POTENCIALIDADES DA MAGNETITA/QUITOSANA PARA

POTENCIALIDADES DA MAGNETITA/QUITOSANA PARA
MARCADORES BIOLÓGICOS
F. E. D. Maroja1, K. M. S. Viana2, A. C. F. M. Costa1, N. L. Freitas1
1
Unidade Acadêmica de Engenharia de Materiais, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de
Materiais, Universidade Federal de Campina Grande, Campina Grande (PB), Brasil
2
Escola de Ciência e Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal (RN), Brasil
E-mail: [email protected]
Resumo. Biomateriais são materiais sintéticos ou naturais usados para substituir partes individuais do
organismo ou utilizados em dispositivos médicos que ficam em contato com sistemas biológicos, objetivando o
tratamento ou substituição de tecidos individuais, órgãos inteiros ou algumas funções exercidas por eles. A
combinação entre cerâmicas e polímeros tem sido muito usada nas últimas duas décadas para produzir
compósitos de elevado desempenho. O grande objetivo por trás deste conceito é de se fazer uso de propriedades
inerentes das entidades envolvidas, propriedades estas que estão fundamentalmente ligadas à estrutura básica
destes materiais (como ligações químicas primárias e arranjo atômico). Dentro deste contexto, os materiais
cerâmicos, híbridos cerâmico-polímero e compósito cerâmico-cerâmicos apresentam grande versatilidade no
desenvolvimento de novos materiais com aplicações biotecnológicas. Entretanto, uma das mais importantes
características destes materiais é a sua aplicação em escala nanométrica para curar, diagnosticar ou prevenir
doenças. A nanotecnologia biomédica, que se baseia na construção de nanopartículas puras ou na combinação
de materiais inorgânicos e orgânicos, está assumindo um papel de grande importância para aplicações em
diagnóstico, terapêutica, biologia molecular e bioengenharia. Um dos materiais que vem ganhando destaque
nas aplicações biológicas são as nanopartículas magnéticas. A aplicação de diferentes formas de óxido de ferro
para procedimentos diagnósticos como ressonância magnética nuclear (RMN), carreador magnético de drogas
e hipertermia magnética tem ganhado ampla aceitação em vários tipos de práticas, embora as aplicações
terapêuticas ainda estejam sob investigação. Assim este trabalho tem como objetivo realizar um levantamento
bibliográfico para destacar as potencialidades do desenvolvimento de um marcador biológico tendo como base
o compósito magnetita/quitosana que são materiais já bastante estudados para aplicação como biomaterial, no
entanto, ainda não testados na forma de compósito para uso em detecção de patologias relacionadas a
enfermidades dérmicas.
Palavras-chave: magnetita, quitosana, marcadores biológicos.
1.
INTRODUÇÃO
A maioria dos sistemas magnéticos nanoparticulados subdivide-se em duas grandes
classes: metais (Fe, Co, Ni, Mn) e óxidos metálicos (FeO, Fe3O4, MnO, NiO). Nanopartículas
magnéticas constituídas de metais de transição, a exemplo de Fe, Co e Ni, apresentam
ordenamento ferromagnético, com transição de fase ferro-paramagnética em temperaturas
(temperatura de Curie - TC) elevadas tais como 768ºC, 1120ºC, 335ºC, respectivamente.
Nanopartículas magnéticas constituídas de óxidos metálicos apresentam ordenamento
ferrimagnético (Fe3O4) ou antiferromagnético (MnO), com transições de fase ferriparamagnética ou antiferro-paramagnética, respectivamente em temperaturas de Curie (TC) de
585ºC e Néel (TN) de -153ºC. As nanopartículas metálicas constituídas de metais de transição
são extremamente susceptíveis à oxidação os correspondentes óxidos metálicos apresentam
fases química e estruturalmente muito estáveis (CALLISTER, 2008).
As partículas magnéticas têm uma grande variedade de aplicações, algumas destas
encontram-se listadas a seguir. Quando estas partículas se apresentam muito concentradas em
um líquido, este conjunto recebe o nome de ferrofluido, permitindo o uso destas partículas,
por exemplo, para separação e limpeza de óleos nas indústrias de petróleo (XU et. al, 2012).
