A mouse model for adenovirus gene delivery

The cellular attachment receptor for adenovirus (Ad), Coxsackie adenovirus receptor (CAR), required for delivery of Ad into primary cells, is not present on all cell types, thus restricting Ad-gene delivery systems. To circumvent this constrain, a transgenic mouse has been generated that expresses a truncated human CAR in all tissues analyzed. These mice allowed efficient in vitro infections at low multiplicities into lymphoid, myeloid, and endothelial cells. Furthermore, in vivo administration of Ad-vectors results in infection of macrophages, lymphocytes, and endothelial cells. In addition, tail vein injection resulted in targeting of virus into previously inaccessible areas, such as the lung and the capillaries of the brain. The CAR transgenic mice will be useful for rapid functional genomic analysis in vivo, for testing the efficacy of gene therapy procedures or as a source of easily transducible cells.

TAT peptide on the surface of liposomes affords their efficient intracellular delivery even at low temperature and in the presence of metabolic inhibitors

To achieve an efficient intracellular drug and DNA delivery, attempts were made to target microparticulate drug carriers into cytoplasm bypassing the endocytotic pathway. TAT peptides derived from the HIV-1 TAT protein facilitate intracellular delivery of proteins and small colloidal particles. We demonstrated that relatively large drug carriers, such as 200-nm liposomes, can also be delivered into cells by TAT peptide attached to the liposome surface. Liposomes were fluorescently labeled with membranotropic rhodamine-phosphatidylethanolamine or by entrapping FITC-dextran. Incubation of fluorescent TAT liposomes with mouse Lewis lung carcinoma cells, human breast tumor BT20 cells, and rat cardiac myocyte H9C2 results in intracellular localization of certain liposomes. Steric hindrances for TAT peptide⋅cell interaction (attachment of TAT directly to the liposome surface without spacer or the presence of a high MW polyethylene glycol on the liposome surface) abolish liposome internalization, evidencing the importance of direct contact of TAT peptide with the cell surface. Low temperature or metabolic inhibitors, sodium azide or iodoacetamide, have little influence on the translocation of TAT liposomes into cells, confirming the energy-independent character of this process. The approach may have important implications for drug delivery directly into cell cytoplasm.

Vector-mediated delivery of 125I-labeled beta-amyloid peptide A beta 1-40 through the blood-brain barrier and binding to Alzheimer disease amyloid of the A beta 1-40/vector complex.

The brain amyloid of Alzheimer disease (AD) may potentially be imaged in patients with AD by using neuroimaging technology and a radiolabeled form of the 40-residue beta-amyloid peptide A beta 1-40 that is enabled to undergo transport through the brain capillary endothelial wall, which makes up the blood-brain barrier (BBB) in vivo. Transport of 125I-labeled A beta 1-40 (125I-A beta 1-40) through the BBB was found to be negligible by experiments with both an intravenous injection technique and an internal carotid artery perfusion method in anesthetized rats. In addition, 125I-A beta 1-40 was rapidly metabolized after either intravenous injection or internal carotid artery perfusion. BBB transport was increased and peripheral metabolism was decreased by conjugation of monobiotinylated 125I-A beta 1-40 to a vector-mediated drug delivery system, which consisted of a conjugate of streptavidin (SA) and the OX26 monoclonal antibody to the rat transferrin receptor, which undergoes receptor-mediated transcytosis through the BBB. The brain uptake, expressed as percent of injected dose delivered per gram of brain, of the 125I,bio-A beta 1-40/SA-OX26 conjugate was 0.15 +/- 0.01, a level that is 2-fold greater than the brain uptake of morphine. The binding of the 125I,bio-A beta 1-40/SA-OX26 conjugate to the amyloid of AD brain was demonstrated by both film and emulsion autoradiography performed on frozen sections of AD brain. Binding of the 125I,bio-A beta 1-40/SA-OX26 conjugate to the amyloid of AD brain was completely inhibited by high concentrations of unlabeled A beta 1-40. In conclusion, these studies show that BBB transport and access to amyloid within brain may be achieved by conjugation of A beta 1-40 to a vector-mediated BBB drug delivery system.

