Nanopartíulas de magnetita com oxacilina obtida por moagem de alta energia para aplicações biomédicas

The drug targeting has been the subject of extensive studies in order to develop site-specific treatments that minimize side effects and become more effective anticancer therapy. Despite considerable interest in this class, drugs like antibiotics also have limitations, and have been neglected. Using new pharmaceutical technologies, the use of magnetic vectors appear as promising candidate for drug delivery systems in several studies. Small magnetic particles bound to the drug of interest can be modulated according to the orientation of a magnet outside the body, locating and holding in a specific site. In this work, we propose the use of High Energy Milling (HEM) for synthesis of a magnetic vector with characteristics suitable for biomedical applications by intravenous administration, and for the formation of an oxacillin-carrier complex to obtain a system for treating infections caused by Staphylococcus aureus. The results of the variation of milling time showed that the size and structural properties of the formed material change with increasing milling time, and in 60 hours we found the sample closest to the ideal conditions of the material. The vector-drug system was studied in terms of structural stability and antimicrobial activity after the milling process, which revealed the integrity of the oxacillin molecule and its bactericidal action on cultures of Staphylococcus aureus ATCC

Pharmaceutical emulsions: a new approach for gene therapy

The concept of gene therapy involves the experimental transfer of a therapeutic gene into an individual's cells and tissues to replace an abnormal gene aiming to treat a disease, or to use the gene to treat a disease just like a medicine, improving the clinical status of a patient. The achievement of a foreigner nucleic acid into a population of cells requires its transfer to the target. Therefore, it is essential to create carriers (vectors) that transfer and protect the nucleic acid until it reaches the target. The obvious disadvantages of the use of viral vectors have directed the research for the development of a nonviral organized system such as emulsions. In fact, recently, there has been an increase of interest in its use in biotechnology as a nonviral vector for gene therapy. This review focuses on the progress of cationic emulsions and the improvement of the formulations, as a potential delivery system for gene therapy.

Desenvolvimento de sistema magnético polimérico contendo antimicrobianos para tratamento de infecções por Helicobacter pylori

Helicobacter pylori is the main cause of gastritis, gastroduodenal ulcer disease and gastric cancer. The most recommended treatment for eradication of this bacteria often leads to side effects and patient poor compliance, which induce treatment failure. Magnetic drug targeting is a very efficient method that overcomes these drawbacks through association of the drug with a magnetic compound. Such approach may allow such systems to be placed slowed down to a specific target area by an external magnetic field. This work reports a study of the synthesis and characterization of polymeric magnetic particles loaded with the currently used antimicrobial agents for the treatment of Helicobacter pylori infections, aiming the production of magnetic drug delivery system by oral route. Optical microscopy, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, x-ray powder diffraction, nitrogen adsorption/desorption isotherms and vibrating sample magnetometry revealed that the magnetite particles, produced by the co-precipitation method, consisted of a large number of aggregated nanometer-size crystallites (about 6 nm), creating superparamagnetic micrometer with high magnetic susceptibility particles with an average diameter of 6.8 ± 0.2 μm. Also, the polymeric magnetic particles produced by spray drying had a core-shell structure based on magnetite microparticles, amoxicillin and clarithromycin and coated with Eudragit® S100. The system presented an average diameter of 14.2 ± 0.2 μm. The amount of magnetite present in the system may be tailored by suitably controlling the suspension used to feed the spray dryer. In the present work it was 2.9% (w/w). The magnetic system produced may prove to be very promising for eradication of Helicobacter pylori infections

Multifunctional antitumor magnetite/chitosan-l-glutamic acid (core/shell) nanocomposites

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Lipossomas: Estrategia biotecnologica para liberacao controlada e direcionamento intracelular de farmacos com efeito antimicobacteriano

This text highlights the state of research related with the application of liposomes in the control of drug delivery and drug target to intracellular bacterial diseases, such as the tuberculosis. Liposome have several pharmaceutical applications and this article is primarily focused on the potential of this agregate on drug encapsalation especially antimycobacterial compounds. Case studies in which liposomes have successfully been used to improve pharmacological drug effect are presented. Mechanisms involved in intracellular drug delivery, possibilities of application, research and development efforts to address these objectives are discussed.

