Nanotecnologia significa a habilidade de manipulação átomo por

1
FABIANA APARECIDA DE LIMA
EMPREGO DE NANOPARTÍCULAS SÓLIDAS NA LIBERAÇÃO DE
FÁRMACOS POUCO SOLÚVEIS
Trabalho de conclusão de curso
apresentado ao curso de Farmácia, Setor
de Ciências da Saúde, Universidade
Federal do Paraná.
Orientador (a): Dra. Letícia Norma
Carpentieri Rodrigues
CURITIBA
2008
2
SUMÁRIO
Lista de Abreviaturas e Siglas
Lista de Figuras
Lista de Tabelas
Resumo
Abstract
I
INTRODUÇÃO .........................................................................01
II
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ................................................. 03
2.1
Conceitos Fundamentais sobre nanotecnologia.........................03
2.2
Nanotecnologia no Campo Farmacêutico ..................................06
2.3
2.2.1
Preparação de Nanopartículas .................................................08
2.2.2
Polímeros Biodegradáveis ........................................................11
2.2.3
Caracterização de Nanopartículas ...........................................12
2.2.4
Estabilidade das Nanopartículas Poliméricas ......................... 21
Aplicações da Nanotecnologia no campo farmacêutico..............
23
III
CONCLUSÃO ...........................................................................27
IV
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ........................................
28
3
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
nm
nanômetro
N&N
Nanotecnologia & Nanociência
PCA
Precipitação com fluido supercrítico
RESS
Expansão rápida sob uma interface líquido-gás
SFL
Congelamento por atomização em líquido
EPAS
Precipitação por evaporação em solução aquosa
SPM
Scanning probe microscopy
STM
Scanning tunneling microscopy
AFM
Atomic force microscopy
SEM
Scanning electronic microscopy
TEM
Transmission electron microscopy
HM
High resolution optic microscopy
PCM
Phases constrast microscopy
FIM
Field ion microscope
MFM
Magnetic force microscopy
NSOM
Near field scanning microscopy
PCL
Poli (caprolactona)
PLA
Poli (ácido lático)
PLGA
Poli (ácido lático-co-glicólico)
PVP
Polivinil pirrolidona
psi
SThM
pound per square inch (libra por polegada quadrada). Unidade de
pressão no sistema inglês/americano: Psi x 0,07 = Bar; Bar x 14,3 = Psi
1 bar = 106 bárias. Bária é unidade de pressão no sistema c,g,s e vale
uma dyn/cm2
Scanning thermal microscopy
SICM
Scanning ion-conditance microscopy
SCM
Scanning capacitance microscopy.
REM
Reflection electron micoscopy
TGI
Trato gastrintestinal
bar
4
LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Espacialização da escala nanométrica..................................................... 06
Figura 2. Representação esquemática de nanocápsulas e
nanoesferas
poliméricas: a) fármaco dissolvido no núcleo oleoso das nanocápsulas; b)
fármaco adsorvido à parede polimérica das nanocápsulas; c) fármaco retido na
matriz polimérica das nanoesferas; d) fármaco adsorvido ou disperso
molecularmente na matriz polimérica das nanoesferas).......................................... 07
Figura 3. Comparação da resolução de diferentes tipos de microscópios. STM,
microscópio de varredura por tunelamento (área sombreada); HM – microscópio
óptico de alta resolução; PCM: microscópio de contraste de fases; (S) TEM,
microscópio de transmissão eletrônica (de varredura); SEM: microscópio de
varredura eletrônica; REM: microscópio de reflexão eletrônica e FIM:
microscópio de feixes iônicos.................................................................................. 14
Figura 4. Representação de duas aplicações terapêuticas dos nanoimãs ................ 24
5
LISTA DE TABELAS
Tabela 1. Sistema de classificação biofarmacêutica................................................ 01
Tabela
2.
Cronologia
de
fatos
importantes
na
história
da
nanotecnologia........................................................................................................ 04
Tabela 3. Exemplos de aplicações da Nanotecnologia............................................ 05
Tabela 4. Comparação entre as diferentes características do microscópio óptico,
o SEM e o AFM ...................................................................................................... 14
Tabela 5. Resolução típica das diferentes técnicas de microscopia de varredura
por sonda (SPM)..................................................................................................... 15
6
RESUMO
Paralelamente
à
permeabilidade
nas
membranas
biológicas,
a
solubilidade/dissolução constitui-se em fator essencial para efetividade dos fármacos
independente da via de administração. Tal fato é considerado um desafio para a
indústria farmacêutica já que mais de 40% das substâncias ativas hoje investigadas
apresentam-se insolúveis ou pouco solúveis. A dissolução de um fármaco é função da
sua solubilidade intrínseca e do tamanho da partícula. A redução do tamanho da
partícula em escala micrométrica ou nanométrica, de acordo com a equação de NoyesWhitney, conduz a um aumento da área de superfície das partículas e,
conseqüentemente, ao aumento da biodisponibilidade. Os materiais e sistemas
nanoestruturados exibem propriedades e fenômenos físicos, químicos e/ou biológicos
significativamente novos e modificados devido à sua escala nanométrica. Explorar estas
propriedades por meio de controle de estruturas e dispositivos em níveis atômico,
molecular e supramolecuar e aprender a fabricar e usar estes dispositivos de maneira
eficiente e, além de manter a estabilidade de interfaces e a integração dessas
nanoestruturas em escala micrométrica e macroscópica é a chave para o progresso da
nanotecnologia.
7
ABSTRACT
Parallel the permeability in the biological membranes, the solubility/dissolution
constitutes essential factor for effectiveness of the drugs independent of the
administration way. Such fact has constituted a challenge for the pharmaceutical
industry since more than 40% of active substances today investigated are presented
insoluble or little soluble. The dissolution of a drug is function of its intrinsic solubility
and its size of particle. The reduction of the size of the particle in micrometric or
nanometric scale, in accordance with the equation of Noyes-Whitney, then leads to an
increase of the area of surface of particles and increase of the bioavailable. The
nanoparticles materials and systems show properties and physical, chemical and/or
biological phenomena significantly new and modified due to its nanometric scale. To
explore these properties by means of atomic, molecular control of structures and devices
in levels and to supra molecular and to learn to manufacture and to use these devices in
efficient way e, to keep the stability of interfaces and the integration of these
nanostructures in micrometric and macrocospic scale are the key for the progress of the
nanotechnology.
8
I. INTRODUÇÃO
Os fatores que mais influenciam a biodisponibilidade de fármacos, em formulações
para administração oral, são a solubilidade e a permeabilidade (LIPKA e AMIDON, 1999).
Baseado nestes dois importantes fatores surgiu o Sistema de Classificação Biofarmacêutica
(BCS), no qual os fármacos são classificados de acordo com sua permeabilidade e
solubilidade, como representado na tabela 1:
Tabela 1: Sistema de Classificação Biofarmacêutica
Fármaco
Grupo
I
II
III
IV
Solubilidade
alta
baixa
alta
baixa
Permeabilidade
alta
alta
baixa
baixa
Absorção depende
principalmente de:
esvaziamento gástrico
dissolução
permeabilidade
caso a caso
Fonte: adaptado de Amidon et. al., 1995.
Paralelamente à permeabilidade nas membranas biológicas, a solubilidade/dissolução
constitui-se em fator essencial para efetividade dos fármacos independente da via de
administração, especialmente os de classe II no BCS. Tal fato é considerado um desafio para a
indústria farmacêutica já que mais de 40% das substâncias ativas hoje investigadas
apresentam-se insolúveis ou pouco solúveis (PRENTIS et al., 1998).
Fármacos pouco solúveis tendem a ser eliminados através do TGI antes de alcançarem
a circulação, o que compromete a biodisponibilidade e a eficácia do medicamento.
Embora várias metodologias como solubilização, cossolvência, complexação com
ciclodextrina e dispersões sólidas possam ser usadas para aumentar a solubilização de
fármacos, apresentam limitações como o emprego de solventes orgânicos muito tóxicos, ou
necessidade de administração em altas dosagens ou ainda um elevado índice terapêutico –
dose letal próxima a dose terapêutica. (KHARB et al., 2006).
