Preparo e caracterização de nanopartículas de poli(ε

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Rev. Bras. Farm. 93(4): 493-498, 2012
PESQUISA/RESEARCH
Preparo e caracterização de nanopartículas de poli(ε-caprolactona) contendo
megazol, agente anti-chagásico
Preparation and characterization of poli(ε-caprolactone) nanoparticles containing megazol, antichagasic
agent
Recebido em 25/04/2012
Aceito em 10/05/2012
1
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Marta Lopes Lima & Cristina Northfleet de Albuquerque *
1
Programa de Pós-Graduação Interunidades em Biotecnologia, Universidade de São Paulo
Universidade de São Paulo (USP), Laboratório de Síntese e Otimização de Fármacos, Departamento de Tecnologia de BioquímicoFarmacêutica, Faculdade de Ciências Farmacêuticas da USP
2
RESUMO
O megazol (1-metil-2-(5-amino-1,3,4-tiadiazolil)-5-nitroimidazol) tem sido descrito na literatura como um composto efetivo
contra Trypanossoma cruzi, agente causador da Doença de Chagas. Contudo, este composto mostrou efeitos mutagênicos e
baixa solubilidade em sistemas aquosos. O objetivo desta pesquisa foi obter nanopartículas contendo megazol pelo método de
nanoprecipitação e caracterização destas por meio do tamanho, morfologia e eficiência de encapsulação a fim de obter uma
formulação modificada desta molécula visando à diminuição da dose e toxicidade. O tamanho das partículas obtidas foi de
280±1,34 nm e polidispersão de 0,13±0,003 nm. A análise de microscopia eletrônica (MEV) revelou nanopartículas de
superfície lisa e esférica. Uma eficiência de encapsulação de 24% foi alcançada para as nanopartículas contendo megazol. Os
resultados deste estudo confirmaram a viabilidade da formulação de nanopartículas carregadas com megazol (MZ).
Palavras-chave: Nanoprecipitação, Espectrofotometria Derivada, Microscopia Eletrônica de Varredura, Doença de Chagas
ABSTRACT
The megazol (1-metil-2-(5-amino-1,3,4-tiadiazolil)-5-nitroimidazol) has been described as a effective compound against
Trypanosoma cruzi, the causative agent of Chagas Disease. Nevertheless this compound has showed mutagenic effect and
lower solubility in aqueous systems. The aim this research was prepare poli(ε-caprolactone) nanoparticles containing megazol
by nanoprecipitation method to obtain a modified formulation this molecule in order to decrease dosage and toxicity. The
particle size was 280±1,34 nm and polydispersity was 0,13±0,003 nm. Scanning electron microscopy (SEM) analysis showed
nanostructures spherical in shape with a smooth surface. Approximately 24% drug-encapsulation efficiency was achieved.
These results indicated the feasibility of formulation megazol-loaded nanoparticles.
Keywords: Nanopreciptation, Derivative Spectrophometry, Scanning Electron Microscopy, Chagas Disease
INTRODUÇÃO
A doença de Chagas, uma das mais importantes
infecções parasitárias da America Latina, afeta cerca de 10
milhões de pessoas. Tipicamente endêmica em 21 países,
desde o México até a Argentina, atualmente tem sido
detectada em países não endêmicos como Austrália, Japão,
Estados Unidos, Canadá e países da Europa em
decorrência da mobilidade e migração populacional.
Causada pelo protozoário hemoflagelado Trypanosoma
cruzi, a infecção ocorre principalmente pelo vetor
Triatoma infestans, transfusão sanguínea, transmissão oral
através de alimentos contaminados e transplante de órgãos.
Acima de 30% dos pacientes irão desenvolver dano no
coração e acima de 10% dano no esôfago, colón ou
sistema nervoso autonômico (WHO, 2010).
* Contato: Cristina Northfleet de Albuquerque, Departamento de Tecnologia de Bioquímico-Farmacêutica, Faculdade de Ciências Farmacêuticas da USP,
Avenida Prof. Lineu Prestes, 580, Bloco 16, Cidade Universitária, CEP 05588-900, São Paulo, SP, Brasil, E-mail: [email protected]
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Em 2006, a Organização Pan-Americana de Saúde
(OPAS) e a Organização Mundial de Saúde (OMS)
certificaram a erradicação da transmissão da Doença de
Chagas pelo inseto vetor e via transfusional no Brasil2.
