MAGNETOHIPERTERMIA ↑ temperatura de até 8oC;

DIAGNÓSTICO POR IMAGEM

NPMs X CÂNCER Tratamentos convencionais: Quimioterapia; Radioterapia; Introdução NPMs X CÂNCER Tratamentos convencionais: Quimioterapia; Radioterapia; Cirurgias. Uso de NPMs: Tratamento e diagnóstico do câncer; Direcionamento para o tumor; ↓ dose ↓ efeitos colaterais; ↑ eficácia dos tratamentos convencionais; Diagnóstico precoce.

EPR permeabilidade e retenção realçadas

Entrada na Celula Endocitose Fagocitose – Receptor especifico. Pinocitose Potocytosis (caveolae)

Transcitose Permite a passagem de macromoleculas.

Biodistribuição e Penetração das Nanopartículas Biodisponibilidade – A fração de um dado fármaco que atinge a circulação sem ser alterado e ser torna disponível para distribuição.

Partículas hidrofóbicas são rapidamente reconhecidas por opsoninas Hidrofílicas tempo de permanencia no organismo As partículas podem se acumular em diversas partes: baço, fígado, medula óssea, cérebro e linfonódos. Nanoparticulas de oxido de ferro foram encontrados no linfonodos. O endotélio varia dentro dos diferentes tecidos. Tem implicações toxicológicas.

Implicações para a Nanotoxicologia dos Medicamentos Para minimizar efeitos adversos e tóxicos: Eram feitos de materiais biodegradáveis e biocompatíveis. Revestimento de superfície que evitam acumulação no baço e no fígado. NP(não magnéticas) revestidas por albumina reconhecidas pelo organismo associadas ao Placlitaxel no tratamento de câncer de mama

A toxicologia determinada pelas características da superfície. Danos: Liberação de radicais livres. Acúmulo nos lisossomos (quando não é biodegradável). Lesões no fígado e endotélio.

Dendrímeros Moléculas ramificadas, simétricas e de estrutura bem definida Alta densidade funcional na superfície com um pequeno volume molecular Esféricas e com núcleos

Controle das propriedades químicas e estruturais natureza do material número e tipo de unidades repetitivas grupo funcional terminal Podem encapsular fármacos

Podem ter também aplicações diretas Antivirais Antivirais Vacinas Terapia oncológica Antibacterianos Terapia gênica Terapia gênica

Citotoxicidade Catiônico > Aniônico Ácidos graxos como grupos terminais A toxicidade aumenta com o número de gerações

Fulerenos Moléculas compostas por carbono Ligações sp2 (grafite) Lâminas de anéis hexagonais empilhadas Absorção de radicais livres (vitamina C60) Transporte de drogas

Nanotubos de Carbono São fulerenos Estruturas cilíndricas Pequeno diâmetro e grande comprimento Rigidez, tenacidade, condutividade, densidade Transporte de drogas ligadas à superfície ou à extremidade depositadas no interior do nanotubo

Algumas aplicações da nanotecnologia.

DISTRIBUIÇÃO E DESTINO DAS NANOPARTÍCULAS: Antes é bom saber: DISTRIBUIÇÃO E DESTINO DAS NANOPARTÍCULAS: Vias: Parenteral Cutânea Oral Oftálmica Cerebral Pulmonar

Primeiro nanofármaco Brasileiro Incrementha É um anestésico de uso tópico para uso em pequenas cirurgias na pele, desenvolvido em parceria com as pesquisadoras Silvia Guterres e Adriana Pohlmann, da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS). A inovação está em uma nanocápsula biodegradável que transporta o medicamento para regiões específicas. Com o veículo nanotecnológico, o anestésico penetra e se concentra apenas nas terminações nervosas da pele, evitando ser absorvido pela circulação sangüínea e diminuindo as chances dos efeitos colaterais. A nanotecnologia está no controle da absorção e da liberação do princípio ativo”, disse Henry Suzuki, diretor técnico da Incrementha, empresa responsável pelo produto.

Nanotecnologia no Tratamento da Malária Desenvolvimento de formulações lipossômicas contendo artemeter, uma substância semi-sintética, derivada de artemisinina, efetivo contra os estágios eritrocíticos de P. falciparum resistente à cloroquina e à mefloquina. Ensaios em coelhoes machos, aplicações via oral e intravenosa: Formulação selecionada: dipalmitoilfosfatidilcolina (DPPC), diberenoilfosfatidilcolina (DBPC), colesterol e artemeter na proporção de 1:1:2:1;

Os resultados mostraram aumento significativo da biodisponibilidade do fármaco, quando administrado em lipossomas por via oral (97,91%), comparado com os 31,83% quando administrado sob a forma de suspensão oral. O artemeter em lipossomas administrados por via intravenosa resultou em aumento no tempo de meia-vida, quando comparado com aqueles de outros derivados da artemisinina, como a própria artemisinina e o artemeter. O antimalárico artemeter foi encapsulado em lipossomas compostos de fosfatidilcolina de ovo e colesterol . Uma eficiência de encapsulamento próxima a 100% foi observada com o fármaco localizado na bicamada lipídica e estabilidade de três meses, quando estocados a 4 °C. A formulação demonstrou ainda eficácia terapêutica de 100% de cura após 22 dias de infecção (Chimanuka et al., 2002).