A dissolução de um fármaco é função da sua solubilidade intrínseca e seu tamanho de
partícula. Vários estudos com vários fármacos pouco solúveis têm demonstrado que a redução
do tamanho das partículas pode conduzir a um aumento na quantidade dissolvida a aumentar a
biodisponibilidade oral, incluindo estradiol e estrona (ENGLAND e JOHANSSON, 1981),
progesterona (HARGROVE et al., 1989), nitrofurantoína (WATARI et al., 1983), danazol
(LIVERSIDGE e CUNDY, 1995), nifedipina (HECQ et al., 2005), ibuprofeno (KOCBEK e
9
KRISTL, 2006), entre outros. A redução do tamanho da partícula em escala micrométrica ou
nanométrica, de acordo com a equação de Noyes-Whitney, conduz a um aumento da área de
superfície das partículas e consequentemente aumento da biodisponibilidade (LIVERSIDGE e
CUNDY, 1995; DOUROUMIS e FAHR, 2006).
Nanotecnologia significa a habilidade de manipulação átomo por átomo na escala
compreendida entre 0,1 e 100 nm, para criar estruturas maiores fundamentalmente com nova
organização estrutural, normalmente, para fins comerciais (DURÁN et al., 2006).
A nanotecnologia se baseia nos mais diversos tipos de materiais (polímeros,
cerâmicas, metais, semi-condutores, compósitos e materiais) estruturados em escala
nanométrica – nanoestruturados – de modo a formar blocos (building blocks) como clusters,
nanopartículas, nanotubos e nanofibras, que por sua vez são formados por átomos ou
moléculas (DURÁN et al., 2006).
Os materiais e sistemas nanoestruturados exibem propriedades e fenômenos físicos,
químicos e/ou biológicos significativamente novos e modificados devido à sua escala
nanométrica. Explorar estas propriedades por meio de controle de estruturas e dispositivos em
níveis atômico, molecular e supramolecuar e aprender a fabricar e usar estes dispositivos de
maneira eficiente e, manter a estabilidade de interfaces e a integração dessas nanoestruturas
em escala micrométrica e macroscópica é a chave para o progresso da nanotecnologia
(DURÁN et al., 2006).
Os estudos sobre os benefícios e/ou danos que a nanotecnologia poderá trazer à
sociedade e/ou ao meio ambiente desempenharão um papel importante na afirmação e no seu
crescimento. O caráter multidisciplinar da nanotecnologia poderá trazer descobertas e/ou
inovações em praticamente todas as áreas do conhecimento, sobretudo em campos como
química, física, biologia moderna, entre outros (DURÁN et al., 2006).
O objetivo deste trabalho foi investigar, por meio de revisão bibliográfica, o emprego
de nanopartículas sólidas no campo farmacêutico, particularmente na liberação de fármacos
de baixa solubilidade.
10
II. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 Conceitos Fundamentais
A nanotecnlogia e a nonociência (N&N) são consideradas, atualmente, como uma dos
mais fascinantes avanços nas áreas de conhecimento e constituem um dos principais focos das
atividades de pesquisa, desenvolvimento e inovação em todos os países industrializados
(PIRES, 2004).
A ciência é o conjunto de conhecimentos adquiridos ou produzidos que visam
compreender e orientar a natureza e as atividades humanas, enquanto a tecnologia é o
conjunto de conhecimentos, especialmente, princípios científicos, que se aplicam a um
determinado ramo de atividade, geralmente, com fins industriais, isto é, a aplicação do
conhecimento científico adquirido de forma prática, técnica e economicamente viável. Assim,
a distinção entre os termos nanociência e nanotecnologia é igualmente comparável à
diferenciação entre ciência e tecnologia (CNPq, 2002).
Muitos consideram o ponto inicial da nanotecnologia, a palestra proferida em 1959,
por Richard Feynman - prêmio Nobel de Física em 1965 - no qual ele sugeriu que um dia
seria possível manipular átomos individualmente, uma idéia revolucionária para a época
(FEYNMAN, 1959). O visunarismo de Feynman, contudo, somente se tornou realidade nos
anos 80 com o desenvolvimento dos chamados microscópios de varredura por sonda. Esses
microscópios mapeiam objetos de dimensões nanométricas por meio de uma agulha muito
fina (sonda), construindo uma imagem com resolução de escala atômica. Tal acessório tornou
possível manipular individualmente nada menos do que um átomo, a menor unidade possível
de um elemento químico.
Alguns acontecimentos históricos mais importantes na era da nanotecnologia estão
ilustrados na Tabela 2.
11
Tabela 2. Cronologia de fatos importantes na história da nanotecnologia.
Ano
1959
1974
1981
1981
1986
1996
1997
Fato Importante na Nanotecnologia
Richard Feynman proferiu a palestra There’s a plenty of room at the bottom para a
Americam Chemical Society, no Instituto de Tecnologia da Califórnia (EUA). No seu
discurso propôs que era possível a manipulação átomo por átomo.
Nori Taniguchi (Universidade de Tóquio) atribui o nome de nanotecnologia ao campo
da engenharia na escala submicrométrica.
O microscopio de varredura por tunelamento (SPM) foi inventado pelos pesquisadores
da IBM, Gerd Binning e Henrich Röhrer.
Primeiro artigo científico publicado sobre nanotecnologia por K. Eric Drexler,
pesquisador de Instituto de Tecnologia de Massachusetts – MIT.
O Instituto Foresight é estabelecido para auxiliar no desenvolvimento e promoção da
nanotecnologia, promovendo muitas conferências. Publicação do livro The engines of
creation por K. Eric Drexler, com teorias que continuam revolucionando a
nanotecnologia. Invenção do microscópio de força atômica (AFM), também pelos
pesquisadores da IBM, Gerd Binning e Henrich Röhrer.
Richard Smalley desenvolve um método de produção de nanotubos de diâmetros
uniformes.
Criada a primeira empresa em nanotecnologia – Zyvex.
1997
Primeiro dispositivo nanomecânico baseado na estrutura da molécula de DNA é criado
por Ned Seeman.
1999
Os cientistas Mark Reed e James M. Tour criam um interruptor do “computador
molecular” usando uma única molécula.
2000
2000
2001
Um produto que incorpora a Nanocrystal technology® de Elan Drug Delivery (King of
Prússia, PA, USA) - uma formulação sólida de agente imunossupressor - foi aprovado
pela FDA.
Pesquisadores da Universidade de Rice desenvolvem métodos de transformação de
nanotubos de carbono em estruturas rígidas multicomponentes.
Pesquisadores da IBM desenvolvem métodos para o crescimento de nanotubos.
Fonte: REYNOLDS, 2002; TSUKRUK, 1997.
A Nanotecnologia já encontra aplicações praticamente em todos os setores industriais
e de serviços. Estas podem ser em grande escala como os nanocompósitos poliméricos,
produzidos a partir de commodities como os termoplásticos e as argilas, ao lado de produtos
fabricados em quantidades reduzidas, mas com valor agregado elevado e criados para as
tecnologias de informação e de telecomunicações. Estima-se que, de 2010 a 2015, o mercado
mundial para materiais, produtos e processos baseados em nanotecnologia será de um trilhão
de dólares (Tabela 3) (NSTC, 1999).
12
Tabela 3. Exemplos de aplicações da Nanotecnologia.
Indústrias
Indústria automobilística e
aeronáutica
Indústria eletrônica e de
telecomunicações
Indústria química e de
materiais
Indústria farmacêutica,
biotecnológica e de
biomedicina
Setor de fabricação
Setor energético
Meio ambiente
Defesa
Fonte: (NSTC, 1999).
Aplicações
Materiais mais leves, pneus mais duráveis, plásticos não
inflamáveis e mais baratos, etc.
Armazenamento de dados, telas planas, aumento na velocidade de
processamento, etc.
Catalisadores mais eficientes, ferramentas de corte mais duras,
fluidos magnéticos inteligentes, etc.
Novos fármacos baseados em nanoestruturas, conjunto para autodiagnóstico, materiais para regeneração de ossos e tecidos, etc.
Novos microscópios e instrumentos de medida, ferramentas para
manipulara a matéria a nível atômico, bioestruturas, etc.