Contudo, uma perda mínima estimada em US$ 5,6 milhões
devido ao absentismo dos trabalhadores afetados pela
doença é computada anualmente (Who, 2010).
Apesar do grande número de pacientes infectados, somente
dois fármacos são clinicamente prescritos, nirfutimox, 4[(5-nitrofurfurilidena)-amino-3-metiltiomorfolina-1,1dioxido], e benznidazol, N-benzil-2-nitro-1-imidazol
acetamida. Entretanto ambos apresentam sérios efeitos
tóxicos e mutagenicidade (Castro et al., 2006)
O megazol [1-metil-2-(5-amino-1,3,4-thiadiazol)-5nitroimidazol] (MZ), sintetizado em 1968 pela American
Cianamid, é um derivado nitroheterocíclico com atividade
antibactericida (Albuquerque, 1995) e antiparasitária,
principalmente contra tripanossomas (Lages-Silva et al.,
1990; Maya et al., 2003; Bouteille et al., 1995; 1999;
Enanga et al., 1998; 2000). Embora apresente maior
atividade tripanocida do que o nifurtimox e benznidazol
(Lages-Silva et al., 1990), eficiência em todos os estágios
das Tripanossomíases mesmo em dose única (Bouteille et
al., 1995; Enanga et al., 2000), o desenvolvimento do MZ
foi descontinuado devido ao seu potencial mutagênico
(Ferreira & Ferreira, 1986).
O caráter lipofílico do MZ, o qual é praticamente
insolúvel em água, torna difícil sua formulação e
biodistribuição, mas por outro lado, esta propriedade é
uma característica inerente da molécula que confere
propriedades biológicas extremamente importantes tais
como difusão passiva através de membranas plasmáticas
(Barrett et al., 2000) e barreira hematoencefálica (Enanga
et al., 2000), propriedades estas extremamente importantes
no alcance de alvos intracelulares e sistema nervoso
central para o tratamento de tripanossomíases.
Assim, o grande potencial de ação do MZ principalmente
contra T. cruzi e a necessidade de novos fármacos contra a
doença de Chagas justificam a continuação dos estudos
desta molécula.
Recentemente, sistemas de transporte de fármacos
nanoparticulados têm ganhado aplicação no campo
farmacêutico, uma vez que estas formulações podem ter
solubilidade,
biodistribuição,
farmacocinética
e
propriedades toxicológicas melhoradas quando comparado
a pequenas moléculas farmacológicas isoladas (Mohanraj
& Chen, 2006). Dentre estes, sistemas coloidais
poliméricos
têm recebido
considerável
atenção
particularmente àqueles preparados com polímeros que
não apresentam atividade biológica e são facilmente
degradados in vivo. Poli(ε-caprolactona) (PCL), um
poliéster biodegradável e biocompatível, tem sido usado
extensivamente para o desenvolvimento de sistemas de
transporte de fármacos nanoparticulados (Sinha et al.,
2004).
Finalmente, apesar do índice terapêutico promissor, a
atividade biológica do MZ é limitada devido a pobre
biodisponibilidade e toxicidade. A fim de aumentar a
atividade tripanocida em menor dose e reduzir a
toxicidade, o objetivo deste trabalho foi preparar e
caracterizar PCL nanopartículas contendo MZ para veri-
ficar a viabilidade desta formulação.
MATERIAL E MÉTODOS
Químicos
O MZ foi sintetizado no Laboratório de Síntese e
Otimização de Fármacos do Departamento de Tecnologia
de Bioquímica-Farmacêutica da Faculdade de Ciências
Farmacêuticas da USP pela Drª. Cristina Northfleet de
Albuquerque. PCL (MW = 60,000) foi obtido da SigmaAldrich (Estrasburgo, França), triésteres de glicerol dos
ácidos cáprico e caprílico, Miglyol 810® foi obtido da
Brasquim (Porto Alegre, Brasil), o monoestearato de
sorbitan, Span 60® e o polisorbato 80, Tween 80® foram
obtidos da Delaware (Porto Alegre, Brazil). Acetona,
dimetilsulfóxido (DMSO) e acetonitrila (ACN)
apresentaram
grau
analítico
e
cromatográfico,
respectivamente.
