Nanotecnologia Farmacêutica
nanociência e nanotecnologia se referem,
respectivamente, ao estudo e às aplicações
tecnológicas de objetos e dispositivos que tenham
ao menos uma de suas dimensões físicas menor
que, ou na ordem de, algumas dezenas de
Nanômetros (em geral 100 nm).
Compósitos nanométricos para maior
compactação e consolidação x Estudar os
fenômenos de superfície que influenciam no
processo.
Nanotecnologia Farmacêutica
Nanotecnologia Farmacêutica
Novas e incomuns propriedades físicas e químicas –
ausentes para o Mesmo material quando de tamanho
microscópico ou macroscópico são observadas nessa
nova escala nanométrica;



Efeitos quânticos mais marcantes – flutuações de
campo eletromagnético levando a atração ou
repulsão;
Efeitos de superfície mais intensos – mais átomos
dispersos em uma mesma relação de volume.
Catalisadores mais eficientes.
Efeitos de tamanho- movimento browniano e Van der
waals. Repulsão, atração e campo magnético;
Nanotecnologia Farmacêutica
Efeitos IN VIVO:
Podem atuar como biomaterias mais efetivos; que são
materiais (sintéticos ou naturais; sólidos ou, às vezes,
líquidos) em contacto com sistemas biológicos,
devendo ser biocompatíveis, ou seja, devem atender ao
requisito de funcionalidade para o qual foram
projetados, não estimulando ou provocando ao mínimo,
reações alérgicas ou inflamatórias.
Podem atuar como vetores:
1a Geração: necessitam de administração especial;
Cateter até o tumor com micropartículas;
2a Geração: chegam ao seu alvo sem uma via especial
de admistração; nanosistemas.
3a Geração: reconhecimento molecular; anticorpos.
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





Podem ser fagocitados ou permear no endotélio
descontínuo do fígado (menos que 1,0 micrômetro);
Por via oral, se otimiza sua absorção e diminui irritação do
trato gastrintestinal;
Penetram através de lacunas dos capilares sangüíneos;
Acumulam-se no espaço intersticial dos tecidos;
São capturadas pelas células vias endocitose;
Nanopartículas poliméricas e os aglomerados de
macromoléculas encontradas em tecidos tumorais podem
estar em um número 100 vezes maior do que em tecidos
normais.
Nanotecnologia Farmacêutica
Nanotecnologia Farmacêutica
Sistemas mais usuais:
Ciclodextrinas: alfa, beta, gama e derivadas. Oligossacarídeos
cíclicos obtidos a partir do amido. Modificações sintéticas
Clorexidina- inclusão em β e β dimetil
CD; estabilidade e mascaramento de
sabor – do maior para o menor
Nanotubos de carbono – do menor para o maior
Os nanotubos de carbono são cilindros formados por átomos
de carbono, com diâmetros de aproximadamente 1 nm.
Devido a diferenças na forma de confinamento quântico de
seus elétrons, esses nanotubos, formados espontaneamente a
partir da condensação de vapor de carbono em condições
apropriadas, podem ser metálicos ou semicondutores.
Nem tudo que é nanométrico tem uma aplicação útil!!!!
Calixareno – do menor para o maior
Preparation and Biological Properties of Inclusion
Compounds of Calix[4]arene and 1,4-Benzodiazepinone
Derivatives
Russian Journal of General Chemistry, 2008, Vol. 78, No.
5, pp. 949–953.
Pamam (poliamido amina)– do menor
para o maior
Pamam
Geração
Peso Molecular
Diâmetro (Å)
Grupos reativos
em superfície
0
517
15
4
1
1,430
22
8
2
3,256
29
16
3
6,909
36
32
4
14,215
45
64
5
28,826
54
128
6
58,048
67
256
7
116,493
81
512
8
233,383
97
1024
9
467,162
114
2048
10
934,720
135
4096
The AAPS Journal (2009)
DOI: 10.1208/S12248-009-9116-1
PEG-conjugated PAMAM Dendrimers Mediate
Efficient Intramuscular
Gene Expression
Outros sistemas nanométricos
Naquim – carvão;
Partículas coloidais de ouro ou prata obtidas
por reações químicas;
Agregados poliméricos;
Vírus atenuados - O diâmetro dos principais
vírus oscila de 15-300 nm; Variola 100 nm e
poliomielite 20 nm;
Silicatos Lamelares – Disponíveis na natureza
já em estruturas pré-formadas e nanométricas
!!!!!!!!!
Argilas minerais
- Geral:
• Materiais naturais de textura
terrosa
• Baixa granulometria
• Adquirem plasticidade quando
hidratados
• Baixo custo
- Bentonita




Montmorilonita (60%)
Quartzo
Feldspato
Diferentes cátions
Argilas minerais
Figura – Modelo esquemático da Bentonita (Extraído de Paiva &
Morales, 2006).
17
Argilas minerais