Novos tipos de bateria, fotossíntese artificial, economia de energia
ao utilizar materiais mais leves e circuitos menores, etc.
Membranas coletivas para remover contaminantes ou sal da água,
novas possibilidades de reciclagem, desenvolvimento de materiais
para “tratamento” de áreas poluídas, criação dos “Lab on a chip”
para detecção e quantificação de poluentes, etc.
Detecção de agentes químicos e orgânicos, circuitos eletrônicos
mais eficientes, sistemas miniaturizados de observação, tecidos
mais leves, etc.
13
2.2 Nanotecnologia no Campo Farmacêutico
No campo farmacêutico, o termo “nanopartícula” tem sido aplicado para estruturas
sólidas coloidais com diâmetro entre 1 a 1000 nm, usadas como sistemas de liberação de
fármacos (Figura 1) (KIP, 2004). A redução do tamanho da partícula para a nanoescala
aumenta a velocidade de dissolução e solubilidade de saturação do fármaco, o que conduz ao
aumento do desempenho in vivo (KHARB et al., 2006).
Figura 1. Espacialização da escala nanométrica (KIP, 2004).
O termo “nanopartícula” inclui as nanocápsulas e as nanoesferas, as quais diferem
entre si segundo a composição e a organização estrutural. As nanocápsulas são constituídas
por um invólucro polimérico disposto ao redor de um núcleo oleoso, podendo o fármaco estar
dissolvido neste núcleo e/ou adsorvido à parede polimérica. Por outro lado, as nanoesferas,
que não apresentam óleo em sua composição, são formadas por uma matriz polimérica, onde
o fármaco pode ficar retido ou adsorvido (Figura 2) (SCHAFFAZICK e GUTERREZ, 2003).
14
Figura 2. Representação esquemática de nanocápsulas e nanoesferas poliméricas: a) fármaco
dissolvido no núcleo oleoso das nanocápsulas; b) fármaco adsorvido à parede polimérica das
nanocápsulas; c) fármaco retido na matriz polimérica das nanoesferas; d) fármaco adsorvido
ou disperso molecularmente na matriz polimérica das nanoesferas) (SCHAFFAZICK e
GUTERREZ, 2003).
2.2.1 Preparação de Nanopartículas
O processo de preparação de nanopartículas deverá ser simples, continuo e eficiente;
viável para larga escala; aceito por autoridades regulatórias; e permitir quantidades flexíveis
de fármaco. Vários processos tal como moagem úmida, homogeneização sob alta-pressão,
emulsificação, expansão rápida e congelamento por atomização podem ser usados para
produzir nanopartículas (KHARB et al., 2006), os quais serão descritos a seguir.
Moagem úmida. O processo envolve atrito do fármaco com uma solução aquosa do fármaco
contendo surfactante. O fármaco é disperso em uma solução aquosa contendo um surfactante
e submetido a moagem úmida. O impacto do fármaco com o meio de moagem gera energia
suficiente para converter os cristais do fármaco em nanopartículas. O elemento de moagem
geralmente é composto de vidro, óxido de zircônio estabilizado com silicato de zircônio, ou
uma resina de poliestireno de alta densidade de forma esférica (0.4–3.0-mm diâmetro). A
temperatura do processo é inferior a 40 °C e pressão aproximada de ~20 psi. O tempo de
moagem pode levar horas ou dias dependendo da dureza do fármaco. Entre as limitações deste
processo estão a contaminação do produto pelo atrito com as esferas e o tamanho variável das
partículas (KHARB et al., 2006).
Nanocristais
de
naproxeno
foram
preparados
por
moagem
úmida;
sua
®
biodisponibilidade foi comparada com o Naprosym (naproxen suspension, Roche, Geneva
Switzerland) e Anaprox® (naproxen tablet, Roche). O estudo revelou que o tempo requerido
15
para alcançar a concentração terapêutica máxima reduziu em 50% para a dispersão dos
nanocristais. Paralelamente a área sobre curva (ASC) aumentou de 2,5 a 4,5 vezes durante a
primeira hora do estudo (LIVERSIDGE e CONZENTINO, 1995).
Homogeneização por alta pressão. O processo de homogeneização sob alta-pressão é
baseado no princípio da cavitação, no qual bolhas ou cavidades de vapor são formadas dentro
de um liquido, devido a aplicação de determinada pressão e, a implosão destas bolhas gera
grande quantidade de energia. No processo de homogeneização, uma pré-suspensão do
fármaco (na ordem micrométrica) é preparada por moagem na presença de uma solução de
surfactante. A pré-suspensão é sujeita a homogeneização por alta pressão através de passagem
através de um pequeno homogeneizador com aproximadamente 25 mm. A força de cavitação
(energia gerada pela implosão das bolhas de vapor) é suficiente para desintegrar o fármaco da
ordem de micropartículas para nanopartículas. A pressão de homogeneização varia entre 100
a 1500 bar a homogeneidade do produto. A principal vantagem da homogeneização por altapressão é que permite produção em pequena e larga escala, já que diversos modelos de
homogeneizadores são disponíveis. Paralelamente, o nível de contaminação do fármaco neste
processo é negligenciável. Uma limitação do processo é que a elevada pressão empregada em
muitos casos muda a estrutura cristalina do fármaco. Este efeito leva um aumento da fração
amorfa do fármaco. A variação da cristalinidade pode resultar em instabilidade e problemas
de controle de qualidade do fármaco. (KHARB et al., 2006).
Scholer e colaboradores (2001) mostraram o aumento da biodisponibilidade do
Atovaquone® fármaco usado no tratamento da leishmaniose, por formulação como
nanosuspensão. Em comparação com o fármaco micronizado, nanosuspensões de Atovaquone
em dose equivalente reduziram a inefetividade de 40 para 15% em uma concentração reduzida
de 7,5 mg/kg. A dosagem do fármaco diminuiu de 22,5 (fármaco micronizado) para 7,5
mg/kg (nanosuspensão), mas a atividade aumentou em 2,5 vezes.
Tecnologia da Emulsificação ou nanoprecipitação. A Emulsificação pode ser usada para
preparar suspensões de nanopartículas. Neste método, o fármaco - disperso em um solvente
orgânico - é disperso em uma fase aquosa contendo surfactante. Esta etapa é seguida de
evaporação do solvente orgânico sobre pressão reduzida (rotaevaporação), o qual resulta na
precipitação de partículas do fármaco para formar uma suspensão de nanopartículas, a qual é
estabilizada pela adição de surfactante. A emulsificação não deve ser empregada para
16
fármacos que apresentem baixa solubilidade em ambos os meios empregados (aquoso ou
orgânico) (KHARB et al., 2006).
A velocidade de dissolução do mitotano, uma agente antineoplásico, preparado em
nanosupensão por emulsificação aumentou cinco vezes comparada com o produto comercial
(TROTTA, 2001).
Métodos mais recentes envolvem a formação de nanopartículas a partir de fluidos
supercríticos, em emulsões do tipo H2O/CO2 supercrítico (neste caso, o surfactante deverá ter
boa solubilidade em CO2, com fracas forças de dispersão das cadeias, como por exemplo, um
perfluorpoliéter).
Precipitação com fluido supercrítico (PCA). No processo PCA (RTP Pharmaceuticals and
licensed to SkyePharma Plc [London, UK]), dióxido de carbono supercrítico é misturado com
solvente orgânico contendo o fármaco. O solvente expande no dióxido de carbono
supercrítico, aumentando assim a concentração do soluto em solução, resultando em uma
solução supersaturada e causando a precipitação do soluto. Micropartículas e nanopartículas
são formadas após a precipitação do fármaco por transferência de massa devido a extração do
solvente orgânico junto ao dióxido de carbono. Elevada transferência de massa é importante
para minimizar a aglomeração das partículas e reduzir o tempo de secagem (KHARB et al.,
2006).
Expansão rápida sob uma interface líquido-gás (RESS). No processo RESS uma solução
ou dispersão de fosfolipídeos ou outro surfactante disponível em fluido supercrítico é
formada. Assim, rápida nucleação do fármaco é induzida no fluido supercrítico contendo o
surfactante (KHARB et al., 2006).
