NANOPARTÍCULAS LIPÍDICAS SÓLIDAS: PREPARAÇÃO,

CARACTERIZAÇÃO E APLICAÇÃOAula 9 QF-435

Priscyla D. MarcatoNelson DuránIQ-Unicamp

Tópicos

• Sistema de Liberação Sustentada

• Nanopartículas Lipídicas Sólidas• Métodos de Preparação

• Microemulsão à quente• Homogeneização à alta pressão

• Métodos de Caracterização• Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC)• Espectroscopia de correlação de fótons e Potencial Zeta• Liberação Sustentada

• Aplicações• Cosméticos• Fármacos (Oral, Parenteral , Dérmica)

O princípio ativo é encapsulado em espécies coloidais como lipossomas, nanopartículas poliméricas, nanopartículas lipídicas sólidas

LIBERAÇÃO CONTROLADA vs SUSTENTADA

LIBERAÇÃO CONTROLODA DE FÁRMACOS

- Forma bem caracterizada e dosagem reproduzível- Controle de entrada no corpo de acordo com a

especificações do perfil requerido de liberação do fármaco

- velocidade e duração da liberação são designadas para atingir uma concentração desejada.

LIBERAÇÃO SUSTENTADA

- A liberação do fármaco é prolongado com o tempo- Velocidade e duração não estão designado para

atingir um determinado perfil

SISTEMA DE LIBERAÇÃO SUSTENTADA

• Melhora a estabilidade física e química de ativos

• Melhorar a biodisponibilidade

• Mantém o efeito do fármaco no tecido alvo

• Solubilizar ativos lipofílicos

• Minimiza os efeitos colaterais

• Reduz a toxicidade

• Diminui o número de doses/aplicações

% d

e A

tivo

Libe

rado

SISTEMA DE LIBERAÇÃO SUSTENTADA

Tópicos

• Sistema de Liberação Sustentada

• Nanopartículas Lipídicas Sólidas• Métodos de Preparação

• Microemulsão à quente• Homogeneização à alta pressão

• Métodos de Caracterização• Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC)• Espectroscopia de correlação de fótons e Potencial Zeta• Liberação Sustentada

• Aplicações• Cosméticos• Fármacos (Oral, Parenteral , Dérmica)

•Pellets Lipídicos

PELLETS DE LIPÍDIOS SÓLIDOS

Ambroxol (estimula a produção de tensoativos no corpo que

fazem a remoção dos germes e patógenos)

Tópicos

• Sistema de Liberação Sustentada

• Nanopartículas Lipídicas Sólidas

• Métodos de Caracterização• Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC)• Espectroscopia de correlação de fótons e Potencial Zeta• Liberação Sustentada

• Aplicações• Cosméticos• Fármacos (Oral, Parenteral , Dérmica)

•Peletes Lipídicos

• Métodos de Preparação• Microemulsão à quente• Homogeneização à alta pressão

As NLS aumentam a hidratação da pele em 32% (outros produtos aumentam em 24%)

Nanopartículas Lipídicas Sólidas

VANTAGENS• Maior estabilidade

• Menor toxicidade

• Fácil escalonamento da produção

• Fácil esterilização

• Atuam como oclusivos - Aumenta a hidratação da pele em 32% (outros produtos aumentam em 24%).

Üne et al., Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology, American Scientific Publishers, vol. 10, 43 (2007).

Nanopartículas Lipídicas Sólidas

• Surgiram em 1996

• Lipídio Sólido a T ambiente e corporal

Monoestearato de Glicerila

Ácido Esteárico

• Estabilizante (fosfolipídios)

Poloxamer - (Pluronic F68 )

Polissorbato 80

Vantagens• Maior estabilidade

• Podem ser utilizados apenas substâncias que são “Generally Recognized as Safe” (GRAS) pela FDA

• Fácil escalonamento da produção

• Liberação Sustentada do Ativo

• Atuam como oclusivos

Nanopartículas Lipídicas Sólidas

• Lipídio Sólido a T ambiente e corporal (NLS)

Nanopartículas Lipídicas Sólidas

Baixa Eficiência de encapsulação

Cristalização Ativo expulso

Estocagem

ESTRUTURAS

NLS

Nanopartículas Lipídicas Sólidas (NLS)

Baixa Eficiência de encapsulação

Cristalização Ativo expulso

Estocagem

• Mistura de Lipídio sólido com Lipídio Líquido a T ambiente e corporal (CLN)

