NANOPARTÍCULAS LIPÍDICAS SÓLIDAS PREPARAÇÃO CARACTERIZAÇÃO E APLICAÇÃO Aula

NANOPARTÍCULAS LIPÍDICAS SÓLIDAS: PREPARAÇÃO, CARACTERIZAÇÃO E APLICAÇÃO Aula 9 QF-435 Priscyla D. Marcato Nelson Durán IQ-Unicamp

Tópicos • Sistema de Liberação Sustentada O princípio ativo é encapsulado em espécies coloidais como lipossomas, nanopartículas poliméricas, nanopartículas • Nanopartículas Lipídicas Sólidas lipídicas sólidas • Métodos de Preparação • Microemulsão à quente • Homogeneização à alta pressão • Métodos de Caracterização • Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC) • Espectroscopia de correlação de fótons e Potencial Zeta • Liberação Sustentada • Aplicações • Cosméticos • Fármacos (Oral, Parenteral , Dérmica)

LIBERAÇÃO CONTROLADA vs SUSTENTADA LIBERAÇÃO CONTROLODA DE FÁRMACOS - Forma bem caracterizada e dosagem reproduzível - Controle de entrada no corpo de acordo com a especificações do perfil requerido de liberação do fármaco - velocidade e duração da liberação são designadas para atingir uma concentração desejada. LIBERAÇÃO SUSTENTADA - A liberação do fármaco é prolongado com o tempo - Velocidade e duração não estão designado para atingir um determinado perfil

SISTEMA DE LIBERAÇÃO SUSTENTADA • Melhora a estabilidade física e química de ativos • Melhorar a biodisponibilidade • Mantém o efeito do fármaco no tecido alvo • Solubilizar ativos lipofílicos • Minimiza os efeitos colaterais • Reduz a toxicidade • Diminui o número de doses/aplicações

% de Ativo Liberado SISTEMA DE LIBERAÇÃO SUSTENTADA

Tópicos • Sistema de Liberação Sustentada • Pellets Lipídicos • Nanopartículas Lipídicas Sólidas • Métodos de Preparação • Microemulsão à quente • Homogeneização à alta pressão • Métodos de Caracterização • Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC) • Espectroscopia de correlação de fótons e Potencial Zeta • Liberação Sustentada • Aplicações • Cosméticos • Fármacos (Oral, Parenteral , Dérmica)

PELLETS DE LIPÍDIOS SÓLIDOS Ambroxol (estimula a produção de tensoativos no corpo que fazem a remoção dos germes e patógenos)

Tópicos • Sistema de Liberação Sustentada • Peletes Lipídicos • Nanopartículas Lipídicas Sólidas • Métodos de Preparação • Microemulsão à quente • Homogeneização à alta pressão • Métodos de Caracterização • Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC) • Espectroscopia de correlação de fótons e Potencial Zeta • Liberação Sustentada • Aplicações • Cosméticos • Fármacos (Oral, Parenteral , Dérmica)

Nanopartículas Lipídicas Sólidas As NLS aumentam a hidratação da pele em 32% (outros produtos aumentam em 24%)

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

Nanopartículas Lipídicas Sólidas • Surgiram em 1996 • Lipídio Sólido a T ambiente e corporal Monoestearato de Glicerila Ácido Esteárico

• Estabilizante (fosfolipídios) Poloxamer - (Pluronic F 68 ) Polissorbato 80

Nanopartículas Lipídicas Sólidas Vantagens • Maior estabilidade • Podem ser utilizados apenas substâncias que são “Generally Recognized as Safe” (GRAS) pela FDA • Fácil escalonamento da produção • Liberação Sustentada do Ativo • Atuam como oclusivos

Nanopartículas Lipídicas Sólidas • Lipídio Sólido a T ambiente e corporal (NLS) Baixa Eficiência de encapsulação Cristalização Estocagem Ativo expulso

