NANOPARTÍCULAS MAGNÉTICAS NA LIBERAÇÃO

21º CBECIMAT - Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais
09 a 13 de Novembro de 2014, Cuiabá, MT, Brasil
NANOPARTÍCULAS MAGNÉTICAS NA LIBERAÇÃO CONTROLADA DE
FÁRMACOS
J. C. de Freitas*¹, M. G. N. Campos¹, A. M. Escolano², R. F. C. Marques³.
Avenida Paoletti, 285, ap. 42. Santa Cruz, Itapira/SP. CEP: 13.974-070.
[email protected]
¹ Universidade Federal de Alfenas (UNIFAL – Poços de Caldas/Brasil),
² Universidade de Zaragoza (UNIZAR – Zaragoza/Espanha),
³ Universidade Estadual Paulista (UNESP – Araraquara/Brasil).
RESUMO
O tratamento convencional para o cancro danifica células saudáveis, acarretando
em diversos efeitos indesejáveis ao paciente. Esse problema é minimizado pela
utilização de sistemas de liberação controlada de fármacos, que se baseiam em um
núcleo magnético revestido com material biocompatível (polímero), onde se imobiliza
o fármaco. A liberação acontece através de estímulos aplicados no polímero. Este
trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de nanodispositivos constituídos de
nanopartículas magnéticas revestidas com polímeros, para a liberação controlada do
metotrexato. As nanopartículas foram sintetizadas por hidrólise de sais precursores
de ferro e funcionalizadas com polímeros. Imagens de microscopia eletrônica de
transmissão (TEM) e as análises do espalhamento da luz dinâmica e do pontencial
zeta comprovaram a síntese de nanopartículas de magnetita com tamanho e
estabilidade adequados para a aplicação desejada em biomedicina.
Palavras-chave: nanopartículas magnéticas, liberação controlada de fármacos,
biomedicina.
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INTRODUÇÃO
A nanotecnologia compreende a caracterização, síntese, manipulação e
aplicação, na ordem de nanômetros (10-9 m), de estruturas biológicas e não
biológicas. Sendo assim, as nanopartículas magnéticas são sistemas envolvidos
nesta escala e, uma vez que estão entre os estados molecular e massivo,
apresentam propriedades físicas e químicas distintas, que são influenciadas por seu
tamanho, morfologia e estrutura (1).
Enquanto materiais massivos possuem múltiplos domínios magnéticos a fim de
reduzir a energia magnetoestática, nanopartículas com diâmetros inferiores a um
dado valor crítico apresentam um único domínio magnético, uma vez que a redução
do tamanho de uma partícula acarreta na redução do tamanho também de seu
domínio, alterando as características das paredes que o delimitam. No entanto, há
um valor limitante, abaixo do qual a energia proveniente da formação dos múltiplos
domínios se torna inferior à energia de formação de paredes de domínio e, assim, o
processo deixa de ser energeticamente vantajoso. Deste modo, para partículas de
tamanhos inferiores ao diâmetro crítico, a configuração mais vantajosa é a de
monodomínios. Por exemplo, para óxidos de ferro, como magnetita, os
monodomínios estão presentes em partículas com diâmetro entre 5 e 20 nm (2).
A redução do tamanho de uma partícula também acarreta em uma maior área
superficial em relação ao volume. Os átomos da superfície de uma partícula
apresentam uma vizinhança distinta daqueles do seu interior, sendo capazes de
influenciar as propriedades físicas e magnéticas do material. Deste modo, esta
característica se torna útil para a funcionalização das partículas ou sua aplicação
como carreador de substâncias (2-3).
A aplicação de tais materiais será influenciada, portanto, pelo recobrimento,
propriedades físicas e químicas, sendo que estas características são definidas pelo
método utilizado para sua síntese. A padronização dos parâmetros físicos é
realizada através do controle de tamanho, forma, distribuição, cristalinidade e
propriedades magnéticas das nanopartículas (3-4).
Neste contexto, o objetivo deste trabalho é o desenvolvimento de um
nanodispositivo constituído de nanopartículas magnéticas de óxido de ferro
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modificadas com polímeros termosensíveis para a liberação controlada de
metotrexato no tratamento de tumores. O metotrexato é usado no tratamento do
câncer, mas acarreta em efeitos colaterais para o paciente por danificar as células
saudáveis. Deste modo, a liberação controlada deste fármaco diminuiria esses
efeitos, o que levaria a um tratamento mais eficiente e a possibilidade de aplicação
de doses menores.
MATERIAIS E MÉTODOS
Síntese do ferrofluido
Em um béquer, misturou-se a solução precursora de ferro, filtrada em
membrana de 0,45 micrômetros, P4VP60000 (polivinilpirrolidona), água e acetona. A
mistura mantida em uma placa a temperatura ambiente para secar durante um dia.
O sólido resultante foi reagido com uma solução de amônia 2M, mediante
aquecimento a 50ºC.
