Utilização de açúcares em nanopartículas para a veiculação de fármacos

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

DISPERSÕES AQUOSAS DE POLIURETANO COMO MATERIAL BASE PARA O DESENVOLVIMENTO DE SISTEMAS DE LIBERTAÇÃO CONTROLADA DE CETOPROFENO

O cetoprofeno (ácido 2-(3-benzoilfenil) propiónico) é um anti-inflamatório não esteroidal (AINE) utilizado no tratamento de uma grande variedade de doenças inflamatórias agudas e crónicas incluindo a artrite reumatoide, osteoartrite e espondilite anquilosante. A sua administração oral prolongada está associada a diversas reações gastrointestinais, tais como irritações e ulcerações. Neste contexto, é importante desenvolver sistemas alternati-vos, nomeadamente sistemas de libertação controlada para administração oral, transdér-mica ou intradérmica. Este trabalho tem como objetivo testar a possibilidade de utilização de dispersões aquosas de poliuretano (PUDs) como material de suporte para a produção de sistemas de liberta-ção controlada de cetoprofeno. Numa primeira etapa, foram sintetizadas PUDs de base poliéster (policaprolactona, PCL) e poliéter (polipropileno-glicol, PPG) utilizando o méto-do de pré-polímero modificado. As dispersões obtidas foram caracterizadas em termos de pH, viscosidade, teor de sólidos e tamanho de partícula. Numa segunda etapa, foi testada a incorporação do cetoprofeno nas PDUs produzidas utilizando duas estratégias para incre-mentar a sua solubilidade em água: (i) utilização de um co-solvente (acetona, DMSO e HYD) e (ii) utilização de um surfactante não iónico (Tween 80). A incorporação foi testada para teores de 5% e 10% (razão fármaco/polímero, m/m). Os filmes produzidos pelo méto-do da evaporação do solvente foram avaliados quanto à sua homogeneidade e caracteriza-dos por FTIR e DSC. Numa terceira fase realizaram-se estudos de libertação em tampão de fosfato salino (PBS) de pH 7.5 tendo como objetivo avaliar a viabilidade de desenvolvimen-to de diferentes tipologias de dispositivos dependendo de um compromisso entre as pro-priedades dos filmes e o comportamento de libertação. Os resultados obtidos podem ajudar na seleção do material de base mais adequado para um determinado fim. Adicionalmente, e mais importante, comprovou-se a viabilidade de utilizar PUDs como material base para o desenvolvimento de sistemas de libertação con-trolada, utilizando como exemplo o cetoprofeno. A avaliação da toxicidade e da atividade anti-inflamatória dos filmes produzidos foi considerada estando em curso neste momento no grupo do Professor Armando Cunha Júnior.

Hybrid materials for biomedical applications

The increased longevity of humans and the demand for a better quality of life have led to a continuous search for new implant materials. Scientific development coupled with a growing multidisciplinarity between materials science and life sciences has given rise to new approaches such as regenerative medicine and tissue engineering. The search for a material with mechanical properties close to those of human bone produced a new family of hybrid materials that take advantage of the synergy between inorganic silica (SiO4) domains, based on sol-gel bioactive glass compositions, and organic polydimethylsiloxane, PDMS ((CH3)2.SiO2)n, domains. Several studies have shown that hybrid materials based on the system PDMS-SiO2 constitute a promising group of biomaterials with several potential applications from bone tissue regeneration to brain tissue recovery, passing by bioactive coatings and drug delivery systems. The objective of the present work was to prepare hybrid materials for biomedical applications based on the PDMS-SiO2 system and to achieve a better understanding of the relationship among the sol-gel processing conditions, the chemical structures, the microstructure and the macroscopic properties. For that, different characterization techniques were used: Fourier transform infrared spectrometry, liquid and solid state nuclear magnetic resonance techniques, X-ray diffraction, small-angle X-ray scattering, smallangle neutron scattering, surface area analysis by Brunauer–Emmett–Teller method, scanning electron microscopy and transmission electron microscopy. Surface roughness and wettability were analyzed by 3D optical profilometry and by contact angle measurements respectively. Bioactivity was evaluated in vitro by immersion of the materials in Kokubos’s simulated body fluid and posterior surface analysis by different techniques as well as supernatant liquid analysis by inductively coupled plasma spectroscopy. Biocompatibility was assessed using MG63 osteoblastic cells. PDMS-SiO2-CaO materials were first prepared using nitrate as a calcium source. To avoid the presence of nitrate residues in the final product due to its potential toxicity, a heat-treatment step (above 400 °C) is required. In order to enhance the thermal stability of the materials subjected to high temperatures titanium was added to the hybrid system, and a material containing calcium, with no traces of nitrate and the preservation of a significant amount of methyl groups was successfully obtained. The difficulty in eliminating all nitrates from bulk PDMS-SiO2-CaO samples obtained by sol-gel synthesis and subsequent heat-treatment created a new goal which was the search for alternative sources of calcium. New calcium sources were evaluated in order to substitute the nitrate and calcium acetate was chosen due to its good solubility in water. Preparation solgel protocols were tested and homogeneous monolithic samples were obtained. Besides their ability to improve the bioactivity, titanium and zirconium influence the structural and microstructural features of the SiO2-TiO2 and SiO2-ZrO2 binary systems, and also of the PDMS-TiO2 and PDMS-ZrO2 systems. Detailed studies with different sol-gel conditions allowed the understanding of the roles of titanium and zirconium as additives in the PDMS-SiO2 system. It was concluded that titanium and zirconium influence the kinetics of the sol-gel process due to their different alkoxide reactivity leading to hybrid xerogels with dissimilar characteristics and morphologies. Titanium isopropoxide, less reactive than zirconium propoxide, was chosen as source of titanium, used as an additive to the system PDMS-SiO2-CaO. Two different sol-gel preparation routes were followed, using the same base composition and calcium acetate as calcium source. Different microstructures with high hydrophobicit were obtained and both proved to be biocompatible after tested with MG63 osteoblastic cells. Finally, the role of strontium (typically known in bioglasses to promote bone formation and reduce bone resorption) was studied in the PDMS-SiO2-CaOTiO2 hybrid system. A biocompatible material, tested with MG63 osteoblastic cells, was obtained with the ability to release strontium within the values reported as suitable for bone tissue regeneration.