Este processo foi usado por Young e colaboradores (2000) para preparar
nanopartículas de ciclosporinas na faixa de 500–700 nm. Solução de Tween 80® foi usada
como surfactante para prevenir a floculação e aglomeração das nanopartículas.
Congelamento por atomização em líquido (SFL). Neste processo, desenvolvido na
Universidade do Texas (Austin, TX) e comercializado pela Dow Chemical Company
(Midland, MI), uma solução cosolvente aquosa, orgânica ou aquosa-orgânica; uma emulsão
aquosa-orgânica; ou suspensão do fármaco é atomizado junto a um líquido criogênico tal
como nitrogênio líquido para produzir nanopartículas congeladas, as quais são
subsequentemente liofilizadas para obter um pó congelado. O rápido resfriamento causado
17
pelas baixas temperaturas no nitrogênio líquido e elevado grau de atomização resulta em
nanopartículas amorfas. Hélio, propano, outros líquidos criogênicos como argônio e
diidrofluoroéters ou dióxido de silício podem ser empregados para atomização. (KHARB et
al., 2006).
Nanopartículas de danazol foram produzidas pelo processo SFL. O pó obtido exibiu
significativo aumento na velocidade de dissolução, comparado ao danazol micronizado:
somente 30% do danazol micronizado foi dissolvido em 2 minutos, sendo que para as
nanopartículas obtidas por SFL foram dissolvidos 95%. Estudos recentes empregaram
nanopartículas de danazol/PVP K-15 obtidas por SFL para avaliar a estabilidade em longo
prazo e verificaram que elas permaneceram amorfas, mas apresentaram rápida velocidade de
dissolução após seis meses de armazenamento (HU et al., 2004).
Precipitação pro evaporação em solução aquosa (EPAS). O processo EPAS também foi
desenvolvido pela Universidade do Texas (Austin) e comercializado pela Dow Corning. Neste
processo, o fármaco disperso em solvente orgânico é aquecido sob pressão em temperatura
inferior a temperatura de ebulição do solvente orgânico e então atomizado junto a uma
solução aquosa aquecida contendo um surfactante (estabilizante). O surfactante também pode
ser adicionado juntamente com um solvente orgânico para inibir a cristalização e crescimento
das partículas. Este processo permite a obtenção de nanopartículas para incorporação em
preparação parenteral, ou podem ser secos para produzir formas farmacêuticas sólidas.
O EPAS foi empregado para produzir nanopartículas de ciclosporina A e danazol, os
quais mostraram elevadas velocidades de dissolução. Em estudos recentes, nanopartículas de
danazol preparadas pelos processos SFL e EPAS produziram um pó amorfo; nanopartículas
obtidas pelo processo SFL apresentaram valores de dissolução superiores àquelas obtidas pelo
processo EPAS, embora ambas as metodologias possam ser empregadas (CHEN et al., 2002;
CHEN et al., 2004).
Os materiais e sistemas nanoestruturados formados exibem propriedades e fenômenos
físicos, químicos e/ou biológicos significativamente novos e modificados devido à sua escala
nanométrica. O objetivo é explorar estas propriedades por meio de controle de estruturas e
dispositivos em níveis atômico, molecular e supramolecuar e manter a estabilidade de
interfaces e a integração dessas nanoestruturas (DURÁN et al., 2006).
18
2.2.2 Polímeros Biodegradáveis
A aplicação de materiais poliméricos nos diversos campos da ciência como engenharia
de tecidos, implantes de dispositivos médicos e órgãos artificiais, próteses, proporcionou o
desenvolvimento de matrizes poliméricas biodegradáveis ou biocompatíveis e degradáveis,
isto é, degradadas in vivo em fragmentos menores que podem ser excretados pelo corpo
(AZEVEDO, 2002).
Os polímeros empregados nessas preparações são macromoléculas biodegradáveis que
apresentam várias unidades monoméricas iguais (homopolímeros) ou diferentes entre si
(copolímeros), podendo ser iônicos (polieletrólitos) ou não iônicos (neutros). Atualmente
diversos polímeros biologicamente degradáveis são disponíveis (AZEVEDO, 2002):
Polímeros naturais. São sempre biodegradáveis como, por exemplo, o colágeno, a celulose e
a quitosana e são muito utilizados como matrizes em liberação de fármacos. Um exemplo é a
aplicação de quitosana enxertada com poli (ácido acrílico), formando um copolímero, na
confecção de nanoesferas para se estudar a liberação controlada em função do tempo,
utilizando-se de eosina, um corante solúvel em água, como marcador (AZEVEDO, 2002).
Polímeros naturais modificados. Um problema encontrado em polímeros naturais é que eles
freqüentemente levam muito tempo para degradar. Isto pode ser resolvido adicionando-se
grupos polares às cadeias, que por serem mais lábeis podem diminuir o tempo de degradação.
Exemplos destas modificações podem ser a reticulação de gelatina utilizando-se formaldeído,
a reticulação de quitosana utilizando-se glutaraldeído e transformação de celulose em acetato
de celulose. Modificações enzimáticas também são utilizadas, como a modificação de
quitosana por tirosinase (AZEVEDO, 2002).
Polímeros sintéticos. São também largamente utilizados, como, por exemplo, poli(etileno),
poli(álcool vinílico), poli(ácido acrílico), poli(acrilamidas), poli(etilenoglicol), poliésteres. No
caso dos poliésteres, estes são mais utilizados pelo químico e têm no poli(ácido glicólico) o
polímero alifático linear mais simples. O monômero glicolide é sintetizado a partir da
dimerização do ácido glicólico e a polimerização por abertura de anel leva a materiais de alta
massa molar, com aproximadamente 1-3% do monômero residual. São também preparados
copolímeros-bloco
compostos
de
PEO-PPO-PEO
(Pluronic,
um
copolímero-bloco
relativamente hidrofílico) e poli(e-caprolactona) (hidrofóbico) obtido a partir da abertura de
19
anel de e-caprolactona,
na presença de PEO-PPO-PEO e catalisador octoato estanhoso
(AZEVEDO, 2002).
2.2.3 Caracterização das nanopartículas
O desenvolvimento da nanotecnologia depende fundamentalmente do tipo de material,
assim como da caracterização de suas propriedades. Em função de sua natureza coloidal,
dificuldades técnicas são encontradas na caracterização físico-química das nanopartículas. A
caracterização das suspensões engloba a avaliação morfológica, a distribuição de tamanho de
partícula, a distribuição de massa molar do polímero, a determinação do potencial zeta e do
pH, a determinação da quantidade de fármaco associado às nanoestruturas, a cinética de
liberação do fármaco e, ainda, a avaliação da estabilidade em função do tempo de
armazenamento. O conjunto de informações obtidas pela caracterização destes sistemas pode
conduzir à proposição de modelos que descrevam a organização das nanopartículas em nível
molecular, que será dependente da composição quali-quantitativa das formulações
(SCHAFFAZICK e GUTERRES, 2003).
2.2.3.1 Avaliação morfológica
As microscopias eletrônicas de varredura (SEM) ou de transmissão (TEM) têm sido
muito empregadas na obtenção de informações relativas à forma e ao tamanho das
nanopartículas (SCHAFFAZICK e GUTERRES, 2003).
A microscopia eletrônica de varredura (SEM) usa um feixe de 2 a 3 nm de elétrons
que varrem a superfície da amostra para gerar elétrons secundários, oriundos do material
analisado, que são detectados pelo sensor; a imagem final formada na SEM dá a impressão de
três dimensões. Já a microscopia eletrônica de transmissão (TEM) projeta elétrons através de
uma fatia muito fina de material a ser analisado (70-10 nm de espessura) para produzir uma
imagem bi-dimensional em uma tela fosforescente ou filme fotográfico. A TEM permite
diferenciar nanocápsulas e nanoesferas, possibilitando, inclusive, a determinação da espessura
da parede das nanocápsulas. A técnica de criofratura também tem sido associada a esta técnica
para auxiliar a análise morfológica destes sistemas (SCHAFFAZICK e GUTERRES, 2003).
