Aula da Pós-graduação em Biociências e Biotecnologia Aplicadas a Farmácia ministrada na disciplina Pesquisa de Novos Fármacos contra a Tuberculose na Faculdade Ciências Farmacêuticas - UNESP Araraquara

1. NANOTECNOLOGIA E ANANOTECNOLOGIA E A
LIBERAÇÃO CONTROLADA DELIBERAÇÃO CONTROLADA DE
FÁRMACOSFÁRMACOS
Dra. Patricia Bento da Silva
UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA
Faculdade de Ciências Farmacêuticas de
Araraquara
Pós-graduação em Biociências e Biotecnologia
Aplicadas a Farmácia
1

2. 2
NANOTECNOLOGIANANOTECNOLOGIA
Nanotecnologia
Química Física
Informática Medicina/FarmáciaEngenharias
Biologia

3. Nano – prefixo do grego
NANOTECNOLOGIANANOTECNOLOGIA

4. 4
NANOTECNOLOGIANANOTECNOLOGIA
DUNCAN, R. Materials Today, v. 8, n. 8 (1), p. 16-17, 2005
Diagnosticar
Tratar
Prevenir

5. 5
Liberação de fármacos a uma velocidade e/ou em uma
localização indicada para a necessidade do corpo ou estado da doença
em um período especifico de tempo:
– Liberação temporal: controle sobre a velocidade da liberação do
fármaco.
– Liberação direcionada: controle sobre a localização do fármaco.
Liberação Controlada de FármacosLiberação Controlada de Fármacos
NANOTECNOLOGIANANOTECNOLOGIA

6. 6
Liberação TemporalLiberação Temporal
Convencional
Liberação iedal
NivelPlama
Tempo/dosagem administrada
Efeitos adversos
Níveis tóxicos
Faixa terapêutica
Concentração
Min. efetiva
Sem efeito

7. 7
Liberação DirecionadaLiberação Direcionada
TUMOR
= Molécula do fármaco
LIBERAÇÃO EXCLUSIVA DO FÁRMACO A TIPOS ESPECÍFICOS DE CÉLULAS

8. Nanocarreadores para o Tratamento da TuberculoseNanocarreadores para o Tratamento da Tuberculose
8SOSNIK, A.; et al. Advanced Drug Delivery Reviews, v. 62, p. 547-559, 2010.
Micelas Poliméricas
Nanopartículas
poliméricas Lipossomas
Dendrímeros
Nanoemulsões
O
O
O
O
O
O
O
O O
O
O
O
O
OR
OH
OR
OH
OH
OH
OR
HO
HO
RO
HO
HO
HO OH
OHOH
OR
OH
HO
HO
RO
Ciclodextrinas

9. 9
DENDRÍMEROSDENDRÍMEROS
• Dendron – grego – árvore
• Meros – unidades
• Macromoléculas com
arranjo bem definido,
bifurcações regulares e
arquiteturas tridimensionais.

10. DENDRÍMEROSDENDRÍMEROS
10
PAMAM: POLI (AMIDOAMINA)

11. DENDRÍMEROSDENDRÍMEROS
11
Síntese divergente
(grupos terminais)
Síntese convergente
BOAS, U.; HEEGAARD, P. M. Chem. Soc. Rev, v. 33, p. 43-63, 2004.

12. 12
Núcleo G = 0 G = 1
G = 2 G = 3 G = 4

13. 13
DENDRÍMEROSDENDRÍMEROS
Síntese convergenteSíntese convergente

14. DENDRÍMEROSDENDRÍMEROS
Manose
14
Rifampicina
KUMAR, P. V. et al. Journal Drug Targeting, v. 14, n. 8, p. 546-556, 2006.