Sistemas para liberação colônica: Uma alternativa para a veiculação de fármacos para efeito local ou sistêmico

Problems related to the systemic administration of drugs, such as biodistribution, difficulty of targeting, necessity of high doses to achieve adequate levels of the drug in specific sites, toxicity, and undesirable side effects have lead to the development of systems able to direct the drug to specific sites in the body. Among the possible organs to the targeting of drugs, the colon can be used for local and systemic therapies. By developing such systems some models have been tested, using pH dependent release, release controlled by enzymatic degradation, time controlled release systems and pressure controlled release systems. This review presents an overview of the colonic release of drugs and the strategies used to achieve such targeting.

Estudos sobre liberação controlada e vetorização de drogas através de lipossomas

The text highlights the state of research related with the application of liposomes in the control of drug delivery and drug target to infectious diseases. Liposomes have several pharmaceutical applications and this manuscript is primarily focused on the potential of this colloidal system as an antibiotic carrier system and of administration through several accesses via to organism. Numerous case studies in which liposomes have successfully been used to improve pharmacological drug effect are presented. Mechanisms involved in drug delivery, application possibilities, research and development and efforts to reach these objectives are discussed. © Copyright Moreira Jr. Editora. Todos os direitos reservados.

Advances in prodrug design

The background of prodrug design is presented herein as the basis for introducing new and advanced latent systems, taking into account mainly the versatility of polymers and other macromolecules as carriers. PDEPT (Polymer-Directed Enzyme Prodrug Therapy); PELT (Polymer-Enzyme Liposome Therapy); CDS (Chemical Delivery System); ADEPT(Antibody-Directed Enzyme Prodrug Therapy); GDEPT/VDEPT (Gene-Directed Enzyme Prodrug Therapy/Virus-Directed Enzyme Prodrug Therapy); ODDS (Osteotropic Drug Delivery System) and LEAPT (Lectin-directed enzyme-activated prodrug therapy) are briefly described and some examples are given. © 2005 Bentham Science Publishers Ltd.

The inhibition of 5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase as a model for development of novel antimicrobials

EPSP synthase (EPSPS) is an essential enzyme in the shikimate pathway, transferring the enolpyruvyl group of phosphoenolpyruvate to shikimate-3-phosphate to form 5-enolpyruvyl-3-shikimate phosphate and inorganic phosphate. This enzyme is composed of two domains, which are formed by three copies of βαβαββ-folding units; in between there are two crossover chain segments hinging the nearly topologically symmetrical domains together and allowing conformational changes necessary for substrate conversion. The reaction is ordered with shikimate-3-phosphate binding first, followed by phosphoenolpyruvate, and then by the subsequent release of phosphate and EPSP. N-[phosphomethyl]glycine (glyphosate) is the commercial inhibitor of this enzyme. Apparently, the binding of shikimate-3-phosphate is necessary for glyphosate binding, since it induces the closure of the two domains to form the active site in the interdomain cleft. However, it is somehow controversial whether binding of shikimate-3-phosphate alone is enough to induce the complete conversion to the closed state. The phosphoenolpyruvate binding site seems to be located mainly on the C-terminal domain, while the binding site of shikimate-3-phosphate is located primarily in the N-terminal domain residues. However, recent results demonstrate that the active site of the enzyme undergoes structural changes upon inhibitor binding on a scale that cannot be predicted by conventional computational methods. Studies of molecular docking based on the interaction of known EPSPS structures with (R)- phosphonate TI analogue reveal that more experimental data on the structure and dynamics of various EPSPS-ligand complexes are needed to more effectively apply structure-based drug design of this enzyme in the future. © 2007 Bentham Science Publishers Ltd.