Preparação das suspensões
Para a obtenção das nanopartículas contendo MZ foi
utilizado o método de nanoprecipitação descrito por Fessi
et al. (1989). A solução orgânica, PCL (0,318 g),
Mygliol® (1,003 mL), e Span 60® (0,237 g) foram
dissolvidos em acetona (81 mL) sob agitação magnética
(400 rpm) a 40°C. Em um frasco separado, a solução
aquosa consistiu de Tween 80® (0,225 g) adicionado em
159 ml de água. A solução orgânica foi vertida na solução
aquosa sob agitação magnética a temperatura ambiente.
Após 10 minutos, a acetona foi eliminada e fase aquosa
concentrada sob pressão reduzida utilizando-se evaporador
rotatório a 40°C (Rotavapor® R-3/Vacuum Pump V-700
BUCHI). O volume final foi ajustado para 30 mL. Desta
maneira, suspensões de nanopartículas brancas, ou seja,
sem a adição do MZ, foram obtidas na concentração de 10
µg.ml-1 de polímero PCL. As amostras contendo MZ (10
µg.ml-1) foram preparadas pela adição deste (3 mL) na fase
orgânica antes da nanoprecipitação.
Caracterização das suspensões
Determinação do diâmetro médio e polidispersão das
suspensões
O diâmetro das partículas em suspensão e o índice de
polidispersão foram determinados por espalhamento de luz
dinâmica diluindo-se as amostras em água desmineralizada
e observando-se a luz espalhada em ângulo de 90ºC. O
tamanho das partículas foi determinado empregando
equipamento Zetasizer 3000 (Malvern Instruments,
Malvern, UK). As amostras foram realizadas em triplicata,
após a preparação.
Análise Morfológica
Primeiramente, alíquotas (1 mL) de nanopartículas
brancas e nanopartículas contendo MZ foram tratadas com
glicose (concentração final 20%) conforme metodologia
descrita por Saez et al.(2000) e posteriormente congeladas
a -20 °C. As amostras congeladas foram liofilizadas
(mediznischer apparatebau 336 osterode/harz - ehvisa –
volkwagenwerk) por 48 h. As nanopartículas liofilizadas
foram fixadas em stubs com fita dupla-face de carbono e
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cobertas com uma camada de 10 nm de platina usando
sistema de metalização Bal-Tec MED-020. As amostras
foram examinadas em microscópio eletrônico de varredura
Quanta-600 (FEI, Eindhoven, Netherlands) utilizando
voltagem de 5 kV.
Procedimentos analíticos
Espectrofotômetro de feixe duplo Hewlett Packard-HP®,
model 8453 (UV-vis) foi usado para quantificação do MZ
associado
as
nanopartículas
por
meio
da
espectrofotometria de derivadas no ultravioleta (UV),
método ponto de anulação (Donato et al. 2010). Os
espectros de absorção obtidos foram realizados em cubetas
de quartzo 1 cm e intervalo de 300-500 nm. O espectro de
primeira derivada foi obtido usando software com ∆λ5 nm.
Preparação das amostras
O solvente utilizado para o preparo das amostras de MZ
foi PBS (pH 7,4) contendo 1% DMSO (v/v). A solução
estoque (100 µg.ml-1) foi preparada pela dissolução de 1
mg de MZ neste solvente. A solução branca utilizada na
calibração do espectrofotômetro correspondeu a uma
mistura de ACN:1%DMSO/PBS (7:3). A solução de MZ a
10 µg.ml-1 (I) foi preparada pela diluição da solução
estoque na solução branca. A solução (II) de
nanopartículas brancas foi preparada pela adição de uma
alíquota da suspensão de nanopartículas na solução branca.
A solução III consistiu da mistura física da solução I e II.
As soluções II e III foram centrifugadas (14.000 rpm, 30
min, temperatura ambiente) e o sobrenadante foi usado
para as medições.
Método de quantificação
A metodologia analítica foi desenvolvida considerando
especificidade, linearidade, precisão e a exatidão, limite de
quantificação e detecção em conformidade com RE
899/2003 da ANVISA (BRASIL, 2003). A especificidade
foi avaliada pela análise das soluções I, II e III. O espectro
de ordem zero foi obtido no intervalo de 300-500 nm e a
partir destes o espectro de primeira derivada foi obtido. A
linearidade foi avaliada pela análise de regressão linear a
qual foi calculada pelo método de quadrados mínimos. As
medições foram feitas em triplicata. A curva analítica foi
obtida no intervalo de concentração de 1 a 12 µg.ml-1. Para
as análises de precisão e exatidão alíquotas de
nanopartículas brancas foram adicionadas a quantidades
conhecidas da solução estoque de MZ e diluídas com a
solução branca para as concentrações analíticas (4, 6 e 8
µg.mL-1), centrifugadas (14.000 rpm, 30 min, temperatura
ambiente) e os sobrenadantes utilizados para as medições.
