Desenvolvimento de nanopartículas de PLA e PLA-PEG para administração intranasal de zidovudina

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Enantiomeric PLA-PEG block copolymers and their stereocomplex micelles used as rifampin delivery

A novelty approach to self-assembling stereocomplex micelles by enantiomeric PLA-PEG block copolymers as a drug delivery carrier was described. The particles were encapsulated by enantiomeric PLA-PEG stereocomplex to form nanoscale micelles different from the microspheres or the single micelles by PLLA or PDLA in the reported literatures. First, the block copolymers of enantiomeric poly(L-lactide)-poly(ethylene-glycol) (PLLA-PEG) and poly(D-lactide)-poly(ethylene-glycol) (PDLA-PEG) were synthesized by the ring-opening polymerization of L-lactide and D-lactide in the presence of monomethoxy PEG, respectively. Second, the stereocomplex block copolymer micelles were obtained by the self-assembly of the equimolar mixtures of enantiomeric PLA-PEG copolymers in water. These micelles possessed partially the crystallized hydrophobic cores with the critical micelle concentrations (cmc) in the range of 0.8-4.8 mg/l and the mean hydrodynamic diameters ranging from 40 to 120 nm. The micelle sizes and cmc values obviously depended on the hydrophobic block PLA content in the copolymer.Compared with the single PLLA-PEG or PDLA PEG micelles, the cmc values of the stereocomplex micelles became lower and the sizes of the stereocomplex micelles formed smaller. And lastly, the stereocomplex micelles encapsulated with rifampin were tested for the controlled release application.

Zidovudine-Loaded PLA and PLA-PEG Blend Nanoparticles: Influence of Polymer Type on Phagocytic Uptake by Polymorphonuclear Cells

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

Intranasal delivery of zidovudine by PLA and PLA-PEG blend nanoparticles

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

Estudo de nanocompósitos formados por PLA e nanopartículas de celulose.

Devido à preocupação com o meio ambiente e o volume crescente de resíduos plástico em aterros sanitários, os polímeros biodegradáveis estão sendo estudados extensivamente. Um deles é o PLA. Apesar de possuir propriedades comparáveis a polímeros commodities e polímeros de engenharia, ainda é necessário melhorar certas características do PLA, como resistência ao impacto. Para isso, a nanocelulose (NC) pode ser usada sem alterações significativas na biodegradação polimérica. Este estudo teve como objetivo obter a nanocelulose, caracteriza-la e incorpora-la ao poli(ácido láctico) (PLA), assim como, estudar as propriedades térmicas, morfológicas e mecânicas do compósito obtido. A NC foi obtida por hidrólise ácida utilizando ácido fosfórico e posteriormente foi silanizada com três silanos distintos. As nanopartículas foram caracterizadas por Birrefringência, Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET), Termogravimetria (TG), Potencial Zeta, Espectroscopia Vibracional de Absorção no Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR) e Difração de Raio X (DRX). Com as imagens obtidas pelo MET foi possível medir o tamanho das partículas de NC. E então obter a razão de aspecto de 82 e o limite de percolação de 1,1% em massa, confirmando a morfologia de nanofibra. De acordo as analises TG\'s, a presença de NC silanizada aumentou o início da degradação térmica. Os compósitos, contendo 3% em massa de NC, foram obtidos por fusão em câmara de mistura e moldados por injeção. Os compósitos foram caracterizados por FTIR, Cromatografia de Permeação em Gel (GPC), TG, Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV-FEG), Impacto e Tração. As análises dos compósitos mostraram que a NC atuou como agente de nucleação, facilitando a cristalização do PLA, além de a NC ter atuado como reforço na matriz polimérica melhorando as propriedades mecânicas.