ESTRUTURAS Nanopartículas Lipídicas Sólidas (NLS) Baixa Eficiência de encapsulação NLS Cristalização Estocagem Ativo expulso

Nanopartículas Lipídicas Sólidas Carreador Lipídico Nanoestruturado (CLN) • Mistura de Lipídio sólido com Lipídio Líquido a T ambiente e corporal (CLN) CLN Amorfo Múltiplo CLN

ESTRUTURAS Carreador Lipídico Nanoestruturado (CLN) CLN imperfeito Lipídio sólido Lipídio amorfo CLN Amorfo Óleo nanocompartimentado Múltiplo CLN

Tópicos • Sistema de Liberação Sustentada • Peletes Lipídicos • Nanopartículas Lipídicas Sólidas • Métodos de Preparação • Microemulsão à quente • Difusão de solvente • Homogeneização à alta pressão • Métodos de Caracterização • Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC) • Espectroscopia de correlação de fótons e Potencial Zeta • Liberação Sustentada • Aplicações • Cosméticos • Fármacos (Oral, Parenteral , Dérmica)

Tópicos • Sistema Nanoestruturados • Nanoemulsões - Lipídicas • Nanopartículas Lipídicas Sólidas • Nanopartículas Polimérica • Métodos de Preparação • Homogeneização à alta pressão • Métodos de Caracterização • Espectroscopia de correlação de fótons e Potencial Zeta • Microscopia de Força Atômica (AFM) • Produtos Cosméticos

MÉTODOS DE PREPARAÇÃO ü Microemulsão à quente ü Emulsificação e evaporação de solvente ü Difusão de solvente ü Secagem por aspersão ü Homogeneização à alta pressão. Wissing et al. , Advanced Drug Delivery Reviews 56, 1257 (2004)

MICROEMULSÃO À QUENTE Lipídio fundido + Ativo (5 -10 ºC acima da Tf) H 2 O + Tensoativo (frio) H 2 O + Tensoativo (quente) Agitação

MICROEMULSÃO À QUENTE H 2 O + Ativo (quente) H 2 O + Tensoativo (frio) Lipídio Fundido Agitação

EMULSIFICAÇÃO E DIFUSÃO DO SOLVENTE Lipídio + Ativo Acetona e/ou etanol (quente) Resfriamento H 2 O + Tensoativo (quente) Agitação

HOMOGENEIZAÇÃO À ALTA PRESSÃO

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

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

Espectroscopia de Correlação de Fótons

Espectroscopia de Correlação de Fótons Diâmetro

Espectroscopia de Correlação de Fótons Potencial Zeta

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

Dingler e Gohla, J. Microencapsul. 19, 11 -16 (2002).

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

ESTRUTURA DAS PARTÍCULAS Matriz Homogênea (solução sólida) Homogeneização a frio Parede Rica em Ativo Souto et al. Intern. J. Pharm. 278, 71 (2004) Núcleo Rico em ativo

Tópicos • Sistema de Liberação Sustentada • Peletes Lipídicos • Nanopartículas Lipídicas Sólidas • Métodos de Preparação • Microemulsão à quente • Homogeneização à alta pressão • Métodos de Caracterização • Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC) • Espectroscopia de correlação de fótons e Potencial Zeta • Liberação Sustentada • Aplicações • Cosméticos • Fármacos (Oral, Parenteral , Dérmica)

MÉTODOS DE CARACTERIZAÇÃO

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

FORMA POLIMÓRFICA

Hexagonal ( ) Ortorrômbica ( ’) Triclínica ( )

ESTOCAGEM Ativo expulso Cristalização Estocagem Forma

Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC) Bunjes e col. , Langmuir, 23, 4005 -4011 (2007)

CALORIMETRIA DIFERENCIAL DE VARREDURA (DSC) Bunjes e col. , 2007

NLS de trimiristato de glicerila Sakulkhul e col. , 2007

MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE TRANSMISSÃO 200 nm Bunjes e col. , 2007

