Nanotecnologia: Inovação Tecnológica Aplicada à Liberação Controlada de Farmácos 5º Riopharma: Humanização e Respeito à Vida Eduardo Caio Torres dos Santos Laboratório de Bioquímica de Tripanosomatídeos Instituto Oswaldo Cruz - FIOCRUZ

Nanotecnologia segundo a FDA Pesquisa e desenvolvimento tecnológico em nível atômico, molecular ou macromolecular, em escala de comprimento de aproximadamente 1 a 100 nanômetros. Criação e uso de estruturas ou sistemas que possuam propriedades inovadores devido ao seu tamanho nanométrico Capacidade de controlar ou manipular o produto em escala atômica

Nanofármacos Vantagens do tamanho “nano” Não entopem vasos, nem prejudicam a circulação Podem ser endocitadas/fagocitadas pelas células-alvo Podem atravessar algumas barreiras biológicas Direcionamento de fármacos (“Drug Delivery”) Dois principais objetivos: Ampliar a faixa terapêutica, direcionando o fármaco aos alvos e evitando sua ação em locais onde seria tóxico; Desenvolvimento de sistemas carreadores para novos tipos de fármacos, como peptídeos, anticorpos, citocinas, siRNA, DNA, etc

NANOTECNOLOGIA x LIBERAÇÃO CONTROLADA DE FÁRMACOS Faixa tóxica [Fármaco] sangue Faixa terapêutica dose 3 dose 4 dose 1 dose 2 Faixa sub-terapêutica dose única 1 2 3 4 dias

Nanofármacos x Tumores Tumores - ↑ vascularização e permeablidade vascular, ↓ drenagem linfática Acúmulo das partículas - ↑ da captação ENDOTÉLIO VASCULAR TUMORAL ENDOTÉLIO VASCULAR SADIO

EXTRAVASAMENTO DE LIPOSSOMAS-PEG CONTENDO DOXORUBICINA : TECIDO NORMAL x TUMORAL 1 dia após lipossomas não extravasam (endotélio sadio) lipossomas extravasam para o tumor (endotélio permeável)

NANOPARTÍCULAS COMO SISTEMAS DE “DRUG DELIVERY” “INTELIGENTES” Biocompatibilidade e biodegradabilidade Necessárias, mas não é o suficiente Degradação passiva (lenta e progressiva) não atende a certas aplicações Estáveis na circulação Capazes de escapar do sistema fagocítico mononuclear Capazes de atravessar barreiras extra- e intracelulares Liberação rápida do fármaco quando atingir o alvo

FUNCIONALIZAÇÃO Sistemas Inteligentes Proteção contra fagocitose - PEG Sensores moleculares: Estímulos físicos Calor, luz, ultra-som, campo magnético Estímulos químicos pH, potencial redox, presença de enzimas ou íons, etc. The fate of colloidal particles after intravenous administration is determined by a combination of biological and physico-chemical events that need to be considered in the design of efficient drug carrier systems. After intravenous administration, all colloidal systems, indeed, dramatically interact with plasma proteins. The opsonization is crucial in dictating the subsequent fate of the administered colloidal particles. Thus, nanoparticles that present hydrophobic surface properties are efficiently coated with plasma components and rapidly removed from the circulation, since the macrophages of the liver and the spleen own their specific receptors for these opsonins. However, colloidal particles that are small and hydrophilic enough can escape, at least partially, from the opsonization process and consequently remain in the circulation for a relatively prolonged period of time. Additionally, the concept of “steric hindrance” has been applied to avoid the deposition of plasma proteins either by adsorbing at the surface of the colloids some surfactant molecules (such as copolymers of poly(oxyethylene) and poly(oxypropylene) or by providing a sterical stability by the direct chemical link of poly(ethyleneglycol) (PEG) at the surface of the particles. In addition, active targeting can be achieved by the attachment of a specific ligand (such as a monoclonal antibody).

Exemplos de sensores e estímulos Clivam em pH ácido – ortoésteres, acetais, acil e piridil-hidrazonas, iminas, etc Magnetossomos – direcionamento por campo magnético Pulsos elétricos e ultra-som – aumentam a permeabilidade da membrana celular temporariamente Âncoras proteicas – hidrólise lisossomal Pontes dissulfeto – sensível ao ambiente redutor intracelular

Fármaco 1 Fármaco 2 ferro coloidal DIRECIONADOR Fármaco 1 Fármaco 2 Ligantes Ex: anticorpos ferro coloidal menor toxidez maior eficácia CAMPO MAGNÉTICO

PRINCIPAIS TIPOS DE NANOPARTÍCULAS LIPOSSOMOS NANOPARTÍCULAS POLIMÉRICAS CICLODEXTRINAS DENDRÍMEROS

LIPOSSOMAS vantagem: totalmente biocompatível 50 nm Anticorpos Anticorpos Anticorpos bicamada bicamada lipídica lipídica fármaco hidrossolúvel droga hidrossolúvel droga hidrossolúvel no interior aquoso no interior aquoso no interior aquoso droga lipossolúvel droga lipossolúvel fármaco lipossolúvel na bicamada na bicamada na bicamada Camada protetora de Camada protetora de Camada protetora de polietilenoglicol polietilenoglicol polietilenoglicol (PEG) (PEG) (PEG) vantagem: totalmente biocompatível desvantagem: fosfatidilcolina é cara