CLN Amorfo Múltiplo CLN

Carreador Lipídico Nanoestruturado (CLN)

Nanopartículas Lipídicas Sólidas

Lipídio amorfo Óleo nanocompartimentado

Lipídio sólido

ESTRUTURAS

CLN imperfeito

CLN Amorfo Múltiplo CLN

Carreador Lipídico Nanoestruturado (CLN)

Tópicos

• Sistema de Liberação Sustentada

• Nanopartículas Lipídicas Sólidas

• Métodos de Caracterização• Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC)• Espectroscopia de correlação de fótons e Potencial Zeta• Liberação Sustentada

• Aplicações• Cosméticos• Fármacos (Oral, Parenteral , Dérmica)

• Peletes Lipídicos

• Métodos de Preparação• Microemulsão à quente• Difusão de solvente• Homogeneização à alta pressão

Tópicos• Sistema Nanoestruturados

• Métodos de Preparação• Homogeneização à alta pressão

• Métodos de Caracterização• Espectroscopia de correlação de fótons e Potencial Zeta• Microscopia de Força Atômica (AFM)

• Produtos Cosméticos

• Nanoemulsões - Lipídicas• Nanopartículas Lipídicas Sólidas• Nanopartículas Polimérica

MÉTODOS DE PREPARAÇÃO

Microemulsão à quente

Emulsificação e evaporação de solvente

Difusão de solvente

Secagem por aspersão

Homogeneização à alta pressão.

Wissing et al., Advanced Drug Delivery Reviews 56, 1257 (2004)

Agitação

MICROEMULSÃO À QUENTE

H2O + Tensoativo(quente)

Lipídio fundido + Ativo(5-10 ºC acima da Tf)

Agitação

H2O + Tensoativo(frio)

Agitação Agitação

H2O + Tensoativo(frio)

H2O + Ativo (quente)

Lipídio Fundido

MICROEMULSÃO À QUENTE

Agitação

Lipídio + Ativo Acetona e/ou etanol (quente)

H2O + Tensoativo(quente)

EMULSIFICAÇÃO E DIFUSÃO DO SOLVENTE

Resfriamento

HOMOGENEIZAÇÃO À ALTA PRESSÃO

Solução de tensoativo (quente)

(sob alta agitação)

Homogeneizado à alta Pressão

Ativo + Lipídio fundido

Moído (micropartículas lipídicas)

Micro-suspensão

Solução de tensoativo (fria)

AgitaçãoAgitação

Pré-emulsão

Homogeneização a quente

Solidificação(nitrogênio líquido)

Homogeneização a frio

• Rápido e Fácil

•Fácil escalonamento - 99% de reprodutibilidade em escala

industrial

• Evita contaminação no processo de homogeneização

Homogeneização à Alta Pressão

Espectroscopia de Correlação de Fótons

Espectroscopia de Correlação de Fótons

Diâmetro

Potencial Zeta

Espectroscopia de Correlação de Fótons

• Rápido e Fácil

•Fácil escalonamento - 99% de reprodutibilidade em escala

industrial

• Evita contaminação no processo de homogeneização

Dingler e Gohla, J.Microencapsul.19, 11-16 (2002).

500 bar 3 ciclos

Sakulkhul et al., Proceedings of the 2nd IEEE International ( 2007)

ESTRUTURA DAS PARTÍCULAS

Matriz Homogênea(solução sólida)

Homogeneização a frio

Parede Rica em Ativo

Núcleo Rico em ativo

Souto et al. Intern. J. Pharm.278, 71 (2004)

Tópicos

• Sistema de Liberação Sustentada

• Nanopartículas Lipídicas Sólidas

• Métodos de Caracterização• Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC)• Espectroscopia de correlação de fótons e Potencial Zeta• Liberação Sustentada

• Aplicações• Cosméticos• Fármacos (Oral, Parenteral , Dérmica)

•Peletes Lipídicos

• Métodos de Preparação• Microemulsão à quente• Homogeneização à alta pressão

MÉTODOS DE CARACTERIZAÇÃO

• Diâmetro e Potencial Zeta

Eficiência de encapsulamentoExpulsão do ativo

Via de administração

Liberação do Ativo

Estabilidade - Aglomeração

Eficiência de encapsulamento

• A forma polimórficaDifração de Raio-XCalorimetria Diferencial de Varredura (DSC)Microscopia Eletrônica de Transmissão (TEM)