ESPECTROSCOPIA DE CORRELAÇÃO DE FÓTONS E POTENCIAL ZETA ± 30 m. V Sakulkhul e col. , 2007

ESPECTROSCOPIA DE CORRELAÇÃO DE FÓTONS NLS 10% NLS (0, 8 m) 2% NLS 10% (23 m) NLS 2% Freitas e Muller, Eur. J. Pharm. Biopharm. 47, 125– 132 (1999)

Tópicos • Sistema de Liberação Sustentada • Peletes Lipídicos • Nanopartículas Lipídicas Sólidas • Métodos de Preparação • Microemulsão à quente • Homogeneização à alta pressão • Métodos de Caracterização • Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC) • Espectroscopia de correlação de fótons e Potencial Zeta • Liberação Sustentada • Aplicações • Cosméticos • Fármacos (Oral, Parenteral , Dérmica)

COSMÉTICOS

OBJETIVOS • Proteger ativos lábeis (Vitamina A) • Aumentar a permeação de ativos até o sítio de ação • Minimizar/evitar a absorção sistêmica de ativos • Aumentar o poder de proteção solar • Aumentar a hidratação da pele

AUMENTO DA PERMEAÇÃO Célula de Franz

AUMENTO DA PERMEAÇÃO VN Livre (o/a) NLS-VN CLN-VN Migliol CLN –VN Ácido oléico

PROTETOR SOLAR Benzofenona (região do UVA, 320 a 400 nm) Penetração – atinge a corrente sanguínea Wissing e Müller, Journal of Controlled Release 81, 225– 233 (2002)

PROTETOR SOLAR 5% Ativo NLS 10% Ativo Livre Wissing e Müller, International Journal of Pharmaceutics 254 65– 68 (2003)

Tópicos • Sistema de Liberação Sustentada • Peletes Lipídicos • Nanopartículas Lipídicas Sólidas • Métodos de Preparação • Microemulsão à quente • Homogeneização à alta pressão • Métodos de Caracterização • Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC) • Espectroscopia de correlação de fótons e Potencial Zeta • Liberação Sustentada • Aplicações • Fármacos (Oral, Parenteral , Dérmica)

FÁRMACOS

Pode melhorar a biodisponibilidade oral, manter o efeito do fármaco no tecido alvo, melhorar a estabilidade de fármacos, minimizar os efeitos colaterais, reduzir a toxicidade e diminuir o número de doses.

ROTAS DE ADMINISTRAÇÃO DE FÁRMACOS • Oral • Nasal • Parenteral (intravenosa, intramuscular, subcutânea) • Dérmica • Oftálmica

ORAL • Vários medicamentos são administrados por esta via devido o grande mercado • Muitos ativos são degradados devido ao p. H principalmente do estômago (p. H 0, 9 -2, 0) • Baixa biodisponibilidade devido a baixa absorção de ativos por esta via. • Número de doses

Solid lipid nanoparticles for enhancing vinpocetine's oral bioavailability • Utilizado no tratamento de desordens circulatórias cerebrovascular • Apresenta baixa absorção oral sendo rapidamente metabolizada e eliminada do corpo Luo et al. , Journal of Controlled Release 114, 53– 59 (2006)

COMPOSIÇÃO DAS FORMULAÇÕES

TEM das SLN de monoestearato de glicerila com diâmetro de 70 -200 nm dependendo do tipo e da concentração do tensoativo.