Development and characterization of polymeric nanoparticles(NPs) made from functionalized poly (D,L- lactide) (PLA)polymers

Les nanoparticules polymériques biodégradable (NPs) sont apparues ces dernières années comme des systèmes prometteurs pour le ciblage et la libération contrôlée de médicaments. La première partie de cette étude visait à développer des NPs biodégradables préparées à partir de copolymères fonctionnalisés de l’acide lactique (poly (D,L)lactide ou PLA). Les polymères ont été étudiés comme systèmes de libération de médicaments dans le but d'améliorer les performances des NPs de PLA conventionnelles. L'effet de la fonctionnalisation du PLA par insertion de groupements chimiques dans la chaîne du polymère sur les propriétés physico-chimiques des NPs a été étudié. En outre, l'effet de l'architecture du polymère (mode d'organisation des chaînes de polymère dans le copolymère obtenu) sur divers aspects de l’administration de médicament a également été étudié. Pour atteindre ces objectifs, divers copolymères à base de PLA ont été synthétisés. Plus précisément il s’agit de 1) copolymères du poly (éthylène glycol) (PEG) greffées sur la chaîne de PLA à 2.5% et 7% mol. / mol. de monomères d'acide lactique (PEG2.5%-g-PLA et PEG7%-g-PLA, respectivement), 2) des groupements d’acide palmitique greffés sur le squelette de PLA à une densité de greffage de 2,5% (palmitique acid2.5%-g-PLA), 3) de copolymère « multibloc » de PLA et de PEG, (PLA-PEG-PLA)n. Dans la deuxième partie, l'effet des différentes densités de greffage sur les propriétés des NPs de PEG-g-PLA (propriétés physico-chimiques et biologiques) a été étudié pour déterminer la densité optimale de greffage PEG nécessaire pour développer la furtivité (« long circulating NPs »). Enfin, les copolymères de PLA fonctionnalisé avec du PEG ayant montré les résultats les plus satisfaisants en regard des divers aspects d’administration de médicaments, (tels que taille et de distribution de taille, charge de surface, chargement de drogue, libération contrôlée de médicaments) ont été sélectionnés pour l'encapsulation de l'itraconazole (ITZ). Le but est dans ce cas d’améliorer sa solubilité dans l'eau, sa biodisponibilité et donc son activité antifongique. Les NPs ont d'abord été préparées à partir de copolymères fonctionnalisés de PLA, puis ensuite analysés pour leurs paramètres physico-chimiques majeurs tels que l'efficacité d'encapsulation, la taille et distribution de taille, la charge de surface, les propriétés thermiques, la chimie de surface, le pourcentage de poly (alcool vinylique) (PVA) adsorbé à la surface, et le profil de libération de médicament. L'analyse de la chimie de surface par la spectroscopie de photoélectrons rayon X (XPS) et la microscopie à force atomique (AFM) ont été utilisés pour étudier l'organisation des chaînes de copolymère dans la formulation des NPs. De manière générale, les copolymères de PLA fonctionnalisés avec le PEG ont montré une amélioration du comportement de libération de médicaments en termes de taille et distribution de taille étroite, d’amélioration de l'efficacité de chargement, de diminution de l'adsorption des protéines plasmatiques sur leurs surfaces, de diminution de l’internalisation par les cellules de type macrophages, et enfin une meilleure activité antifongique des NPs chargées avec ITZ. En ce qui concerne l'analyse de la chimie de surface, l'imagerie de phase en AFM et les résultats de l’XPS ont montré la possibilité de la présence de davantage de chaînes de PEG à la surface des NPs faites de PEG-g-PLA que de NPS faites à partie de (PLA-PEG-PLA)n. Nos résultats démontrent que les propriétés des NPs peuvent être modifiées à la fois par le choix approprié de la composition en polymère mais aussi par l'architecture de ceux-ci. Les résultats suggèrent également que les copolymères de PEG-g-PLA pourraient être utilisés efficacement pour préparer des transporteurs nanométriques améliorant les propriétés de certains médicaments,notamment la solubilité, la stabilité et la biodisponibilité.