Coeficiente de variação (%) e exatidão (%) (BRASIL,
2003) foram calculados para expressão matemática do
parâmetro precisão e exatidão inter e intra-dia. Limite de
detecção e quantificação foram estimados pela inclinação e
desvio padrão médio das concentrações empregadas na
construção da curva analítica (BRASIL, 2003).
Eficiência de encapsulação das nanopartículas
A concentração total do MZ no sistema coloidal foi
determinada pela dissolução das nanopartículas em ACN.
A concentração de MZ livre, ou seja, não associado às
nanopartículas, foi determinada no ultrafiltrado obtido a
partir
de
dispositivo
ultrafiltração/centrifugação
(Microcon® - 10.000 Mw, Millipore, USA). A quantidade
de MZ associada às nanopartículas foi determinada pelo
parâmetro eficiência de encapsulação (EE), calculado da
seguinte maneira (Muthu & Singh, 2008):
EEሺ%ሻ =
Concentração de ሺMZ total − MZ livreሻ
x 100
concentração teórica de MZ
As análises foram realizadas em triplicata.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
As suspensões de nanopartículas revelaram distribuição
de tamanho unimodal. A população foi bastante uniforme
com diâmetro de 280 nm ± 1,34, polidispersão de 0,13 ±
0,003 e deste modo foram consistentes com as suspensões
coloidais preparadas com polímero PCL e o método de
nanoprecipitação (Muthu & Singh, 2008; Schaffazick et al.
2002; 2006; Raffin et al., 2003). De acordo com Zilli et al.
(2005), três fatores são considerados essenciais na
determinação do tamanho das nanopartículas, a
concentração do polímero na fase orgânica, a polaridade
dos solventes e a relação fase externa/interna.
Cruz et al. (2006) a partir da mesma composição qualiquantitativa e concentração de polímero (10 mg.ml-1) do
atual estudo obtiveram nanopartículas de PCL carregadas
com indometacina a de tamanho médio 288 nm ± 13 e uma
polidispersão menor do 0,12. A similaridade destes
resultados pode ser explicada pelo caráter hidrofóbico de
ambos os fármacos. Em contraste, para a encapsulação da
risperidona, um fármaco antipisicótico altamente
hidrofóbico, Muthu & Singh (2008) obtiveram uma
suspensão de nanopartículas de PCL (12 mg.ml-1) de
tamanho médio de 96,7 nm ± 12,4. Neste caso a
divergência no tamanho das partículas, além da
concentração de polímero, deve-se, provavelmente, ao
surfactante hidrofílico (Pluronic® F68), o qual apresenta
maior equilíbrio hidrofílico-lipofílico (EHL=29, a 25 °C)
comparado ao Tween® 80 (EHL=15 a 25 °C) usado na
obtenção de nanopartículas de MZ. De acordo com
Bouchemal et al. (2004) a média de tamanho da partícula
diminui quando o valor do EHL do sistema coloidal
aumenta.
A análise morfológica mostrou nanoestruturas esféricas
com a superfície lisa coberta pelo agente crioprotetor
(Figura 1). Ainda, as fotomicrografias MEV confirmaram
o diâmetro médio das partículas determinado pelas
análises
de
espalhamento
de
luz
dinâmica.
Fotomicrografias muito similares foram obtidas por MEV
a partir de nanopartículas de PCL carregadas com
indometacina (Raffin et al., 2003; Pohmann et al., 2002).
Dependendo do método de obtenção empregado no
preparo das nanopartículas, o agente ativo pode estar
dissolvido,
encapsulado,
adsorvido,
ligado
ou
quimicamente acoplado nas matrizes poliméricas. O tipo
de interação físico-química dependerá, sobretudo, da
polaridade do fármaco e do polímero empregrados no
sistema coloidal. Portanto, as mais variadas interações
fármaco/polímero e o tamanho reduzido das partículas
fazem da determinação da quantidade de fármaco associ-
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ada às nanopartículas especialmente complexa,
particularmente na separação da fração de fármaco
associado a fração de fármaco não associado ao sistema.
Para calcular a porcentagem de associação (EE) do MZ as
nanopartículas de PCL, um rápido e efetivo método de
espectrofotometria de derivadas foi desenvolvido.