Rollot e colaboradores (1986) demonstraram que nanoesferas apresentam forma
esférica, com estrutura polimérica sólida, ao passo que, as nanocápsulas são formadas por um
fino (cerca de 5 nm) invólucro polimérico ao redor do núcleo oleoso. A utilização de
20
microscopia eletrônica, associada à técnica de criofratura, permitiu evidenciar a organização
morfológica de nanocápsulas de poli(cianoacrilato de etila), nas quais o óleo, um
triacilglicerol (Miglyol 812®), está circundado por uma parede polimérica.
Nos últimos vinte anos, a microscopia vem surpreendendo com avanços
extraordinários. O surgimento das técnicas que compõem a família dos microscópios de
varredura por sonda, e em particular, a microscopia de força atômica (AFM), representa
talvez o mais notável avanço na microscopia, trazendo novo alento ao desenvolvimento da
nanotecnologia, já que permitem não apenas a visualização, mas também a manipulação das
amostras em escala nanométrica. As principais vantagens do AFM, quando comparado ao
SEM, para análise morfológica e estrutura de materiais em geral, são: a) maior resolução,
imagem em 3 dimensões, não existir necessidade de recobrimento com material indutivo; b)
não exigir métodos específicos de preparação da amostra, permitir quantificação direta da
rugosidade da amostra; c) permitir a medida da espessura dos filmes em ultrafino sobre
substratos; d) medida das propriedades mecânicas do material em escala nanométrica; e)
análise de amostras imersas em meio líquido, aliadas ao menor custo do equipamento (US$30
a US$ 200 mil). A Figura 3 representa a resolução de diferentes microscópios da família dos
microscópios de varredura por sonda - atualmente considerados com maior resolução lateral e
vertical. E em seguida, na Tabela 4, temos uma comparação entre as diferentes características
do microscópio óptico, o SEM e o AFM (DURÁN et al., 2006).
21
Figura 3. Comparação da resolução de diferentes tipos de microscópios. STM: microscópio de
varredura por tunelamento (área sombreada); HM – microscópio óptico de alta resolução;
PCM: microscópio de contraste de fases; (S) TEM: microscópio de transmissão eletrônica (de
varredura); SEM: microscópio de varredura eletrônica; REM: microscópio de reflexão
eletrônica e FIM: microscópio de feixes iônicos.
Fonte: DURÁN et al., 2006.
Tabela 4. Comparação entre as diferentes características do microscópio óptico, o SEM e
o AFM.
Meio de Operação
Microscópio óptico
Ambiente, líquido,
vácuo
SEM
Vácuo
AFM
Ambiente. Líquido,
vácuo
Profundidade do
Campo
Pequeno
Grande
Médio
Profundidade do Foco
Médio
Pequeno
Pequeno
Resolução x, y
x
Faixa de aumento
200 nm
Não determinado
1 – 2000
0,1 – 1,0 nm
0,01 nm
500 – 10
Preparação da amostra
Pouca
5 nm
Não determinado
10 - 106
Secagem e
recobrimento
condutor
Características da
amostra
Amostra totalmente
transparente ao
comprimento de onda da
luz utilizada
Superfície não
carregada e deve
suportar vácuo
Amostras não devem
conter variações muito
grandes de altura
Fonte: DURÁN et al., 2006.
Nenhuma
22
A AFM chegou ao conhecimento da comunidade científica em 1982 (BINNING et al.,
1982). Os microscópios de varredura por sonda não usam lentes que desviam feixes de luz (ou
de elétrons) para gerar a imagem ampliada. A extremidade de uma sonda é colocada em
contato direto com a amostra para varrer a sua superfície e mapear sua topografia e
propriedades. O tipo de sensor empregado define o tipo de microscopia de varredura por
sonda (SPM): quando a interação medida é a força entre os átomos da extremidade da agulha
e átomos da amostra, a técnica é denominada microscopia de força atômica (AFM); quando a
corrente de tunelamento entre estes elétrons é medida, a técnica é denominada como
microscopia de varredura por tunelamento (STM). A microscopia por tunelamento (STM) é a
técnica pioneira que levou ao surgimento de mais doze técnicas que formam a família de
microscopia de varredura por sonda (SPM) (DURÁN et al., 2006). Na tabela 5 são mostradas
as resoluções dos SPM.
Tabela 5. Resolução típica das diferentes técnicas de microscopia de varredura por sonda
(SPM).
SPM
Interações
Resolução
Aplicações
AFM
Van der Waals, eletrostáticas
1
Qualquer superfície
FMM
Magnéticas
250
Superfícies magnéticas
STM
Elétron-elétron
0,1
Substratos condutores
NSOM
Eletrodinâmicas
500
Espectroscopia
SThM
Fônons
500, 10-4
Adsorção fototérmica
SICM
Correntes iônicas
103
Eletroquim. e canais iônicos
SCM
Eletrostáticas
10
Medidas de capacitância
Fonte: DURÁN et al., 2006.
Feng e Huang (2001) empregaram microscopia de força atômica (AFM) visando um
estudo morfológico mais detalhado de nanoesferas de PLGA, preparadas empregando-se
diferentes emulsificantes. Através do estudo, foi verificada uma topografia complexa na
superfície das partículas e, mediante a análise seccional das amostras, foi revelada a presença
de pequenas cavidades e de poros.
23
2.2.3.2 Distribuição de tamanho de partícula
De uma forma geral, as nanopartículas obtidas através de diferentes métodos, após a
preparação, apresentam uma distribuição unimodal, com um baixo índice de polidispersão. Os
métodos usuais para a determinação da distribuição de tamanho das nanopartículas consistem
em espectroscopia de correlação de fótons e SEM ou TEM. Dependendo da formulação,
podem ser verificadas diferenças de tamanho de partículas conforme o método empregado na
sua determinação, uma vez que a microscopia eletrônica fornece uma imagem da partícula
isolada do meio, enquanto a espectroscopia de correlação de fótons possibilita a determinação
do raio hidrodinâmico das partículas em suspensão (SCHAFFAZICK e GUTERRES, 2003).
Vários estudos têm sido desenvolvidos para a avaliação dos principais fatores que
afetam o diâmetro das partículas de sistemas nanoestruturados. Geralmente, as nanopartículas,
mesmo preparadas através de diferentes métodos, apresentam diâmetros médios entre 100 e
300 nm, no entanto, partículas com diâmetros em torno de 60 a 70 nm ou mesmo inferiores a
50 nm podem ser obtidas. A composição quali-quantitativa e o método de preparação das
nanopartículas são fatores determinantes do diâmetro médio e da polidispersão das partículas.
No caso das nanocápsulas, um fator importante, que influencia o diâmetro das partículas, é a
natureza do óleo utilizado como núcleo. Os resultados são atribuídos às diferenças de
viscosidade,
hidrofobicidade
ou
tensão
interfacial
das
substâncias
empregadas
(SCHAFFAZICK e GUTERRES, 2003).
Outra observação relevante é que a adição de monômero à emulsão (método de
polimerização interfacial) ou, ainda, a presença do polímero (método de deposição de
polímero pré-formado) podem conduzir à diminuição de tamanho de partícula em relação à
emulsão devido, provavelmente, à redução da energia livre interfacial do sistema, no primeiro
caso, ou mediante um efeito estabilizador do polímero ao redor das gotículas, no segundo
(SCHAFFAZICK e GUTERRES, 2003).
Empregando-se o método de polimerização in situ, a presença do fármaco no meio
pode alterar ou não o diâmetro médio das partículas, uma vez que esse, assim como o tipo de
tensoativo empregado, pode interferir ou não na síntese e deposição das cadeias oligoméricas
formadas. A presença do fármaco no meio reacional influencia o processo de nucleação,
conduzindo a partículas maiores com ampla distribuição de tamanho. Quando o fármaco é
adicionado após o término da polimerização, o tamanho destas não foi alterado pela sua
associação. Utilizando-se o método de precipitação de polímeros pré-formados, a presença do
24
fármaco na fase orgânica, antes da precipitação do polímero em meio aquoso, também pode
ou não influenciar o diâmetro médio de partículas.
