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Avanços da Nanotecnologia Farmacêutica-2 aula-3 (22/08/07) Prof. Dr. Nelson Durán MSc. Priscyla D. Marcato Avanços da Nanotecnologia Farmacêutica-2 aula-3 (22/08/07) Prof. Dr. Nelson Durán MSc. Priscyla D. Marcato MSc. Zaine Teixeira IQ-UNICAMP

Nanopartículas lipídicas sólidas Nanopartículas poliméricas Sistemas de Liberação Sustentada Lipossomas Cristais líquidos Nanopartículas lipídicas sólidas Nanopartículas poliméricas Sistemas de Liberação Sustentada Lipossomas Cristais líquidos

Nanopartículas Polimérica Nanopartículas Polimérica

Materiais • Solvente Orgânico (clorofórmio, acetona etc) • Polímero • Tensoativo • Fase Aquosa Materiais • Solvente Orgânico (clorofórmio, acetona etc) • Polímero • Tensoativo • Fase Aquosa

Estruturas Schaffazick et al. Quim Nova 26, 726 (2003). Óleo na fase orgânica Estruturas Schaffazick et al. Quim Nova 26, 726 (2003). Óleo na fase orgânica

Métodos de preparação ü Emulsificação e evaporação de solvente ü Emulsificação espontânea/difusão de solvente Métodos de preparação ü Emulsificação e evaporação de solvente ü Emulsificação espontânea/difusão de solvente ü Salting out ü Nanoprecipitação ü Polimerização in situ etc Reis et al. Nanomedicine: Nanotechnology, Biology, and Medicine 2, 8 (2006)

ESCOLHA DO PRINCÍPIO ATIVO HIDROFÍLICO LIPOFÍLICO A SOLUBULIDADE DO ATIVO DETERMINA O MÉTODO DE ESCOLHA DO PRINCÍPIO ATIVO HIDROFÍLICO LIPOFÍLICO A SOLUBULIDADE DO ATIVO DETERMINA O MÉTODO DE PREPARAÇÃO DAS PARTÍCULAS

Ativos Lipofílicos Emulsão O/W Solvente Orgânico+ Polímero + Ativo Lavadas com água por centrifugação Ativos Lipofílicos Emulsão O/W Solvente Orgânico+ Polímero + Ativo Lavadas com água por centrifugação a 15 000 rpm H 2 O + Tensoativo Agitação Secas por Liofilização Tewes et al. , European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics 66, 488 (2007)

Ativos Hidrofílico Dupla Emulsão W/O/W Fase aquosa 1 H 2 O + Ativo Fase Ativos Hidrofílico Dupla Emulsão W/O/W Fase aquosa 1 H 2 O + Ativo Fase Aquosa 2 1% de PVA Solv. Orgânico Polímero Agitação Tewes et al. , European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics 66, 488 (2007)

Técnicas de Secagem Técnicas de Secagem

Liofilização ü Congela-se a amostra em nitrogênio líquido ü Coloca no Liofilizador por 12 Liofilização ü Congela-se a amostra em nitrogênio líquido ü Coloca no Liofilizador por 12 horas para que ocorra a sublimação da água coletando apenas as partículas

Técnicas de Caracterizações Técnicas de Caracterizações

TÉCNICAS MICROSCOPICAS Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) Microscopia de Força Atômica (AFM) Microscopia Eletrônica TÉCNICAS MICROSCOPICAS Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) Microscopia de Força Atômica (AFM) Microscopia Eletrônica de Transmissão (TEM)

Aplicações Aplicações

Shi et al. , Journal of Controlled Release 80, 309 (2002) Shi et al. , Journal of Controlled Release 80, 309 (2002)

Nanopartículas Lipídicas Sólidas Formadas por lipídios sólidos à temperatura ambiente e corporal Wissing et Nanopartículas Lipídicas Sólidas Formadas por lipídios sólidos à temperatura ambiente e corporal Wissing et al. , Advanced Drug Delivery Reviews 56, 1257 (2004)

• Maior estabilidade Vantagens • Menor toxicidade • Fácil escalonamento da produção • • Maior estabilidade Vantagens • Menor toxicidade • Fácil escalonamento da produção • Fácil esterilização • Atuam como oclusivos - Aumenta a hidratação da pele em 32% (outros produtos aumentam em 24%). Üne et al. , Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology, American Scientific Publishers, vol. 10, 43 (2007).