Diseño, preparación y caracterización de hidrogeles de agarosa para liberación controlada de fármacos

En esta tesis doctoral se han abordado nuevas estrategias para la elaboración de sistemas farmacéuticos para la liberación de fármacos basados en hidrogeles de origen natural. La sustancia elegida para la fabricación de estos sistemas fue la agarosa para la que cada día se encuentran nuevas aplicaciones dentro de campos relacionados con la biomedicina, la biotecnología y la liberación controlada de fármacos. La agarosa presenta la gran ventaja, entre otras, de, gracias a su capacidad de gelificar en función de la temperatura, conformar diferentes tipos de materiales en piezas con notables prestaciones mecánicas que permiten su manipulación. En una primera aproximación se procedió a probar la capacidad de los sistemas de agarosa de permitir la inclusión de tres tipos de surfactantes: pluronic® F68, tween® 80 y lauril sulfato de sodio, con objetivo de facilitar la liberación de los fármacos incluidos. Los tensoactivos incluidos no afectaron las propiedades de los sistemas obtenidos. Se pudo comprobar cómo, incluso a los mayores porcentajes de surfactante, se obtienen sistemas manejables que, en el caso del fármaco modelo hidrosoluble, teofilina, respondían al comportamiento esperado, una más rápida liberación del fármaco con pequeñas variaciones en función de la naturaleza y porcentaje del surfactante añadido. Sin embargo, en el caso del fármaco modelo de baja solubilidad en agua, la tolbutamida, el comportamiento es radicalmente diferente ya que la liberación es más sostenida independientemente del tipo de surfactante. Con el fin de aclarar este inesperado comportamiento se procedió a caracterizar estos sistemas desde el punto de vista microestructural, considerando las interacciones establecidas entre las micelas cargadas de fármaco y la agarosa y las modificaciones en la porosidad de los hidrogeles liofilizados...

Desenvolvimento de matrizes poliméricas reticuladas biocompatíveis

O trabalho desenvolvido teve como objectivo principal a preparação de matrizes porosas de quitosano reticuladas com materiais biodegradáveis e biocompatíveis para uso em aplicações biomédicas. As matrizes foram caracterizadas a nível estrutural (análise por IV e RMN), a nível físico (análise por SEM, ensaios de biodegrabilidade e inchamento) e também a nível funcional (análise da capacidade de libertação controlada de um fármaco). Os agentes reticulantes das matrizes foram cuidadosamente seleccionados usando como critério principal a ausência de toxidade (biocompatibilidade). Foram seleccionados para este estudo diferentes copolímeros de poli(2-etil-2-oxazolina) e glicidil metacrilato, o ácido bórico, o ácido malónico e o líquido iónico 1-(2-hidroxietil)-3-metil-imidazol tetrafluoroborato. Os agentes reticulantes poliméricos foram sintetizados usando uma tecnologia limpa (polimerização viva em dióxido de carbono supercrítico através de uma mecanismo de abertura de anel por via catiónica). A análise do perfil de biodegrabilidade das matrizes de quitosano reticuladas revelou que se degradam facilmente em meio ligeiramente ácido (pH5.0) o que levou à sua exclusão para estudos de expansão celular. As matrizes estudadas revelaram um elevado grau de inchamento cujo potencial para libertação controlada de fármacos foi explorado para a libertação de dexametasona, um glicocorticóide sintético adequado a administração por via transdérmica. As matrizes de quitosano reticuladas e impregnadas com dexametasona apresentam um perfil de libertação controlada e contínua ao longo de vinte e sete horas.

The role of monocarboxylate transporters in 3-bromopyruvate effect in cancer cells

Tese de Doutoramento em Biologia Molecular e Ambiental (área de especialização em Biologia Molecular e Saúde).

