MODIFICAÇÃO DO POLIETILENO GLICOL PARA POSTERIOR

MODIFICAÇÃO DO POLIETILENO GLICOL PARA POSTERIOR UTILIZAÇÃO
EM TRATAMENTO ANTI-CÂNCER
E. M. Andrade (1) e K. M. Novack (2)
Universidade Federal de Ouro Preto (UFOP), Instituto de Ciências Exatas e Biológicas
(ICEB), Departamento de Química (DEQUI)
Resumo
A investigação de biomateriais é uma das mais novas e mais excitantes áreas
da química de polímeros. Especialmente interessantes são as investigações de polímeros
farmacologicamente ativos representando macromoléculas as quais, por elas mesmas, podem
ser ativas como medicamentos ou alternativamente podem ser usadas como portadores para
agentes farmacêuticos.
A utilização de polímeros no tratamento anti-câncer vem sendo
desenvolvida nos últimos anos através de pesquisas que visam melhorar as expectativas
quanto à diminuição dos efeitos colaterais e quanto a um método mais eficaz de se conseguir
uma completa remissão do câncer. Neste trabalho foi estudada a modificação estrutural do
polietileno glicol, um polímero farmacologicamente ativo, de modo a verificar sua eficiência
em atuar no sistema de células cancerígenas que, de um modo geral, constituem um sistema
mais ácido. As técnicas de espectrometria na região do infravermelho (FTIR) e calorimetria
de varredura diferencial (DSC), assim como a verificação das propriedades físico-químicas do
material, foram utilizadas na caracterização dos polímeros. Foi verificada a boa solubilidade
do produto modificado, mesmo com alteração do seu pH.
A variação das transições
observadas nas análises de DSC indicam uma mudança na estrutura cristalina do polímero, o
que pode levar a uma melhor interação com as células cancerígenas.
Abstract
Biomaterials are a newly and exciting area of polymer chemistry.
Investigations of pharmacologically actives polymers are very interesting because they can be
used as implant materials that replace the function of the biological materials or as a drug.
These kind of polymers have been used in cancer treatment because they avoid the collateral
effects that are common with the usual drugs.
In this work we studied the structural
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modification of polyethylene glycol to verify the change in the solubility with pH. The
influence of pH in solubility has been determined. Polymers were characterized by Fourier
Transform Spectroscopy (FTIR) and Differential Scanning Calorimetry (DSC).
Palavras-chave:
biomateriais, polímeros farmacologicamente ativos,
agentes
anti-
neoplásicos, polietileno glicol
Introdução
A investigação sobre a atividade de biopolímeros vem ocorrendo cada vez com
maior freqüência na área da química de polímeros. Isso tem acontecido devido às vantagens
em se manipular polímeros ao invés de medicamentos de baixo peso molecular. Mudanças
feitas na estrutura de medicamentos de baixo peso molecular geralmente levam à perda da
atividade específica. Tais mudanças são importantes para alterar as propriedades fisicoquímicas do medicamento de acordo com as necessidades, como por exemplo alterar sua
solubilidade a fim de restringir sua área de ação e, conseqüentemente, os efeitos colaterais 1.
Os polímeros farmacologicamente ativos são macromoléculas que podem ser
ativas como medicamentos ou podem ser usados como portadores para agentes farmacêuticos.
Esses polímeros podem ser naturais como no caso das proteínas, dos ácidos nucléicos, dos
polissacarídeos; ou sintético. Um polímero bioativo pode interagir direta ou indiretamente
através de interações físicas e/ou químicas com outras moléculas ou sítio para conseguir uma
resposta biológica. Quando a parte bioativa é um produto oligomérico degradado da cadeia
polimérica ou fragmentos de baixo peso molecular derivado de polímero dizemos que o
polímero é responsável pela liberação controlada do agente ou espécie bioativa. Uma
atividade biológica mais direta é observada quando a parte bioativa está representada pela
cadeia polimérica inteira ou por segmentos da cadeia. Uma outra forma de utilização do
polímero seria como matriz para inserção do agente bioativo. Nesse sistema o agente é
liberado por um processo de difusão ou através da decomposição do polímero 1,2.