15. SISTEMAS DE LIBERAÇÃOSISTEMAS DE LIBERAÇÃO
DendrímerosDendrímeros
• 5ªG – RMP – superfície com manose – receptores de lectina na superfície das
células fagocitadas;
• Solubilidade da RMP não alterou;
• Redução da toxicidade hemolítica de 15,6% para 2,8%;
• Viabilidade (célula epitelial de rim), 50% (livre) e 85%;
• Liberação 120 h contra 10 h (dendrímeros regulares);
• Macrófagos alveolares;
15

16. CICLODEXTRINAS (CD)CICLODEXTRINAS (CD)
16
• Oligossacarídeos cíclicos;
• D(+)-glicopiranose unidas por ligações α(1,4);
BRITO, M. A. F. O.; NASCIMENTO Jr., C. S.; SANTOS dos, H. F. Química Nova, v. 27, n. 6, p. 882-888, 2004.
Cavidade hidrofóbica
Superfície hidrofílica
Ligações de hidrogênio
intramoleculares
- rigidez do anel
- estabilidade

17. Droga hidrofóbica
= Complexo solúvel1 nm
interior
hidrofóbico
Alta solubilidade em H2O
CICLODEXTRINAS (CD)CICLODEXTRINAS (CD)
17

18. CICLODEXTRINAS (CD)CICLODEXTRINAS (CD)
18
Davis, M. E.; Brewster, M. E. Nature Reviews Drug Discovery, v. 3, n. 12, p. 1023-1035, 2004.
Ciclodextrinas NaturaisCiclodextrinas Naturais

19. O
O
O
O
O
O
O
O O
O
O
O
O
OR
OH
OR
OH
OH
OH
OR
HO
HO
RO
HO
HO
HO OH
OHOH
OR
OH
HO
HO
RO
CDs R
HPβCD CH2CHOHCH3
RMβCD CH3
Substituição das hidroxilas nas posições C2, C3 e C6
Ciclodextrinas ModificadasCiclodextrinas Modificadas
-  solubilidade
-  habilidade quelante
-  estabilidade dos complexos de inclusão
 biodisponibilidade e da atividade
-  aplicações

20. Complexo Doxorubicina- γCD
Complexo Aspirina-βCD

21. SISTEMAS DE LIBERAÇÃOSISTEMAS DE LIBERAÇÃO
CiclodextrinasCiclodextrinas
21
• Complexos de RMP com β-CD e HPβCD;
• Proporção 1:1
• Interação da lateral do anel piperazina com núcleo hidrofóbico do HPβCD;
• Melhor estabilidade térmica;
• MIC de 64 para 32 µg/mL;
• Nitroimidazol – P-824 com HPγCD.
FERREIRA, D. A.; et al., Brazilian Journal of Pharmaceutical Sciences, v. 40, p. 43-51, 2004.
MEHTA, K. K.; et al. Colloid & Polymer Science, v. 283, p. 532-538, 2005.
CDs R
HPβCD CH2CHOHCH3

22. NANOPARTÍCULASNANOPARTÍCULAS
POLIMÉRICASPOLIMÉRICAS
22
• Nanoesferas e nanocápsulas;
• Década de 1990.

23. NANOPARTÍCULASNANOPARTÍCULAS
POLIMÉRICASPOLIMÉRICAS
23
Nanopartículas
NANOESFERAS
Monolíticas
ReservatórioNANOCÁPSULAS

24. NANOPARTÍCULASNANOPARTÍCULAS
POLIMÉRICASPOLIMÉRICAS
Schaffazick, S. R.; Guterres, S. S. Química Nova, v. 26, n. 5, 2003.
24
retidoadsorvidodissolvido adsorvido

25. O
O
n
Polímeros BiodegradáveisPolímeros Biodegradáveis
Poli(3-hidroxibutirato-co-valerato) ou PHBV
Poli(acido glicolico) ou PGA
Poli(acido lactico) ou PLA
Poli (ε-caprolactona) ou PCL
O
O
n
O
O
CH3
n