• Distribuição do Ativo ou do óleo nas partículas Ressonância Magnética Nuclear de Prótons

Espectroscopia de correlação de fótons

Via de administração• Morfologia das PartículasTécnicas microscópicas (MEV, TEM, AFM)

FORMA POLIMÓRFICA

Hexagonal ()

Ortorrômbica (’)

Triclínica ()

Forma Forma

ESTOCAGEM

Cristalização Ativo expulso

Estocagem

Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC)

Bunjes e col., Langmuir, 23, 4005-4011 (2007)

Bunjes e col., 2007

CALORIMETRIA DIFERENCIAL DE VARREDURA (DSC)

Sakulkhul e col., 2007

NLS de trimiristato de

glicerila

MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE TRANSMISSÃO

200 nm

Bunjes e col., 2007

ESPECTROSCOPIA DE CORRELAÇÃO DE FÓTONS E POTENCIAL ZETA

± 30 mV

Sakulkhul e col., 2007

Freitas e Muller, Eur. J. Pharm. Biopharm. 47, 125–132 (1999)

ESPECTROSCOPIA DE CORRELAÇÃO DE FÓTONS

NLS 10%

(0,8 m)NLS 2%

NLS 10%

(23 m)

NLS 2%

Tópicos

• Sistema de Liberação Sustentada

• Nanopartículas Lipídicas Sólidas

• Métodos de Caracterização• Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC)• Espectroscopia de correlação de fótons e Potencial Zeta• Liberação Sustentada

• Aplicações• Cosméticos• Fármacos (Oral, Parenteral , Dérmica)

• Peletes Lipídicos

• Métodos de Preparação• Microemulsão à quente• Homogeneização à alta pressão

COSMÉTICOS

• Proteger ativos lábeis (Vitamina A)

• Aumentar a permeação de ativos até o sítio de ação

• Minimizar/evitar a absorção sistêmica de ativos

• Aumentar o poder de proteção solar

• Aumentar a hidratação da pele

OBJETIVOS

AUMENTO DA PERMEAÇÃO

Célula de Franz

AUMENTO DA PERMEAÇÃO

VN Livre(o/a)

CLN –VNÁcido oléico

CLN-VNMigliol

NLS-VN

Borgi e col., Journal of Controlled Release 110, 151– 163 (2005)

PROTETOR SOLAR

Benzofenona(região do UVA, 320 a 400 nm)

Penetração – atinge a corrente sanguínea

Wissing e Müller, Journal of Controlled Release 81, 225–233 (2002)

PROTETOR SOLAR

Wissing e Müller, International Journal of Pharmaceutics 254 65–68 (2003)

10% Ativo Livre

5% Ativo NLS

Tópicos

• Sistema de Liberação Sustentada

• Nanopartículas Lipídicas Sólidas

• Métodos de Caracterização• Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC)• Espectroscopia de correlação de fótons e Potencial Zeta• Liberação Sustentada

• Aplicações

• Fármacos (Oral, Parenteral , Dérmica)

•Peletes Lipídicos

• Métodos de Preparação• Microemulsão à quente• Homogeneização à alta pressão

FÁRMACOSFÁRMACOS

Pode melhorar a biodisponibilidade oral, manter o efeito do fármaco no tecido alvo, melhorar a estabilidade de fármacos, minimizar os efeitos colaterais, reduzir a toxicidade e diminuir o número de doses.

• Oral

ROTAS DE ADMINISTRAÇÃO DE FÁRMACOS

• Oftálmica

• Dérmica

• Parenteral (intravenosa, intramuscular, subcutânea)

• Nasal

ORAL

• Vários medicamentos são administrados por esta via devido o grande mercado

• Muitos ativos são degradados devido ao pH principalmente do estômago (pH 0,9-2,0)

• Baixa biodisponibilidade devido a baixa absorção de ativos por esta via.

• Número de doses

Luo et al., Journal of Controlled Release 114, 53–59 (2006)

Solid lipid nanoparticles for enhancing vinpocetine's oral bioavailability

• Utilizado no tratamento de desordens circulatórias cerebrovascular

• Apresenta baixa absorção oral sendo rapidamente metabolizada e eliminada do corpo

COMPOSIÇÃO DAS FORMULAÇÕES

TEM das SLN de monoestearato de glicerila com diâmetro de 70-200 nm dependendo do tipo e da

concentração do tensoativo.

