Rede de Nanobiotecnologia: perspectivas na área da saúde humana

REDE DE NANOBIOTECNOLOGIA:
PERSPECTIVAS NA ÁREA DA SAÚDE
HUMANA
Nelson Durán
Universidade Estadual de Campinas, S.P.
[email protected]
Universidade de Mogi das Cruzes, S.P.
[email protected]
REDE DE NANOBIOTECNOLOGIA
COORDENADOR: Prof. Dr. Nelson Durán (UNICAMP/UMC)
NANOBIOTECNOLOGIA
QUIMICA/FISICA/BIOLOGIA/BIOQUÍMICA/FARMACOLOGIA DE NANOESTRUTURAS
BIOLÓGICAS
LIBERAÇÃO CONTROLADA DE FÁRMACOS
10nm
10nm
VISÃO PARCIAL DA CÉLULA DE
E.coli
Goodsell, Scripps, 1999)
NANOBIOSSENSORES
NANOBIOMAGNETISMO
MAGNETOHIPERTERMIA
NPM
Associação com
células tumorais
Ressonância magnética
Nanopartículas magnéticas (NPM)
Internalizadas em células para ser
lisadas pela ação do campo magnético
Diagnostico
precoce
Campo magnético
Morte das
células tumorais
HOMEPAGE: www.nanobiotec.iqm.unicamp.br
Patente PI0204433-1
REDE DE PESQUISA EM
NANOBIOTECNOLOGIA
UFPE
UFG
UnB
UEPG
UFRGS
UFSC
UEM
UFMG
UFU
UFOP
UFRJ
PUC
UNICAMP
USP/SC/RP/SP
EMBRAPA
UMC
UNESP
UFSCAR
IPT
REDE DE NANOBIOTECNOLOGIA
Coordenador: Prof. Nelson Durán (UNICAMP/UMC)
OBJETIVOS GERAIS:
A) DESENVOLVIMENTO DE NOVOS METODOS DE PREPARAÇÃO DE
FARMACOS ENCAPSULADOS EM NANOPARTICULAS:
TRATAMENTO DE CÂNCER, TUBERCULOSE, LEISHMANIOSE E
ESQUISTOSOMOSE.
B) SINTESE E CARACTERIZACAO DE FLUIDOS MAGNETICOS COM
APLICAÇÃO EM DIAGNOSTICO E TERAPIAS EM CÂNCER
C) METODOS INSTRUMENTAIS EM MATERIAIS NANOESTRUTURADOS
COM FINALIDADE DE CARACTERIZAÇÃO DE NANOESTRUTURAS E
APLIÇÃO EM DIAGNOSTICOS
REDE DE PESQUISA EM NANOBIOTECNOLOGIA
SUB-NETWORK: CONTROLLED RELEASE OF
DRUGS AND VACCINES
Sub-coordinators: Profa. Dra. Silvia Guterres
Diclofenac-loaded nanoparticle coated microparticles:
preparation, characterization and gastrointestinal tolerance
UFRGS
Prof. Sílvia S. Guterres, Prof. Adriana R. Pohlmann, MSC. Ruy C. R. Beck
Diclofenac
MP-NS
Spray-drying
or
Aerosil 200®
Nanocapsules or nanospheres
NC or NS
MP-NC
Formulation
Yield
(%)
Encapsulation Efficiency
(%)
Particle size
(µm)
Moisture
(%)
Superficial
area (m2.g-1)
Pore volume
(cm3.g-1)
Uncoated core
100
97.00 ± 1.76
7.27
1.85 ± 0.13
163
0.25
MP-NS
60 ± 2
98.64 ± 2.31
14.73
1.85 ± 0.13
125
0.14
MP-NC
63 ± 7
105.15 ± 3.44
12.89
1.11 ± 0.03
61
0.04
100
250
MP-NS-DicOH
Uncoated core
MP-Disp
MP-NC-DicOH
Physical mixture
60
40
Gastrointestinal
tolerance
20
0
0
60
120
180
Time (min)
240
300
360
DicONa solution
Uncoated core-DicOH
200
Le sional inde xe s
80
In Vitro drug
release (pH 5.0)
MP-NS-DicOH
MP-NC-DicOH
150
Physical mixture
MP-PD
100
50
0
stomach
duodenum
jejunum
Organ
ileum
total
lipossomas
FÁRMACOS
LEISHMANIOSE
nanoesferas
de PLGA
VACINAS
microesferas
UFRJ
de PLGA
USP-FCM-RP
UFSC
LABORATÓRIO BIOSINTÉTICA-SP
VACINAS
Melhoria parcial da vacina oral (proteica) após seu
encapsulamento em microesferas de PLGA
(camundongos infectados com Leishmania amazonensis)
Lesão (mm)
sem vacina
LaAg
LaAg +
microesferas PLGA
Dias após a infecção
UFRJ + FMRP-USP
Aumento da imunogenicidade da vacina após seu
encapsulamento em microesferas de PLGA
(produção de IFN-γ por camundongos vacinados)
(ng / ml)
IFN-γ
m
se
v
na
i
ac
g
A
La
La
Ag
-
A
G
PL
UFRJ + FMRP-USP
REDE DE PESQUISA EM NANOBIOTECNOLOGIA
SUB-NETWORK: NANOBIOMAGNETISMS
Sub-coordinator: Prof. Dr. Paulo Cesar de Morais
Universidade de Brasilia
Institute of Biological
Sciences
Prof. Dr. Zulmira G.M.