26. Polímeros biodegradáveis e bioadsorvíveis;
Degradação depende de: MM, solubilidade, composição da cadeia, grau de
cristalinidade.
BiopolímerosBiopolímeros
O
O
CH3
n n
O
O
Poli(D,L-ácido láctico-co-ácido glicólico) - PLGA

27. SISTEMAS DE LIBERAÇÃOSISTEMAS DE LIBERAÇÃO
Nanopartículas poliméricasNanopartículas poliméricas
• RMP, INH e PZA - nanopartículas de poli(lactato-co-glicolato)
biodegradável;
• Concentrações terapêuticas nos tecidos por 9-11 dias (12-24 h);
• Pré-clínico camundongos infectados – 5 doses orais (46 na forma livre)
PLGA durante 50 dias – eliminação do patógeno -
• RMP, INH, PZA e ETB simultaneamente – via oral, níveis terapêuticos 5-8
dias (sangue) e 9 dias (plasma);
• Implante injetável NP PLGA – manteve as concentrações no plasma,
pulmões e baço por 1 mês e bactérias indetectáveis nos diferentes órgãos.27

28. • Blocos anfifílicos;
• Interior hidrofóbico;
• Administração intravenosa.
28
MICELASMICELAS
POLIMÉRICASPOLIMÉRICAS

29. MICELAS POLIMÉRICASMICELAS POLIMÉRICAS
• Poli(etileno glicol) e poli(ácido aspártico) com INH, PZA e RMP;
• Aumento de 6 vezes na atividade frente ao M. tuberculosis;
• Estáveis in vitro;
• 78, 84 e 99 nm – filtração renal;
• Comportamento de agregação/caráter da cauda hidrofóbica:
Flexíveis média-longa – vesículas nano;
Curtas derivada de lipídios – fracas interações hidrofóbicas
e não se auto organizaram;
Muito longas – estrutura como cristal.
29
Micelas PoliméricasMicelas Poliméricas

30. LIPOSSOMASLIPOSSOMAS
30
• Vesículas microscópicas – uma ou mais bicamadas lipídicas concêntricas;
• Compartimento aquoso interno;
• Natureza anfótera.

31. LIPOSSOMA
Dupla camada
da membrana Núcleo Ácidos graxos
Área
Lipofílica
Área
Hidrofílica
Fosfolipidio
(molécula)
1960 – Alec Bangham;
1965 – corpo gorduroso
– Weissman;
N
O
P
O
O
O
H O
O
O
O

32. 32
Exemplos de fosfolipídios utilizados na preparação de lipossomas

33. Vesículas Multilamelares (MLV – Multilamelar Vesicles): diâmetro varia de 400
a 3500 nm.
Vesículas unilamelares grandes (LUV – Large Unilamelar vesicles): diâmetro
varia de 200 a 1000 nm.
Vesículas unilamelares pequenas (SUV – Small Unilamelar Vesicles):
diâmetro varia de 20 a 100 nm.

34. Características estruturais dos vários tipos de lipossomas
Convencionais: (A) fármaco hidrofílico no interior do lipossoma e (B) fármaco
lipofílico adsorvido ou inserido na bicamada lipídica;
Polimórficos: (C) catiônico; (D) de longa circulação (Stealth®) – com polímero
hidrofílico na superfície;
Sítio-específicos: (E) com anticorpos ligantes, (F) e (G) com peptídeos e proteínas
ligantes na superfície;
Virossomas: (H) com envelope viral na superfície – liga-se a resíduo de ácido
sialíco;
(I) DNA encapsulado em lipossomas catiônicos.

