CURSO-NANOBIO-PARTE-7-2007 - Nanobiotec

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, Lipídicas
nanopartículas
• Nanopartículas
Sólidas poliméricas, 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
% de Ativo Liberado
SISTEMA DE LIBERAÇÃO SUSTENTADA
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
Üne et al., Encyclopedia of Nanoscience and
Nanotechnology, American Scientific Publishers,
vol. 10, 43 (2007).
• Fácil escalonamento da produção
• Fácil esterilização
• Atuam como oclusivos - Aumenta a hidratação da pele
em 32% (outros produtos aumentam em 24%).
ESTRUTURAS
Nanopartículas Lipídicas Sólidas (NLS)
Baixa Eficiência de encapsulação
NLS
Cristalização
Estocagem
Ativo expulso
ESTRUTURAS
Carreador Lipídico Nanoestruturado (CLN)
CLN imperfeito
Lipídio sólido
Lipídio amorfo
CLN Amorfo
Óleo nanocompartimentado
Múltiplo CLN
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)
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)
H2O + Tensoativo
(frio)
Lipídio Fundido
Agitação
Agitação
EMULSIFICAÇÃO E DIFUSÃO DO
SOLVENTE
Lipídio + Ativo Acetona e/ou
etanol (quente)
Resfriamento
H2O + Tensoativo
(quente)
Agitação
HOMOGENEIZAÇÃO À ALTA
PRESSÃO
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
• 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
Parede Rica
em Ativo
Núcleo Rico
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
• A forma polimórfica Eficiência de encapsulamento
Expulsão do ativo
Difração de Raio-X
Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC)
Microscopia Eletrônica de Transmissão (TEM)
• Distribuição do Ativo ou do óleo nas partículas
Eficiência
de encapsulamento
Ressonância Magnética Nuclear
de Prótons
Liberação do Ativo
Via de administração
• Diâmetro e Potencial Zeta
Estabilidade
Espectroscopia de correlação
de fótons- Aglomeração
• 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% NLS
(0,8 m) 2%
NLS
10%
(23 m)
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
ativos
a
absorção
sistêmica
• Aumentar o poder de proteção solar
• Aumentar a hidratação da pele
de
AUMENTO DA PERMEAÇÃO
Célula de Franz
AUMENTO DA PERMEAÇÃO
VN Livre
(o/a)
NLS-VN
CLN-VN
Migliol
CLN –VN
Ácido oléico
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
absorção de ativos por esta via.
• Número de doses
a
baixa
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 hematoencefálica podendo ser utilizada como agente de contraste
em imagens de Ressonância Magnética.
Koo et al. Advan. Drug Delivery Rev. 58, 1556–1577 (2006)
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
Podofilotoxina (POD)
• POD inibi o crescimento de células
epiteliais infectadas pelo vírus papiloma
humano (HPV)
Chen et al., Journal
Controlled Release 110,
296 (2006)
• Absorvido até a corrente sanguínea
NLS-POD
NLS-POD
(aumento)
POD
10 µm
135 µm
75 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
(Solid lipid nanoparticles)
•1998-2007
•94 Publicações
(Solid lipid nanoparticle)
ISI: palabras: solid lipid nanoparticle
94 patentes: período 1992-2007
1992-2001:
2002:
2003:
2004:
2005:
2006:
2007:
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 SEPOCT 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)
12 patentes
8
6
15
22
20
11
• 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