Hemodynamic effects of epidermal growth factor in conscious rats and monkeys.

The therapeutic application of growth factors to human disease has become closer to reality with the advent of faster means of synthesizing these molecules and novel drug delivery strategies. Epidermal growth factor (EGF) belongs to a large family of molecules with the ability to modulate growth. Purified extracts of EGF have been used clinically to modulate gastrointestinal secretion of hormones and accelerate healing. EGF is also reported to have both vascular smooth muscle contractile and relaxing activity Cardiovascular studies were performed with the bioactive 48-amino acid fragment of human EGF in rodents and primates to determine the effects of EGF on blood pressure and heart rate in conscious animals. Intravenous infusion of EGF induced an initial pressor response in rats followed by a prolonged decrease in blood pressure. In contrast, in monkeys, EGF had dose-related blood pressure-lowering effects only; significant hypotension was observed at doses ranging from 3 to 300 microg/kg i.v. Hypotension was associated with modest tachycardia in both species. To our knowledge, this is the first report of hemodynamic effects of EGF in primates, and it clearly documents that the mitogenic role of growth factors such as EGF is but one aspect of their physiology.

New multivalent calixarene-based ligands for protein recognition and inhibition

One of the challenges that concerns chemistry is the design of molecules able to modulate protein-protein and protein-ligand interactions, since these are involved in many physiological and pathological processes. The interactions occurring between proteins and their natural counterparts can take place through reciprocal recognition of rather large surface areas, through recognition of single contact points and single residues, through inclusion of the substrates in specific, more or less deep binding sites. In many cases, the design of synthetic molecules able to interfere with the processes involving proteins can benefit from the possibility of exploiting the multivalent effect. Multivalency, widely spread in Nature, consists in the simultaneous formation between two entities (cell-cell, cell-protein, protein-protein) of multiple equivalent ligand-recognition site complexes. In this way the whole interaction results particularly strong and specific. Calixarenes furnish a very interesting scaffold for the preparation of multivalent ligands and in the last years calixarene-based ligands demonstrated their remarkable capability to recognize and inhibit or restore the activity of different proteins, with a high efficiency and selectivity in several recognition phenomena. The relevance and versatility of these ligands is due to the different exposition geometries of the binding units that can be explored exploiting the conformational properties of these macrocycles, the wide variety of functionalities that can be linked to their structure at different distances from the aromatic units and to their intrinsic multivalent nature. With the aim of creating new multivalent systems for protein targeting, the work reported in this thesis regards the synthesis and properties of glycocalix[n]arenes and guanidino calix[4]arenes for different purposes. Firstly, a new bolaamphiphile glycocalix[4]arene in 1,3-alternate geometry, bearing cellobiose, was synthesized for the preparation of targeted drug delivery systems based on liposomes. The formed stable mixed liposomes obtained by mixing the macrocycle with DOPC were shown to be able of exploiting the sugar units emerging from the lipid bilayer to agglutinate Concanavalin A, a lectin specific for glucose. Moreover, always thanks to the presence of the glycocalixarene in the layer, the same liposomes demonstrated through preliminary experiments to be uptaken by cancer cells overexpressing glucose receptors on their exterior surface more efficiently respect to simple DOPC liposomes lacking glucose units in their structure. Then a small library of glycocalix[n]arenes having different valency and geometry was prepared, for the creation of potentially active immunostimulants against Streptococcus pneumoniae, particularly the 19F serotype, one of the most virulent. These synthesized glycocalixarenes bearing β-N-acetylmannosamine as antigenic unit were compared with the natural polysaccharide on the binding to the specific anti-19F human polyclonal antibody, to verify their inhibition potency. Among all, the glycocalixarene based on the conformationally mobile calix[4]arene resulted the more efficient ligand, probably due its major possibility to explore the antibody surface and dispose the antigenic units in a proper arrangement for the interaction process. These results pointed out the importance of how the different multivalent presentation in space of the glycosyl units can influence the recognition phenomena. At last, NMR studies, using particularly 1H-15N HSQC experiments, were performed on selected glycocalix[6]arenes and guanidino calix[4]arenes blocked in the cone geometry, in order to better understand protein-ligand interactions. The glycosylated compounds were studied with Ralstonia solanacearum lectin, in order to better understand the nature of the carbohydrate‐lectin interactions in solution. The series of cationic calixarene was employed with three different acidic proteins: GB1, Fld and alpha synuclein. Particularly GB1 and Fld were observed to interact with all five cationic calix[4]arenes but showing different behaviours and affinities.

Particle engineering for the production of respirable dry powder formulations

Hyaluronan (HA) plays an important role in lung pathophysiology. For this reason it has attracted great attention both as active ingredient and as excipient in treating lung diseases by direct pulmonary HA administration. The aim was the production of highly respirable and flowable HA powders either as a potential carrier for drug delivery or for being delivered directly by inhalation. Engineered sodium hyaluronate powders were produced by spray-drying technique. All the spray-dried powders were characterised in terms of particle size distribution, drug content, morphology and in vitro respirability. HA was successfully formulated with salbutamol sulphate in combination with leucine and highlighted remarkable aerodynamic performance (emitted dose equal to 83 % and FPF % equal to 97.1%). Moreover, HA colloidal solutions were designed and they were spray-dried. In order to improve particle aerodynamic characteristics, different types of excipients were investigated. In particular, stearylamine (5% w/w) allowed to obtain the best performance throughout the experimental set. Finally, in vitro biocompatibility was carried out by MTT assay and High Content Analysis for selected dry powder formulations and starting materials. The assays demonstrated the same outcome by confirming the HA biocompatibility and by producing the same rank of toxicity for the surfactants. The general conclusion of the project is that formulation containing HA and stearyl alcohol represents the best performing formulation.

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.

A Hydrodynamic Method For Measuring Aqueous Nanoparticle Surface Interactions

The objectives of this research dissertation were to develop and present novel analytical methods for the quantification of surface binding interactions between aqueous nanoparticles and water-soluble organic solutes. Quantification of nanoparticle surface interactions are presented in this work as association constants where the solutes have interacted with the surface of the nanoparticles. By understanding these nanoparticle-solute interactions, in part through association constants, the scientific community will better understand how organic drugs and nanomaterials interact in the environment, as well as to understand their eventual environmental fate. The biological community, pharmaceutical, and consumer product industries also have vested interests in nanoparticle-drug interactions for nanoparticle toxicity research and in using nanomaterials as drug delivery vesicles. The presented novel analytical methods, applied to nanoparticle surface association chemistry, may prove to be useful in assisting the scientific community to understand the risks, benefits, and opportunities of nanoparticles. The development of the analytical methods presented uses a model nanoparticle, Laponite-RD (LRD). LRD was the proposed nanoparticle used to model the system and technique because of its size, 25 nm in diameter. The solutes selected to model for these studies were chosen because they are also environmentally important. Caffeine, oxytetracycline (OTC), and quinine were selected to use as models because of their environmental importance and chemical properties that can be exploited in the system. All of these chemicals are found in the environment; thus, how they interact with nanoparticles and are transported through the environment is important. The analytical methods developed utilize and a wide-bore hydrodynamic chromatography to induce a partial hydrodynamic separation between nanoparticles and dissolved solutes. Then, using deconvolution techniques, two separate elution profiles for the nanoparticle and organic solute can be obtained. Followed by a mass balance approach, association constants between LRD, our model nanoparticle, and organic solutes are calculated. These findings are the first of their kind for LRD and nanoclays in dilute dispersions.