É importante mencionar que a tendência à agregação e sedimentação das
nanopartículas dispersas, em função do tempo, pode ser monitorada pela determinação de
mudanças na distribuição de tamanho de partículas (SCHAFFAZICK e GUTERRES, 2003).
2.2.3.3 Massa molar e distribuição de massa molar do polímero
A determinação da distribuição de massa molar do polímero, após preparação, pode
fornecer informações em relação à influência de componentes da formulação sobre o processo
de polimerização, sobre a ocorrência de reações químicas entre o fármaco e o polímero e,
ainda, sobre a degradação do polímero, em função do tempo. A técnica comumente utilizada
para a determinação da distribuição de massa molar do polímero é a cromatografia de
exclusão de tamanho. Outra técnica que pode ser empregada é o espalhamento de luz estático,
mediante a análise da intensidade de luz espalhada pelas partículas. (SCHAFFAZICK e
GUTERRES, 2003).
Fresta e colaboradores (1995) verificaram que ofloxacino, um antibiótico
fluorquinolônico, funciona como um iniciador da polimerização, conduzindo a cadeias
poliméricas com menor massa molar, enquanto que o mesilato de pefloxacino foi capaz de
levar à formação de cadeias poliméricas de maior massa molar, em relação às partículas
obtidas na ausência destes fármacos.
2.2.3.4 Potencial zeta
O potencial zeta reflete o potencial de superfície das partículas, o qual é influenciado
pelas mudanças na interface com o meio dispersante, em razão da dissociação de grupos
funcionais na superfície da partícula ou da adsorção de espécies iônicas presentes no meio
aquoso de dispersão. Este parâmetro é determinado utilizando- se técnicas de eletroforese
(SCHAFFAZICK e GUTERRES, 2003).
Os fosfolipídios (lecitinas), os poloxamers (copolímeros dos óxidos de etileno e de
propileno) e os polímeros constituintes das nanopartículas são os principais componentes
presentes nas formulações capazes de influenciar o potencial zeta. Especialmente os
poliésteres, como o PLA, e as lecitinas fornecem um potencial negativo à interface, enquanto
que, os poloxamers (tensoativos não-iônicos) tendem a reduzir o valor absoluto deste
25
parâmetro. Em módulo, um valor de potencial zeta relativamente alto é importante para uma
boa estabilidade físico-química da suspensão coloidal, pois grandes forças repulsivas tendem
a evitar a agregação em função das colisões ocasionais de nanopartículas adjacentes
(SCHAFFAZICK e GUTERRES, 2003).
As características de superfície das partículas também podem alterar a resposta
biológica do fármaco associado. Quando se administram intravenosamente sistemas de
nanopartículas convencionais, estes são rapidamente removidos da circulação sanguínea pela
ação de células do sistema fagocitário mononuclear, dificultando a chegada do fármaco ao
sítio de ação, com exceção de casos onde a captura por macrófagos é necessária, como no
tratamento da leishmaniose. Diferentes estratégias têm sido proposta para modificar a
distribuição in vivo das nanopartículas, baseadas principalmente na redução da
hidrofobicidade da superfície das partículas através da adsorção física de um polímero
hidrofílico [poli(etilenoglicol)].
Calvo e colaboradores (1996) prepararam nanoemulsões e nanocápsulas de PCL, nas
quais quitosana (um polissacarídeo catiônico) foi incorporada às formulações para fornecer
potencial de superfície positivo às partículas (ζ = +37 mV a ζ = +61 mV), objetivando facilitar
a interação destas com as membranas biológicas fosfolipídicas, além de prevenir a
desestabilização das nanoestruturas preparadas, devido à adsorção de cátions e proteínas
catiônicas presentes nos fluidos biológicos.
2.2.3.5 pH das suspensões
Informações relevantes sobre a estabilidade de suspensões nanoparticuladas podem ser
obtidas mediante o monitoramento do pH, em função do tempo. Por exemplo, a alteração do
pH pode ser indício de degradação do polímero. Em um trabalho realizado por Calvo e
colaboradores (1996) foi verificada uma diminuição da massa molar da PCL em suspensões
de nanocápsulas e de nanoesferas, após 6 meses de armazenamento, com conseqüente
diminuição do pH destas formulações.
No entanto, a diminuição dos valores de pH de suspensões coloidais poliméricas, em
um curto período de tempo, pode ser atribuída tanto à ionização de grupos carboxílicos
presentes no polímero, quanto à hidrólise, dependendo da hidrofobicidade do poliéster.
Suspensões de nanopartículas preparadas com PCL apresentaram redução dos valores de pH,
num período de 3,5 meses. Este fato foi atribuído à exposição de maior número de grupos
26
ácidos carboxílicos terminais, em função do tempo, promovida pelo relaxamento das cadeias
poliméricas (SCHAFFAZICK e GUTERRES, 2003).
2.2.3.6 Determinação da quantidade associada e da forma de associação do fármaco
A determinação da quantidade de fármaco associada às nanopartículas é especialmente
complexa devido ao tamanho reduzido destas, que dificulta a separação da fração de fármaco
livre da fração associada. Uma técnica de separação bastante utilizada é a ultracentrifugação,
na qual a concentração de fármaco livre, presente na suspensão, é determinada no
sobrenadante, após a centrifugação. A concentração total de fármaco, por sua vez, é
geralmente determinada pela completa dissolução das nanopartículas em um solvente
adequado. Por conseguinte, a concentração de fármaco associada às nanoestruturas é
calculada pela diferença entre as concentrações de fármaco total e livre. Outra técnica que
também tem sido empregada é a ultrafiltração-centrifugação, na qual uma membrana (10 kDa)
é empregada para separar parte da fase aquosa dispersante da suspensão coloidal. A
concentração livre do fármaco é determinada no ultrafiltrado e a fração de fármaco associada
às nanoestruturas é calculada também pela subtração das concentrações total e livre
(SCHAFFAZICK e GUTERRES, 2003).
Diversos fatores são capazes de influenciar a quantidade de fármaco associada aos
sistemas nanoestruturados, dentre os quais destacam- se as características físico-químicas do
fármaco, o pH do meio, as características da superfície das partículas ou a natureza do
polímero, a quantidade de fármaco adicionada à formulação, a ordem de adição do fármaco na
formulação, ou seja, antes (incorporação) ou após (incubação) à formação das nanoestruturas,
a natureza do óleo utilizado (no caso das nanocápsulas) e o tipo de tensoativo adsorvido à
superfície polimérica.
Modificando-se as características de superfície das partículas, é possível obter
diferentes taxas de associação do fármaco por adsorção, para uma mesma concentração inicial
do mesmo. Este parâmetro é provavelmente muito importante para determinar a capacidade
de prolongar o tempo de ação do fármaco. Portanto, é relevante determinar a isoterma de
adsorção de fármacos à superfície das nanopartículas, uma vez que a mesma fornece
informações de como o fármaco está distribuído na superfície das partículas e, ainda, sobre a
capacidade de associação do mesmo. Experimentalmente, em uma dada temperatura,
diferentes quantidades de fármaco são adicionadas a um determinado volume de suspensão.
Após estabelecido o equilíbrio, pela distribuição do fármaco entre a fase fluida e o adsorvente
27
(nanopartículas), uma alíquota de cada mistura é ultracentrifugada e a concentração do
fármaco é determinada no sobrenadante. A isoterma de adsorção, que expressa a variação da
concentração de equilíbrio no adsorvente, é obtida plotando-se os valores de concentração de
equilíbrio contra os valores de fármaco adsorvido. Além disso, uma pequena variação nas
quantidades adsorvidas pode induzir a grandes diferenças no perfil de liberação do fármaco,
principalmente para aqueles fracamente ligados às nanopartículas (SCHAFFAZICK e
GUTERRES, 2003).
Em relação às nanoesferas, diferentes formas de associação do fármaco são descritas,
sendo relatado que este pode estar dissolvido ou disperso dentro da matriz polimérica, ou
ainda que pode estar adsorvido ao polímero. No entanto, até o presente momento, não está
clara a diferença entre a adsorção do fármaco à matriz polimérica e a sua dispersão molecular
na partícula. Por outro lado, nas nanocápsulas, as quais foram desenvolvidas para aumentar a
eficiência de associação de fármacos lipofílicos, estes deveriam estar encapsulados pela
membrana polimérica, ou seja, dissolvidos no núcleo oleoso. Entretanto, alguns artigos
relatam a possibilidade da adsorção do fármaco à parede polimérica das nanocápsulas
(SCHAFFAZICK e GUTERRES, 2003).
