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Title: Nanopartículas poliméricas funcionalizadas para direcionamento de fármacos : estudo físico-químico e aplicações no encapsulamento de fármacos anti-T. cruzi e anti-aterogênico.
Authors: Garcia, Giani Martins
metadata.dc.contributor.advisor: Mosqueira, Vanessa Carla Furtado
Keywords: Polímeros
Itraconazol
Tiazolidinodionas
Farmacocinética
Issue Date: 2011
Citation: GARCIA, Giani Martins. Nanopartículas poliméricas funcionalizadas para direcionamento de fármacos: estudo físico-químico e aplicações no encapsulamento de fármacos anti-T. cruzi e anti-aterogênico. 2011. 162 f. Dissertação (Mestrado em Ciências Farmacêuticas) – Escola de Farmácia, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2011.
Abstract: Neste trabalho foi realizado o estudo de caracterização físico-química de nanopartículas poliméricas (NP), produzidas a partir dos copolímeros do ácido polilático (PLA) ligados covalentemente ao polietilenoglicol (PEG). Foram utilizados polímeros com arquitetura do tipo dibloco (PLA-PEG) e tribloco (PLA-PEG-PLA), com ou sem funcionalização, ao longo da cadeia de PLA. Os grupamentos hidroxila, benzila foram inseridos ao longo da cadeia de PLA, os quais permitiram a funcionalização do polímero com um ligante para o receptor selectina-E (LSE), presente no endotélio dos vasos. Foram encapsulados dois fármacos: o itraconazol, representando a classe de fármacos azólicos com promissores resultados no tratamento da doença de Chagas experimental e uma nova substância sob investigação pré-clínica da classe das tiazolidinodionas (TZD), denominada Lyso-7, que vem apresentando resultados promissores na melhoria dos fatores associados a doenças cardiovasculares, como a aterosclerose. As nanoestruturas foram analisadas e caracterizadas quanto ao tamanho, índice de polidispersão (IP), potencial zeta e cinética de liberação in vitro. As análises morfológicas foram realizadas por microscopia de força atômica (MFA). Os resultados relacionados às nanoesferas (NS) mostram que foram obtidas populações monodispersas (IP<0,20) com tamanho médio variando entre 116 a 284 nm, antes e após a associação de 0,5 mg/mL de itraconazol. A utilização de copolímeros dibloco e tribloco conduziu a uma redução significativa no tamanho das partículas, 116 e 146 nm, respectivamente, quando comparado ao tamanho daquelas preparadas a partir do homopolímero PLA (206 nm). A redução de tamanho sugere a presença de cadeias de PEG organizadas na superfície das NS. A introdução de grupos hidroxila ou benzila induziu um aumentou significativo do tamanho médio das NS para 151 nm e 284 nm, respectivamente, indicando aumento do volume interno da matriz polimérica para acomodação de grupamentos funcionais volumosos. A redução significativa do potencial zeta em aproximadamente -16 mV para todas as formulações, após inclusão do itraconazol, sugere interferência do fármaco na organização superficial dos constituintes das NS. A porcentagem de encapsulação foi próxima de 100% para o itraconazol na concentração de 0,5 mg/mL. Observou-se a presença de um forte contraste nas imagens de fase, na superfície das NS contendo blocos de PEG, quando analisada por AFM, que é sugestivo da presença de um material macio. Esse contraste não foi observado em NS de homopolímero de PLA. As formulações contendo os polímeros Neste trabalho foi realizado o estudo de caracterização físico-química de nanopartículas poliméricas (NP), produzidas a partir dos copolímeros do ácido polilático (PLA) ligados covalentemente ao polietilenoglicol (PEG). Foram utilizados polímeros com arquitetura do tipo dibloco (PLA-PEG) e tribloco (PLA-PEG-PLA), com ou sem funcionalização, ao longo da cadeia de PLA. Os grupamentos hidroxila, benzila foram inseridos ao longo da cadeia de PLA, os quais permitiram a funcionalização do polímero com um ligante para o receptor selectina-E (LSE), presente no endotélio dos vasos. Foram encapsulados dois fármacos: o itraconazol, representando a classe de fármacos azólicos com promissores resultados no tratamento da doença de Chagas experimental e uma nova substância sob investigação pré-clínica da classe das tiazolidinodionas (TZD), denominada Lyso-7, que vem apresentando resultados promissores na melhoria dos fatores associados a doenças cardiovasculares, como a aterosclerose. As nanoestruturas foram analisadas e caracterizadas quanto ao tamanho, índice de polidispersão (IP), potencial zeta e cinética de liberação in vitro. As análises morfológicas foram realizadas por microscopia de força atômica (MFA). Os resultados relacionados às nanoesferas (NS) mostram que foram obtidas populações monodispersas (IP<0,20) com tamanho médio variando entre 116 a 284 nm, antes e após a associação de 0,5 mg/mL de itraconazol. A utilização de copolímeros dibloco e tribloco conduziu a uma redução significativa no tamanho das partículas, 116 e 146 nm, respectivamente, quando comparado ao tamanho daquelas preparadas a partir do homopolímero PLA (206 nm). A redução de tamanho sugere a presença de cadeias de PEG organizadas na superfície das NS. A introdução