CONCENTRAÇÃO NO PLASMA

(2% de Tween 80) (1. 5% de Tween 80) (1% de Tween 80) Maior concentração de Tween 80 na formulação = Aumentou a absorção do ativo via oral

PARENTERAL • Intravenosa • Intramuscular • Subcutânea

Injeção Subcutânea Mitoxantrona (MTO) Lu e al. Eur. J. Pharm. Sci. 28, 86 -95 (2006)

• Reduzir a toxicidade do ativo • Aumentar a eficiência do ativo (evitando a degradação do ativo) Lu e al. Eur. J. Pharm. Sci. 28, 86 -95 (2006)

NLS no carreamento de Nanopartículas Magnéticas • Maior tempo de residência no organismo • Maior penetração no cérebro que dura até o fim do experimento (135 min) A habilidade de NLS em superar a barreira hematoencefálica podendo ser utilizada como agente de contraste em imagens de Ressonância Magnética. Koo et al. Advan. Drug Delivery Rev. 58, 1556– 1577 (2006)

TERAPIA GÊNICA É a introdução de material genético no interior celular para que o produto da sua expressão possa curar ou retardar a progressão da doença. Como fazer chegar o gene até às células defeituosas? Conceito de transfecção = processo de entrega e expressão de material genético com sucesso Vetores virais e não-virais

RNA Montana et al. , Bioconjugate Chem. 18, 302 -308 (2007).

http: //universe-review. ca/I 11 -38 -RNAi. jpg

DÉRMICA

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

NLS-POD (aumento) POD

10 µm 135 µm 75 µm 275 µm

Trans-Retinol (vitamina A)

PREPARAÇÃO DE SLN • O método utilizado foi de homogeneização por fusão a quente. Brevemente, 100 mg de lipídeo sólido, 3 mg de AR (trans-retinol), e variando as quantidades de egg. PC (fosfatidilcolina de ovo) e Tween 80 foram misturados num tubo de 25 m. L e logo sonicado a 60 o. C por 2 h. • 800 m. L de água pré-aquecida (60 o. C) foi lentamente ao material fundido (1 g de peso total final) e sonicado por 3 h até uma emulsão leitosa fosse obtida. • Estas emulsões cruas foram homogeneizadas por 4 ciclos a 60 o. C e 100 m. Pa usando um homogeneizador de alta pressão. A emulsão homogeneizada foi resfriada em nitrogênio líquido e logo descongelado em banho de água a temperatura ambiente para produzir as SLNs.

CARACTERIZAÇÃO

EFEITO DO SURFACTANTE Tamanho da partículas diminui com aumento do surfactante 100 mg de surfactatnte (egg. PC/Tewee 80) 124 nm 60 mg de surfactante 228 nm A quantidade de surfactante não muda significativamente o potencial zeta (22 a 28 m. V)

ESTABILIDADE 34. 8 OC

ESTABILIDADE

ESTABILIDADE

EFEITOS DE ANTIOXIDANTES NAS SLN

CONCLUSÕES ü Neste estudo foi mostrado que AR-SLN pode ser obtido com tamanho e PI adequado e potencial zeta de forma otimizada em função do surfactante. ü Embora AR não foi estabilizada completamente por SLN a instabilidade de AR pode ser superada por co-carga de antioxidantes, como por exemplo BHT-BHA no SLN. ü A presença de antioxidante aumenta grandemente a eficiência de encapsulamento do AT no SLN. ü Este trabalho mostrou que AR e SLN junto a BHT– BHA pode prover uma formulação efetiva para o uso clínico do AR.

PREPARAÇÃO • A preparação é baseada no principio emulsão com difusão de solvente em água. Brevemente, 10 mg de cada fármaco (rifampicina, isoniazida e pirazinamida) e 30 mg de ácido esteárico foram colocados numa mistura de acetona/etanol (12 ml de cada) e aquecido a 60– 70 o. C num banho de água. A razão fármaco total: lipídeo foi mantida em 1: 1 p/p. • A solução resultante foi colocado em 25 ml de 1% PVA aquoso a 4– 8 o. C sobe agitação mecânica. • As SLN formadas espontaneamente foram recuperadas por centrifugação a 35, 000 x g por 30 min a 4– 8 o. C. Os pellets foram lavados três vezes com água destilada e secos em vácuo.