Segundo Fresta e colaboradores (1995), os fármacos, quando associados pelo processo
de incorporação, estariam dissolvidos, dispersos, adsorvidos ou quimicamente ligados à
matriz polimérica. Por outro lado, utilizando-se o método de incubação, dependendo da
natureza química do fármaco e do polímero, esse poderia estar adsorvido às nanoestruturas.
Em vista disto, outro ponto que merece destaque, é a proposição da forma de
associação do fármaco às nanopartículas, a qual é bastante complexa, uma vez que os
métodos disponíveis apenas determinam a concentração de fármaco associada aos sistemas,
ou seja, não são capazes de diferenciar se o fármaco está adsorvido ou retido na matriz
polimérica das nanoesferas, ou se está dissolvido no óleo das nanocápsulas e/ou adsorvido à
parede polimérica. Neste contexto, os pesquisadores têm feito inferências a respeito da
associação do fármaco às nanopartículas através de estudos comparativos de potencial zeta, de
perfis de liberação, de distribuição de massa molar do polímero, de estudos de adsorção e/ou
de taxa de associação do fármaco às nanoestruturas, ou, ainda, através do uso de sondas
fluorescentes (SCHAFFAZICK e GUTERRES, 2003).
Outras técnicas empregadas para a determinação da forma de associação do fármaco a
nanopartículas incluem a calorimetria exploratória diferencial, a difração de raios X e/ou a
espectroscopia no infravermelho.
28
2.2.3.7 Métodos - in vitro - utilizados para prever a cinética de liberação do fármaco
Segundo Soppimath e colaboradores (2001), a liberação dos fármacos a partir de
sistemas nanoparticulados poliméricos depende de diferentes fatores: a) da dessorção do
fármaco da superfície das partículas; b) da difusão do fármaco através da matriz das
nanoesferas; c) da difusão através da parede polimérica das nanocápsulas; d) da erosão da
matriz polimérica ou e) da combinação dos processos de difusão e erosão. Métodos como a
difusão em sacos de diálise e a separação baseada na ultracentrifugação na filtração a baixa
pressão ou na ultrafiltração-centrifugação têm sido utilizados para este fim.
2.2.4 Estabilidade dos sistemas nanoparticulados
Durante o tempo de armazenamento, pode ocorrer a agregação das nanopartículas no
meio, resultando na formação de precipitados. Além disso, problemas de estabilidade química
do polímero ou das demais matérias-primas, incluindo o fármaco, podem ocorrer. A
conseqüência de uma estabilidade físico-química limitada, em função do tempo, constitui um
obstáculo para a aplicabilidade industrial das suspensões aquosas de nanopartículas. Neste
sentido, o interesse pelo desenvolvimento de formas farmacêuticas sólidas de nanopartículas
estáveis é um ponto de convergência das pesquisas.
Os problemas de estabilidade limitada podem ser minimizados através da secagem dos
sistemas. A desidratação das suspensões de nanopartículas tem sido realizada através das
operações de sublimação (liofilização) ou de aspersão (“spray-drying” ou nebulização)
(SCHAFFAZICK e GUTERRES, 2003).
2.2.4.1 Liofilizados de nanopartículas
A liofilização consiste na remoção da água (gelo) através de sublimação e tem sido
amplamente empregada para a secagem de suspensões de nanoesferas (SCHAFFAZICK e
GUTERRES, 2003).
Em artigos recentes, tem sido relatado que a presença de um crioprotetor é
fundamental para a desidratação de suspensões de nanopartículas através de liofilização. Os
crioprotetores mais comuns, citados na literatura são os carboidratos (glicose, sacarose,
manitol, frutose), sendo os mono- e dissacarídeos os mais efetivos na manutenção das
características iniciais de tamanho das partículas. Este efeito crioprotetor ou lioprotetor dos
29
açúcares é atribuído à formação de uma matriz amorfa ao redor das nanopartículas,
promovendo um espaçamento entre as mesmas, evitando, assim, a agregação durante o
congelamento, tornando-as ressuspendíveis (SCHAFFAZICK e GUTERRES, 2003).
A seleção dos carboidratos mais adequados para atuarem como crioprotetores, na
liofilização de nanopartículas, tem sido feita pelo índice de redispersão, o qual é obtido pela
relação entre os diâmetros médios de partícula após a ressuspensão dos liofilizados e antes da
secagem. Para um adequado efeito protetor, geralmente, é necessário adicionar quantidades
elevadas de carboidrato. O produto apresenta um aspecto de sólido aglomerado. Cabe
ressaltar que, quando estas formulações são planejadas para a administração parenteral, a
manutenção do tamanho médio das partículas é um fator crítico (SCHAFFAZICK e
GUTERRES, 2003).
2.2.4.2 Nebulizados de nanopartículas
A operação de secagem por nebulização consiste na passagem da solução ou da
suspensão, através de um orifício atomizador, para a câmara de secagem sob a forma de
gotículas, em co-corrente, contracorrente ou fluxo misto de ar quente, que promove a rápida
secagem das gotículas. As partículas sólidas secas são, então, separadas e recolhidas, podendo
apresentar-se sob a forma de pós finos, granulados ou aglomerados (SCHAFFAZICK e
GUTERRES, 2003).
Freitas e Müller (1998) empregaram a nebulização como uma alternativa à
liofilização, objetivando aumentar a estabilidade de nanopartículas formadas por lipídeos
sólidos, utilizando como adjuvante carboidratos (manitol, lactose, trealose, sorbitol, glicose e
manose).
Guterres e colaboradores (2004) usaram o processo de nebulização em suspensões de
nanocápsulas de diclofenaco e investigaram os parâmetros que afetam a degradação e
estabilidade destes sistemas.
30
2.3 Aplicações de Nanopartículas no campo farmacêutico.
A busca por sistemas que realizem tarefas complexas em regiões restritas, e que
podem ser controlados e manipulados, tem impulsionado a pesquisa em vários campos. A
alternativa encontrada tem sido a associação destes fármacos a sistemas de liberação
adequados. Dentre os sistemas de liberação sítio-específicos merecem destaque os
lipossomas.
Constituído principalmente de moléculas de fosfolipídeos, organizadas em bicamadas,
delimitando um espaço aquoso central, os lipossomas apresentam características da membrana
celular em proteção, composição química e funcionalidade, permitindo a permeação de
compostos encapsulados. Os lipossomas são certamente os sistemas carregadores mais
avaliados nas últimas décadas e têm sido extensivamente descritos em publicações, revistas e
livros. As principais vantagens dos lipossomas estão associadas ao seu pequeno tamanho,
biocompatibilidade e versatilidade de composição. Atualmente, os mais diversos compostos e
polímeros são associados produzindo partículas esféricas, com dimensões da ordem de
nanômetros (SANTANA et al., 2006).
No entanto, estes sistemas também apresentam algumas desvantagens, particularmente
relacionados a sua instabilidade in vivo e rápida eliminação pelo sistema retículo endotelial.
Desde então, o interesse por sistemas nanoparticulados tem crescido exponencialmente. Suas
aplicações têm sido consideradas e indicadas em inúmeras aplicações terapêuticas, nas mais
diversas formas farmacêuticas. Uma das áreas mais promissoras na utilização das
nanopartículas é a vetorização de fármacos antineoplásicos e de antibióticos, principalmente
através de administração parenteral, almejando uma distribuição mais seletiva dos mesmos e,
assim, um aumento do índice terapêutico.
Estudos
de
sistemas
nanoestruturados
de
lipossomas
de
doxorrubicona
(DOXIL/Caelyx, SEQUUS Pharmaceuticals Inc., Menlo Park, EUA) em pacientes portadores
de Sarcoma de Kaposi associado ao HIV mostraram redução da cardiotoxidade em 4,5 vezes
comparada a doxorrubicina não encapsulada (HARRRINGTON et al., 2000).
