s triblocos e45s10e45, e99p69e99 (pluronic f127) e suas

ESTUDO DE COPOLI(OXIALQUILENO)S TRIBLOCOS
E45S10E45, E99P69E99 (PLURONIC® F127) E SUAS MISTURAS
PARA APLICAÇÕES FARMACOLÓGICAS
Igor M. Cavalcante1*, Maria E. N. P. Ribeiro1, Lillian M. U. Dutra1, Francisco C. F. de França1, Flávia de M.
L.L. Costa1, Nágila M. P. S. Ricardo1
1*
Universidade Federal do Ceará – UFC, Campus do Pici, Fortaleza-Ce – [email protected]
Relata-se que quase metade dos fármacos em potencial falha em seu progresso para formulações devido à sua baixa
solubilidade em água e sua conseqüente baixa biodisponibilidade. Copolímeros triblocos surfactantes com blocos
hidrofílicos de poli(óxido de etileno) (En) e blocos hidrofóbicos de poli(óxido de propileno) (Pm) e poli(óxido de
estireno) (Sm) foram estudados quanto à sua capacidade de solubilização de fármacos e seu comportamento de formação
de gel. Unindo a melhor capacidade de solubilização do núcleo Sm do polímero E45S10E45 com as propriedades
termorresponsivas do polímero E99P69E99 (Pluronic® F127), nosso objetivo é a aplicação desses sistemas para
administração intravenosa e subcutânea de fármacos. Griseofulvina foi usada como fármaco modelo. As misturas dos
copolímeros apresentaram capacidade de solubilização do fármaco intermediária à dos copolímeros isolados e apenas o
F127 apresentou dados de energia livre de Gibbs de solubilização positiva. O sistema F/ESE 70 apresentou
propriedades termorresponsivas e foi o mais promissor para aplicações farmacológicas.
Palavras-chave: copoli(oxialquileno)s triblocos, micelas, solubilização, fármaco.
Study of triblock copoly(oxyalkylene)s E45S10E45, E99P69E99 (Pluronic® F127) and its mixtures for pharmacological
applications
It is reported that almost half of the potential drugs fails in its progress to pharmaceutical formulations due to its low
water solubility and its consequent poor bioavailability. Surfactant copolymers with hydrophilic blocks of poly(ethylene
oxide) (En) and hydrophobic blocks of poly(propylene oxide) (Pm) and poly(styrene oxide) (Sm) were studied
concerning its drug solubilisation capacity and its gel formation behavior. Our aim is the use of these systems for
intravenous and subcutaneous drug administration, as we gather the greater solubilisation capacity of Sm core from
E45S10E45 with the thermoresponsive properties of E99P69E99 (Pluronic® F127). Griseofulvin was used as a model drug.
The mixtures of copolymers showed drug solubilisation capacity intermediate of those for isolated polymers and only
F127 showed positive Gibbs free energy of solubilisation. The system F/ESE 70 had thermoresponsive properties and
was the most promising for pharmacological applications.
Keywords: triblock copoly(oxyalkylene)s, micelles, solubilisation, griseofulvin.
Introdução
A solubilidade de um fármaco é um fator essencial para a sua eficiência no organismo,
independentemente da sua rota de administração. Isso se constitui num grande desafio para a
indústria farmacêutica, uma vez que quase a metade das substâncias ativas é insolúvel ou pouco
solúvel em água, apresentando então uma absorção fraca ou errática [1].
Das várias formulações exploradas para resolver este problema, aquelas que possuem micelas
copoliméricas (em especial de copoli(oxialquileno)s) têm despertado atenção devido às vantagens
inerentes a tais sistemas: apresentam diâmetro de escala nanométrica, seu núcleo hidrofóbico
funciona como hospedeiro de diversos fármacos hidrofóbicos, possuem uma versatilidade na
estrutura núcleo corona, que pode ser projetada atendendo às necessidades da rota de administração
do fármaco, suas propriedades físico-químicas e seu sítio de ação [2]. Além disso, as micelas que
possuem corona de polióxido de etileno apresentam uma importante vantagem de resistirem à
fagocitose pelos macrófagos, resultando em um maior tempo de circulação no sangue ou fluidos
corporais e promovendo uma proteção adicional ao fármaco [3].