Homogeneização à alta Pressão Homogeneização à alta Pressão

Ativo + Lipídio fundido Homogeneização a frio Homogeneização a quente Solução de tensoativo (quente) Ativo + Lipídio fundido Homogeneização a frio Homogeneização a quente Solução de tensoativo (quente) Solidificação (nitrogênio líquido) (sob alta agitação) Moído (micropartículas lipídicas) Agitação Pré-emulsão Solução de tensoativo (fria) Micro-suspensão Homogeneizado à alta Pressão

• Rápido e Fácil • Fácil escalonamento - 99% de reprodutibilidade em escala • Rápido e Fácil • Fácil escalonamento - 99% de reprodutibilidade em escala industrial • Evita contaminação no processo de homogeneização

500 bar 3 ciclos Sakulkhul et al. , Proceedings of the 2 nd IEEE 500 bar 3 ciclos Sakulkhul et al. , Proceedings of the 2 nd IEEE International ( 2007)

Estrutura das Partículas Souto e col. , International Journal of Pharmaceutics 278, 71 (2004) Estrutura das Partículas Souto e col. , International Journal of Pharmaceutics 278, 71 (2004) Matriz Homogênea (solução sólida) Homogeneização a frio Parede Rica em Ativo Núcleo Rico em ativo

• Cristalinidade Eficiência de encapsulamento Expulsão do ativo Difração de Raio-X Calorimetria Diferencial • Cristalinidade Eficiência de encapsulamento Expulsão do ativo Difração de Raio-X Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC) Microscopia Eletrônica de Transmissão (TEM) • Distribuição do Ativo nas partículas Eficiência de encapsulamento Ressonância Magnética Nuclear de Prótons Liberação do Ativo • Morfologia das Partículas Via de administração Técnicas microscópicas (MEV, TEM, AFM) Via de administração • Diâmetro e Potencial Zeta Estabilidade Espectroscopia de correlação de fótons - Aglomeração

Aplicações Aplicações

Concentração no plasma Pandey e col. , Tuberculosis 85, 415 (2005) Concentração no plasma Pandey e col. , Tuberculosis 85, 415 (2005)

Nível de ativo nos tecidos depois de 10 dias Ativo livre- 48 horas não Nível de ativo nos tecidos depois de 10 dias Ativo livre- 48 horas não foi mais detectados nestes órgãos Pandey e col. , Tuberculosis 85, 415 (2005)

Atividade Quimioterápica Pandey e col. , Tuberculosis 85, 415 (2005) Atividade Quimioterápica Pandey e col. , Tuberculosis 85, 415 (2005)

Podofilotoxina (POD) • POD inibi o crescimento de células epiteliais infectadas pelo vírus papiloma Podofilotoxina (POD) • POD inibi o crescimento de células epiteliais infectadas pelo vírus papiloma humano (HPV) • Absorvido até a corrente sanguínea Chen et al. , Journal Controlled Release 110, 296 (2006)

NLS-POD (aumento) POD NLS-POD (aumento) POD

10 µm 135 µm 75 µm 275 µm 10 µm 135 µm 75 µm 275 µm

NANOPARTICULAS METALICAS NANOPARTICULAS METALICAS

Preparação Método Químico – Oxido- Redução – Citrato de sódio Problemas • Resíduos na Preparação Método Químico – Oxido- Redução – Citrato de sódio Problemas • Resíduos na dispersão final • Estabilização das partículas • Larga Faixa de diâmetro de Partículas Método Biológico – Fungos- Fusarium Oxysporium