Obtenção de gel mucoadesivo de nistatina para o tratamento da candidíase oral. Desenvolvimento e caracterização de dispersões sólidas de nistatina

A nistatina (NYS) é o fármaco de primeira escolha no tratamento da candidíase oral, que frequentemente acomete mais os indivíduos imunocomprometidos e pacientes com outras desordens (diabetes não tratada, neoplasias, imunodeficiências). No mercado brasileiro, a NYS é encontrada na forma de suspensão oral aquosa, onde o procedimento para sua administração consiste em bochechar o medicamento. Apesar de haver a indicação de que se mantenha o contato direto entre fármaco e a mucosa oral, na qual se encontra a Candida spp., o que aumentaria expressivamente o sucesso terapêutico, a suspensão não apresenta tal propriedade. Assim, a NYS que é fármaco com ação efetiva contra a candidíase oral, é considerada pertencente à Classe IV do Sistema de Classificação Biofarmacêutica, ou seja, apresenta baixa solubilidade e baixa permeabilidade. A baixa solubilidade pode comprometer sua disponibilidade na cavidade oral, e consequentemente, sua ação farmacológica. Diante desse quadro, o objetivo do presente trabalho foi o desenvolvimento de dispersões sólidas de NYS para o tratamento da candidíase oral, e sua posterior incorporação em gel mucoadesivo oral, favorecendo a formulação no local de ação. As dispersões sólidas são sistemas farmacêuticos, onde um fármaco pouco solúvel em água encontra-se dispersado em um carreador, no estado sólido. Os carreadores normalmente são hidrofílicos, o que permite que esses sistemas sejam empregados para aumentar a solubilidade aquosa do fármaco. Assim, foram desenvolvidas as dispersões sólidas de NYS, pelo método de eliminação do solvente, empregando como carreadores, lactose, HPMC, poloxamer 407 e poloxamer 188. Essas foram submetidas à caracterização por análise térmica, usando os ensaios de calorimetria exploratória diferencial (DSC) e termogravimetria/termogravimetria derivada (TG/DTG). Dentre essas dispersões sólidas, aquelas que se mostraram com comportamento térmico sugerindo a formação de um novo \"sistema\", foram analisadas por meio de ensaio de solubilidade. Dessa forma, a formulação NYS DS G2 (49) se destacou, pois apresentou maior solubilidade em água (4,484 mg/mL); em pH 5,5 (4,249 mg/mL) e em pH 7,0 (4,293 mg/mL), ou seja, houve um aumento de 1,426 vezes em água; 4,227 vezes em pH 5,5; e 2,743 vezes em pH 7,0. Essa formulação foi, por fim avaliada por difração de raio-X e espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier, técnicas que corroboraram com a análise térmica quanto à indicação de formação da dispersão sólida. Por sua vez, essa dispersão sólida foi incorporada em 4 bases de géis mucoadesivos de carbopol ® 934 PNF, alterando apenas a concentração do polímero (0,5; 1,0; 1,5; 2,0 %p/p). Foi observado que a liberação de NYS DS G2 (49) foi superior, quando comparada à liberação de NYS MP a partir do gel, e através do ensaio de mucoadesão, percebeu-se que os géis desenvolvidos apresentaram propriedades mucoadesivas compatíveis com relatos na literatura, independentemente da quantidade de carbopol ® empregada. As características reológicas foram distintas, e foi observado que as formulações Gel A e Gel B, que possuem menor quantidade de polímero, tiverem um indicativo de comportamento de fluido newtoniano, diferente dos demais, o que pode não ser desejado para esse tipo de forma farmacêutica tópica e semi-sólida. Ao final desse trabalho, pode-se concluir que foi possível desenvolver um sistema farmacêutico na forma de dispersão sólida com maior solubilidade que a NYS pura, e sua incorporação em uma forma farmacêutica mucoadesiva, e que a liberação da NYS na forma DS foi muito superior que o fármaco na forma \"convencional\", o que permite que a NYS esteja mais disponível na cavidade oral, e também junto à mucosa bucal, o que levaria a efeito farmacológico mais efetivo do antifúngico.