de grupos hidroxila ou benzila induziu um aumentou significativo do tamanho médio das NS para 151 nm e 284 nm, respectivamente, indicando aumento do volume interno da matriz polimérica para acomodação de grupamentos funcionais volumosos. A redução significativa do potencial zeta em aproximadamente -16 mV para todas as formulações, após inclusão do itraconazol, sugere interferência do fármaco na organização superficial dos constituintes das NS. A porcentagem de encapsulação foi próxima de 100% para o itraconazol na concentração de 0,5 mg/mL. Observou-se a presença de um forte contraste nas imagens de fase, na superfície das NS contendo blocos de PEG, quando analisada por AFM, que é sugestivo da presença de um material macio. Esse contraste não foi observado em NS de homopolímero de PLA. As formulações contendo os polímeros Neste trabalho foi realizado o estudo de caracterização físico-química de nanopartículas poliméricas (NP), produzidas a partir dos copolímeros do ácido polilático (PLA) ligados covalentemente ao polietilenoglicol (PEG). Foram utilizados polímeros com arquitetura do tipo dibloco (PLA-PEG) e tribloco (PLA-PEG-PLA), com ou sem funcionalização, ao longo da cadeia de PLA. Os grupamentos hidroxila, benzila foram inseridos ao longo da cadeia de PLA, os quais permitiram a funcionalização do polímero com um ligante para o receptor selectina-E (LSE), presente no endotélio dos vasos. Foram encapsulados dois fármacos: o itraconazol, representando a classe de fármacos azólicos com promissores resultados no tratamento da doença de Chagas experimental e uma nova substância sob investigação pré-clínica da classe das tiazolidinodionas (TZD), denominada Lyso-7, que vem apresentando resultados promissores na melhoria dos fatores associados a doenças cardiovasculares, como a aterosclerose. As nanoestruturas foram analisadas e caracterizadas quanto ao tamanho, índice de polidispersão (IP), potencial zeta e cinética de liberação in vitro. As análises morfológicas foram realizadas por microscopia de força atômica (MFA). Os resultados relacionados às nanoesferas (NS) mostram que foram obtidas populações monodispersas (IP<0,20) com tamanho médio variando entre 116 a 284 nm, antes e após a associação de 0,5 mg/mL de itraconazol. A utilização de copolímeros dibloco e tribloco conduziu a uma redução significativa no tamanho das partículas, 116 e 146 nm, respectivamente, quando comparado ao tamanho daquelas preparadas a partir do homopolímero PLA (206 nm). A redução de tamanho sugere a presença de cadeias de PEG organizadas na superfície das NS. A introdução de grupos hidroxila ou benzila induziu um aumentou significativo do tamanho médio das NS para 151 nm e 284 nm, respectivamente, indicando aumento do volume interno da matriz polimérica para acomodação de grupamentos funcionais volumosos. A redução significativa do potencial zeta em aproximadamente -16 mV para todas as formulações, após inclusão do itraconazol, sugere interferência do fármaco na organização superficial dos constituintes das NS. A porcentagem de encapsulação foi próxima de 100% para o itraconazol na concentração de 0,5 mg/mL. Observou-se a presença de um forte contraste nas imagens de fase, na superfície das NS contendo blocos de PEG, quando analisada por AFM, que é sugestivo da presença de um material macio. Esse contraste não foi observado em NS de homopolímero de PLA. As formulações contendo os polímeros tribloco, dibloco e PLA liberaram aproximadamente 90, 75 e 40% do fármaco, respectivamente, após 24h com perfis que obedecem ao modelo de liberação descrito por Higuchi. Foram também desenvolvidas nanocápsulas (NC) com núcleo oleoso para encapsulamento da Lyso-7. Os copolímeros dibloco e tribloco também induziram redução significativa (p < 0,05) do tamanho das NC, 214 nm e 181 nm, respectivamente, quando comparado ao tamanho médio das NC de PLA, 295 nm. A introdução de grupos hidroxila ou benzila induziu o aumento do tamanho médio das NC para 225 nm e 227 nm, respectivamente, como também observado para as NS. A associação da Lyso-7 a 0,5 mg/mL, induziu um aumento do tamanho médio das NC, para 240 e 212 nm, com os polímeros dibloco e tribloco, respectivamente. As NC funcionalizadas com LSE apresentaram tamanhos médios superiores aos das NC não funcionalizadas, 275 nm, o que está provavelmente relacionado à sua organização na interface, o que induziu variação no raio hidrodinâmico das NP. Foi realizado estudo farmacocinético da Lyso-7 livre e associada à NC de PLA. A área sob a curva, concentração versus tempo da Lyso-7 associada às NC aumentou 5,5 vezes em relação à Lyso-7 livre, sendo a depuração reduzida de 75,27 para 19,08 mL/min.Kg. Além disso, observou-se uma dramática diminuição dos efeitos tóxicos da Lyso-7 quando administrada por via intravenosa, aumentando-se a DL100 para valores superiores a 2,17 mg/Kg de camundongo. Os resultados apresentados neste estudo se mostraram promissores para posterior investigação do efeito das NP in vitro e in vivo em modelos experimentais de inflamação crônica de tecidos, especialmente associados à doença de chagas e à aterosclerose.