Soluções de nanopartículas magnéticas em concentrações bem menores que nos ferrofluidos
estão sendo usadas atualmente em aplicações biológicas (PENG et al, 2012) e na medicina
(VARADAN et al, 2008). Este uso tem aumentado muito nos últimos anos, tanto em
procedimentos “in vivo” tais como transporte de drogas, destruição de células cancerígenas;
como em procedimentos “in vitro”, por exemplo, ensaios imunológicos (SHINDE et al,
2012).
Não é possível descrever todas as aplicações das nanopartículas no auxílio da cura de
doenças, pois as alternativas são muitas e estão sempre aparecendo novas aplicações nesta
área. Para uso “in vivo” é necessário recobrir primeiramente as nanopartículas magnéticas
com um material biocompatível para minimizar efeitos de rejeição pelos anticorpos do
organismo. Após o recobrimento com material biocompatível, as nanopartículas podem
receber outra camada de cobertura que pode ser um medicamento para atacar alguma célula
específica ou cobertura que tenha por finalidade favorecer o acoplamento das células-alvo
para as quais elas são projetadas. Este procedimento de recobrimento é comumente chamado
de funcionalização (VARADAN et al, 2008).
Quando as nanopartículas magnéticas são usadas em ensaios imunológicos, são
comumente chamadas de marcadores ou sensores biológicos, pois elas funcionam para marcar
a existência de vírus ou outro antígeno no material biológico analisado. O princípio básico
consiste em prover a superfície externa da partícula com ligantes que tenham afinidade com
as moléculas alvo. Uma vez que as partículas são misturadas com amostras contendo as
moléculas alvo, após o período de incubação, as moléculas alvo se acoplam com as partículas
magnéticas. Depois disto, o conjunto magnético pode ser facilmente separado usando um
separador magnético (VARADAN et al, 2008).
A aplicação de diferentes formas de óxido de ferro para procedimentos diagnósticos
como ressonância magnética nuclear (RMN), carreador magnético de drogas e hipertermia
magnética tem ganhado ampla aceitação em vários tipos de práticas, embora as aplicações
terapêuticas ainda estejam sob investigação. Tais aplicações exploram as duas maiores
vantagens dos óxidos de ferro: sua baixa toxicidade em seres humanos e a possibilidade de se
controlar sua magnetização (MOHALLEM e SOUZA, 2011).
Os materiais magnéticos a base de óxido de ferro desempenham papel extremamente
importante nas aplicações tecnológicas do magnetismo. Nos últimos anos, a pesquisa em
materiais magnéticos ganhou impulso por conta de descobertas feitas com estruturas
artificiais de filmes finos e nanopartículas magnéticas. Estas partículas mostrando
comportamento superparamagnético têm sido amplamente estudadas para várias aplicações.
Todo este interesse se dá porque primeiro, elas podem apresentar tamanhos que as colocam
em dimensões comparáveis às dos vírus (20-50 nm), proteínas (5-50 nm) ou genes (2 nm de
espessura e 10-100 nm de comprimento). Segundo, por serem magnéticas, as nanopartículas
podem ser facilmente magnetizadas e concentradas em um local específico quando aplicado
um campo magnético externo. Quando este campo é removido elas são redispersadas.
Terceiro, as nanopartículas apresentam uma grande superfície que pode ser modificada para
serem anexadas a agentes biológicos (TARTAJ et. al., 2005).
Outras características importantes das partículas de óxido de ferro magnéticas são as
baixas toxicidades para os seres humanos, biocompatibilidade, injetabilidade e o alto nível de
acumulação no tecido ou órgão alvo. Os parâmetros relacionados a seguir devem ser
altamente controlados para que as nanopartículas magnéticas apresentem um bom
desempenho (ITO et. al., 2005):
 Tamanho das partículas: o menor possível, o que produz uma boa difusão tissular,
períodos longos de sedimentação e alta área de superfície ativa;
 Característica da superfície: fácil encapsulamento das nanopartículas magnéticas, o que
as protege de degradação e as dota de biocompatibilidade;
 Boa resposta magnética: possibilidade de baixa concentração destas partículas no sangue
o que diminui os efeitos colaterais.
2.
MAGNETITA
Os principais óxidos de ferro que podem ser obtidos são: magnetita, maguemita,
goethita e hematita.