Lacava
MAGNETOHYPERTHERMIA
MNP
Tumor cell
association
Magnetic nanoparticles (MNPs)
internalized in cells to be lysed
by the magnetic field action
Magnetic resonance
Precocious
Diagnosis
Magnetic field
Genotixicity, J.Mag.Mag.Mater. 289, 466 (2005)
Retention, J.Mag.Mag.Mater. 272, 2434 (2004)
Magnetohyperthermia, J.Mag.Mag.Mater.
272-276, 2406 (2004)
Tumor cell
Death
Patent PI0204433-1
Doxorubicin follows the Langmuir theory for
milling, particles are resuspended and dispersed,
adsorption
to
MTCs.
The
Langmuir
theory
holds that the solute adsorbs to sites on the carbon
surface in a discrete one to one correspondence.
ACTIVATED CARBON
MAGNETICALLY TARGETED CARRIER (MTC)
ALVOS NAO ESPECIFICOS
------------------------------------------------------------------------------------------------------
Rudger et al. J. Control. Releae 74, 335-340 (2001)
Treatment of a hepatocellular carcinoma by
MTCs in clinical human trials
As shown in the left panel following the treatment of a HCC tumor with MCT-DOX the hepatic arteries
Remain patent, demonstrating particles toletaribility as evidenced by the lack of trombosis and/or
embolization of the arteries. Localization and retention of the particles in the target tumor are showed
in the the righ papel by magnetic resonant imagins (MIR) (the particles were in the local after 28 days)
REDE DE PESQUISA EM NANOBIOTECNOLOGIA
SUB-NETWORK: NANOSENSORS
Sub-Coordinators: Prof. Dr. Luiz C. Mattoso
ELECTRONIC TANGUE
Vinhos Vinícola A
(safra 2000)
ASPECTOS IMPORTANTES NO
DESENVOLVIMENTO DE NOVOS
FARMACOS NA INDUSTRIA
FARMACEUTICA
TABELA 2. PROPRIEDADES NÃO IDEAIS DE FÁRMACOS E DE SUAS IMPLICAÇÕES
TERAPÊUTICASa
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------PROBLEMAS
IMPLICAÇÃO
EFEITOS DOS SLC
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Solubilidade baixa
Uma formulação adequada é difícil
SLC permite ambos
de atingir com moléculas hidrofóbicas
hidrofóbico como
já que precipitam em água
hidrofílico melhorando
.
a solubilidade
Danos nos tecidos
Derramamento inadvertido de fármacos
Liberação regulada por
citotóxicos (p.ex. doxorubicina)
SLC não permite esse
problema.
Rápida quebra de
Perda da atividade (p.ex. captotecinas
SLC protege a fármaco
fármaco in vivo
em pH fisiológico)
de degradaçãoprematura e
baixas concentrações do
fármaco podem ser usadas.
Farmacocinética
Fármaco eliminado rapidamente pelos
SLD pode modificar
desfavorável
rins e deve ser adicionado altas
substancialmente a
concentrações.
farmacocinética
Biodistribuição
Distribuição sistêmica e podem afetar
SLC abaixa os vol. de
tecidos normais (p.ex. toxicidade
distribuição
cardíaca de doxorubicina)
diminuindo efeitos
secundários.
Falta de seletividade
Distribuição de fármacos em tecidos
SLC podem aumentar
por tecidos alvos
leva efeitos secundários
a concentração do fármaco em
normais
restringindo a dosagem alta
tecidos tumorais pelo efeito
permeabilidade aumentada e
retenção (EPR effect).