Uma classe de copolioxialquilenos produzidos industrialmente e com larga utilização
comercial são os Pluronics® (Figura 1). Eles são extensivamente estudados para a administração de
fármacos, especialmente pelas suas propriedades termorresponsivas. Ou seja, em determinadas
concentrações, seus sistemas apresentam-se como fluidos móveis, e à temperatura do corpo,
formam géis rígidos, o que favorece seu uso em injeções subcutâneas [4].
Figura 1 - Estrutura geral dos Pluronics®.
Em vários estudos, observou-se que a solubilização de fármacos é afetada pela composição do
núcleo micelar, pelo peso molecular e concentração do copolímero, pela temperatura, bem como
pelo método empregado [5].
Neste trabalho, copolímeros triblocos com núcleo de poli(óxido de propileno) (Pn) e núcleo de
poli(óxido de estireno) (Sn) (Figura 2) foram estudados quanto à sua capacidade de solubilização de
fármacos e ao seu comportamento de formação de gel. Visa-se a administração subcutânea de
fármacos, ao unir a melhor capacidade de solubilização do núcleo de poli(óxido de estireno) do
E45S10E45 com as propriedades termorresponsivas do E99P69E99 (Pluronic® F127). A griseofulvina
foi testada como fármaco modelo (Figura 3).
H2
C
CH
H3C
O
CH3
O
O
O
O
m
O
H3C O
Cl
Figura 2 - Estrutura do núcleo de polióxido de estireno.
CH3
Figura 3 - Estrutura química da griseofulvina.
Experimental
O copolímero E99P69E99 comercialmente conhecido como F127 foi obtido da Uniquema (ICI
Surfactants) e o copolímero E45S10E45 denominado ESE foi cedido pelo Laboratório de Polímeros da
Anais do 10o Congresso Brasileiro de Polímeros – Foz do Iguaçu, PR – Outubro/2009
Universidade de Manchester. Água milli-Q e metanol (SYNTH) foram utilizados como solventes. O
fármaco griseofulvina foi obtido da Aldrich.
Misturas dos Copolímeros
As misturas foram preparadas com os copolímeros E99P69E99 e E45S10E45, respectivamente, nas
seguintes proporções: 30/70, 50/50 e 70/30. As misturas foram denominadas: F/ESE 30 (mistura
30/70), F/ESE 50 (mistura 50/50) e F/ESE 70 (mistura 70/30).
Solubilização
A curva de calibração da griseofulvina foi preparada a partir dos dados de concentração
(mg/L) versus absorbância (A) com leitura no comprimento de onda de 292 nm. Espectrofotômetro
U-2000 da Hitachi foi utilizado no experimento.
Foram preparadas soluções aquosas a 1% dos copolímeros e de suas misturas. A uma
alíquota de 10 mL de solução, foi adicionada uma porção (10-12 mg) de griseofulvina. As misturas
foram lentamente agitadas a 25 oC (± 0,1 ºC), por 4 dias, num banho termostatizado QUIMIS.
Retirou-se uma alíquota de 3 mL do sobrenadante, que logo em seguida foi filtrado em membrana
Millipore de porosidade 0,45 µm, para remoção de qualquer porção de fármaco não solubilizado.
Alíquotas das amostras filtradas foram diluídas com metanol e a concentração de fármaco foi
monitorada por espectrofotometria UV-VIS no comprimento de onda de 292 nm, usando-se
metanol puro para estabelecer a linha de base. A solubilidade da griseofulvina apenas em água foi
calculada com o mesmo procedimento descrito acima. As absorbâncias em 292 nm das soluções
aquosas dos polímeros diluídas com metanol também foram medidas para correção dos valores de
absorbância obtidos para os fármacos. Todas as medidas foram feitas pelo menos em triplicata.
Diagrama de fases
Os diagramas de fases foram obtidos pelo método de inversão de tubo, usado para avaliar em
que temperatura os polímeros formam soluções fluidas ou géis duros em diferentes concentrações.