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onde é proporcional apenas a concentração de MZ. A
linearidade (Figura 3) foi demonstrada pela curva analítica
do MZ obtida no intervalo de 1-12 µg.ml-1 e o coeficiente
de correlação foi maior do que 0,997. A equação de
regressão linear obtida foi y = 0,0009x + 0,0002. Os
valores obtidos para o parâmetro precisão e exatidão inter
e intra-dia foram reportados na Tabela 1. Limite de
detecção e quantificação foram estimados em 0.66 µg.ml-1
e 2.00 µg.ml-1, respectivamente. O método provou ser de
baixo custo, simples, rápido, preciso, exato e especifico
para aplicação na determinação de MZ associado às
nanopartículas de PCL.
Figura 1. Fotomicrografias de varredura eletrônica das
nanopartículas PCL em glicose como crioprotetor
A derivação do espectro de ordem zero pode levar a
separação de sinais sobrepostos e eliminar o ruído causado
pela presença de outros compostos em misturas sem
anterior separação ou purificação (Donato et al., 2010).
Figura 3. Espectros de primeira derivada sobrepostos
contendo concentrações aumentadas de MZ (a-h).
Concentrações foram 1, 2, 4, 6, 7, 8, 10, 12 µg.mL-1
Tabela 1. Análises intra- e inter-dia para determinação da
precisão e exatidão
a
n = 3; b n = 9; d.p. = desvio padrão; CV (coeficiente de
variação) = precisão; E = exatidão
Figura 2. Espectro de primeira derivada da solução I (—);
solução II (- - -) e solução mistura III (……). (a) solução II
com nanopartículas brancas a 5% (v/v); (b) solução II com
nanopartículas brancas a 10% (v/v). Ponto de anulação em
345 nm
A especificidade do método foi confirmada no espectro
de primeira derivada onde a concentração do MZ na
mistura com as nanopartículas pode ser completamente
recuperada. Independentemente da concentração das
nanopartículas na solução III, 5 ou 10% (Figura 2ab), em
345 nm o espectro das nanopartículas sofreu anulação e
portanto a amplitude mensura da neste comprimento de
Em relação a EE (%), a formulação preparada mostrou
24% de associação do MZ ao sistema coloidal. Poovi et al.
(2011) reportaram que, normalmente a baixa EE deve-se a
alta afinidade do fármaco e/ou do polímero aos solventes
empregados na fase orgânica e/ou aquosa. A baixa
afinidade do MZ aos solventes empregados (água e
acetona) dificulta o escape para qualquer um destes,
invalidando, por conseguinte, esta hipótese. Uma das
possíveis explanações a respeito da baixa EE obtida para
as nanoparticulas de MZ encontra-se na relação quantidade
de polímero/MZ adicionada à formulação. Peng et al.
(2007) citaram que a EE (%) aumentou devido a maior
proporção de polímero em relação a quantidade de
fármaco na formulação. Para o sistema nanoparticulado
com MZ, uma maior proporção de MZ em relação a quan-
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tidade de polímero foi adicionada. Finalmente, a hipótese
que melhor explica a baixa EE das nanoparticulas obtidas
neste estudo, assim como em Guterres et al. (1995),
fundamenta-se no formação de cristais de MZ
estabilizados pelo surfactante quando a concentração deste
excede a solubilidade no núcleo oleoso das nanocápsulas.
Uma vez que nenhum grumo macromolecular foi visível e
a distriuição de tamanho das nanopartículas obtidas foi
baixa, estes cristais, possivelmente, apresentaram tamanho
compatível ao das nanoestruturas.
CONCLUSÃO
Este estudo confirmou a viabilidade de formulação de
nanopartículas de PCL carregadas com MZ pelo método
de nanoprecipitação. Nanopartículas esféricas e
homogêneas com 280 nm e eficiência de carreamento da
molécula de 24% foram obtidas. A baixa eficiência deste
sistema de transporte preparado tornou-o desvantajoso do
uma vez que houve perda de 76% do MZ adicionado no
processo. Deste modo, sob estas condições, maiores
pesquisas ainda são necessárias para otimizar o processo
de preparação.
AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem o apoio financeiro Coordenação
de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior
(CAPES), a Pós Drª. Nádia Araci Bou-Chacra, Drª.Vladi
Olga Consiglieri, o Dr. Guilherme Diniz Tavares e o
Laboratório de planejamento e síntese de quimioterápicos
potencialmente ativos em doenças negligenciadas.
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