Tedesco e colaboradores (2003) empregaram sistemas nanoestruturados contendo
fármacos fotosensibilizadores na terapia antineoplásica. A terapia fotodinâmica (TFD) tem
sido empregada em diversos países, inclusive o Brasil, desde 2000, para o tratamento de
tumores. Basicamente a técnica consiste na administração de um fármaco fotossensível por
via tópica ou intravenosa, que após retido seletivamente pela célula tumoral em concentração
31
desejável e detectada, é submetido a irradiações com luz visível monocromática (usualmente
de comprimento de onda de máxima absorção do fármaco fotossensibilizador), induzindo a
formação de espécies reativas do oxigênio denominadas de EROS (O2, O2*, *OH, H2O2) os
quais conduzem à morte dos tecidos tumorais por um processo apoptótico ou necrótico.
Guedes e colaboradores (2004) utilizaram nanopartículas magnéticas (NPM)
associadas a anticorpos monoclonais (AcM) que reconhecem e se associam especificamente a
proteínas exclusivas das células tumorais para tratamento de tumores através do procedimento
terapêutico de hipertermia. Após se associarem às células tumorais, as NPM’s são submetidas
a um campo magnético, o que resulta na elevação da temperatura e subseqüente lise da célula
tumoral.
Na Figura 4 são representadas duas aplicações terapêuticas possíveis dos nanoimãs.
Carreados pelo corpo com a ajuda de um campo magnético, eles poderiam ser levados até
células cancerosas e agitados por alterações sucessivas do campo. O processo geraria calor e
lise das células tumorais. Em outro cenário, eles seriam agregados a um pacote que contém
fármaco e uma capa de polímero biodegradável. O campo magnético serviria para carregá-los
até células doentes, cedendo o fármaco (KNOBEL e GOYA, 2004).
Figura 4. Representação de duas aplicações terapêuticas dos nanoimãs (KNOBEL e GOYA,
2004).
32
Com relação à administração oral de nanopartículas, as pesquisas têm sido
direcionadas especialmente à: a) diminuição dos efeitos colaterais de certos fármacos,
destacando-se os antiinflamatórios não-esteróides (diclofenaco, indometacina), os quais
causam freqüentemente irritação à mucosa gastrintestinal; b) proteção de fármacos
degradáveis no trato gastrintestinal, como peptídeos, proteínas e/ou hormônios, aumentando a
biodisponibilidade dos mesmos e, nos últimos anos, c) aumento da solubilidade de fármacos
insolúveis ou pouco solúveis aumentando a biodisponibilidade dos mesmos (SCHAFFAZICK
e GUTERRES, 2003).
Liversidge e Cundy (1995) estudaram o potencial dos sistemas nanoparticulados
obtidos por moagem úmida na solubilização do danazol, fármaco pouco solúvel (10 µg/mL).
A biodisponibilidade absoluta da dispersão aquosa de danazol (5% v/v) e PVP (1,5% v/v)
com 169 nm de diâmetro, complexos danazol-ciclodextrinas e a suspensão convencional de
danazol foram respectivamente: 82,3±10,1%, 106,7±12,3% e 5,1±1,9%.
Hecq et al. (2005) avaliaram o aumento da solubilidade dos sistemas nanoparticulados
contendo nifedipina (∼ 20 µg/mL). Os estudos mostraram que o estado cristalino inicial do
fármaco não foi alterado com a redução do tamanho da partícula e as características de
dissolução das nanopartículas de nifedipina são significativamente maiores que o produto
comercial.
A anfotericina B é empregada no tratamento da leishmaniose visceral, entretanto, a
baixa solubilidade do fármaco conduz a problemas de biodisponibilidade. Kayser e
colaboradores (2003) desenvolveram uma nanosuspensão de anfotericina B para
administração oral. As nanosuspensões foram produzidas por homogeneização em alta
pressão e o diâmetro médio das partículas obtidas foi de 528 nm. A estabilidade foi
determinada em fluido gastrintestinal artificial em diferentes pH e concentração de eletrólitos.
A eficácia in vitro foi avaliada em ratos com leishmaniose visceral. Nenhum efeito
terapêutico foi observado pela administração oral de anfotericina B micronizada (5mg/Kg),
entretanto, a administração oral da nanosuspensão de anfotericina B reduziu a parasitose em
cerca de 28%.
A biodisponibilidade de nanopartículas de ciclosporina A na forma de nanocristais
(962 nm) e nanopartículas lipídicas sólidas, SLN®, (157 nm) foram comparadas com o
produto comercial Sandimmum Neoral/Optoral®. As SLN® mostraram-se mais eficazes como
sistemas de liberação oral para aumento da biodisponibilidade da ciclosporina A, comparado
com os demais sistemas analisados, devido à maior flexibilidade na modulação da liberação
33
do fármaco, que ocorre tanto por difusão como degradação da matriz lipídica. No entanto, os
nanocristais também são considerados ótima solução para substâncias pouco solúveis, tendo
em vista a simplicidade do sistema (MULLER et al., 2006).
Teixeira e colaboradores (2005) estudaram xantona e 3-metoxixantona encapsuladas
em nanoesferas (170 nm) e nanocápsulas (300 nm) de PLGA - poly (D-L lático-co-glicólico)
– e nanoemulsões, preparadas pelo método de nanoprecipitação. As nanocápsulas
apresentaram maior velocidade de liberação para ambas as drogas analisadas. Paralelamente,
a liberação da xantona mostrou-se mais lenta que da 3-metoxixantona, sugerindo possível
interação da droga com o polímero.
Hecq e colaboradores (2006) estudaram o aumento da velocidade de dissolução do
ucb-35440-3, um novo fármaco para tratamento de asma e renite alérgica, sob investigação
pela USB S.A. Nanocápsulas foram preparadas usando homogeneização em alta pressão e
comparadas com o fármaco micronizado. A velocidade de dissolução aumentou
significativamente em pH 3.0, 5.0, e 6.5 para as nanopartículas.
Zhang e Zhuo (2005) sintetizaram nanopartículas de 4-dimetilepipodophyllotoxin
(DMEP), um fármaco pouco solúvel, atualmente em estudo para tratamento de tumores.
Nanopartículas foram produzidas usando copolímero tri-bloco anfifílico de PEG-PCL-PEG
obtido a partir de poly(etileno glicol) (PEG), um polímero hidrofílico, e ξ-caprolactona
(PCL), polímero hidrofóbico. Os resultados mostraram que quanto maior a porção PEG do
copolímero, mais rápida é a velocidade liberação do DMEP.
Zhang e colaboradores (2006) empregaram a técnica de nanoprecipitação sem uso de
surfactantes - nanoprecipitação controlada – para preparar nanopartículas de acetilcefuroxime
(CFA), um fármaco pouco solúvel. O produto obtido, apesar de amorfo, exibiu significante
aumento nas propriedades de dissolução quando comparadas com o produto comercial
preparado por spray drier. Os resultados demonstraram que o método por nanoprecipitação
controlada é prático e fácil e pode ser usado na preparação de nanopartículas de fármacos
pouco solúveis.
Estudos de nanoparticulados contendo ibuprofeno, obtidos por duas metodologias
distintas – polimerização por emulsificação e difusão por solvente – foi demonstraram que o
tamanho da partícula varia com o processo, bem como concentração de estabilizadores,
condições de resfriamento e processo de homogeneização. A formulação de ibuprofeno como
nanoparticulada teve mais que 65% do fármaco dissolvido nos primeiros 10 minutos
comparado com menos de 15% para o fármaco na forma micronizada (KOCBEK et al.,
2006).
34
III. CONCLUSÃO
A tecnologia de nanopartículas tem mostrado elevado potencial para aumentar a
biodisponibilidade de fármacos pouco solúveis. Fármacos até então abandonados, devido
problemas de solubilidade e dificuldades de desenvolvimento farmacotécnico, têm sido
reavaliados através do emprego da nanotecnologia. Assim, a nanotecnologia mostra-se uma
tecnologia fundamental para o desenvolvimento farmacêutico mundial.
35
IV. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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