A solução é classificada como gel ou fluido em função da imobilidade no teste de inversão de tubo,
o qual pode ser confirmado por reologia, conforme estudos anteriores [6,7].
As misturas em diferentes concentrações (15 a 50% m/m) foram preparadas pesando-se os
polímeros e a água em tubos de vidro (diâmetro interno de 10 mm), esperando-se sua estabilização
sob inicial aquecimento a 70 ºC (2-4 h) e posterior refrigeração 5 – 10 ºC (mínimo de 3 dias). A
possível modificação na fluidez das soluções era observada invertendo-se o tubo enquanto
lentamente aquecidas (10–90 ºC) num banho de água termostatizado. A verificação da formação de
Anais do 10o Congresso Brasileiro de Polímeros – Foz do Iguaçu, PR – Outubro/2009
gel era feita em intervalos de 1 ºC ( ± 0,2 ºC), permitindo-se a estabilização do gel na temperatura
requerida por 1-2 min. As medidas foram realizadas pelo menos em triplicata.
Resultados e Discussão
A Tabela 1 mostra as características moleculares dos copolímeros E99P69E99 e E45S10E45, tais
como massa molar numérica média (Mn) e fração em massa do bloco E (WE).
Tabela 1 - Características moleculares dos copolímeros triblocos
Copolímero
Mn (g/mol)
WE
E45S10E45
5160
0,767
E99P69E99
12716
0,685
A curva de calibração da griseofulvina em metanol encontra-se na Figura 2. A equação da reta
obtida é:
A = 0,02734 + 0,06173S (mg/L) (1)
1.50
Absorbância
1.25
1.00
0.75
0.50
0.25
0.00
0.0
2.5
5.0
7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0
Concentração (mg/L)
Figura 4 - Curva de calibração da griseofulvina em metanol.
A solubilidade é estudada através da massa do fármaco solubilizada por massa de copolímero,
chamada de capacidade de solubilização, (Scp). A Scp é calculada a partir da solubilidade total do
fármaco na solução do copolímero (S) menos a solubilidade do fármaco em água (So) dividido pela
massa do copolímero (mcop).
Scp = S - So /mcop (2)
Anais do 10o Congresso Brasileiro de Polímeros – Foz do Iguaçu, PR – Outubro/2009
Visando verificar a contribuição da corona de polióxido de etileno na solulização promovida
pelo copolímero, Chaibundit e col. estudaram a solubilidade da griseofulvina numa solução de
polietileno glicol a 5% m/m (Mn = 6000 g mol-1) e verificaram que a solubilidade apresentou-se
pouco diferente das medidas de solubilidade desse fármaco em água [8]. Portanto, a solubilização
na corona formada pelos blocos E não é uma consideração relevante. Assim, apenas a porção
hidrofóbica é levada em consideração e a capacidade de solubilização em mg/g de bloco
hidrofóbico (Sh) é analisada. A solubilidade é calculada a partir dos valores de Scp, com Sh = Scp/Wh,
onde Wh é a fração em massa do bloco hidrofóbico (isto é, Wh = 1–WE, com valores de Wh
calculados para as misturas, usando os valores separados dos copolímeros em função de sua
proporção). A quantidade de Sh fornece uma medida direta da eficiência da solubilização em
núcleos micelares, sendo independente da composição do copolímero.
A Tabela 2 mostra os parâmetros de solubilização calculados para os sistemas poliméricos.
Apenas os dados de S estão apresentados com seu desvio padrão (calculado a partir do desvio
padrão dos valores de absorbância obtidos no experimento).