CONCENTRAÇÃO NO PLASMA

(2% de Tween 80)(1.5% de Tween 80)

(1% de Tween 80)

Maior concentração de Tween 80 na formulação = Aumentou a absorção do ativo via oral

• Intravenosa

• Intramuscular

• Subcutânea

PARENTERAL

Injeção Subcutânea

Mitoxantrona (MTO) Lu e al. Eur. J. Pharm. Sci. 28, 86-95 (2006)

• Reduzir a toxicidade do ativo

• Aumentar a eficiência do ativo (evitando a degradação do ativo)

Lu e al. Eur. J. Pharm. Sci. 28, 86-95 (2006)

NLS no carreamento de Nanopartículas Magnéticas

• Maior tempo de residência no organismo• Maior penetração no cérebro que dura até o fim do experimento (135 min)

A habilidade de NLS em superar a barreira hemato-encefálica podendo ser utilizada como agente de contraste

em imagens de Ressonância Magnética. Koo et al. Advan. Drug Delivery Rev. 58, 1556–1577 (2006)

TERAPIA GÊNICA

É a introdução de material genético no interior celular para que o produto da sua expressão possa curar ou

retardar a progressão da doença.

Como fazer chegar o gene até às células defeituosas?

Conceito de transfecção = processo de entrega e expressão de material genético com sucesso

Vetores virais e não-virais

RNA

Montana et al., BioconjugateChem. 18, 302-308 (2007).

http://universe-review.ca/I11-38-RNAi.jpg

DÉRMICA

Podofilotoxina (POD)

• POD inibi o crescimento de células epiteliais infectadas pelo vírus papiloma humano (HPV)

• Absorvido até a corrente sanguínea Chen et al., Journal Controlled Release 110, 296 (2006)

NLS-POD

NLS-POD(aumento)

POD

10 µm 75 µm

135 µm 275 µm

Trans-Retinol (vitamina A)

PREPARAÇÃO DE SLN• O método utilizado foi de homogeneização por fusão a

quente. Brevemente, 100 mg de lipídeo sólido, 3 mg de AR (trans-retinol), e variando as quantidades de eggPC (fosfatidilcolina de ovo) e Tween 80 foram misturados num tubo de 25 mL e logo sonicado a 60oC por 2 h.

• 800 mL de água pré-aquecida (60oC) foi lentamente ao material fundido (1 g de peso total final) e sonicado por 3 h até uma emulsão leitosa fosse obtida.

• Estas emulsões cruas foram homogeneizadas por 4 ciclos a 60oC e 100 mPa usando um homogeneizador de alta pressão. A emulsão homogeneizada foi resfriada em nitrogênio líquido e logo descongelado em banho de água a temperatura ambiente para produzir as SLNs.

CARACTERIZAÇÃO

EFEITO DO SURFACTANTE

Tamanho da partículas diminui com aumento do surfactante100 mg de surfactatnte (eggPC/Tewee 80) 124 nm60 mg de surfactante 228 nm A quantidade de surfactante não muda significativamente o potencial zeta (22 a 28 mV)

ESTABILIDADE

34.8OC

ESTABILIDADE

ESTABILIDADE

EFEITOS DE ANTIOXIDANTES NAS SLN

CONCLUSÕES Neste estudo foi mostrado que AR-SLN pode ser obtido

com tamanho e PI adequado e potencial zeta de forma otimizada em função do surfactante.

Embora AR não foi estabilizada completamente por SLN a instabilidade de AR pode ser superada por co-carga de antioxidantes, como por exemplo BHT-BHA no SLN.

A presença de antioxidante aumenta grandemente a eficiência de encapsulamento do AT no SLN.

Este trabalho mostrou que AR e SLN junto a BHT–BHA pode prover uma formulação efetiva para o uso clínico do AR.

PREPARAÇÃO• A preparação é baseada no principio emulsão com difusão

de solvente em água. Brevemente, 10 mg de cada fármaco (rifampicina, isoniazida e pirazinamida) e 30 mg de ácido esteárico foram colocados numa mistura de acetona/etanol (12 ml de cada) e aquecido a 60–70oC num banho de água. A razão fármaco total: lipídeo foi mantida em 1:1 p/p.