35. SISTEMAS DE LIBERAÇÃOSISTEMAS DE LIBERAÇÃO
LipossomasLipossomas
• Gentamicina – modelo de camundongo de infecção M. avium;
• Redução contagem bacteriana no baço e fígado;
• Resultados semelhantes com antibióticos de segunda linha;
• Fosfatidilcolina, colesterol, O-esteroilamilopectina, diacetilfosfato,
monosialogangliosidios/diasteroilfosfatidiletanoamina-
poli(etileno glicol) – INH e RMP - camundongos saudáveis
e infectados;
• Concentração de 5,1% (convencionais) para 31% (modificadas) – 30 min.;
• Redução dos efeitos tóxicos macrófagos peritoneais;
• Redução da atividade hepatotóxica; 35

36. SISTEMAS DE LIBERAÇÃOSISTEMAS DE LIBERAÇÃO
LipossomasLipossomas
• INH e RMP – doses terapêuticas e sub-terapêuticas;
• Aumento significante da atividade anti-TB.
36
MEHTA, R.T.; et al., Antimicrobial Agents Chemotherapy, v. 37, p. 2584-2587, 1999.
ADAMS, L.B.; et al., Antimicrobial Agents Chemotherapy, v. 43, p. 1638-1643, 1999.

37. NANOEMULSÕESNANOEMULSÕES
• Dispersões com gotículas na faixa entre 100 e 300 nm;
• Nanocápsula.;
• Produzido em larga escala.
surfactante
Fase dispersa
Agente terapêutico
37

38. • Nanoemulsões o/w de RMP com administração IV;
• Sefsol® 218 como fase oleosa, Tween® 80 como surfactante,
• Tween®85 como cosurfactante e água salina como fase aquosa;
• 47 e 115 nm;
• Eficiência mais de 99%;
• Liberação inicial de 40 para 70% após 2h, seguida de liberação mais
controlada;
• Estabilidade 3 meses – aumento ligeiro no tamanho e viscosidade.
38
SISTEMAS DE LIBERAÇÃOSISTEMAS DE LIBERAÇÃO
NanoemulsõesNanoemulsões

39. NANOSUSPENSÕESNANOSUSPENSÕES
• Drogas puras estabilizadas com surfactantes;
• Redução das partículas sólidas para a escala nanométrica;
surfactante
Agente terapêutico
39
Solubilidade;

40. • 600 e 300 nm;
• Infecção de camundongos por M. avium - IV;
• Estabilidade;
• Comparação com lipossomas – 100 nm – eficácia e estabilidade limitada;
• Tratamento contínuo – redução significativa em todos os órgãos;
• Eficácia comparável ao da clofazimina lipossomal.
40
SISTEMAS DE LIBERAÇÃOSISTEMAS DE LIBERAÇÃO
NanosuspensõesNanosuspensões
• Clofazimina – toxicidade e solubilidade (0,3 µg/mL);
Kumar, N.; et al. International Journal of Drug Delivery, v. 3, p. 25-42, 2010.

41. 41
FÁRMACO INCORPORADOFÁRMACO INCORPORADO
☺Maior eficácia terapêutica – liberação progressiva e controlada;
☺Redução da toxicidade;
☺Natureza e composição dos veículos variada e, ao contrário do que se
poderia esperar, não há predomínio de mecanismos de instabilidade e
decomposição do fármaco (bio-inativação prematura);
☺Administração segura (sem reações inflamatórias locais) e conveniente
(menor número de doses);
☺Direcionamento a alvos específicos, sem imobilização significativa das
espécies bioativas;
☺Substâncias hidrofílicas quanto lipofílicas podem ser incorporadas.

42. 42
REFERÊNCIASREFERÊNCIAS
Batista, C. M.; et al. Revista Brasileira de Ciências Farmacêuticas, v. 43, n. 2, 167-179, 2007.
Davis, M. E.; Brewster, M. E. Nature Reviews Drug Discovery, v. 3, n. 12, p. 1023-1035, 2004.
Kumar, N.; et al. International Journal of Drug Delivery, v. 3, p. 25-42, 2010.
Saltão, R.; Veiga, F. Revista Brasileira de Ciências Farmacêuticas, v. 37, n. 1, p. 1-17, 2001.
Sosnik, A.; et al. Advanced Drug Delivery Reviews, v. 62, p. 547-559, 2010.