A magnetita é o óxido magnético mais abundante em rochas ígneas, metamórficas e
sedimentares, sendo rara a sua ocorrência na forma pura, a qual possui magnetização de
saturação teórica (MS) de 100 J T-1 kg-1 a 20 ºC. Suas propriedades magnéticas e elétricas são
funções não apenas de seus raios iônicos e da valência, mas também, das propriedades
químicas, da morfologia e do tamanho das partículas e da estequiometria da fase. A magnetita
difere dos outros óxidos por possuir em sua estrutura ferro bivalente e trivalente. Em sua
célula unitária, a magnetita apresenta oito íons de Fe3+ localizados no sítio tetraédrico (ou sítio
A) e oito íons de Fe3+ no sítio octaédrico (ou sítio B). Sua fórmula pode então ser escrita da
seguinte maneira [Fe3+8]{Fe3+8 Fe2+8}O32, onde [ ] representa o sítio tetraédrico e { }
representa o sítio octaédrico (MAGALHÃES, 2008). A Figura 1 apresenta um esquema
representativo da célula unitária da magnetita.
Figura 1: Esquema ilustrativo da célula unitária de um espinélio inverso. (a)
sítio tetraédrico (Sítio -A); (b) sítio octaédrico (Sítio -B); (c) célula unitária
da estrutura de espinélio e (d) ampliação de 2/8 da célula unitária para melhor
visualizar a disposição atômica dos sítios A e B.
Fonte: Ferreira (2011).
A magnetita exibe magnetização espontânea devido a sua estrutura de espinélio
inverso com fórmula AFe2O4 (Fe[AFe]O4, sendo A2+ um metal bivalente como o Fe2+, Co2+,
Ni2+, Mn2+, Zn2+, Mg2+, entre outros metais e combinações entre eles. Existe uma forte
interação de intercâmbio entre os cátions localizados nas posições cristalográficas tetraédricas
e octaédricas, devido à geometria dos orbitais envolvidos, que podem ser interações do tipo
A-O-B ou interações B-O-B. Interações do tipo A-O-B com ângulos próximos de 135º são
dominantes na estrutura de espinélio inverso, levando a uma magnetização de saturação, na
temperatura 0K. Esta magnetização depende somente dos íons Fe2+, já que os spins dos
cátions Fe3+ coordenados octaedricamente se cancelam com os spins do Fe3+ do sítio
tetraédrico por serem antiparalelos, conforme apresentado na Figura 2 (FERREIRA, 2009).
Figura 2: Representação esquemática dos spins da magnetita.
Fonte: Ferreira (2009).
Algumas constantes importantes da magnetita relacionadas com suas propriedades
magnéticas e cristalinas são mostradas na Tabela 1.
Tabela 1: Propriedades físicas da magnetita.
Propriedade
Parâmetro de rede (a)
Magnetização de saturação (Ms)
Constantes de anisotropia magnetocristalina a 300K
Temperatura de Curie (c)
Valor
8,393 – 8,3963 Å
92 meu/g
K1 = -1,35 x 105 erg/cm3
K2 = -0,44 x 105 erg/cm3
847 K
Fonte: Ferreira (2009).
3.
QUITOSANA
Quitina e quitosana são polímeros atóxicos, biodegradáveis, biocompatíveis e
produzidos por fontes naturais renováveis, cujas propriedades vêm sendo exploradas em
aplicações industriais e tecnológicas há quase setenta anos. Ambas as estruturas são
constituídas por unidades de 2-acetamido-2-deoxi-Dglicopiranose e 2-amino-2-deoxi-Dglicopiranose unidas por ligações glicosídicas β(1→4), entretanto, os polímeros diferem
quanto à proporção relativa dessas unidades e quanto à solubilidade. Na estrutura da quitina,
que é insolúvel na maioria dos solventes testados, predominam unidades de 2-acetamido-2deoxi-Dglicopiranose. Enquanto que a quitosana, é predominantemente formada por unidades
de 2-amino-2-deoxi-D-glicopiranose, é solúvel em soluções aquosas diluídas de ácidos
orgânicos e inorgânicos (AZEVEDO et. al., 2007).
A quitina é separada de outros componentes da carapaça por um processo químico que
envolve as etapas de desmineralização e desproteinização das carapaças com soluções
diluídas de HCl e NaOH, seguida de descoloração com KMnO4 e ácido oxálico, por exemplo.