Medicamentos utilizados na cura do câncer normalmente são muito
“agressivos”, ou sejam, eles interagem com todo o organismo causando diversos efeitos
colaterais. Os efeitos mais comumente encontrados são: perda do apetite, perda do cabelo,
náuseas. O medicamento, após sua administração, entra no fluido corporal e através desse é
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transportado para todo o organismo, alcançando assim a área afetada. Entretanto, boa parte da
droga administrada não alcança esta área, ao invés disso, ela interage com outras partes do
organismo levando a indesejáveis efeitos colaterais. A fim de conseguir a diminuição de tais
efeitos, polímeros estão sendo introduzidos no tratamento anticâncer 1,3.
Medicamentos poliméricos podem ser produzidos a partir da copolimerização
de um monômero contendo a unidade medicinal com outro monômero contendo grupos que
tornariam o copolímero solúvel nos fluídos corporais. O fato desses medicamentos
poliméricos terem sua eficácia aumentada permite que eles possam ser administrados em
menor concentração para o paciente, atingindo o efeito desejado. É importante lembrar que a
única maneira de mudar a solubilidade de um medicamento não polimérico seria através de
mudanças em sua estrutura química, o que poderia levar a uma perda da atividade específica
do medicamento 4-12.
O PEG (polietileno glicol) vem sendo utilizado como biopolímero no
tratamento do câncer. Sua utilização consiste na modificação de proteínas por conjugação
com síntese de macromoléculas. Tais modificações levam a redução da imunoatividade ou
imunogenicidade e supressão da imunoglobulina (Ige) no processamento médico 11.
O polietilenoglicol possui peso molecular variando entre 500 e 20000. O PEG
utilizado neste trabalho tem o peso molecular igual a 1500 e apresenta a seguinte fórmula
geral:
HO-(CH2-CH2O)nCH2CH2OH
O estudo de medicamentos poliméricos tem como objetivo a síntese de
materiais que tenham: (a) boa especificação, (b) boa atividade, (c) atividade prolongada e (d)
uma larga faixa de concentração da atividade biológica. A condição química de um agente
bioativo pode variar com o polímero a medida que forem introduzidos segmentos que
consigam fazer com que a solubilidade da molécula varie. A forma e o tamanho molecular
podem também ser modificados de modo a aperfeiçoar o fluxo desejável.
A pureza do polímero, peso molecular, distribuição do peso molecular, configuração,
conformação, natureza dos grupos terminais, tudo pode afetar a atividade biológica das
macromoléculas. O tempo tem um grande significado para as macromoléculas pois pode
mudar a natureza física e química, fluxo dinâmico, solubilidade, habilidade de penetrar
barreiras celulares, etc., das mesmas.
Neste trabalho foi estudada a modificação estrutural de um polímero
farmacologicamente ativo, polietileno glicol, e verificada a solubilidade desse composto em
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pH ácido e básico. Foi verificada sua eficiência em atuar no sistema de células cancerígenas,
que é de modo geral um sistema mais ácido, como é o caso, por exemplo, do carcinoma de
Walker (pH≅6,5).
Experimental
Reação de metilação do PEG: O polietileno glicol obtido comercialmente foi misturado com
sulfato de metila e solução de hidróxido de sódio a 30% e essa mistura foi refluxada durante
8h.
Após a purificação, o polímero metilado obtido foi reservado para posterior
caracterização10.
Reação de modificação do PEG:
O polímero metilado, obtido na etapa anterior, foi
misturado com DMSO durante 5h a 40°C. Essa solução foi resfriada à temperatura ambiente
e deixada sob agitação durante 48h, em solução de anidrido acético, tendo sido utilizado éter
etílico para precipitação do polímero modificado10.
Solubilidade: A solubilidade das amostras de PEG comercial, metilado e modificado foi
determinada em vários solventes, preparando-se as soluções de concentração 0,1% p/v, à
temperatura ambiente. Os seguintes solventes orgânicos foram testados: benzeno, metanol,
etanol, cicloexano, diclorometano, água, tetracloreto de carbono, hexano, acetona, éter de
petróleo, acetato de etila e éter etílico.