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Liberação temporal
P
L
s
m
a
Convencional
Liberação ordem
zero
Efeitos adversos
Níveis tóxicos
Faixa terapéutic
Concentração
Min. efetiva
Sem efeito
l
e
v
e
l
Tempo/dosagem administrada
Micro/nanoesferas e capsulas
NANOESFERAS
Monoliticas
NANOPARTICULAS
NANOCAPSULAS
Adapted of Lambert,G. Oligonucleotide and Nanoparticles Page,
<http://perso.clubinternet.fr/ajetudes/nano/index. html> dez/ 2003.
Reservatorio
Método – Encapsulamento de fármacos
Método de evaporação de solvente
Fase orgânica (acetona/etanol) +
polimero + fármaco
Fase aquosa
+
surfactante
(Tween + PVA)
24 h
630 rpm
Suspensão
microesferas
Centrifugação (10.000 rpm )
Secagem a frio e SEM (20KV)
É CIENCIA OU FICÇÃO?
Necessidade de medicinas
inovadoras
Uma pessoa morre cada......
CANCER
4 SEGUNDOS
ATAQUE DO CORACAO
6 SEGUNDOS
AIDS
11 SEGUNDOS
DIABETES
36 SEGUNDOS
ALZHEIMER
86 SEGUNDOS
Na Inglaterra cada farmácia tem 4 pacientes com esclerose múltipla
1 DE CADA TRES PESSOAS SOFREM DE CANCER
Fonte: WHO
Que é a Nanomedicina?
Nanofarmaceuticos podem ser desenvolvidos tanto como
sistemas de liberação de fármacos ou produtos
farmacêuticos ativos biologicamente.
Esta sub-disciplina foi definido como a ciência e tecnologia
de sistemas complexos na escala nanometrica, que
consiste ao menos de dois componentes, uno dos quais e
o ingrediente ativo. Neste campo o conceito de nanoescala
foi considerados na faixa de 1 a 1000 nm.
R. Duncan, ESF Forward Look on Nanomedicine 2005
Alguma das tecnologias nano na Pesquisa e
Desenvolvimento como terapêuticas e sistemas de
liberação de fármacos
Química supramolecular-Auto
organização de carregadores
de fármacos e sistemas de
liberação de genes
-------------------------------------------Nanoparticulas e nanocapsulas
-------------------------------------------Tecnologias de anticorpos
------------------------------------------Polímeros- fármacos conjugados
-------------------------------------------Polímero- proteína e anticorpos
conjugados
-------------------------------------------Nano- precipitação, nanocristais
-------------------------------------------Tecnologias de emulsificação
-------------------------------------------Polimerização in situ
-------------------------------------------Engenharia de tecidos e reparo
-------------------------------------------Tecnologias de dendrimeros
--------------------------------------Impressão molecular
NANOPARTICULAS
P.D. Marcato, N. Durán, 2006)
Nanocapsulas
Nanoesferas
nanoparticulas
I. Brigger, C. Dubernet, P. Couvreur. Nanoparticlesin cancer therapy and diagnosis
Adv. Drug Del. Rev. 54, 631 (2002).
PRODUTOS
-ENDOREM ® -Agente para imagem baseado em
oxido de ferro
-ABRAXAME ® -Agente anticancer alvo dirigido-paclitaxel em nanoparticulas de albumina.
MUITAS NANOMEDICINAS ESTÃO AGORA EM USO COMUM EM
CLINICA OU EM DESENVOLVIMENTO CLINICO
R. Duncan. Nanotechnology- Impact on Healthcare and Regulations, 2006.
FORMULACOES LIPOSSOMAIS EM USO CLINICO E
DESENVOVIMENTO
V.P. Torchilin, Recent advances with liposomes as pharmaceutical carriers.
Nature Rev, Drug Discov. 4, 145 (2005).
Produtos baseados em anticorpos monoclonais
T.M. Allen, Ligand-targeted therapeutics in anticancer therapy,
Nature Rev. Drug Discov. 2, 750 (2002)
NANOPARTICULAS EM FASE I E FASE II
APROVADA PELA FDA
N. Durán and P.D.Marcato, “Nanobiotechnology: New aspects of pharmaceutical delivery
systems. Crit. Rev. Therapeuctic Drug Care Systems, submitted (2007).
POLIMEROS TERAPEUTICOS
R. Duncan, The Dawning era of polymer therapeutics. Nature Rev. Drug Discov. 2, 347 (2003).
POLÍMEROS TERAPÊUTICOS COMO FÁRMACOS
MACROMOLECULARES DE TAMANHO NANO
N. Durán and P.D.Marcato, “Nanobiotechnology: New aspects of pharmaceutical delivery systems.
Crit. Rev. Therapeuctic Drug Care Systems, submitted (2007).