metadata.dc.description.abstracten: In this study we present a study of the physicochemical characterization of polymeric nanoparticles (NP), produced from copolymers of polylactic acid (PLA) covalently linked to polyethylene glycol (PEG). We used polymer with diblock (PLA-PEG) and triblock (PLAPEG-PLA) architecture, with or without functionalization along the PLA chain. The hydroxyl and benzyl groups were inserted along the PLA chain, which allowed the functionalization of the polymer with a ligand for the receptor E-selectin (LSE), present in the endothelium of blood vessels. Two drugs were encapsulated: itraconazole, representing the azole class of drugs with promising results in treatment of experimental Chagas' disease and a new substance in preclinical research of tiazolidinodionas class (TZD), called Lyso-7, which has shown results promising in improving risk factors for cardiovascular disease such as atherosclerosis. The nanostructures were analyzed and characterized according to size, polydispersity index (PI), zeta potential and release kinetics in vitro. The morphological analysis were performed by atomic force microscopy (AFM). The results regarding nanospheres (NS) show that monodispersed populations were obtained (PI <0.20) with average size ranging from 116 to 284 nm before and after the association of 0.5 mg / mL of itraconazole. The use of diblock and triblock copolymers led to a significant reduction in particle size, 116 and 146 nm, respectively, when compared to the size of those prepared from the PLA homopolymer (206 nm). The reduction in size suggests the presence of PEG chains arranged on the surface of NS. The introduction of hydroxyl or benzyl groups induced a significant increase in the average size of the NS to 151 nm and 284 nm, respectively, indicating increased internal volume of the polymer matrix to accommodate the bulky functional groups. The significant reduction of the zeta potential of approximately -16 mV for all formulations after addition of itraconazole, suggests the interference of the drug in the organization of the constituents of the NS surface. The percentage of encapsulation was close to 100% for itraconazole at a concentration of 0.5 mg/ml. We observed the presence of a strong contrast in phase images, on the surface of NS containing PEG blocks, when analyzed by AFM, which is suggestive of the presence of a soft material. This contrast was not observed in the NS homopolymer PLA. The formulations containing triblock, diblock and PLA polymers released about 90, 75 and 40% of the drug, respectively, after 24 hours with profiles that follow the model described by Higuchi release. We also developed nanocapsules (NC) with oily core for encapsulation of Lyso-7. The diblock and triblock copolymers also induced a significant size reduction (p<0.05) of NC, 214 nm and 181 nm, respectively, when compared to the average size of PLA NC, 295 nm. The introduction of hydroxyl or benzyl groups led to an increase in the average size of the NC to 225 nm and 227 nm, respectively, as also observed for the NS. The association of 0.5 mg/ml Lyso-7, induced an increase in the average size of NC for 240 and 212 nm, with the diblock and triblock polymers, respectively. The NC functionalized with LSE had higher average sizes compared with non-functionalized NC, 275 nm, which is probably related to your organization at the interface, which induced variation in the hydrodynamic radius of the NC. Pharmacokinetic study was conducted of Lyso-7 free and associated with PLA NC. The area under the curve, concentration versus time, associated to Lyso-7 NC increased 5.5 times compared to the free Lyso-7, and the clearance reduced of 75.27 to 19.08 ml/min.kg. In addition, we observed a dramatic decrease of the toxic effects of Lyso-7 when administered intravenously, increasing the DL100 to values greater than 2.17 mg/kg of mice. The results of this study showed promise for further investigation of the effect of NP in vitro and in vivo experimental models of chronic inflammation of tissues, especially associated with Chagas disease and atherosclerosis.
Description: Programa de Pós-Graduação em Ciências Farmacêuticas. CIPHARMA, Escola de Farmácia, Universidade Federal de Ouro Preto.
URI: http://www.repositorio.ufop.br/handle/123456789/5450
metadata.dc.rights.license: Autorização concedida ao Repositório Institucional da UFOP pelo(a) autor(a) em 13/05/2015 com as seguintes condições: disponível sob Licença Creative Commons 4.0 que permite copiar, distribuir e transmitir o trabalho desde que sejam citados o autor e o licenciante. Não permite o uso para fins comerciais nem a adaptação.
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