Esses resultados indicam que é possível direcionar fármacos incorporados nesse tipo de lipossomas para o combate as formas do parasita no interior dos hepatócitos.

Vacina contra malária Técnicas de nanotecnologia farmacêutica também foram utilizadas para a encapsulação do antígeno recombinante R32NSI em lipossomas, no desenvolvimento de vacina para a malária pelo Instituto de Pesquisa Walter Reed do Exército Americano. Neste projeto, o lipídio monofosforila A foi incluído na bicamada lipídica como adjuvante. O estudo clínico de fase I em voluntários humanos demonstrou indução promissora de anticorpos antimalária em níveis elevados.

Nanopartículas no tratamento da Leishmaniose Laboratório de Imunofarmacologia, do Instituto de Biofísica Carlos Chagas Filho, da Universidade Federal do Rio de Janeiro (IBCCF/UFRJ). Desenvolvimento de ferramentas nanotecnológicas específicas para cada via de administração. Usa a chalcona (ativa no tratamento da leishmaniose cutânea em camundongos) como substância a ser associada às nanopartículas testadas:

diminui o custo do tratamento; Para administração oral: chalcona + nanopartículas de quitosana, que potencializariam sua captação no intestino. (Leishmaniose visceral) Para aplicação tópica:nanopartículas de dendrímeros-podem carrear a chalcona através do estrato córneo e da epiderme.( Leishmaniose tegumentar) Vantagens: diminui o custo do tratamento; diminui a incidência tóxica provocada pelo principio ativo da substância; evitariam seus efeitos colaterais.

Abraxane é uma versão nanotecnológica de Taxol –o fármaco anticâncer derivado da curtiça da árvore do Tejo, patentiado 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.

ABRAXANE Taxol em nanopartículas de albumina - Administração sem veículo oleoso que provoca reações alérgicas Dispensa a administração de corticóides e anti- histamínicos. Tempo de administração reduzido de 3 h para 30 min. Aplicação – Câncer de mama

RAPAMUNE Nanocristais de rapamicina – solubilidade aumentada pelo tamanho das partículas. Indicação – Imunossupressor (transplantados)

VIVAGEL Dendrímero – Gel vaginal para prevenção de DSTs, incluindo HIV e Herpes Em teste clínico de fase I

Objetivo ligado à indústria farmacêutica Tabela – Amostra de produtos pesquisados, local da pesquisa e objetivo relacionado à indústria farmacêutica Tratamento de leishmaniose cutânea UFMG Lipossomas com incorporação de paromicina Diagnóstico médico IFUSP Nanopartículas de níquel encaixadas em sílica amorfa Agente de contraste de imagem médica – Carreador de fármacos IQUSP Nanopartículas de ferridrita sintetizadas em nanoreatores Vetores de droga (em tratameno de tumores) Ferrofluidos Adjuvantes biológicos (aumenta eficiência do sistema imune) Sílicas mesoporosas ordenadas  Liberação controlada de fármacos IQM - UNICAMP Interação doador-receptor de 1,2 diclorobenzeno com nanotubos de carbono Liberação controlada de fármacos Sistemas poliméricos nanoporosos Cristais coloidais Substrato para fármacos antitumorais, antivirais, antibacterianos e antiparasitários - Liberação de drogas IQM- UNICAMP Nanopartículas de Ouro passivadas com β- ciclodextrina tiolada Liberação suportada de fármacos Sistemas nanoestruturados Reparo e regeneração de tecidos FORP - USP Titânio com nanotopografia Encapsulamento de drogas e materiais luminescentes Dendrímeros fotoisomerizáveis Revestimento de medicamentos Polissacarídeos como revestimentos funcionais fotoquimioterapia FFCLRP-USP Compostos bioativos em sistemas microorganizados Tratamento de acne Nanopartículas lipídicas sólidas Marcadores fluorescentes para imagens biológicas - biosenssores Nanotubos de carbono Objetivo ligado à indústria farmacêutica Local Produto pesquisado

NANOCOSMÉTICA Uso de Nanocosméticos Partículas metálicas para aumento de brilho em maquiagens; Nanoemulsões para cabelos mais hidratantes; Proteção de ativos contra a degradação, (encapsulamento da vitamina C) ; Liberação em camadas mais profundas da pele de ativos anti-rugas; Melhoria da textura do creme e formação de um filme mais eficiente de protetores solar, (nanopartículas de dióxido de zinco).

Obrigada!!!!