A quitina obtida, o biopolímero contendo grupos acetil (NHCOCH3), é desacetilada com
solução concentrada de NaOH, produzindo a quitosana. A quitosana é um produto natural
obtido da quitina de carapaças de crustáceos. A desacetilação da quitina raramente é
completa, pois quitosana é obtida quando a extensão da reação atinge cerca de 60% (ou mais)
e o prolongamento da reação, que gera produtos mais completamente desacetilados, também
provoca severa degradação das cadeias poliméricas (AZEVEDO et. al., 2007).
A quitosana, um biopolímero do tipo polissacarídeo, possui uma estrutura molecular
quimicamente similar à fibra vegetal chamada celulose, diferenciando-se somente nos grupos
funcionais. A Figura 3 mostra a comparação das estruturas moleculares da celulose e da
quitosana. Os grupos hidroxila (OH) estão dispostos na estrutura geral do carboidrato para a
celulose e grupos amino (NH2) para a quitosana, que é solúvel em meio ácido diluído,
formando um polímero catiônico, com a protonação (adição de prótons) do grupo amino
(NH3+), que confere propriedades especiais diferenciadas em relação às fibras vegetais.
Devido à alta densidade de cargas positivas do polímero, a quitosana atrai e se liga aos
lipídeos (moléculas de gordura de natureza negativa) como uma “esponja”. Em um ambiente
ácido como o estômago, a quitosana adsorve as gorduras durante a digestão, formando uma
esponja de gordura, de baixa digestão. No intestino, um ambiente básico, a esponja de gordura
é solidificada e eliminada pelas fezes, sem ser aproveitada pelo organismo. Portanto, a
quitosana é indicada como auxiliar no controle de excesso de gordura das dietas. Dependendo
das condições do meio em que a quitosana se encontra e do seu grau de desacetilação
(porcentagem de grupos amino presentes no biopolímero), ela pode adsorver (reter) de 4 a 5
vezes o seu peso em gordura (AZEVEDO et. al., 2007).
Figura 3: Comparação das estruturas moleculares da (a) celulose, (b) quitina e (c) quitosana.
Fonte: Chiandotti (2005).
No estado sólido, a quitosana é um polímero semicristalino. Sua morfologia tem sido
muito investigada, e muitos polimorfismos são mencionados na literatura. Cristais de
quitosana são obtidos usando-se a desacetilação completa da quitina de baixo peso molecular.
Na difração de raios-X da quitosana é observada uma célula unitária ortorrômbica com
parâmetros a = 0,807nm, b = 0,844 nm e c = 1,034 nm, onde a mesma contém duas cadeias
antiparalelas de quitosana e nenhuma molécula de água (Figura 4).
Dentre os polímeros naturais, a quitosana é citada na literatura para a produção de
materiais terapêuticos. A mesma vem sendo extensivamente pesquisada porque possui
características que a faz apropriada para uma grande variedade de aplicações. Devido às suas
propriedades, a quitosana vem sendo utilizada em medicina. A quitosana permite que o
sangue coagule rapidamente, e ganhou aprovação recentemente nos EUA para uso em
bandagens e outros agentes hemostáticos. Quitosana purificada do exoesqueleto de camarão é
usada em um produto hemostático feito por Medtrade Biopolymers Inc. O produto reduz
perda de sangue em comparação à gaze e aumenta a sobrevivência do paciente. Estes produtos
foram vendidos ao Exército dos Estados Unidos o qual já fez uso das bandagens. A quitosana
é hipoalergênica, e tem propriedades antibacterianas naturais. Entre as aplicações, vem sendo
utilizada também em membranas de hemodiálise (BISPO, 2009).
Figura 4: Representação esquemática da molécula de quitosana com 6 meros.
Fonte: adaptado de Chiandotti (2005)
A quitosana também é utilizada em suportes para a imobilização de enzimas as quais
são produzidos à base de quitina e quitosana na forma de pós, flocos ou géis de diferentes
configurações geométricas. Os pós e flocos de quitina e quitosana estão disponíveis como
produtos comerciais da Sigma-Aldrich, Fluka, Polymar, entre outros. Quitosana em pastilha
gel (quitopérolas) é produzida pela Fuji Spinning Co. Ltd. (Tóquio, Japão). Géis de quitosana
são fáceis de fabricar pelo fato de a mesma dissolver prontamente em soluções diluídas da
maioria dos ácidos orgânicos, incluindo fórmico, acético, tartárico e ácidos cítricos, formando
soluções viscosas, que se precipitam com o aumento do pH ou pela formação de complexos
ionotrópicos insolúveis em água a partir da adição de polieletrólitos aniônicos. Desse modo,
podem ser fabricados géis de quitosana na forma de membranas, matrizes, cápsulas, fibras e
esponjas (CAMPANA e SIGNINI, 2001).