Nanopartículas lipídicas sólidas e vesículas cataniônicas contendo ftalocianina de cloro alumínio aplicadas nos processos fotodinâmicos

O trabalho apresentado foi realizado em duas etapas independentes e baseou-se no estudo de diferentes sistemas nanométricos para viabilizar a aplicação da ftalocianina de cloro alumínio (ClAlPc) na terapia fotodinâmica (TFD) para o tratamento do câncer de pele do tipo melanoma. O fármaco fotossensibilizante (FS) utilizado apresenta propriedades físico-químicas que lhe permitem exercer sua atividade fotodinâmica com excelência, sem a interferência do cromóforo endógeno melanina existente nas células melanocíticas. Para driblar sua elevada hidrofobicidade, ClAlPc foi encapsulada em sistemas nanométricos para administração em meio fisiológico. Inicialmente nanopartículas lipídicas sólidas (NLS) foram desenvolvidas por emulsificação direta, após um estudo de elaboração do diagrama de fases. O compritol foi o lipídio sólido escolhido para compor as NLS, com diferentes concentrações de ClAlPc. Todas as formulações desenvolvidas foram devidamente caracterizadas, com tamanho médio entre 100 e 200 nm, baixa polidispersão, potencial zeta adequadamente negativo (~|30| mV), drug loading de ClAlPc entre 76-94% (com pequena redução após 24 meses) e alta eficiência de encapsulação (E.E.). A morfologia arredondada das nanopartículas foi confirmada por microscopia eletrônica de transmissão e de força atômica. A estabilidade das NLS foi de 24 meses. A avaliação da cristalinidade do lipídio revelou a integração da ClAlPc à matriz lipídica da NLS, presença de estruturas polimórficas e grau de cristalinidade adequado, sem alterações após 24 meses. Nos estudos de difusão in vitro, observou-se que ftalocianina encapsulada nas NLS acumulam-se preferencialmente na epiderme e derme do que no estrato córneo, sem traços de permeação do ativo. Foi confirmado o caráter biocompatível das NLS sobre fibroblastos NIH-3T3. A ftalocianina encapsulada nas NLS não foi tóxica na linhagem de melanoma B16-F10 na ausência de luz, porém, apresentou excelente efeito fototóxico (0,75 ?g mL-1 de ClAlPc nanoencapsulada e irradiação entre 0,5 e 2,0 J cm-2), com redução da viabilidade celular de 87%. O segundo sistema de veiculação estudado foram as vesículas cataniônicas (VesCat), que se formam espontaneamente em água com o tensoativo TriCat 12. A obtenção das vesículas contendo ClAlPc envolve uma etapa adicional, para remoção de solvente orgânico, que foi aprimorada, reduzindo o tempo de produção em 55%. As VesCat/ClAlPc obtidas mantiveram suas propriedades físico-químicas e morfologia arredondada (confirmada por microscopia eletrônica de varredura), drug loading de 47% e alta E.E. Os resultados comprovaram que a aplicação desses dois sistemas nanométricos é altamente eficiente para aplicação da TFD no tratamento do câncer de pele do tipo melanoma ou outras doenças cutâneas, apresentando características favoráveis para avanços nos estudos de fase clínica e pré-clínica.

Polímeros condutores aplicados a sistemas-modelo de liberação controlada eletroquimicamente de drogas

Este trabalho descreve a síntese, caracterização e aplicação de sistemas poliméricos baseados em polímeros condutores em sistemas de liberação controlada de drogas. Esta tese pode ser dividida em duas partes: na primeira se apresentam os resultados da aplicação de filmes de polianilina e polipirrol na liberação de drogasmodelo como a dopamina protonada e o ácido salicílico. Na liberação de salicilato utilizou-se um filme polianilina eletrosintetizado e dopado com íons cloreto. Já para a liberação de dopamina protonada (um cátion) a liberação foi conduzida a partir de um sistema bicamadas, com um filme de polianilina recoberta com uma camada de Náfion. É mostrada a liberação controlada nos dois casos, porém também se discutem limitaçãoes deste tipo de sistema que levaram ao estudo de uma forma alternativa de controle eletroquímico utilizando polímeros condutores. A segunda parte do trabalho mostra então esta nova metodologia que se baseia em compósitos de poianilina eletropolimerizada no interior de hidrogéis de poliacrilamida. É mostrado que este novo material é eletroativo e mantém as características de intumescimento dos hidrogéis, tanto necessárias ao desenvolvimento destes sistemas de liberação controlada. Mecanismos para o crescimento e distribuição da polianilina na matriz isolante e para a atuação do compósito no controle eletroquímico da liberação são propostos com base nos dados de microscopia de força atômica, Raman e eletrônica de varredura, além de testes de liberação controlada com moléculas de diferentes cargas.