Preparação e caracterização de filmes a base de xiloglucana extraída de sementes de Hymenaea Courbaril (Jatobá)

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Nanopartículas hibrídas para sistemas de drug delivery inteligentes

A nanotecnologia é uma ciência multidisciplinar que consiste na otimização das propriedades da matéria permitindo assim o desenvolvimento de sistemas com um tamanho manométrico. A aplicação da nanotecnologia na medicina surge como um campo de pesquisa que esta a gerar um grande interesse, principalmente em sistemas de libertação controlada de fármacos. A nanotecnologia, e a sua aplicação na área da nanomedicina, em particular em drug delivery systems, tem sido alvo de um desenvolvimento acentuado. A administração de fármacos ocorre sobretudo por via oral ou por injeção direta no organismo. O percurso destes fármacos desde do local de entrada no organismo até ao tecido-alvo obriga que estes entrem em contato com os outros tecidos podendo interagir com eles. Deste modo, esta interação química pode produzir efeitos indesejáveis no organismo e reduzir a capacidade de ação do fármaco. Tem-se verificado, nas últimas décadas, um grande desenvolvimento de sistemas que contornam estes problemas, tais como a quantidade e o período de administração do fármaco bem como o seu local de libertação e atuação específicos. Este estudo surge com esta necessidade de se desenvolver sistemas de libertação controlada de fármacos. O objetivo destes sistemas inteligentes é controlar a libertação de fármacos por um dado período de tempo, a dose, a diminuição da toxidade, o aumento da permanência em circulação e o aumento da eficácia terapêutica através da libertação progressiva e controlada do fármaco por administrações menos frequentes. Além de todas estas vantagens, a administração destes sistemas possibilita a libertação dos fármacos em locais específicos, tais como em tumores e, assim, minimizar os efeitos colaterais indesejados dos fármacos em outros tecidos. O presente trabalho visa o desenvolvimento de novos biomateriais utilizando nanopartículas mesoporosas de sílica (MSN) e nanopartículas (NPs) metálicas de ouro para a aplicação a sistemas de libertação controlada de fármacos. Para isto, estudou-se a libertação de doxorrubicina (DOX) encapsulada em NPs e nanocápsulas mesoporosas de sílica tanto em solução como em superfícies como em vidro. Os resultados obtidos mostraram que as NPs apresentam uma grande capacidade de encapsulação com 36 ng DOX/mg partícula. O tempo de libertação em superfície (vidro) foi estimado em 50 horas enquanto que em solução obteve-se um período inferior a 10 horas. Em relação as NPs de ouro pode-se observar como estas promovem a libertação do fármaco ao serem irradiadas mediante um laser. Deste modo, estas NPs podem ser úteis para sistemas de libertação controlada de fármacos e para várias aplicações na nanomedicina.

Libertação fotocontrolada de moléculas bioativas a partir de conjugados de cumarinas

Dissertação de mestrado em Química Medicinal

Development of a poly(L-Lactic acid) based drug release system

Dissertação de mestrado em Biofísica e Bionanossistemas

Lipid based nanocarriers for the delivery of the bioactive compound resveratrol

Dissertação de mestrado em Biofísica e Bionanossistemas

Sistemas de liberação controlada de quitosana contendo antigeno capsular Vi de Salmonella Typhi

A utilização do antígeno Vi em vacinas é bastante promissor devido a este proporcionar um alto nível de imunidade em vacinas parenterais. A necessidade pela busca por alternativas para administração de vacinas levou à aplicação da tecnologia da liberação controlada de fármacos no campo da imunização. Nestes sistemas de liberação controlada, as doses administradas são diminuídas, porém o período de imunidade aumenta, já que prolonga a quantidade liberada do antígeno ao longo do tempo. O presente estudo propôs desenvolver e caracterizar um sistema de liberação controlada contendo antígeno Vi, utilizando como polímero veiculador a quitosana. As técnicas de RMN H^-1 e espectroscopia de infravermelho mostraram que o método de extração do antígeno Vi empregado foi satisfatório qualitativamente. A caracterização da quitosana e das nanopartículas através de ensaios de análise térmica mostrou maior estabilidade das partículas em relação à quitosana, além do aumento da temperatura de degradação nas nanopartículas à medida que aumenta a concentração da quitosana. Em relação ao potencial zeta todas as nanopartículas tiveram cargas positivas em pH 7,2, enquanto que, no tamanho, as partículas foram menores à medida que aumentou a quantidade de quitosana no sistema. Na microscopia eletrônica de transmissão, as partículas mostraram-se morfologicamente homogêneas e com formato esférico. Na cinética de adsorção o antígeno, contido em solução, sofreu uma adsorção de 55% nas partículas de quitosana. Com isso, observou-se que é possível criar um sistema de liberação controlada envolvendo nanopartículas de quitosana e antígeno Vi de Salmonella enterica sorotipo Typhi.

Desenvolvimento de um novo sistema dinâmico para avaliação da liberação de fármacos

Pós-graduação em Biociências - FCLAS

TESE = Arranjos institucionais e o sistema de inovação em nanomedicina no Brasil

Tese apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Administração da Universidade Municipal de São Caetano do Sul como requisito para obtenção do título de Doutor (a) em Administração.

Estudo experimental e modelação matemática do processo de produção de hidrogéis de poli(ácido acrílico)

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Química e Bioquímica