Antibacterial activity of alkyl gallates against Xanthomonas citri subsp. citri

The plant-pathogenic bacterium Xanthomonas citri subsp. citri is the causal agent of Asiatic citrus canker, a seriousdisease that affects all the cultivars of citrus in subtropical citrus-producing areas worldwide. There is no curative treatment for citrus canker; thus, the eradication of infected plants constitutes the only effective control of the spread ofX. citri subsp. citri. Since the eradication program in the state of São Paulo, Brazil, is under threat, there is a clear risk of X. citri subsp. citri becoming endemic in the main orange-producing area in the world. Here we evaluated the potential use of alkyl gallates to prevent X. citri subsp. citri growth. These esters displayed a potent anti-X. citri subsp. citri activity similar to that of kanamycin (positive control), as evaluated by the resazurin microtiter assay (REMA). Thetreatment of X. citri subsp. citri cells with these compounds induced altered cell morphology, and investigations of the possible intracellular targets using X. citri subsp. citri strains labeled for the septum and centromere pointed to a commontarget involved in chromosome segregation and cell division. Finally, the artificial inoculation of citrus with X. citri subsp. citri cells pretreated with alkyl gallates showed that the bacterium loses the ability to colonize its host, which indicates the potential of these esters to protect citrus plants against X. citri subsp. citri infection. © 2013, American Society for Microbiology.

Plataformas bio(muco) adesivas poliméricas baseadas em nanotecnologia para liberação controlada de fármacos - propriedades, metodologias e aplicações

Studies using bio(muco)adhesive drug delivery systems have recently gained great interest, which can promote drug targeting and more specific contact of the drug delivery system with the various absorptive membranes of the body. This technological platform associated with nanotechnology offers potential for controlling drug delivery; therefore, they are excellent strategies to increase the bioavailability of drugs. The objective of this work was to study nanotechnology-based polymeric bio(muco)adhesive platforms for controlling drug delivery, highlighting their properties, how the bio(muco)adhesion can be measured and their potential applications for different routes of administration.

Nanopartículas lipídicas como sistemas carreadores para ivermectina e metopreno visando aplicações em veterinária

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Structural effect of cationic amphiphiles in diacetylenic photopolymerizable membranes

Liposomes have been an excellent option as drug delivery systems, since they are able of incorporating lipophobic and/or lipophilic drugs, reduce drug side effects, increase drug targeting, and control delivery. Also, in the last years, their use reached the field of gene therapy, as non-viral vectors for DNA delivery. As a strategy to increase system stability, the use of polymerizable phospholipids has been proposed in liposomal formulations. In this work, through differential scanning calorimetry (DSC) and electron spin resonance (ESR) of spin labels incorporated into the bilayers, we structurally characterize liposomes formed by a mixture of the polymerizable lipid diacetylenic phosphatidylcholine 1,2-bis(10,12-tricosadiynoyl)-sn-glycero-3-phosphocholine (DC8,9PC) and the zwitterionic lipid 1,2-dimyristoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DMPC), in a 1:1 molar ratio. It is shown here that the polymerization efficiency of the mixture (c.a. 60%) is much higher than that of pure DC8,9PC bilayers (c.a. 20%). Cationic amphiphiles (CA) were added, in a final molar ratio of 1:1:0.2 (DC8,9PC:DMPC:CA), to make the liposomes possible carriers for genetic material, due to their electrostatic interaction with negatively charged DNA. Three amphiphiles were tested, 1,2-dioleoyl-3-trimetylammonium-propane (DOTAP), stearylamine (SA) and trimetyl (2-miristoyloxietyl) ammonium chloride (MCL), and the systems were studied before and after UV irradiation. Interestingly, the presence of the cationic amphiphiles increased liposomes polymerization. MCL displaying the strongest effect. Considering the different structural effects the three cationic amphiphiles cause in DC8,9PC bilayers, there seem to be a correlation between the degree of DC8,9PC polymerization and the packing of the membrane at the temperature it is irradiated (gel phase). Moreover, at higher temperatures, in the bilayer fluid phase, more polymerized membranes are significantly more rigid. Considering that the structure and stability of liposomes at different temperatures can be crucial for DNA binding and delivery, we expect the study presented here contributes to the production of new carrier systems with potential applications in gene therapy. (C) 2012 Elsevier Ireland Ltd. All rights reserved.