4.
MARCADORES BIOLÓGICOS
Paula (2011) destaca que a utilização de produtos de escala nanométrica nas mais
diversas áreas, inclusive na medicina, é uma realidade crescente. As nanopartículas
magnéticas (NPMs), por serem capazes de apresentar efeito expressivo de magnetização
quando expostas a um campo magnético externo, têm sido foco de vários estudos e, entre as
suas aplicações está o uso como marcadores de contraste em imagens de ressonância
magnética nuclear. Esta técnica fornece imagens baseadas no comportamento nuclear dos
átomos das estruturas anatômicas, as quais podem ser melhores destacadas pelo uso de
agentes de contraste. As NPMs representam uma classe alternativa aos atuais agentes de
contraste, paramagnéticos, com vantagens do ponto de vista físico, pois destacam ainda mais
o comportamento magnético dos prótons de diferentes tecidos. Isto é mais evidente no fígado,
baço e sistema linfático, cujas células de defesa endocitam estas NPMs, tornando o
parênquima sadio escuro (hipossinal), de forma que eventuais lesões se sobressaiam nas
imagens, facilitando a sua identificação.
A liberação magnética de drogas tem se mostrado um campo ativo de estudo nas
últimas duas décadas. Proposto pela primeira vez nos anos 70, o conceito de marcação
magnética consiste em, injetar um material magneticamente susceptível revestido com uma
matriz carregadora de droga e então usar um magneto colocado externamente para guiar a
matriz (juntamente com o fármaco) para um sítio específico. Alguns estudos que têm usado
núcleos magnéticos para liberação de drogas têm sido conduzidos em tumores cerebrais,
tumores tópicos e para o tratamento de AIDS. Somente algumas dessas técnicas procederam
em triagens clínicas, mas sem resultado significante. Esses são produtos baseados
principalmente na magnetita e aprovados para uso em seres humanos como agente de
contraste em imagem de ressonância magnética (Combidex® e Ferridex®) e não foram usados
como marcadores magnéticos. Apesar de promissora, a marcação magnética apresenta
problemas com aplicação em seres humanos. Esses problemas podem ser identificados como
pobre marcação no sítio desejado quando o local é profundo (> 2 cm), pouca retenção dos
carregadores magnéticos, quando o magneto é removido, e fraca ligação e liberação
característica do fármaco dos carregadores (SOUZA e SOUZA, 2006).
Gamarra et. al. (2006) ressaltam que as nanopartículas magnéticas representam uma
classe alternativa de agentes de contraste para ressonância magnética nuclear, com vantagens
do ponto de vista físico, pois destacam o comportamento dos prótons de diferentes tecidos
permitindo, assim, obter mais detalhes a respeito de órgãos em seres vivos. A susceptibilidade
magnética da solução está associada ao tamanho das nanopartículas, especialmente das
nanopartículas menores do que 10 nm, que está diretamente relacionada ao grau de contraste
promovido pelo ferrofluido durante o exame.
Segundo Pavon e Okamoto (2007), as nanopartículas magnéticas contidas em um
fluido magnético ou incorporadas em lipossomos têm recebido atenção especial por poderem
ser guiadas ou localizadas em um alvo específico por campos magnéticos externos. Esta
localização em um sítio preferencial por gradientes de campos magnéticos sugeriu que
magnetolipossomos e fluidos magnéticos, entre outros sistemas magnéticos, se tornassem
efetivos carreadores de drogas com especificidade de sítio para a liberação controlada de
agentes quimioterápicos.