钙催化剂在生物降解脂肪族聚酯合成中的应用

生物降解高分子在环境保护以及组织工程、药物控制释放、骨固定等医药领域有着广泛的应用。特别是以聚丙交酷（PLA）、聚乙交酯（PGA）、聚。一己内酯（PCL）以及它们的共聚物为代表的化学合成生物降解高分子材料，由于具有优异的性能、可以大规模生产、成本较低等优点，得到了人们广泛的关注。作为生物医用材料，对无毒性的要求很严。而现在所用的脂肪族聚酯大都是用金属盐、金属有机化合物等作为催化剂合成出来的，不可避免残留一些催化剂所用的金属元素。研究表明，即使是已经获得美国FDA批准的，现在用得最普遍的辛酸亚锡所残留的锡也可能引起一些细胞毒性。因此对毒性小且活性高的催化剂的研究是非常有意义。钙离子对人体是没有毒性的，因而这几年已引起了人们的兴趣，但文献中报道的钙催化剂，如CaHZ等，催化活性尚不够让人满意。本文对高效的钙催化剂在生物降解脂肪族聚酯中的应用进行详细的研究，得到了一些有意义的结论：1、用EO和PO处理的有机氨钙催化剂（Ca／EO和Ca／PO）聚合了CL和LLA。发现CL聚合速度很快，M／I=650时70℃反应3h后收率已达到90％以上，LLA的聚合速度比CL要慢，M／I=650、70℃反应10h后收率才达到90％以上。以上聚合反应有明显的活性聚合的特点：反应初期Mv和收率和聚合时间呈线性关系；Mv在一定范围内和M／I成线性关系。2、用红外、原子吸收和核磁共振等分析手段阐明了有机氨钙催化剂的结构：结构，而且这两个催化剂的活性中心分别是均是Ca-O键。CL和LLA的开环聚合可能是以配位一插入的机理进行的。3、用C。／PO催化剂聚合LLA时有一定程度的消旋化反应发生，曳NMR研究表明相当于88％的LLA和12％外消旋以共聚。提高反应温度到110℃时比旋光度只有-125℃说明消旋化反应比较严重。4、用C。／PO催化剂先聚合CL再聚合LLA的方法合成了PCL-PLA两嵌段共聚物，并用泊NMR，13C NMR，GPC，DSC，WAXD进行了表征。其绝对和相对分子量可以通过M／I和投料比进行控制。定量碳谱图表明有较严重的消旋化反应发生，相当于84％的LLA和16％外消旋LA共聚。DSC和似XD分析表明，PLA段的分子量小时PLA段不结晶，当PLA段的分子量达到一定程度（3000以上）后PCL一PLA嵌段共聚物有相分离现象发生。5、以各种分子量的PEG为引发剂用氨钙催化剂和开环聚合CL，合成了一系列PCL-PEG-PCL三嵌段共聚物，并用妞NMR，laCNMR，GPC，DSC，做XD进行了表征。聚合物的结构可以通过改变PEG的分子量和CL／PEG投料比来调整。从DSC和wAXD分析可以得出以下几个结论：PCL-PEG-PCL嵌段共聚物有相分离现象发生，形成PCL和PEG微相区域；PEG段的结晶行为受先结晶的PCL段的影响；PCL段的分子量越大PEG段的Tc和Tm越低，其结晶度越低。6、以各种分子量的PEG为引发剂用氨钙催化剂80℃下开环聚合LLA24小时，合成了一系列PLA-PEG-PLA三嵌段共聚物，和别的催化剂比起来温度低得多，反应时间也短得多。可以通过改变PEG的分子量和CL／PEG投料比来调整聚合物的结构。DSC和WAXD分析表明，PLA-PEG-PLA三嵌段共聚物中PEG段的结晶能力受PLA段的影响非常大：当PEG段的分子量很小时（如1000）很难结晶；即使当PEG段的分子量较大时如果PLA段的分子量达到一定程度时PEG段同样也不结晶；而且PLA段的结晶行为受本身分子量的影响比较大，其Tc和伽随着分子量增加有较大的提高。7、合成了MPEG-PLA两嵌段共聚物，发现合成PLA段的分子量大的聚合物比较困难，MPEG-PCL两嵌段共聚物很难合成。DsC和WAXD分析表明，PLA段对MPEG段结晶有一定程度的影响，但是比三嵌段共聚物的影响要小得多。8、用荧光光谱和IHNMR研究了上面合成出的几个样品的胶束行为。发现cmc由大到小的顺序为MPEG（5000）-PLA（5100），PLA（3050）-PEG（4600）-PLA（3050），PCL（2270）-PEG（5000）-PCL（2270），PCL（4600）-PEG（4600）-PCL（4600）。PCL-PEG-PCL三嵌段共聚物在水中形成了具有核一壳结构的胶束。9、以苯甲醇处理的有机氨钙催化剂开环聚合了CL。泊NMR谱图表明得到的聚合物具有苯端基。这一结果为用硝苯基乙醇代替苯甲醇制备催化剂，然后开环聚合CL或LA得到硝基苯端基的脂肪族聚酯打下了实验基础。