24 h Duran et al. , Journal of Nanobiotechnology, 1 (2005) 24 h Duran et al. , Journal of Nanobiotechnology, 1 (2005)

CLIN CLIN Sintese quimica e fungica De Conti et al. , Nanotechnology, submitted (2007) CLIN CLIN Sintese quimica e fungica De Conti et al. , Nanotechnology, submitted (2007)

Purificador de Ar Refrigerador Durán et al. , Journal of Biomedical Nanotechnology 3, 203 Purificador de Ar Refrigerador Durán et al. , Journal of Biomedical Nanotechnology 3, 203 (2007)

Tecido de Algodão Controle Teste da atividade antibacteriana Tecido com Ag Durán et al. Tecido de Algodão Controle Teste da atividade antibacteriana Tecido com Ag Durán et al. , Journal of Biomedical Nanotechnology 3, 203 (2007)

VANCOMICINA EM NANOPARTICULAS PARA AUMENTAR SUA ATIVIDADE ANTIMICROBIANA Gu et al. Nano Lett. 3, VANCOMICINA EM NANOPARTICULAS PARA AUMENTAR SUA ATIVIDADE ANTIMICROBIANA Gu et al. Nano Lett. 3, 1261 -1263 (2003)

VANCOMICINA EM NANOPARTICULAS PARA AUMENTAR SUA ATIVIDADE ANTIMICROBIANA Gu et al. Nano Lett. 3, VANCOMICINA EM NANOPARTICULAS PARA AUMENTAR SUA ATIVIDADE ANTIMICROBIANA Gu et al. Nano Lett. 3, 1261 -1263 (2003)

Gimenez et al. J. Biomed. Nanotechnol. 1, 1 -7 (2005) Gimenez et al. J. Biomed. Nanotechnol. 1, 1 -7 (2005)

NANOCOSMÉTICOS NANOCOSMÉTICOS

COSMÉTICOS Economia do setor de cosméticos Euromonitor COSMÉTICOS Economia do setor de cosméticos Euromonitor

COSMÉTICOS Economia do setor de cosméticos Brasil ABIHPEC COSMÉTICOS Economia do setor de cosméticos Brasil ABIHPEC

COSMÉTICOS Balança comercial COSMÉTICOS Balança comercial

COSMÉTICOS COSMÉTICOS

COSMÉTICOS Obstáculos (segundo ABIHPEC) ü Escassez de mão-de-obra qualificada (pouquíssimos cursos na área cosmética) COSMÉTICOS Obstáculos (segundo ABIHPEC) ü Escassez de mão-de-obra qualificada (pouquíssimos cursos na área cosmética) ü Importações de grande parte dos insumos, deixando de gerar empregos no mercado doméstico e afetando negativamente a balança comercial

COSMÉTICOS Fatores de crescimento (segundo ABIHPEC) (Associação Brasileira da Indústria de Higiene Pessoal Perfumaria COSMÉTICOS Fatores de crescimento (segundo ABIHPEC) (Associação Brasileira da Indústria de Higiene Pessoal Perfumaria e Cosméticos)- ü maior participação da mulher no mercado de trabalho; ü utilização de tecnologia de ponta consequente aumento na produtividade; ü aumentos de preços inferiores aos índices da economia em geral; ü lançamento constante de novos produtos; ü elevação da expectativa de vida da população.