Determinação do pH: O pH das soluções das amostras de PEG modificado foi determinado
na presença dos indicadores vermelho de metila, fenolftaleína, alaranjado de metila, azul de
bromotimol e timolftaleína. Posteriormente foi realizada uma titulação das soluções de pH
mais ácidos.
Caracterização das amostras: As amostras foram analisadas utilizando-se os equipamentos
FTIR (Mod. Nicolet/Impact) e DSC (Mod. 2010/TA Instrumental).
Os espectros de
infravermelho das amostras mostraram bandas características de anéis aromáticos e grupos
éter, hidroxila e metileno. As temperaturas de transição de fase foram medidas no DSC sob
fluxo de nitrogênio com velocidade de aquecimento de 40°C/min.
As temperaturas de
transição foram tomadas no máximo dos picos.
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Resultados e Discussão
A solubilidade dos produtos comercial, metilado e modificado foi avaliada em
diferentes solventes orgânicos.
Esse ensaio mostrou que os polímeros são insolúveis à
temperatura ambiente em ciclohexano, tetracloreto de carbono, hexano e éter etílico e
parcialmente solúveis em acetato de etila. Foi observada a solubilidade dos polímeros apenas
em benzeno, metanol, etanol, diclorometano, água e acetona.
A análise das propriedades térmicas dos polímeros foi realizada através de
dados obtidos por DSC. A Figura 1 mostra a modificação das transições térmicas para o
polímero comercial, metilado e modificado.
Figura 1. Curvas de DSC das amostras de PEG comercial, PEG metilado e PEG modificado.
PEG comercial
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PEG metilado
PEG modificado
Através das curvas de DSC apresentadas na Figura 1 pode ser observada um
aumento da temperatura de fusão (Tm) das amostras de PEG modificado quando comparada
com a temperatura de fusão do PEG comercial. Esse aumento na Tm das amostras de PEG
modificadas pode estar relacionado com um aumento da cristalinidade dos polímeros. Foi
observado que não houve variação na solubilidade das amostras em solução aquosa apesar do
possível aumento de sua cristalinidade.
A análise do pH das soluções de PEG modificado foi realizada na presença de
diferentes indicadores. A Tabela 1 mostra o intervalo de pH aproximado onde ocorre a
viragem dos indicadores e a Tabela 2 mostra os resultados obtidos na presença dos
indicadores selecionados.
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Tabela 1. Intervalos onde ocorre a viragem de alguns indicadores de pH.
Indicador
Intervalo de pH
Mudança de cor
Alaranjado de metila
3,1 – 4,4
Vermelho – Laranja
Azul de bromotimol
6,2 – 7,6
Amarelo – Azul
Fenolftaleína
8,0 – 10,0
Incolor – Vermelho
Timolftaleína
9,4 – 10,6
Incolor – Azul
Vermelho de metila
4,4 – 6,2
Vermelho - Amarelo
Tabela 2. Valores de pH da solução de PEG modificado.
Indicador
pH
Cor da solução
Alaranjado de metila
> 4,4
Laranja
Azul de bromotimol
< 6,2
Amarela
Fenolftaleína
< 8,0
Incolor
Timolftaleína
< 9,4
Incolor
Vermelho de metila
4,4
Vermelha
De acordo com os pontos de viragem dos indicadores e a cor da solução após
adição destes, pode-se ter uma idéia do pH da solução que foi considerado muito ácido (em
torno de 4,5). As soluções contendo os indicadores vermelho de metila e alaranjado de metila
foram tratadas com solução de NaOH, através de titulação, de modo a ajustar o pH da solução
para 6,5 que estaria mais próximo do pH das células cancerígenas. Essas soluções foram
utilizadas para novos testes de solubilidade das soluções de PEG não sendo observada
modificação significativa com a variação do pH.
Agradecimentos
Os autores agradecem a colaboração do CNPq e da PROGRAD/UFOP na
realização desse trabalho.
Referências
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