Lien e Wu (2008) sintetizaram nanopartículas contendo um polímero termossensitivo
enxertado na superfície de nanopartículas de SiO2/Fe3O4. As nanopartículas monodispersas de
magnetita (Fe3O4) de 6 nm foram sintetizadas através da decomposição térmica de uma
mistura de acetilacetonato de ferro (III) e ácido oleico na presença de solventes de alto ponto
de ebulição. Essas nanopartículas foram dispersas em ciclohexano e revestidas com SiO2 pela
técnica de microemulsão reversa, que, por sua vez, foram revestidas pelo polímero PNIPAM
(poli(N-isopropilacrilamida)). Um nanocompósito magnético e termossensível com estrutura
core-shell foi produzido, com tamanho de partícula de cerca de 30 nm, sendo que cada
nanopartícula contém somente um núcleo de Fe3O4. O ponto de transição de fase obtido por
calorimetria exploratória diferencial (DSC) foi de 34-36ºC, que é próximo da temperatura do
corpo. Além disso, as nanopartículas mostraram comportamento superparamagnético,
apresentando grande potencial como carreadoras de drogas para liberação controlada
(DDS/Drug Delivery System).
De acordo com o trabalho de Chen et. al. (2008) nanopartículas de Fe3O4/SiO2 com
estrutura core-shell foram preparadas a partir de uma solução de Fe3O4 diluído em água e
isopropanol, e tetraetilortossilicato (TEOS) co-precipitada com amônia. As nanopartículas
magnéticas obtidas foram separadas magneticamente para eliminar núcleos de sílica sem
magnetita e, finalmente, foram funcionalizadas com anidrido glutárico e ligadas a um agente
anticâncer, a doxorubincina (DOX), via ligação covalente, mais especificamente, uma ligação
peptídica entre o grupo amina da DOX e o grupo carboxílico ancorado à superfície do sistema
Fe3O4/SiO2. Isto possibilitou a estabilidade do sistema carregador, evitando que a droga se
soltasse do sistema no processo de transporte. Nessas condições, a DOX não foi liberada da
superfície das nanopartículas sob condições intravenosas. A clivagem da ligação amida ocorre
a pH baixo e na presença de protease. Neste trabalho, os ensaios de liberação foram feitos em
função da variação de pH e o perfil de liberação da droga mostrou um comportamento pHdependente. A estrutura core-shell das nanopartículas ligadas à DOX mostrou comportamento
superparamagnético, indicando o potencial de aplicação no tratamento do câncer usando a
tecnologia de liberação de fármacos magneticamente marcados.
Paula (2011) realizou uma pesquisa com o objetivo de avaliar o grau de contraste dos
órgãos do sistema fagocitário, injetando-se doses de NPMs que variaram de 0,46 a 7,2 mg/Kg
em ratos, por via endovenosa caudal e submetendo-os a imagem por ressonância magnética
nuclear. As NPMs foram divididas em 2 grupos, ambos com núcleo de magnetita, variando-se
o revestimento, que no grupo 1 foi de dextrana e o do grupo 2, de ácido oléico. O efeito
desejado foi que os órgãos do sistema fagocitário apresentassem algum grau de perda de sinal
nas imagens, indicando que as NPMs foram internalizadas pelas células desses órgãos. Com o
agente de contraste usual, paramagnético, que não entra nas células, o efeito é de hiperssinal
no sistema vascular e em órgãos hipervascularizados. Os resultados obtidos evidenciaram
que, tanto as NPMs revestidas com dextrana, quanto às revestidas com ácido oléico causaram
efeito de hipossinal nas imagens, que variaram de fraco a acentuado, dependendo da dose
administrada, principalmente em sequências T2 TSE. As NPMs revestidas com dextrana
apresentaram maior eficiência, considerando que os efeitos de hipossinal ocorreram com
doses menores do que as revestidas com ácido oléico. Pode-se concluir, considerando o
evidente efeito de hipossinal apresentado pelos órgãos do sistema fagocitário, que há
potencial de aplicação destas NPMs como agente de contraste em estudos de ressonância
magnética.
De acordo com Krueger (2009), sistemas particularmente interessantes são as
nanopartículas de polímeros biodegradáveis, como os derivados da quitosana. Trata-se de um
sistema em que a vetorização do fármaco a sítios-alvo marcados específicos do organismo é
claramente identificável, sendo também bastante estável, não sendo reconhecido por
macrófagos do sistema reticuloendotelial de defesa (dependendo de algumas modificações da
superfície). A incorporação de fármacos em nanopartículas lipídicas ou poliméricas pode
auxiliar especialmente na liberação de fármacos com pouca solubilidade em água e baixa
permeabilidade. As nanopartículas podem ser absorvidas no sistema circulatório via trato
gastrointestinal através dos canais de Peyer no sistema linfático, o que apresenta uma
vantagem em relação à administração via porta, já que evita o metabolismo de primeira
passagem pelo fígado e podem proteger o fármaco da degradação no trato gastrointestinal.