脂肪族聚醚/聚酯-聚氨基酸嵌段聚合物的合成与表征

在最近的二三十年间，人们发现生物降解高分子在医药领域有很高的应用价值。如脂肪族聚酯，例如PGA（聚乙交酯），PLA（聚丙交脂），是一类重要的生物降解材料。由于它们的低免疫性和高的生物相容性，这一类材料被广泛应用于医药领域。众所周知，PEG（聚乙二醇）具有显著的生物相关性及优异的理化性质，包括：亲水性，溶于水及多种有机溶剂，无毒，不产生抗体及免疫性反应。这使得PEG被广泛应用于医药领域。同时它还被应用于与聚酯生成两亲性嵌段聚合物以改进聚酯的性能，生成具有一些新的特性的聚合物。在以上这些生物降解材料的应用过程中，人们发现需要在聚合物中引入功能基团以满足挂载药物，生物活性物质或在基因转移方面的应用。众所周知一些天然氨基酸具有活性基团，例如谷氨酸和天冬氨酸具有梭基，赖氨酸具有氨基，能够满足这类需求。于是我们就尝试着将聚氨基酸引入聚酯中，形成共聚物。同时共聚物中聚氨基酸段的存在改变了共聚物的降解性，使得它们能够被酶所降解。本文合成了端基为氨基的聚乙二醇单甲醚-聚丙交酯两嵌段聚合物（MPEG-PLA）以及将之应用于α-氨基酸-N-羧酸配（NCA）的开环聚合合成了聚乙二醇单甲醚一聚丙交酯-聚γ-苄基-L-谷氨酸三嵌段聚合物（MPEG-PLA-PBLG）。由于生物医用高分子材料用途的特殊性，需要聚合物中残留的催化剂易于除去或要求催化剂是无毒的。有机氨钙催化剂由于中心原子是人体中含量最多的金属元素一钙，因此非常适合于这一领域。本文运用氨钙催化剂合成了端基为氨基的聚。一己内酯并用为大分子引发剂，引发γ-苄基-L-谷氨酸NCA，合成了聚ε-己内酯-聚γ-苄基-L-谷氨酸两嵌段聚合物（PCL-PBLG）。三嵌段聚合物（MPEG-PLA-PBLG）以及两嵌段聚合物（PCL-PBIG）由泊NMR，IR，GPC，DSC进行了表征，证明了它们是所要制得的目标化合物。