COSMÉTICOS Produtos cosméticos de cuidado para a pele Cosmecêuticos Ø Vitaminas A, C e COSMÉTICOS Produtos cosméticos de cuidado para a pele Cosmecêuticos Ø Vitaminas A, C e E Ø flavonóides (escutelária, uva, soja) Ø polifenóis (chá-verde) Ø carotenóides (tomate, melância) Ø taninos (hamamélis, malva) Ø ácidos oleicos, linoleicos e palmítico (amêndoas doce)

COSMÉTICOS Valor agregado do Produto Conceito üPrevage (Allergan): US$100 (29 g) üHappylog (Guerlain): R$ COSMÉTICOS Valor agregado do Produto Conceito üPrevage (Allergan): US$100 (29 g) üHappylog (Guerlain): R$ 250 (30 m. L)Happyder, (Lóreal): R$ 50, 00 (50 m. L) üAkinésine Happyskin (Anna Pegova): R$ 360 (20 m. L) üSisleÿa Global Anti-Age: R$ 1200 (50 m. L) “O segmento anti-rugas dobra o seu faturamento todos os anos desde 1998 (no Brasil 500 mil reais/ano)”

COSMÉTICOS NANOPARTÍCULAS COMO VEÍCULOS CARREADORES DE COSMÉTICOS Ativos devem alcançar os sítios alvos em COSMÉTICOS NANOPARTÍCULAS COMO VEÍCULOS CARREADORES DE COSMÉTICOS Ativos devem alcançar os sítios alvos em concentrações e períodos de tempo adequados

PERMEAÇÃO CUT NEA Rotas de permeação: üfolículos pilosebáceos üductos sudoríparos ücamada córnea Mecanismo transcorneal: PERMEAÇÃO CUT NEA Rotas de permeação: üfolículos pilosebáceos üductos sudoríparos ücamada córnea Mecanismo transcorneal: üatravés das paredes da camada córnea üvia intercelular (tijolos e cimento).

ESTUDOS DE PERMEAÇÃO ESTUDOS DE PERMEAÇÃO

PERMEAÇÃO CUT NEA Penetração de nanopartículas na pele ü Partículas de Ti. O 2: PERMEAÇÃO CUT NEA Penetração de nanopartículas na pele ü Partículas de Ti. O 2: 0, 5 a 1 m = atingindo ocasionalmente a derme; 3 a 8 m = somente uma limitada absorção folicular.

PERMEAÇÃO CUT NEA üMinoxidil@PCL: 40 nm tiveram maior permeação do que as de 130 PERMEAÇÃO CUT NEA üMinoxidil@PCL: 40 nm tiveram maior permeação do que as de 130 nm apenas em linhagens com pelos.

PERMEAÇÃO CUT NEA üPartículas de PLGA em vacinas tópicas: quanto menor o tamanho, mais PERMEAÇÃO CUT NEA üPartículas de PLGA em vacinas tópicas: quanto menor o tamanho, mais partículas foram direcionadas às células de Langerhans presentes na epiderme.

PERMEAÇÃO CUT NEA üLipossomas: 272 nm (epiderme e parte da derme), 116 e 71 PERMEAÇÃO CUT NEA üLipossomas: 272 nm (epiderme e parte da derme), 116 e 71 nm (atingem em alta concentração a derme). Hoet et al. , J. Nanobiotech. , 2, 12 -26 (2004).

PERMEAÇÃO CUT NEA üPartículas de PLGA em vacinas tópicas: quanto menor o tamanho, mais PERMEAÇÃO CUT NEA üPartículas de PLGA em vacinas tópicas: quanto menor o tamanho, mais partículas foram direcionadas às células de Langerhans presentes na epiderme. Gu and Roy, J. Drug Deliv. Sci. Technol. , 14, 265 -73 (2004)

PERMEAÇÃO CUT NEA üLátex de 50, 100, 200 e 500 nm carregados: somente os PERMEAÇÃO CUT NEA üLátex de 50, 100, 200 e 500 nm carregados: somente os negativos de 500 nm permearam a pele. Seriam formados canais temporários devidos a repulsão lipídeos- partículas. Kohli and Alpar, Int. J. Pharm. , 275, 13 -7 (2004)

PERMEAÇÃO CUT NEA üPartículas de Nile Red@PCL: penetração na camada córnea, visualizada por CLSM. PERMEAÇÃO CUT NEA üPartículas de Nile Red@PCL: penetração na camada córnea, visualizada por CLSM. Alvarez-Román et al. , J. Control. Release, 99, 53 -62 (2004)