Nanopartikel und Nanokapseln als potentielle Wirkstofftransportsysteme : zelluläre Aufnahme in Leukozyten in peripherem Vollblut und in Zellkultur

Nanopartikuläre Wirkstofftransportsysteme besitzen ein großes Potential für therapeutische Anwendungen. In der vorliegenden Arbeit wurden verschiedene grundlegende Aspekte, die für das erweiterte biologische Verständnis und die Entwicklung weiterer zielgerichteter Strategien zur Pharmakotherapie mit Nanopartikeln und –kapseln notwendig sind, näher untersucht. Experimente zur zellulären Aufnahmefähigkeit (in vitro und ex vivo) wurden mit verschiedenen Nanopartikeln und –kapseln aus diversen Monomeren und biokompatiblen Makromolekülen in immortalisierten Zellkulturlinien, humanen mesenchymalen Stammzellen und Leukozyten durchgeführt und durchflusszytometrisch sowie mittels konfokaler Laser-Raster-Mikroskopie analysiert. Die Einflüsse der Oberflächenfunktionalisierungen der nanopartikulären Systeme, deren toxikologische Effekte sowie der Einfluss von adsorbiertem bovinem Serumalbumin auf funktionalisierten Polystyrol-Nanopartikeln wurden in Bezug auf die zelluläre Aufnahme untersucht.Um die multiplen Wechselwirkungen der Nanopartikel mit Bestandteilen des humanen peripheren Vollblutes zu untersuchen, wurde erfolgreich ein durchflusszytometrisches Analyseverfahren in antikoaguliertem peripherem Vollblut (ex vivo) entwickelt. Es konnte nachgewiesen werden, dass der Einfluss von Calcium-komplexierenden Antikoagulanzien zu einer Verringerung und nicht Li-Heparin zu einer Verstärkung der zellulären Aufnahme von funktionalisierten Polystyrol-Nanopartikeln in diversen Leukozyten führt.Für Folsäure-gekoppelte Hydroxyethylstärke-Nanokapseln (Synthese Frau Dr. Grit Baier) konnte ein größenabhängiger selektiver, Folatrezeptor α vermittelter, zellulärer Aufnahmeweg in HeLa-Zellen nachgewiesen werden.Hydrolysierbare, nicht zytotoxische Polyester-Nanopartikel aus Poly(5,6-Benzo-2-methylen-1,3-dioxepan) (Synthese Herr Dr. Jörg Max Siebert) mit eingebettetem Paclitaxel zeigten in HeLa-Zellen eine vergleichbare pharmakologische Wirkung wie kommerziell erhältliche Paclitaxel-Formulierungen.Die in dieser Arbeit eingesetzten Nanopartikel und Nanokapseln besitzen ein vielfältiges Potential als Wirkstofftransportsysteme. Es zeigte sich, dass Unterschiede bei der Größe, der Größenverteilung, des Polymers sowie der Oberflächenfunktionalisierung der Nanopartikel bedeutende Unterschiede der Zellaufnahme in diversen Zellkulturlinien (in vitro) und Leukozyten in peripherem Vollblut (ex vivo) zur Folge haben.

Einfluss verschiedener nanopartikulärer Systeme auf die zelluläre Aufnahme und Zytotoxizität