可生物降解的两亲性嵌段共聚物的自聚集行为研究

可生物降解的两亲性嵌段共聚物PLA-PEG飞所制备的胶束或纳术粒子，作为潜在的药物控制释放体系弓！起人们广泛的兴趣。，方们授有寿比山于PEG链的空间位阴．效应可以避免单核噬菌体的吞噬，、并且可以通过控制可降解部分的降解行为实现药物的持续释放，使在微载体内所包载的药物分子持续释放出来。尽管高聚物的胶束和纳米粒子作为药物的胶体载体已作厂泛研究，但是对其本身物理化学性质与应用之间的联系研究甚少。因此本文对一系列PLLA和PEG两嵌段和三嵌段共聚物的自聚集行为进行了细致研究，得到了以卜结论：1．以花为"模型药物"，通过荧光探针技术对一系列两亲性共聚物在水呀招夜和NaCI溶液种的胶束化行为进行了研究。这些共聚物是由一种新型氨钙催化利，以人分J，的聚乙二醇（PEG）为引发剂，引发丙交酷开环聚合得到，，其中囚定长度阴 PEG段分剐为44，104和113环氧乙烷早兀，PLLA的长没在15-280乳酸中元之间。由于氨钙准活性的特点，这些共聚物的分散度较低，均在1.1-1.3之间。其临界胶束浓度cmc发现随PLLA的含量增加I荆氏。具有同一PEG长度的两嵌段和三嵌段共聚物cmc值的截然差别为它们胶束的构型不同提供了证据。同时也发现了NaCI的加入对丫EG段和争LLA段较短洪聚物的cmc的降低有明掀笋作用，而对具有较长PEG段或较长PLLA段的共聚物的cmc基本上没有什么影响。2．通过荧光探余十技术测定花在这一系列共聚物胶束溶液锄勺配分系数在0.2*10~5至1.9*10~5之间，对于同-PEG段的共聚物，花在其胶柬相中的配分系数随PLLA的含量的增加而增加。另外发现NaCl的加入能够促进花在胶束相中的配分。3．通过透射电子显微镜研究了两嵌段共聚物水溶液胶束的形貌，发现胶束的粒径和分散度均随PLLA段的增加而增加：通过原子力显微镜研究"这些纳米粒子退火前后的形貌变化，发现退火后纳米粒子重新自聚集为类似于神经网络红脚乏的"纳米条带"结构，其中心为类似"神经元"的团簇结构，而周困为支化的车由突"分支结构，这与文献上提到的只有三嵌段共聚物能够形成支化的"纳米条带"结构截然不同，其自聚集机理在进，步研究之中。4．以亲水性的荧光素为荧光探针研究了两嵌段共聚物在甲苯中的胶束化行为，发现其clnc值随PLLA段的含量增加而降低，相对于PEG段，PLLA段在其胶宋化过程中起主要作用。通过1HNMR证明两嵌段共聚物在甲苯中的胶束具伯以PLLA段为"核"、PEG段为"壳"的"核-壳"结构，这种胶柬化行为通过溶解度参数的差异进行了解释。5.通过原子力显微镜发现，当这些胶束滴加在云母表面上经过热处理后，这些胶束重新自聚集成为规则的具有平缓隆起的纳米结构，这与由水中得到的胶柬热处理后的形貌截然不同，并对此进行了进一步解释。由XPS分析认为主要是PEG段覆盖在PLLA段表面。

Triblock poly(lactic acid)-b-poly(ethylene glycol)-b-poly(lactic acid)/paclitaxel conjugates: Synthesis, micellization, and cytotoxicity

A triblock poly(lactic acid)-b-poly(ethylene glycol)-b-poly(lactic acid) (PLA-PEG-PLA)/paclitaxel (PTX) conjugate was synthesized by the reaction of carboxyl-terminated copolymer PLA-PEG-PLA with PTX in the presence of dicyclohexylcarbodiimide and dimethylaminopyridine. Carboxyl-terminated copolymer PLA-PEG-PLA was prepared by the reaction of the hydroxyl end groups in copolymer PLA-PEG-PLA with succinic anhydride. Its structure was confirmed by NMR and gel permeation chromatography. The PLA-PEG-PLA/PTX conjugates could self-assemble into micelles in aqueous solutions with a low critical micelle concentration. Dynamic light scattering and environmental scanning electron microscopy analyses of the PLA-PEG-PLA/PTX micelles revealed their spherical structure and size of 220 nm. The antitumor activity of the conjugate against woman Hela cancer cells, evaluated by the 3-(4,5-dimethylthiazol2-yl)-2,5-diphenyl tetrazolium bromide method, showed that the conjugates had an antitumor activity similar to that of pure PTX. The obtained PLA-PEG-PLA/PTX conjugates are expected to be used in clinical practice.