CARACTERIZAÇÃO DAS SLNs • A eficiência de incorporação dos fármacos foi de 52% de rifampicina, 46% de isoniazida e 42% de pirazinamida. • A quantidade residual de PVA foi de 10. 5– 12. 5% p/p de partículas secas em vácuo. • PVA residual foi analisado por iodometria a 695 nm. • Não foi detectado acetona/etanol residual (acetona/etanol residual foi analisado por headspace GC).

Liberação in vitro dos farmacos • No caso da isoniazida/pirazinamida, a liberação em fluidos gástrico simulado (SGF) foi de 15% nas primeiras 6 h e 12– 15% durante 6– 72 h. Rifampicina foi liberada em menor extensão, p. e. 9% nas primeiras 6 h e 11% durante 6– 72 h. • O fármaco liberado em fluido intestinal simulado (SIF) não foi mais de 20% após 6 h e 11% de 6 a 72 h, no caso da isoniazida/pirazinamida entretanto, a liberação da rifampicina foi de 8– 12% durante o período inteiro de estudo.

DISTRIBUIÇÃO DOS FÁRMACOS Fármacos livres foram eliminados tecidos as 24 -48 h

PARAMETROS FARMACOCINÉTICOS

ATIVIDADE QUIMIOTERÁPICA Pandey e col. , 2005

USO DE BETA-CAROTENO EM LEITES E REFRIGERANTES

CONCLUSÕES • Embora nanopartículas poliméricas e lipossomas são eficientes como carregadores de fármacos antituberculosis, as vantagens com SLNs não é somente que a estabilidade é maior comparada com lipossomas como também a eficiência de incorporação é melhor que as formulações poliméricas mas também os riscos de solventes orgânicos são mínimos. Review Solid Lipid Nanoparticles: Gasco, Advan. Drug Delivery Rev. 59 (2007) 377– 378 Muller et al. , Eur. Cosmet. 15 (2007) 32 -37 Manjunath et al. , Methods Find. Exp. Clin. Pharmacol. 27 (2005)127– 144. 32– 37.

CONSIDERAÇÕES • 1994 – 2007 441 Publicações (Solid lipid nanoparticles) • 1998 -2007 • 94 Publicações (Solid lipid nanoparticle)

ISI: palabras: solid lipid nanoparticle 94 patentes: período 1992 -2007 1992 -2001: 2002: 2003: 2004: 2005: 2006: 2007: Brasil 15º - 1, 0638% Physicochemical characterization and stability of the polymeric nanoparticle systems for drug administration. Author(s): Schaffazick SR, Guterres SSU, Freitas LD, Pohlmann AR Source: QUIMICA NOVA 26 (5): 726 -737 SEPOCT 2003 F. S. Peixoto, P. M. Dias, G. A. Ramaldes, J. M. C. Vilela, M. S. Andrade and A. S. Cunha. Atomic Force Microscopy Applied to the Characterization of Solid Lipid Nanoparticles. Microsc. Microanal. 11 (supp 3), 52 -55 (2005) 12 patentes 8 6 15 22 20 11

Produtos no Mercado

• As NLS são promissores carreadores que apresentam muitas vantagens em relação aos outros carreadores : • Escalonamento • Ingredientes aprovados por órgãos regulatórios • Esterilização Tratamento de Hepatite C

Wissing, S. A. ; Mader, K. ; Muller, R. H. Solid lipid nanoparticles (SLN) as a novel carrier system offering prolonged release of the perfume Allure (Chanel). Proceedings of the International Symposium on Controlled Release of Bioactive Materials (2000), 27 th 311 -312.

Considerações Finais • As NLS são atrativos carreadores de ativos utilizados em produtos cosméticos e farmacêuticos. • Vantagens: Fácil produção em larga escala, menor toxicidade, a possibilidade de não usar solvente orgânico. • Desvantagens é a baixa eficiência de encapsulamento - CLN. • As NLS e CLN apresentam grande versatilidade no carreamento de diferentes ativos, podendo ser administradas por diversas vias como oral, parenteral, dérmica e oftálmica.

AGRADECIMENTOS