Die vorliegende Dissertation untersucht Nanopartikel und Nanokapseln aus verschiedenen Materialien mit verschiedenen Modifikationen für einen zielgerichteten Medikamententransport (Drug Targeting). Obwohl bisher zahlreiche Nanopartikel und -kapseln synthetisiert wurden, besteht nach wie vor hinsichtlich der zellulären Verträglichkeit, Biokompatibilität und Aufnahme kein allumfassendes Verständnis. Mit Hilfe der in dieser Arbeit vorgestellten Untersuchungen und Ergebnissen soll ein Beitrag zur Schließung dieser Lücke geleistet werden.rnIm Rahmen der vorliegenden Dissertation wurde der Einfluss der Herstellungsmaterialien PS, PLLA, PMMA, Biomakromoleküle (BSA, DNA), ggf. stabilisiert durch HPMA-LMA-Copolymere und neu-synthetisierte Surfmere, der Formmodifikationen Streckung und Kristallisierung, der Oberflächenmodifikationen mittels verschiedener Tenside und PEG auf die zelluläre Aufnahme und Verträglichkeit hin untersucht.rnZusammenfassend lässt sich die Aussage treffen, dass zahlreiche Materialien zur Herstellung von Trägersystemen geeignet sind und sich als biokompatibel und nicht-zytotoxisch erwiesen haben, sich jedoch stark hinsichtlich der Aufnahmeeffizienz in verschiedene Zelllinien unterscheiden. rnIm ersten Abschnitt (Kapitel 5.1) wurden in der ersten und zweiten Untersuchung auf allgemeine Parameter, die die Aufnahme von Nanopartikeln beeinflussen, eingegangen. Hier wurde der Einfluss des Alters von PLLA-Partikeln auf die zelluläre Aufnahme und Toxizität untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass mit zunehmender Materialalterung die zelluläre Aufnahme abnimmt. Eine Zytotoxizität konnte nicht gezeigt werden.rnWeiterhin wurde der Einfluss des FCS-Gehalts des Zell-Mediums auf die zelluläre Aufnahme von PMMA-Partikeln untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass mit einer steigenden FCS-Konzentration eine Abnahme der zellulären Aufnahme von PMMA-Partikeln einhergeht. Die höchste zelluläre Aufnahme konnte bei einem FCS-Gehalt des Zellmediums von 0,05% verzeichnet werden. rnIm zweiten Abschnitt (Kapitel 5.2) wurde die Stabilisierung von Nanopartikeln mittels neusynthetisierter Tenside und deren Einfluss auf die Zelle-Nanopartikel-Interaktionen untersucht. Dazu wurde zum einen die Oberflächenfunktionalisierung von Nanopartikeln mit Hilfe neu-synthetisierter „Surfmere“ und deren Einfluss auf die zelluläre Aufnahme und Toxizität untersucht. Die hergestellten Surfmere bewirken gleichzeitig eine Stabilisierung und Funktionalisierung der Nanopartikeloberfläche mit Phosphonatgruppen. Hier wurden kovalente „Surfmer“ stabilisierte Nanopartikel mit Tensid- (SDP) stabilisierten Nanopartikeln verglichen. Zudem wurden dialysierte Nanopartikel mit nicht-dialysierten verglichen. Bezüglich der zellulären Aufnahme konnte für die mittels Dialyse gereinigten Nanopartikel eine gute Aufnahme ohne Unterschiede zwischen den kovalent und nicht-kovalent Phosphonat-funktionalisierten Partikeln beobachtet werden. Die ungereinigten, SDP-stabilisierte, nicht-kovalent gebundene Nanopartikel zeigten hingegen eine bis zu 30% stärkere Aufnahme in die HeLa-Zellen und hMSCs.rnWeiterhin der Einsatz von mit HPMA-LMA-Copolymeren stabilisierte Polystyrol- und PLLA-Partikel, die den Einsatz von Tensiden während des Miniemulsionsprozesses überflüssig machen, untersucht. Auch hier konnte keine Zytotoxizität nachgewiesen werden. Die Aufnahme in HeLa-Zellen scheint mehr von der Größe der Nanopartikel als vom verwendeten Material und in hMSCs mehr von den Oberflächeneigenschaften der Nanopartikel abzuhängen.rnIm dritten Abschnitt (Kapitel 5.3) wird auf die Möglichkeit der Formmodifikation von Polystyrol-Partikeln und deren Einfluss auf die Nanopartikel-Zelle-Interaktionen eingegangen. Es geht dabei um die Aufnahme und Zytotoxizität von verstreckten (elongierten) Polystyrol-Partikeln im Vergleich zu sphärischen Nanopartikeln, sowie die Aufnahme und Zytotoxizität von kristallinen Polystyrol-Partikeln in