A solução resultante foi lavada através de separação magnética e adição de
água destilada até se obter um pH neutro.
Síntese e desproteção do polímero
Em
um
béquer
misturou-se
PEG
(polietilenoglicol),
BOCGli
(n-(terc-
Butoxicarbonil)glicina), DMAP (4-Dimetilaminopiridina) e diclorometano. Essa
solução foi gotejada em uma solução de EDCL (cloridrato de 1-etil-3-(3dimetilaminopropil) carbodiimida) também em diclorometano, sob atmosfera
inerte e banho de água e gelo. A mistura resultante foi agitada durante 24 horas e,
posteriormente, o solvente foi evaporado em um rotaevaporador.
O sólido obtido foi desprotegido através de sua solubilização em diclorometano
e ácido trifluoracético sob agitação durante três horas.
Para a precipitação do sólido final, foi adicionado éter congelado e, em
seguida, sua decantação.
Funcionalização com polímero
O ferrofluido foi dissolvido em água destilada e, em seguida, teve seu pH
ajustado para 3 através da adição lenta de uma solução de ácido clorídrico. Após o
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ajuste
adicionou-se
o
polímero
desprotegido
e
MeOPEGA480
(metoxipolietilenoglicol), mantendo sob agitação e aquecimento a 60ºC durante dois
dias.
Para finalizar a funcionalização, ajustou-se o pH até aproximadamente 7.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Espalhamento da Luz Dinâmica
O tamanho médio das partículas foi de 135,5 nm, a Fig. 1 ilustra a distribuição
de tamanho em relação ao número de partículas.
Fig. 1: Distribuição de tamanhos das partículas de ferrofluido em função do número de
partículas.
Potencial Zeta
A Fig. 2 ilustra o gráfico da distribuição de potencial zeta das partículas, sendo
em média 17,3 mV, o que indica boa estabilidade em solução.
Fig. 2: Distribuição do potencial zeta da amostra de ferrofluido.
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Microscopia Eletrônica de Transmissão
A Fig. 3 ilustra a imagem obtida por TEM para a amostra de ferrofluido,
anteriormente a sua funcionalização com polímero.
Fig. 3: Imagem de TEM da amostra de ferrofluido com aumento de 40x.
Nesta figura é possível se verificar claramente os 6 anéis típicos da magnetita,
comprovando a síntese das nanopartículas de óxido de ferro.
A amostra recoberta com polímero também foi observada em TEM, e a imagem
resultante está ilustrada na Fig. 4.
Fig. 4: Imagem de TEM da amostra após funcionalização com aumento de 80000x.
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A baixa nitidez da imagem está relacionada à limitação do TEM em relação a
polímeros.
CONCLUSÕES
As nanopartículas de magnetita foram sintetizadas e funcionalizadas com
polímero satisfatoriamente e com distribuição de tamanhos e estabilidade
adequadas para sua aplicação da biomedicina.
AGRADECIMENTOS
Agradecimento especial ao Programa Ciência sem Fronteiras (CNPq), ao
Instituto de Ciência dos Materiais (ICMA – Espanha), ao Instituto de Ciência e
Tecnologia (ICT - UNIFAL), ao Instituto de Química (IQ - Unesp) e a CAPES.
REFERÊNCIAS
1. ASSIS, Letícia Marques de et al. Revisão: Características de nanopartículas e
potenciais
aplicações
em
alimentos. Brazilian
Journal
Of
Food
Technology, Campinas, p. 1-11. abr. 2012.
2.
ALVES,
Tatiana
Midori
Martins
Telles. Síntese
e
caracterização
de
nanopartículas de óxidos de ferro para aplicações biomédicas. 2007. 99 f.
Dissertação (Mestrado) - Curso de Física, Unicamp, Campinas, 2007.
3. FITZPATRICK, Lindsay E, et al. Temperature-sensitive polymers for drug
delivery: Expert Review of Medical Devices 9.4, p. 339.
4. FLORENZANO, Fábio H.. Polímeros: Ciência e Tecnologia. Pouso Alegre:
Univas, 2008. 100-105 p.
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MAGNETIC NANOPARTICLES FOR TARGETED DRUG DELIVERY
ABSTRACT
Conventional treatments for cancer damage healthy cells, resulting in various
undesirable effects to the patient. This problem is minimized by using controlled drug
delivery systems that are based on a magnetic core coated with biocompatible
material (polymer), which immobilizes the drug. The release happens by stimuli
applied in the polymer. This study aimed the development of nanodevices consisting
of magnetic nanoparticles coated with polymers for the controlled release of
methotrexate. The nanoparticles were synthesized by hydrolysis of iron precursors
salts and functionalized with polymer. Images of transmission electron microscopy
(TEM) and the analysis of dynamic light scattering (DLS) and zeta potential
confirmed the synthesis of magnetite nanoparticles with size and stability suitable for
the desired application in biomedicine.
Keywords: Magnetic Nanoparticles; Controlled Drug Delivery; Biomedicine.
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