Development of polymeric–cationic peptide composite nanoparticles, a nanoparticle-in-nanoparticle system for controlled gene delivery

We report the formulation of novel composite nanoparticles that combine the high transfection efficiency of cationic peptide-DNA nanoparticles with the biocompatibility and prolonged delivery of polylactic acid–polyethylene glycol (PLA-PEG). The cationic cell-penetrating peptide RALA was used to condense DNA into nanoparticles that were encapsulated within a range of PLA-PEG copolymers. The composite nanoparticles produced exhibited excellent physicochemical properties including size <200 nm and encapsulation efficiency >80%. Images of the composite nanoparticles obtained with a new transmission electron microscopy staining method revealed the peptide-DNA nanoparticles within the PLA-PEG matrix. Varying the copolymers modulated the DNA release rate >6 weeks in vitro. The best formulation was selected and was able to transfect cells while maintaining viability. The effect of transferrin-appended composite nanoparticles was also studied. Thus, we have demonstrated the manufacture of composite nanoparticles for the controlled delivery of DNA.

Nanoencapsulation and Characterization of Zidovudine on Poly(L-lactide) and Poly(L-lactide)-Poly(ethylene glycol)-Blend Nanoparticles

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

Fabrication using a rapid prototyping system and in vitro characterization of PEG-PCL-PLA scaffolds for tissue engineering

n the field of tissue engineering new polymers are needed to fabricate scaffolds with specific properties depending on the targeted tissue. This work aimed at designing and developing a 3D scaffold with variable mechanical strength, fully interconnected porous network, controllable hydrophilicity and degradability. For this, a desktop-robot-based melt-extrusion rapid prototyping technique was applied to a novel tri-block co-polymer, namely poly(ethylene glycol)-block-poly(epsi-caprolactone)-block-poly(DL-lactide), PEG-PCL-P(DL)LA. This co-polymer was melted by electrical heating and directly extruded out using computer-controlled rapid prototyping by means of compressed purified air to build porous scaffolds. Various lay-down patterns (0/30/60/90/120/150°, 0/45/90/135°, 0/60/120° and 0/90°) were produced by using appropriate positioning of the robotic control system. Scanning electron microscopy and micro-computed tomography were used to show that 3D scaffold architectures were honeycomb-like with completely interconnected and controlled channel characteristics. Compression tests were performed and the data obtained agreed well with the typical behavior of a porous material undergoing deformation. Preliminary cell response to the as-fabricated scaffolds has been studied with primary human fibroblasts. The results demonstrated the suitability of the process and the cell biocompatibility of the polymer, two important properties among the many required for effective clinical use and efficient tissue-engineering scaffolding.

Ultrafine PEG-PLA fibers loaded with both paclitaxel and doxorubicin hydrochloride and their in vitro cytotoxicity

By means of "emulsion-electrospinning", both hydrophobic and hydrophilic drugs, paclitaxel (PTX) and doxorubicin hydrochloride (DOX), were successfully loaded into PEG-PLA nanofiber mats to realize multi-drug delivery. The release behaviors of both the drugs from the same fiber mats were ascribed to their solubility properties and distribution status in the fibers. Due to its high hydrophilicity, DOX was easy to diffuse out from the fibers, and its release rate was always faster than that of hydrophobic PTX. Moreover, the release rate of PTX was accelerated by DOX's release from the same drug-loaded fibers. In vitro cytotoxicity against rat Glioma C6 cells indicated that the dual drug combination showed a higher inhibition and apoptosis against C6 cells than a single drug-loaded system, which suggests the promise for multi-drug delivery on combination therapy.