Preparação, caracterização e propriedades de lipossomas contendo o ácido -ciano-4-hidroxicinâmico e o agente fotossenbilizador AICIPc: um novo sistema carreador específico com ação sinérgica aplicado a terapia fotodinâmica

Ftalocianina de alumínio-cloro (AlClPc) é um fotossensibilizador de segunda geração em terapia fotodinâmica (TFD) caracterizado por seu caráter anfifílico e tendência de auto-agregação em meio aquoso, o que prejudica seu potencial de aplicação. O aCHC é um substrato de transportadores de monocarboxilato (MCT) superexpresso em células de MCF-7. Objetivando a solubilização da AlClPc e aumento de internalização em tecidos neoplásicos nos propomos aqui o uso de DSPC e DOPC em diferentes proporções para formar vesículas lipidicas mistas (LV) na presença de aCHC como sistemas veiculadores de fármaco. Lv foi preparado pelo método de injeção etanólica e formou vesículas de dimensões nanométricas (aproximadamente 100 nm) com bom índice de polidispersão, valores negativos de potencial zeta e estáveis em meio aquoso por mais de 50 dias. AlClPc se complexou com o fosfato das LV o que conferiu uma localização interfacial às moléculas de AlClPc como demonstrado pelos resultados de supressão de fluorescência. Medidas de anisotropia, fluorescência estática e resolvida no tempo corroboram com estes resultados e demonstram que a auto-agregação da AlClPc ocorre mesmo em lipossomas. Entretanto, a veiculação da AlClPc por LV em carcinoma de células escamosas oral (OSCC) levou a um processo de desagregação demonstrado por (FLIM). Este incrível comportamento é novo e aumenta o conhecimento científico sobre o mecanismo intracelular de ação de fotossensibilizadores em TFD. Em TFD, ambos os sistemas LVIII+AlClPc e LVIII+AlClPc+aCHC não apresentaram toxicidade no escuro no período de incubação de 3 h com as concentrações de lipídios, AlClPc e aCHC iguais a 0,15 mmol/L, 0,5 umol/L e 10,0 umol/L, respectivamente. De maneira inesperada, o sistema LVIII+AlClPc foi mais eficiente em TFD que o sistema LVIII+AlClPc+aCHC, devido ao caráter antioxidante do aCHC. Estes resultados abrem uma nova perspectiva do potencial uso de LV-AlClPc para o tratamento fotodinâmico.

A new microfluidic methodology to assess the haemocompatibility of magnetic nanoparticles designed for theranostic applications

The remarkable physicochemical properties of magnetic nanoparticles (MNPs) at the nanoscale have boosted the development of new and promising strategies for the simultaneous diagnosis and treatment of diseases, particularly in cancer therapy Ð the so-called theranostic applications (1). In these strategies, the intrinsic superparamagnetic properties of MNPs have been exploited to gain access into multifunctional systems able to simultaneously perform as enhanced magnetic resonance imaging (MRI) contrast agents, efficient nanocarriers for drug delivery and nanoheaters in magnetic hyperthermia based therapy (2), among others.

Applications of thermal processing in pharmaceutical drug product development

Dissertação para obtenção do grau de Mestre no Instituto Superior de Ciências da Saúde Egas Moniz