Tabela 2 - Parâmetros de solubilização calculados com valor de So= 3,6 mg/dL
Sistemas
S (mg/dL)
Scp (mg/g)
Sh (mg/g)
E45S10E45
11,97 ±0,45
8,37
35,92
F/ ESE 30/70
10,44 ±0,83
6,84
26,51
F/ ESE 50/50
10,10 ±0,56
6,50
23,72
F/ ESE 70/30
9,32 ±0,59
5,72
19,72
E99P69E99
6,56 ±1,18
2,96
9,40
Os valores de Sh obtidos foram bem maiores para o tribloco de polióxido de estireno (S) do
que para o polióxido de propileno (P), uma vez que aquele é mais hidrofóbico (suas unidades são
aromáticas e possuem cadeia carbônica maior). Os valores encontrados para as misturas se
aproximam das médias ponderadas do seu valores separados, indicando que o processo de
micelização das misturas foi semelhante ao dos polímeros puros.
A capacidade de solubilização Scp relatada para o F127 por Attwood e col., 3,2 mg/g, foi
semelhante à deste trabalho [4].
Como mostra a Tabela 3, os valores de Sh relatados para o E45S8 e para o E45S10, que têm
núcleo hidrofóbico e bloco hidrofílico de tamanhos semelhantes, são menores que para o tribloco
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E45S10E45. Isso evidencia que a conformação de micelas de triblocos torna o núcleo hidrofóbico
mais eficiente para a solubilização de fármacos em comparação às micelas de diblocos.
Tabela 3 - Valores de Sh para copolímeros com núcleo de polióxido de estireno.
Polímero
Sh (mg/g)
Referência
E45S10E45
35,92
Este trabalho
E45S8
23,82
[9]
E45S8
22
[5]
E45S10
29
[5]
O coeficiente de partição micela – água (P) é a razão entre a concentração do fármaco na
micela e a concentração do fármaco em água em uma determinada concentração de polímero, como
mostrado abaixo:
P = (S - So) /So ou P = Scp/So (3)
onde S é a solubilidade do fármaco pela solução micelar do copolímero à concentração específica e
So é a solubilidade do fármaco em água, respectivamente.
Termodinamicamente, a solubilização pode ser considerada como uma partição normal do
fármaco entre as fases micela e água, e a energia livre padrão de solubilização (∆G°) pode ser
representada pela seguinte equação:
∆G° = -RT lnP (4)
onde R é a constante universal dos gases, T é a temperatura absoluta e P é o coeficiente de partição
entre a micela e a fase aquosa.
Na Tabela 4 encontram-se os valores de coeficiente de partição (P) e energia livre padrão de
solubilização (∆G°) obtidos. Ao comparar copolímeros diferentes, pode-se observar que quanto
maior o coeficiente de partição, mais hidrofóbico será o copolímero. No caso, o copolímero
E45S10E45 é mais hidrofóbico do que o copolímero E99P69E99. Nas misturas observa-se um aumento
do coeficiente de partição com o aumento da proporção do copolímero mais hidrofóbico, condizente
com o discutido anteriormente.
Anais do 10o Congresso Brasileiro de Polímeros – Foz do Iguaçu, PR – Outubro/2009
Tabela 4 - Valores de coeficiente de partição (P) micela/água e valores de ∆G° de solubilização
para a griseofulvina nas soluções a 1% dos sistemas poliméricos.
Sistemas
P
∆G° (KJ/mol)
E45S10E45
2,32
-2,09
F/ ESE 30/70
1,84
-1,51
F/ ESE 50/50
1,51
-1,02
F/ ESE 70/30
1,13
-0,30
E99P69E99
0,82
0,49
A solubilização espontânea do fármaco griseofulvina nas soluções aquosas dos copolímeros e
misturas é manifestada por valores negativos de energia livre padrão (∆G°). O aumento da
concentração/temperatura geralmente torna o ∆G° mais negativo, o que sugere apreciável aumento
do número de agregação de micela [10].