PERMEAÇÃO CUT NEA ü 20 e 200 nm: não tiveram permeação através da camada PERMEAÇÃO CUT NEA ü 20 e 200 nm: não tiveram permeação através da camada córnea, mas se acumulam nos folículos pilossebáceos, principalmente as de tamanhos menores. No trabalho de Nile Red@PCL ocorresse uma maior eficiência de liberação na camada córnea pela formação de filme e não maior penetração das partículas Alvarez-Román et at. , Pharm. Res. ; 21, 1818 -25 (2004)

Nossa Proposta A investigação da rota de permeação (folicular ou via camada córnea), ou Nossa Proposta A investigação da rota de permeação (folicular ou via camada córnea), ou se permite a formação de um filme na superfície, reduzindo a perda de água transepidermal e favorecendo a penetração da droga na pele

ESTUDO DE UM CASO ESPECÍFICO Palmitato de retinila Emissão em 514 nm ü armazenamento ESTUDO DE UM CASO ESPECÍFICO Palmitato de retinila Emissão em 514 nm ü armazenamento da vitamina A (retinol) ü Manutenção da diferenciação epitelial ü prevenção da carcinogênese ü propriedade antioxidante Polímero funcionalizado com azul do nilo Emissão = 630 nm

%Encapsulamento = 99 Diâmetro = 250 nm Potencial zeta = -20 m. V Br %Encapsulamento = 99 Diâmetro = 250 nm Potencial zeta = -20 m. V Br NC

Microscopia Confocal (Palmitato) (Vermelho do Nilo) Microscopia Confocal (Palmitato) (Vermelho do Nilo)

ü Seguro para aplicação cosmética ü Atinge o alvo de atuação Teixeira et al. ü Seguro para aplicação cosmética ü Atinge o alvo de atuação Teixeira et al. 2007

Produtos no Mercado Produtos no Mercado

Aplicações Aplicações

L`Oreal Kerastase Nanoemulsão Olay Complete Nanopartículas de óxido de zinco Serge Lutens Blusher (Barneys L`Oreal Kerastase Nanoemulsão Olay Complete Nanopartículas de óxido de zinco Serge Lutens Blusher (Barneys New York) Nanodispersão Radical Sponge (Bio. Research) Fulereno Brumas (Natura) Nanoemulsão Vitactive Nanoserum anti-sinais (O Boticário) L `Oreal Revitalife Lipossomas

Aplicações Aplicações

Little bits The cosmetics industry already puts nanoparticles in lotions, creams and shampoos. Nano-sized Little bits The cosmetics industry already puts nanoparticles in lotions, creams and shampoos. Nano-sized zinc oxide particles are used in suncreams. The particles are particularly good at absorbing ultra-violet rays, but make the lotion transparent and smooth instead of sticky and white.

COSMÉTICOS Aplicações COSMÉTICOS Aplicações

COSMÉTICOS Aplicações Radical Sponge® (Fullerene) by Vitamin C 60 Bio. Research Corporation Eliminação de COSMÉTICOS Aplicações Radical Sponge® (Fullerene) by Vitamin C 60 Bio. Research Corporation Eliminação de radicais livres

COSMÉTICOS Aplicações COSMÉTICOS Aplicações

COSMÉTICOS Aplicações COSMÉTICOS Aplicações

COSMÉTICOS Aplicações COSMÉTICOS Aplicações

COSMÉTICOS Aplicações COSMÉTICOS Aplicações

O sensorial diferenciado com hidratação intensa das Brumas de Leite foi obtido através de O sensorial diferenciado com hidratação intensa das Brumas de Leite foi obtido através de uma tecnologia pioneira na Natura, a Nanotecnologia, que através de um processo de fabricação especial, diminui o tamanho de partículas da emulsão.