DOXIL Doxorrubicina lipossomal peguilada Protege o fármaco da depuração pelo sistema fagocítico mononuclear, aumentando seu t1/2 Aumenta a captação do fármaco pelo tumor Indicação – Recidiva de câncer de ovário

NANOPARTICULAS POLIMÉRICAS - Polímeros biodegradáveis - Mesmo tamanho que lipossomas, porém mais estáveis Parede polimérica com líquido no interior (usualmente veículos oleosos para fármacos lipossolúveis) Matriz polimérica On the other hand, nanoparticles, based on biodegradable polymers, consist of either a polymeric matrix (nanospheres) or of a reservoir system in which an oily core is surrounded by a thin polymeric wall (nanocapsules). Generally, the most employed polymers are poly(lactide) and its copolymers with glycolide, as well as other polyester like poly(caprolactone). For oral and cutaneous delivery, poly(methacrylates) are also used. Nanoesferas Nanocápsulas

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)

CICLODEXTRINAS 1 nm alta solubilidade em H2O Hydrophobic drug interior hidrofóbico Hydrophobic drug 1 nm = SOLUBLE COMPLEX

(polímeros globulares ramificados) DENDRÍMEROS (polímeros globulares ramificados) PAMAM: POLY (AMIDOAMINE)

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

Humanização e Respeito à Vida

Os países menos desenvolvidos concentram 84% da população mundial… Miséria é miséria em qualquer canto. Riquezas são diferentes (Titãs, 1989) América Central Calcutá, Índia Belfort Roxo, RJ Os países menos desenvolvidos concentram 84% da população mundial… São responsáveis por menos de 11% dos gastos mundiais em saúde… Entretanto, representam 93% da carga global de doença (Bermudez, 2006)

Mercado Farmacêutico Mundial (mais de US$ 400 Bilhões em 2002) 3 tipos de doenças (MSF/DNDi) Doenças Extremamente Negligenciadas Doenças Globais Doenças Negligenciadas Mercado Farmacêutico Mundial (mais de US$ 400 Bilhões em 2002)

Leishmaniose 1,5 Milhão de casos/ano – 88 países em 4 Continentes Visceral – 90% em 5 países: Bangladesh, Brasil, India, Nepal e Sudão Mucocutânea – 90% em 3 países: Bolívia, Brasil e Peru Cutânea – 90% em 6 países: Afeganistão, Brasil, Irã, Peru, Arábia Saudita e Síria. WHO Home page: http://www.who.int/emc/diseases/leish/leisgeo1.html

Leishmanioses

VANTAGENS DAS NANOFORMULAÇÕES NO TRATAMENTO DA LEISHMANIOSE Parasito intracelular Natureza fagocítica de células infectadas

Doses de Ambisome recomendadas para leishmaniose visceral Tratamento Antimoniais pentavalentes Anfotericina B Ambisome – Anfotericina B lipossomal Doses de Ambisome recomendadas para leishmaniose visceral

US$ 11.160,00 60 Kg x 3mg = 180 mg/dia x 5 dias = 900 mg 900 mg = 18 vials US$ 620,00 x 18 = US$ 11.160,00 Quando pacientes de países em desenvolvimento têm acesso a essa formulação?

AmBisome em ensaio clínico de fase III no Sudão Murray, 2005

EUA – Turista com leishmaniose cutânea após visita a Israel Murray, 2005

POTENCIALIZAÇÃO DA ATIVIDADE DA CHALCONA DMC IN VITRO POR ENCAPSULAMENTO EM NANOPARTÍCULAS DE PLA B Piper aduncum Inflorescências CH2Cl2

Micrografia mostrando a fusão de vacúolos contendo PLA com o vacúolo parasitóforo

Atividade da DMC encapsulada em PLA no desenvolvimento das lesões Lesão (mm) Não tratado Nanoesferas vazias (PLA) DMC-PLA Glucantime p < 0,05 Dias após o tratamento

Carga parasitária nas patas infectadas com L. amazonensis

Democratização do acesso poli(lactato-co-glicolato) = PLGA                         133 dias em H20 Quitosana (biopolímero) quitina + sacarose Alcalígenes s.p Poliidroxialcanoato (biopolímero 100% nacional) ac. lático ac. glicólico U$ 5 / Kg US$ 3000 / Kg U$ 7 / Kg

Ficção científica ou futuro? Viagem Fantástica Issac Asimov, 1966

Eduardo Caio <ects@ioc.fiocruz.br> OBRIGADO!!! Eduardo Caio <ects@ioc.fiocruz.br>