O diagrama de fases dos sistemas está apresentado na Figura 5. Os dados apresentados para o
F127 são os mesmos relatados por Chaibundit e col. [11]. Observa-se que o F127 começa a formar
géis a partir da concentração de 15%, a 45ºC, e geleifica sob aquecimento, confirmando sua
propriedade termorresponsiva. O tribloco E45S10E45 não apresenta essa propriedade, e observa-se a
formação de géis a partir da concentração de 31,9 %. A mistura F/ESE 70 conservou as
propriedades termorresponsivas do F127, e a primeira concentração na qual o sistema forma gel é
de 26%, a 42 ºC. As mistura F/ESE 50 formou géis termorresponsivos a partir da concentração de
36,1%, a 48 ºC, mas não se observou uma tendência na sua termorreversibilidade, e por isso o seu
diagrama não foi apresentado. A mistura F/ESE 30 não formou géis rígidos estáveis durante os
experimentos, mesmo a concentrações de 51%, na qual a percentagem de F127 é de 15% em
relação ao todo (concentração na qual começa a se observar a formação de géis para o sistema de
F127). Esse fenômeno acontece devido à propriedade geleificante inversa do tribloco de polióxido
de estireno (torna-se fluido sob aquecimento).
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90
E99P69E99
Fluido
80
E45S10E45
F/ESE 70
Temperatura (ºC)
70
60
Gel
50
40
30
20
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Concentração (%)
Figura 5. Diagrama de fases dos polímeros e da mistura F/ESE 70.
Conclusões
Os copolímeros com núcleo de polióxido de estireno são mais eficientes na solubilização de
fármacos que os Pluronics®, que possuem núcleo de polióxido de propileno. Copolímeros tribloco
aumentam a capacidade de solubilização do núcleo hidrofóbico de mesmo tamanho e natureza
quando comparado a um dibloco.
Para aplicação em administração subcutânea, o sistema F/ESE 70 é o mais promissor por
apresentar propriedades termorresponsivas (há concentrações nas quais à temperatura ambiente ele
é fluido e à temperatura do corpo, gel) e boa eficiência de solubilização. Para aplicação em
administração intravenosa, o mais promissor é o sistema E45S10E45, mas a mistura F/ESE 70
apresenta bons valores de solubilização (maiores que o do F127 e próximos ao E45S10E45) e é
economicamente mais viável.
Agradecimentos
Os autores agradecem à CAPES, à FUNCAP e ao CNPq.
Referências Bibliográficas
Anais do 10o Congresso Brasileiro de Polímeros – Foz do Iguaçu, PR – Outubro/2009
1. V. B., Patravale, A. A., Date, R.M. Kulkami J. Pharm. Pharmacol. 2004, 56, 827.
2. H. A. , Aliabadi, A., Lavasanifar Expert Opin. Drug. Deliv. 2006, 3(1):139-162.
3. K. Letchford, H. Burt European J. of Pharm. and Biopharm.2007, 65, 259.
4. D. Attwood, Z. Zhou, C. Booth Expert Opin. Drug Deliv. 2007, 4(5), 533.
5. M. Crothers, Z. Zhou, N. M. P. S. Ricardo, Z. Yang, P. Taboada, C. Chaibundit, D. Attwood,
Colin Booth Int. J. Pharm. 2005, 293, 91.
6. N. M. P. S. Ricardo, M. E. N. Pinho, Z. Yang, D. Attwood, C. Booth Int. J. Pharm. 2005, 300,
22.
7. W. J., Harrison, G. J., Aboulgasem, F. A. I., Elathrem, S. K., Nixon, D., Attwood, C. Price, C.,
Booth Langmuir, 2005, 21, 6170.
8. C. Chaibundit, N. M. P. S. Ricardo, M. Crothers, C. Booth Langmuir 2002, 18, 4277.
9. I. M., Cavalcante, L. M. U., Dutra, D. P. L., de Góes, M. E. N. P., Ribeiro, N M. P S., Ricardo
in Anais da 32ª Reunião Anual da Sociedade Brasileira de Química, Fortaleza, 2009, Vol.1
10. Y. Kadam, U. Yerramilli, A. Bahadur Colloids Surf. B: Biointerfaces 2009, doi:
10.1016/j.colsurfb.2009.03.027
11. C.; Chaibundit, N. M. P. S., Ricardo, F. de M. L. L., Costa, S. G; Yeates, C., Booth Langmuir,
2007; 23(18), 9229.
Anais do 10o Congresso Brasileiro de Polímeros – Foz do Iguaçu, PR – Outubro/2009