Laranjeira et. al. (2000) prepararam microesferas de quitosana com grau de
desacetilação médio de 85,6% enxertadas com poli(ácido acrílico) para aplicação como
sistemas de liberação controlada de fármacos. O corante eosina impregnado nas microesferas
de quitosana modificada foi utilizado como marcador para estudo in vitro de liberação de
fármacos. As microesferas de quitosana foram obtidas pelo método de inversão de fases com
NaOH, seguidas de reticulação com glutaraldeído, redução com cianoboroidreto de sódio e
enxertia com poli(ácido acrílico) na presença de uma solução de nitrato de cério (IV)
amoniacal como iniciador redox. Os estudos in vitro de liberação da eosina a partir de
microesferas de quitosana, mostraram que o corante foi liberado em função do tempo a pH
6,8 e 9,8 que simulam as condições fisiológicas do trato gastrointestinal, enquanto que
nenhuma eosina foi liberada a pH 1,2. Assim, os autores concluíram que as microesferas de
quitosana/poli(ácido acrílico) apresentaram-se sensíveis ao pH e foram efetivas como sistema
de liberação in vitro de eosina em função do tempo. Estes resultados sugerem que o sistema
de liberação estudado poderá ser útil para a administração oral de fármacos.
Takeuchi et. al. (2005) em seus estudos mostraram uma redução acentuada e
prolongada (até 12 horas) nos níveis plasmáticos de glicose de ratos Wistar, após
administração oral de insulina encapsulada em lipossomas aniônicos associados à quitosana, o
que não foi observado após a administração oral dos mesmos lipossomas sem a quitosana.
Um estudo por microscopia confocal das vesículas marcadas com a sonda fluorescente
lipofílica DiI permitiu estabelecer as propriedades mucoadesivas dos lipossomas associados à
quitosana, em todas as porções do intestino, quando comparados aos lipossomas sem o
polímero. Nestes experimentos, a mucoadesividade foi relacionada não somente com a
presença da quitosana, mas também com o tamanho dos lipossomas, sendo que lipossomas
considerados pequenos (diâmetro médio de 182 nm) tiveram mucoadesividade maior quando
comparados aos lipossomas de tamanho maior (diâmetro médio de 4,1μm). Neste mesmo
trabalho, os autores observaram que a administração por via oral de lipossomas pequenos
contendo calcitonina e incorporados em solução de quitosana promoveram uma redução mais
acentuada na concentração plasmática de cálcio quando comparada à administração de
calcitonina nas formas livre ou encapsulada em lipossomas sem quitosana.
Costa et. al. (2007) estudaram a preparação de nanocompósitos de nanopartículas de
ZnAl2O4 dopado com o íon terra rara európio (Eu3+), por meio de encapsulamento com
quitosana e sua caracterização,visando à preparação de marcadores luminescentes. Os pós de
aluminato de zinco após o encapsulamento foram caracterizados por espectroscopia de
infravermelho e ultravioleta (FTIR). Por meio dos resultados obtidos neste trabalho, os
autores observaram que ocorreu o encapsulamento das nanopartículas de aluminato de zinco
dopado com európio na matriz da quitosana. Essa informação foi comprovada através do
deslocamento obtido nos picos e presença de bandas do espinélio no espectro de
infravermelho, por esse possível encapsulamento não ter interferido na transparência
característica da quitosana.
Bazzo (2008) preparou micropartículas compostas contendo microesferas de PHB
(poli(3-hidroxibutirato)) inseridas em uma matriz de quitosana contendo piroxicam e
cetoprofeno como fármacos modelo através da técnica de emulsão-evaporação com o objetivo
de diminuir o efeito burst e prolongar a liberação dos fármacos. A utilização de diferentes
concentrações de quitosana na fase interna da emulsão influenciou as características
morfológicas e o tamanho das micropartículas compostas. Micropartículas contendo diversas
microesferas de PHB inseridas em uma matriz de quitosana foram obtidas quando se utilizou
uma solução contendo 3% do polissacarídeo como fase interna. A influência da concentração
de quitosana e de reticulante (glutaraldeído) sobre a quantidade de piroxicam e cetoprofeno
liberados após 45 min e sobre a eficiência de dissolução em 168 h foi avaliada através de
planejamento fatorial, indicando que ambas as variáveis influenciaram as respostas. Uma
diminuição significativa do efeito burst e um prolongamento da liberação dos fármacos foram
observados especialmente quando maiores concentrações de quitosana e de glutaraldeído
foram empregadas.