• A solução resultante foi colocado em 25 ml de 1% PVA aquoso a 4–8oC sobe agitação mecânica.

• As SLN formadas espontaneamente foram recuperadas por centrifugação a 35,000 x g por 30 min a 4–8oC. Os pellets foram lavados três vezes com água destilada e secos em vácuo.

CARACTERIZAÇÃO DAS SLNs

• A eficiência de incorporação dos fármacos foi de 52% de rifampicina, 46% de isoniazida e 42% de pirazinamida.

• A quantidade residual de PVA foi de 10.5–12.5% p/p

de partículas secas em vácuo.

• PVA residual foi analisado por iodometria a 695 nm.

• Não foi detectado acetona/etanol residual (acetona/etanol residual foi analisado por headspace GC).

Liberação in vitro dos farmacos

• No caso da isoniazida/pirazinamida, a liberação em fluidos gástrico simulado (SGF) foi de 15% nas primeiras 6 h e 12–15% durante 6–72 h. Rifampicina foi liberada em menor extensão, p.e. 9% nas primeiras 6 h e 11% durante 6–72 h.

• O fármaco liberado em fluido intestinal simulado (SIF) não foi mais de 20% após 6 h e 11% de 6 a 72 h, no caso da isoniazida/pirazinamida entretanto, a liberação da rifampicina foi de 8–12% durante o período inteiro de estudo.

DISTRIBUIÇÃO DOS FÁRMACOSFármacos livres foram eliminados dos tecidos as 24-48 h

PARAMETROS FARMACOCINÉTICOS

ATIVIDADE QUIMIOTERÁPICA

Pandey e col., 2005

USO DE BETA-CAROTENO EM LEITES E REFRIGERANTES

CONCLUSÕES

• Embora nanopartículas poliméricas e lipossomas são eficientes como carregadores de fármacos antituberculosis, as vantagens com SLNs não é somente que a estabilidade é maior comparada com lipossomas como também a eficiência de incorporação é melhor que as formulações poliméricas mas também os riscos de solventes orgânicos são mínimos.

Review Solid Lipid Nanoparticles:Gasco, Advan. Drug Delivery Rev. 59 (2007) 377–378Muller et al., Eur. Cosmet. 15 (2007) 32-37Manjunath et al., Methods Find. Exp. Clin. Pharmacol. 27 (2005)127–144. 32–37.

• 1994 – 2007441 Publicações(Solid lipid nanoparticles)

CONSIDERAÇÕES

•1998-2007•94 Publicações(Solid lipid nanoparticle)

Brasil 15º - 1,0638%Physicochemical characterization and stability of the polymeric nanoparticle systems for drug administration. Author(s): Schaffazick SR, Guterres SSU, Freitas LD, Pohlmann AR Source: QUIMICA NOVA 26 (5): 726-737 SEP-OCT 2003

F. S. Peixoto, P. M. Dias, G. A. Ramaldes, J. M. C. Vilela, M. S. Andrade and A. S. Cunha. Atomic Force Microscopy Applied to the Characterization of Solid LipidNanoparticles. Microsc. Microanal. 11 (supp 3), 52-55 (2005)

ISI: palabras: solid lipid nanoparticle

94 patentes: período 1992-2007

1992-2001: 12 patentes2002: 82003: 62004: 152005: 222006: 202007: 11

Produtos no MercadoProdutos no Mercado

• As NLS são promissores carreadores que apresentam muitas vantagens em relação aos outros carreadores :

• Escalonamento• Ingredientes aprovados por órgãos regulatórios• Esterilização

Tratamento de Hepatite C

Wissing, S. A.; Mader, K.; Muller, R. H. Solid lipid nanoparticles (SLN) as a novel carrier system offering prolonged release of the perfume Allure (Chanel). Proceedings of the International Symposium on Controlled Release of Bioactive Materials (2000), 27th 311-312.

Considerações Finais

• As NLS são atrativos carreadores de ativos utilizados em produtos cosméticos e farmacêuticos.

• Vantagens: Fácil produção em larga escala, menor toxicidade, a possibilidade de não usar solvente orgânico.

• Desvantagens é a baixa eficiência de encapsulamento - CLN.

• As NLS e CLN apresentam grande versatilidade no carreamento de diferentes ativos, podendo ser administradas por diversas vias como oral, parenteral, dérmica e oftálmica.

AGRADECIMENTOS