R. Duncan. Nanotechnology- Impact on Healthcare and Regulations, 2006.
ALGUNS NANOPRODUTOS EM DESENVOLVIMENTO
Chemical Engineering Progress; Feb 2006; 102, 2;
ABI/INFORM Trade & Industry
pg. 35
POLIMERO-PROTEINA CONJUGADAS
J.M. Harris, R.B. Chess, Effect of pegylation on pharmaceuticals. Nature Rev. Drug Discov. 2, 214 (2003)
POLIMERO-FARMACO CONJUGADOS
R. Duncan, Polymer-drug conjugates. In Handbook of Anticancer Drug Development (D.Budman
H. Calvert and E. Rowinsky (Eds.), pp. 239-260 (2003)
ITENS ESPECÍFICOS QUE GOVERNAM O ÍNDICE TERAPÊUTICO
DE FÁRMACOS DE TAMANHO NANO E SISTEMAS DE
LIBERAÇÃO DE FÁRMACOS
Lipossomas, imunoconjugados, polímeros terapêuticos e
nanopartículas
Biodistrubuição
• - todo o organismo, nível celular
Imunogenecidade
• - produção de IgG/IgM; indução de citoquinas
Destinos metabólicos
Persistência de sistemas não biodegradaveis
• - possibilidade de doença por estocagem no lisosoma
Toxicidade de Nano-Fármacos
FABRICAÇÃO
-limites de exposição dos funcionários
IMPACTO AMBIENTAL
-geral
-após administração do paciente
SEGURANÇA PARA O USO HUMANO -depende da rota de administração
- dose
- freqüência
- na liberação de fármacos relacionado
a toxicidade da carga total do fármaco
Preocupação das vias
metabólicas
Carregador polimérico
Metabólitos
primários
Fármaco
Biocompatibilidade
Ambiente
biológico
Efeito adverso ou
benéfico da
performance
do material
Material ou
dispositivo
Efeito
adverso
Ambiente
biológico
Dispositivos
Biomateriais
Toxicologia
Material ou
fármaco
Efeito
adverso
Ambiente
biológico
Agentes farmacêuticos
e de imagens
RISCOS PARA A SAUDE
RISCOS DA LIBERACAO DOS FARMACOS
Alteração de genes em células hepáticas
Destruição de células lipidicas
Liberação gradual do fármaco
Preocupação com translocação
PREOCUPACAO GERAL
Como o corpo efetivamente lida com estes
nanomateriais?
MTD:clinically used dose and schedule; *DLT: dose limiting toxicity;
Doxorubicin: dox. NSCLC: Non-small cell lung cancer.
Lewin et al. Nat Biotechnol. 18, 410 (2000)
The folate receptor (FR), which is amplified in a wide variety of human tumors, could be targeted by
incorporating 0.1 mol% folate-polyethyleneglycol-phosphatidylethanolamine (f-PEG-PE) into
liposomes. f-PEG-PE has been shown to facilitate FR-mediated endocytosis of liposomes into KB human
oral cancer cells, which express amplified FR.
(araC), Cytosine-b-D-arabinofuranoside.
P. Li, J. Li, C. Wu, Q. Wu,J. Li. Synergistic antibacterial
effects of β-lactam antibiotic combined with silver
nanoparticles. Nanotechnology 16, 1912–1917 (2005)
Without any antibiotics
5 ug/mL of silver nanoparticles
150 ug/mL of amoxicillin
150 ug/mL of amoxicillin + 5 ug/mL of silver
nanoparticles
E. coli 5 x 10(6) colônias de bac., a) 5 ug mL(-1) de nanoparticulas de prata, b) 0.150 mg mL (-1) de
antibiotico) , c) 0.150 ug mL(-1) de antibiotico + a), d) b0 + 10 ug mL (-1) nanoparticulas de prata.
MECANISMO DA AMOXICILINA
Li et al., Nanotechnology 16, 1912 (2005).
CLINDAMICINA
NANOPARTICULAS DE PRATA COMO CARREGADORES
DE FARMACOS
CLIN
CLIN
CLIN
CLIN
CLIN
CLIN
CLIN
CLIN
Sintese quimica e fungica
Brocchi et al. J. Nanosci. Nanotechnol., submitted (2007)
MINIMUM INHIBITION
CONCENTRATION (MIC)
Durán et al., Crit. Rev. Microbiol. Submitted (2007).
SINTESE DE NANOPARTICULAS DE OURO COM
VANCOMICINA
AGRADECIMENTOS
REDE NANOTUB0S
DE CARBONO
CNPq/MCT
CNPq/MCT
REDE COOPERATIVA
PHBV/IPT