Développement d’une lentille cornéenne médicamentée

L’utilisation de lentilles cornéennes peut servir à améliorer le profil d’administration d’un principe actif dans les yeux. Avec une efficacité d’administration de 5% par l’utilisation de gouttes, on comprend rapidement que l’administration oculaire doit être améliorée. Cette faible administration a donné naissance à plusieurs tentatives visant à fabriquer des lentilles cornéennes médicamentées. Cependant, à cause de multiples raisons, aucune de ces tentatives n’a actuellement été mise sur le marché. Nous proposons dans cette étude, une possible amélioration des systèmes établis par le développement d’une lentille cornéenne à base de 2-(hydroxyéthyle)méthacrylate (HEMA), dans laquelle des microgels, à base de poly N-isopropylacrylamide (pNIPAM) thermosensible encapsulant un principe actif, seront incorporé. Nous avons donc débuté par développer une méthode analytique sensible par HPCL-MS/MS capable de quantifier plusieurs molécules à la fois. La méthode résultante a été validée selon les différents critères de la FDA et l’ICH en démontrant des limites de quantifications et de détections suffisamment basses, autant dans des fluides simulés que dans les tissus d’yeux de lapins. La méthode a été validée pour sept médicaments ophtalmiques : Pilocarpine, lidocaïne, proparacaïne, atropine, acétonide de triamcinolone, timolol et prednisolone. Nous avons ensuite fait la synthèse des microgels chargés négativement à base de NIPAM et d’acide méthacrylique (MAA). Nous avons encapsulé une molécule modèle dans des particules ayant une taille entre 200 et 600 nm dépendant de la composition ainsi qu’un potentiel zêta variant en fonction de la température. L’encapsulation de la rhodamine 6G (R6G) dans les microgels a été possible jusqu’à un chargement (DL%) de 38%. L’utilisation des isothermes de Langmuir a permis de montrer que l’encapsulation était principalement le résultat d’interactions électrostatiques entre les MAA et la R6G. Des cinétiques de libérations ont été effectuées à partir d’hydrogels d’acrylamide chargés en microgels encapsulant la R6G. Il a été trouvé que la libération des hydrogels chargés en microgels s’effectuait majoritairement selon l’affinité au microgel et sur une période d’environ 4-24 heures. La libération à partir de ces systèmes a été comparée à des formules d’hydrogels contenant des liposomes ou des nanogels de chitosan. Ces trois derniers (liposomes, microgels et nanogels) ont présenté des résultats prometteurs pour différentes applications avec différents profils de libérations. Enfin, nous avons transposé le modèle développé avec les gels d’acrylamide pour fabriquer des lentilles de contact de 260 à 340 µm d’épaisseur à base de pHEMA contenant les microgels avec une molécule encapsulée devant être administrée dans les yeux. Nous avons modifié la composition de l’hydrogel en incorporant un polymère linéaire, la polyvinylpyrrolidone (PVP). L’obtention d’hydrogels partiellement interpénétrés améliore la rétention d’eau dans les lentilles cornéennes. L’encapsulation dans les microgels chargés négativement a donné de meilleurs rendements avec la lidocaïne et cette dernière a été libérée de la lentille de pHEMA en totalité en approximativement 2 heures qu’elle soit ou non encapsulée dans des microgels. Ainsi dans cette étude pilote, l’impact des microgels n’a pas pu être déterminé et, de ce fait, nécessitera des études approfondies sur la structure et les propriétés de la lentille qui a été développée. En utilisant des modèles de libération plus représentatifs de la physiologie de l’œil, nous pourrions conclure avec plus de certitude concernant l’efficacité d’un tel système d’administration et s’il est possible de l’optimiser.

Polymerizable Peptide Monomers for the Targeted and Intracellular Delivery of Cancer Therapeutics

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-06

Conjugation of an antibody to cross-linked fibrin for targeted delivery of anti-restenotic drugs

There is an urgent need to treat restenosis, a major complication of the treatment of arteries blocked by atherosclerotic plaque, using local delivery techniques. We observed that cross-linked fibrin (XLF) is deposited at the site of surgical injury of arteries. An antibody to XLF, conjugated to anti-restenotic agents, should deliver the drugs directly and only to the site of injury. An anti-XLF antibody (H93.7C.1D2/48; 1D2) was conjugated to heparin (using N-succinimidyl 3-(2-pyridyldithio)-propionate), low molecular weight heparin (LMWH) (adipic acid dihydrazide) and rapamycin (1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide/N-hydroxysuccinimide), and the conjugates purified and tested for activity before use in vivo. Rabbits had their right carotid arteries de-endothelialised and then given a bolus of 1D2-heparin, 1D2-LMWH or 1D2-rapamycin conjugate or controls of saline, heparin, LMWH, rapamycin or 1D2 (+/-heparin bolus) and sacrificed after 2 or 4 weeks (12 groups, n=6/group). Rabbits given any of the conjugates had minimal neointimal development in injured arteries, with up to 59% fewer neointimal cells than those given control drugs. Rabbits given 1D2-heparin or 1D2-LMWH had an increased or insignificant reduction in luminal area, with positive remodelling, while the medial and total arterial areas of rabbits given 1D2-rapamycin were not affected by injury. Arteries exposed to 1D2-heparin or 1D2-rapamycin had more endothelial cells than rabbits given control drugs. Thus, XLF-antibodies can site-deliver anti-restenotic agents to injured areas of the artery wall, where the conjugates can influence remodelling, re-endothelialisation and neointimal cell density, with reduced neointimal formation. (C) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.