verschiedene Zelllinien. Bei den verstreckten Partikeln nimmt die Aufnahme-Effizienz in HeLa-Zellen und hMSCs mit zunehmender Verstreckung ab. Eine Zytotoxizität konnte für keinen der erwähnten Nanopartikel nachgewiesen werden. Bei den Polystyrol-Partikeln unterschiedlicher Taktizität zeigen die kristallierten Polystyrol-Partikel eine geringfügig besser Aufnahme-Rate als die nicht-kristallierten Polystyrol-Partikel. Dabei zeigen die nach dem Herstellungsprozess mittels der Lösemittelverdampfungstechnik der wässrigen Phase entnommenen Partikel eine bessere Aufnahme als die nach der Verdampfung des Chloroforms verfügbaren Partikel. Insgesamt konnte jedoch für alle Polystyrol-Partikel trotz der unterschiedlichen Taktizitäten nach der Aufnahme in HeLa-Zellen und hMSCs mittels Durchflusszytometrie hohe Fluoreszenz-Intensitäten verzeichnet werden. Setzt man hohe Fluoreszenz-Intensitäten bei in Zellen aufgenommenen Partikeln mit guten Aufnahmeraten gleich, sind die hier dargestellten Aufnahmeraten als sehr gut zu bezeichnen. rnAuf Nanosysteme mit einer reduzierten zellulären Aufnahme wird im letzten Abschnitt (Kapitel 5.4) eingegangen. Dabei wird zum einen die unterschiedliche Oberflächenmodifikation von Polystyrol-Partikeln mit dem Co-Monomer PEG-MA und den Tensiden SDS und Lutensol AT50 untersucht. Von PEG-MA wurden zudem verschiedene Molekulargewichte (Mn=300 g•mol-1 und Mn=2080 g•mol-1) und verschiedene Konzentrationen (1,5%, 5%, 10%) eingesetzt. Ein Teil der Partikel wurde mit SDS und der andere Teil mit Lutensol AT50 hergestellt. In einem weiteren Schritt wurde das jeweilig gegenteilige Tensid (statt SDS Lutensol AT50 und umgekehrt) eingesetzt, um zu überprüfen, ob sich der zuvor beobachtete Effekt umkehren lässt. Anschließend wurde ein erst mit SDS stabilisierter Nanopartikel (BR01) mit verschiedenen Lutensol AT50-Anteilen (5%, 10%, 25%, 50%, 100%) redispergiert. Die effizienteste Aufnahme zeigte der unmodifizierte, mit SDS stabilisierte Nanopartikel BR01, die niedrigste der ebenfalls unmodifizierte, mit Lutensol AT50 stabilisierte Nanopartikel BR02. Eine steigende Konzentration des PEG-MA Mn=300 g•mol-1 hemmt die Aufnahme von mit SDS stabilisierten Partikeln konstant. Für PEG-MA Mn=2080 g•mol-1 konnte hingegen kein Einfluss nachgewiesen werden. Für die mit Lutensol AT50 stabilisierten Partikel konnte kein Einfluss von PEG-MA nachgewiesen werden. Daraus resultiert, dass der Einsatz von physikalisch adsorbiertem Lutensol AT50 die zelluläre Aufnahme effektiver hemmt als der Einsatz von kovalent gebundenem PEG-MA unterschiedlicher Kettenlänge.rnDer Einsatz von mit Biomakromolekülen hergestellten Nanokapseln, die mit zwei verschiedenen Tensiden (SDS und Lutensol AT50) stabilisiert wurden, wurde im Weiteren näher untersucht. Bei den mit SDS stabilisierten Kapseln erwiesen sich die mit ssDNA hergestellten Kapseln BN-54 und BN-55 als leicht toxisch für die HeLa-Zellen. Dagegen sind alle eingesetzten, mit Lutensol AT50 redispergierten Nanokapseln sowohl für HeLa-Zellen als auch für hMSCs zytotoxisch. Hier ist die toxische Wirkung auf das nicht-ionische Tensid Lutensol AT50 zurückzuführen. Eine zelluläre Aufnahme konnte für keine mit Biomakromolekülen hergestellten Nanokapsel nachgewiesen werden.rnDen Abschluss der Untersuchungen bildet die vergleichende Analyse der in dieser Arbeit mit dem Fluoreszenzfarbstoff PMI versehenen Partikeln hinsichtlich deren Aufnahme in HeLa-Zellen und hMSCs und deren zytotoxische Auswirkungen. In der vergleichenden Analyse werden die zuvor vorgestellten Ergebnisse für PMI-Partikeln nochmal im Kontext betrachtet. Dabei erwies sich sowohl für die HeLa-Zellen als auch für die hMSCs, dass die meisten Partikel eine geringe bis keine zelluläre Aufnahme zeigen. Eine gute Aufnahme konnte nur für wenige Nanopartikel (vor allem für die kristallinen Nanopartikel) verzeichnet werden. Eine Korrelation zwischen der Aufnahmeeffizienz und der Zytotoxizität konnte nicht nachgewiesen werden. rn