FARMACOS APROVADOS PELA FDA (10) FARMACOS APROVADOS PELA FDA (10)

Anfoterecina B Tratamento Anfotericina B livre ( 24 dólares por dia) Com Ambisome (1300 Anfoterecina B Tratamento Anfotericina B livre ( 24 dólares por dia) Com Ambisome (1300 dólares por dia)

LIBERAÇÃO INTRANASAL LIBERAÇÃO INTRANASAL

HEPATITE C HEPATITE C

Paclitaxel Injetável Paclitaxel Injetável

Abraxane é uma versão nanotecnológica de Taxol –o fármaco anticâncer derivado da corteça da Abraxane é uma versão nanotecnológica de Taxol –o fármaco anticâncer derivado da corteça da árvore do Tejo, patentado pela Bristol-Meyers Squibb. Quando a patente do Taxol Expirou em 2000, uma versão genérica, o Paclitaxel, foi posto a disposição do público por US $150 cada dose. Abraxane é diferente porque está formulado na nanoescala e encapsulado numa coberta de albumina. Como as coberturas de albumina são proteína natural, os pacientes tem poucas reações alérgicas, o que não sucede com o Paclitaxel (ou Taxol), que produz terríveis efeitos secundários. A empresa cobra US $4. 200 por dose de Abraxane, 28 vezes mais caro que o Taxol genérico. Não esta ainda definido o lançamento no Brasil.

Doxorubicina Lipossoma furtivo Doxorubicina Lipossoma furtivo

Caelyx 2 mg R$ 2. 395, 34 (Schering-Plough) Doxorrubicina 10 mg R$ 30, 34 Caelyx 2 mg R$ 2. 395, 34 (Schering-Plough) Doxorrubicina 10 mg R$ 30, 34 Avastin contem a substancia ativa bevacizumab, que é um anticorpo monoclonal humanizado. Roche Farma Brasil: 25 mg R$ 5. 829, 48 Rapamune (Sirolimo) 1 mg R$ 1. 665, 91 Macugen: 0, 3 mg R$ 3. 348, 94 (Pfizer)

Impactos da Nano. Bio. Tecnologia • Quais são os riscos da nanobiotecnologia para o Impactos da Nano. Bio. Tecnologia • Quais são os riscos da nanobiotecnologia para o ser humano? • Quais os danos ambientais da nanotecnologia? • Impactos sócio-econômicos?

• A inalação de nanopartículas, tais como nanotubos e partículas metálicas, pode gerar • A inalação de nanopartículas, tais como nanotubos e partículas metálicas, pode gerar danos aos pulmões. • Aplicação Dérmica: Partículas podem permear a pele e atingir a corrente sanguínea se espalhando pelo corpo e podendo atingir até o cérebro. • Ingestão: Partículas menores que 300 nm podem atingir o sistema linfático e entrar na corrente sanguínea.

Impactos Sociais • O desenvolvimento de produtos com tecnologia nano pode criar mudanças significativas Impactos Sociais • O desenvolvimento de produtos com tecnologia nano pode criar mudanças significativas nos planos social e econômico. • Haverá criação de empregos em novas áreas, mas outros irão desaparecer. • O avanço da nanotecnologia pode possibilitar que países em desenvolvimento entrem em compasso com países desenvolvidos, mas pode também aumentar as diferenças entres estes:

A nanobiotecnologia é uma promissora e atual tecnologia, mas seus riscos precisam ser analisados. A nanobiotecnologia é uma promissora e atual tecnologia, mas seus riscos precisam ser analisados.

AGRADECIMENTOS AGRADECIMENTOS

Materiais de cobertura O C (CH 2)5 O CH 3 O O CH C Materiais de cobertura O C (CH 2)5 O CH 3 O O CH C n n Poli ( -caprolactona) ou PCL Poli(acido lactico) ou PLA Poly(3 -hidroxibutirato-co-3 -hidroxivalerate) ou PHBV