Targeted delivery of heparin and LMWH using a fibrin antibody prevents restenosis

This study investigates a stent-less local delivery system for anti-restenotic agents utilizing antibodies to cross-linked fibrin (XLF). Heparin and low molecular weight heparin (LMWH) were conjugated to an antibody to cross-linked fibrin D-dinner (1D2). Rabbit right carotid arteries were injured with a balloon catheter, then the animals were given a bolus injection of 40 mug/k,g 1D2-heparin (26-70 mug/kg heparin) or 1D2-LMWH (29-80 mug/kg LMWH) conjugates or controls of saline (0.5 ml/kg), heparin (150 U/kg), LMWH (2 mg), or 1D2 (40 mug/kg), with or without a heparin bolus and sacrificed after 2 weeks (8 groups, n = 6/group). The injured artery of rabbits given 1D2-heparin or 1D2-LMWH conjugates had reduced neointimal development, with decreased luminal narrowing and positive remodelling compared with animals given control drugs. Animals given 1D2-heparin conjugate (with a heparin bolus) had three to five times more endothelial cells than the rabbits given saline or unconjugated heparin, while rabbits given 1D2-LMWH conjugate had up to 59% fewer neointimal cells than those given unconjugated drugs. There was little difference in extracellular matrix organization or composition. Thus cross-linked fibrin-antibodies can site-deliver anti-restenotic agents to injured areas of the artery wall where they influence wall remodelling and endothelial and neointimal cell number, reducing neointimal formation without systemic complications. Local delivery of anti-restenotic agents should minimise systemic effects, bleeding complications and potentially the cost of treatment due to a single, lower dose. (C) 2004 Elsevier Ireland Ltd. All rights reserved.

Using different structure types of microemulsions for the preparation of poly(alkylcyanoacrylate) nanoparticles by interfacial polymerization

A phase diagram of the pseudoternary system ethyloleate, polyoxyethylene 20 sorbitan mono-oleate/sorbitan monolaurate and water with butanol as a cosurfactant was prepared. Areas containing optically isotropic, low viscosity one-phase systems were identified and systems therein designated as w/o droplet-, bicontinuous- or solution-type microemulsions using conductivity, viscosity, cryo-field emission scanning electron microscopy and self-diffusion NMR. Nanoparticles were prepared by interfacial polymerization of selected w/o droplet, bicontinuous- or solution-type microemulsions with ethyl-2-cyanoacrylate. Morphology of the particles and entrapment of the water-soluble model protein ovalbumin were investigated. Addition of monomer to the different types of microemulsions (w/o droplet, bicontinuous, solution) led to the formation of nanoparticles, which were similar in size (similar to 250 nm), polydispersity index (similar to 0.13), zeta-potential (similar to-17 mV) and morphology. The entrapment of the protein within these particles was up to 95%, depending on the amount of monomer used for polymerization and the type of microemulsion used as a polymerization template. The formation of particles with similar characteristics from templates having different microstructure is surprising, particularly considering that polymerization is expected to occur at the water-oil interface by base-catalysed polymerization. Dynamics within the template (stirring, viscosity) or indeed interfacial phenomena relating to the solid-liquid interface appear to be more important for the determination of nanoparticle morphology and characteristics than the microstructure of the template system. (c) 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.

Periodic mesoporous organosilica hollow spheres with tunable wall thickness

Periodic mesoporous organosilica (PMO) hollow spheres with tunable wall thickness have been successfully synthesized by a new vesicle and a liquid crystal “dual templating” mechanism, which may be applicable for drug and DNA delivery systems, biomolecular encapsulation, as well as nanoreactors for conducting biological reactions at the molecular levels.