D’Agostini Jr. (2009) afirma que complexos nanoparticulados de quitosana têm sido
empregados em nanotecnologia para melhorarem, em termos químicos e biológicos, a
atividade farmacológica e, principalmente por aumentarem a biodisponibilidade dos fármacos.
Em seus estudos, o autor avaliou a biocompatibilidade e a bioadesão dos derivados Ncarboximetilados de quitosana (N-CMQ) com polimerização in situ com ácido acrílico
formando redes híbridas com ácido poliacrílico. Os resultados mostraram que os derivados
não apresentaram efeitos citotóxicos, mesmo em concentrações elevadas de 1000g/mL com
capacidade bioadesiva de tempo total de quatro horas no estômago e no intestino delgado.
Assim, os sistemas gerados são potenciais carregadores de fármacos para liberação estomacal,
como em patologias relacionadas a ulcerações e inflamações gástricas.
6.
CONSIDERAÇÕES FINAIS
A partir da revisão bibliográfica apresentada neste trabalho não há dúvidas em relação
à imensa aplicabilidade da magnetita e da quitosana, em separados, na forma de
nanopartículas para as mais diferenciadas aplicações biomédicas, principalmente no que se
refere a marcadores biológicos para carregamento de fármacos e contrastes em exames de
imagem como a RMN. No entanto, após uma vasta pesquisa sobre a utilização do compósito
magnetita/quitosana como dispositivo único, foram encontrados apenas dois artigos
descrevendo a utilização do mesmo para imobilização das enzimas: quimotripsina (Ju et al,
2012) e lipase (Xie e Wang, 2012). Assim fica clara a importância da investigação científica
das potencialidades do compósito magnetita/quitosana para aplicações médicas e biológicas,
aliando a indiscutível característica magnética da magnetita e a biocompatibilidade da
quitosana.
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POTENTIAL MAGNETITE/CHITOSAN FOR BIOLOGICAL
MARKERS
F. E. D. Maroja1, K. M. S. Viana2, A. C. F. M. Costa1, N. L. Freitas1
1
Academic Unit of Materials Engineering, Graduate Program in Science and Engineering of Materials, Federal
University of Campina Grande, Campina Grande (PB), Brazil
2
School of Science and Technology, Federal University of Rio Grande do Norte, Natal (RN), Brazil
E-mail: [email protected]
Abstract. Biomaterials are natural or synthetic materials used to replace individual parts of the body or used in
medical devices that come into contact with biological systems, targeting the treatment or replacement of
individual tissues, whole organs or some functions performed by them. The combination of ceramics and
polymers has been widely used in the past two decades to produce high performance composites. The main
objective behind this concept is to make use of inherent properties of the entities involved, that these properties
are fundamentally linked to the basic structure of these materials (such as primary chemical bonds and atomic
arrangement). Within this context, ceramics, hybrid ceramic-polymers and composites ceramic-ceramic have
great versatility in developing new materials with biotechnological applications. However, one of the most
important characteristics of these materials is their application in nanoscale to cure, diagnose or prevent
disease. The biomedical nanotechnology, based on the construction of pure nanoparticles or a combination of
inorganic and organic materials, is assuming a role of great importance in applications in diagnostics,
therapeutics, molecular biology and bioengineering. A material that has been gaining prominence in biological
applications is magnetic nanoparticles. The different forms of iron oxide for diagnostic procedures such as
nuclear magnetic resonance (NMR) magnetic carrier and magnetic hyperthermia drugs has gained wide
acceptance in a variety of practices, but the therapeutic applications are still under investigation. Thus this work
aims to conduct a literature review to highlight the potential development of a biomarker based on the composite
magnetite/chitosan materials that are already well studied for application as biomaterial, however, not yet tested
as composite for use in detection of pathologies related to dermal diseases.
Keywords: magnetite, chitosan, biological markers.