Capacidade de troca catiônica
– Quantidade de íons (cátions) que a argila pode
adsorver e trocar.
Argila
CTC (meq/ 100g da
argila)
Caulinita 2H2O
Haloisita 4H2O
Haloisita
Ilita
Clorita
3-15
5-10
10-40
10-40
10-40
Sepiolitaatapulgita
20-35
Esmectita
Montmorilonita
Vermiculita
80-150
80-200
100-150
18
Organoargilas
Figura – Processo de troca catiônica entre os íons alquilamôneo e os cátions intercalados da argila
montmorilonita (Extraído de Kornmann, 2001).
19
Incorporação de fármacos –
preparação de nanocompósitos
20
Drug Development and Industrial Pharmacy
(2008) iFirst, 1–11
Copyright © Informa Healthcare USA, Inc.
ISSN: 0363-9045 print / 1520-5762 online
DOI: 10.1080/036390407018317691
Preparation and Evaluation of
Inclusion Complexes of Commercial
Sunscreens in Cyclodextrins and
Montmorillonites: Performance and
Substantivity Studies
Uso de materiais poliméricos
Polímeros mais usuais:
•
•
•
•
•
•
•
•
Poli ácido lático;
Poli ácido glicólico;
Poli caprolactona;
Poli cianoacrilato;
Quitosana;
Sulfato de condroitina;
Alginato de sódio;
Poliacrilatos.
Técnicas usuais de preparação –
emulsificação e dupla emulsificação
Exemplo ciprofloxacina/emulsificação
evaporação do solvente
Fase Oleosa:
50mg Indometacina
8ml Diclorometano
100mg PCL
Fase Aquosa:
50ml PVA (1%) (0,5g em 50ml de água)
Aquecer para dispersar
Esperar esfriar
Verter toda a fase oleosa sobre a aquosa. Deixar 5min no
sonicador (ciclo 1; amplitude 60 a 80%), em banho de gelo.
Levar para o evaporador rotatório e controlar o vácuo para
evaporar o diclorometano sem retirar água. Não usar
aquecimento.
Coacervação
Por Gotejamento: Com auxílio de seringa, agulha e
gotejador automático, 30mL de uma solução de sulfato de
condroitina 0,05% a 0,1% em tampão bórax são gotejados
sobre 30mL de solução de quitosana 0,05% a 0,1% em
ácido acético 1%, com sonicação a 100% de amplitude e
ciclo 1 e a agitação magnética a 700 rpm. A distância entre
a agulha e a solução de quitosana é de 10 cm. Após o
preparo e a amostra é liofilizada.
Spray Dryer
Spray dryer com ultra sonicador;
Lipossomas
Lipossomas




Sonicador;
Filme lipídico;
Normatização de tamanho;
Niossomas.
Nanoemulsões
Caracterização dos nanocompósitos
formados



Distribuição de tamanho das partículas
Viscosidade, índice de refração, e condutividade
Análise de espectroscopia de absorção no
infravermelho (FTIR)

Difração de raios X (DRX)

Análise termogravimétrica (TGA)

Análise calorimérica de varredura diferencial (DSC)
32
Caracterização
Equipamentos – Entre os principais
equipamentos utilizados para ver e
manipular a matéria em escala atômica
estão o microscópio de força atômica (AFM)
- para análise de superfícies em geral, e o
Microscópio de Tunelamento (STM) - para
amostras condutoras ou semicondutoras.
Em escala nano ou micrométrica outras
técnicas podem ser utilizadas
Não há mudança de fase e sim, redução da
mobilidade das moléculas
Aplicações
Difração de raio X
A interação entre vetor elétrico da radiação X e os elétrons do
material causa uma difração. A radiação é difratada camada
por camada do material, o que requer a presença de uma
estrutura organizada e regular para registro. A radiação
incidente deve ter comprimento de onda compatível com o
espaço interplanar analisado.
Princípio da Difração de Raios-X
n = 2d sen  (equação de Bragg) - n é um número inteiro e
 é a radiação incidente. Onde d é a distância interplanar do cristal;
5-F:A.S.
2theta
60%
80%
100%
2
332
196
392
2,05
367
199
385
2,1
347
206
379
2,15
385
188
390
2,2
414
237
405
2,25
411
246
395
2,3
440
262
367
2,35
381
292
370
2,4
395
293
394
2,45
377
323
379
2,5
384
313
375
2,55
394
309
429
2,6
395
341
378
2,65
389
341
412
Intensidade (CPS)
Intens.
2000
1500
60%
1000
80%
500
100%
0
0
5
10
15
2teta
20
25
A intensidade registrada, a qual se correlaciona a um ângulo
(2 teta) se obtém da ionização de gases ou sólidos CuK
cintilográficos.
A amostra deve ser finamente dividida para
que se forme uma superfície plana e pouco irregular,
trabalhando-se neste caso com a difratometria de pós.
Distâncias interplanares mensuráveis:




Planos de um cristal – molécula ou polímero;
Espaçamento de nano-estruturas;
Polimorfismo – molecular ou polimérico;
Conformação de cristais líquidos.
Observar com cuidado a influência da porção
amorfa do material no difratograma obtido.
As alterações de base se referem às porções amorfas do
material
Infravermelho
Observa-se vibrações moleculares;
 Estiramento de ligação;
 Deformação angular;
 Torção.
O estiramento pode ser ainda
simétrico, assimétrico, em fase, fora
de fase ou referente a um anel
aromático. Nem todas as vibrações teóricas (3 x n 6) Serão observadas – translações e rotações ao
longo dos 3 eixos. Depende da estrutura da
molécula ou macromolécula. Bandas degeneradas
de igual energia.
Usualmente se trabalha na região de
freqüência média, isto é, de 400 a
4000 cm -1;
 As freqüências vibracionais das moléculas
analisadas dependem de massa dos
átomos, geometria da molécula, diferença
de dipolo das ligações químicas, e
ambiente eletrônico onde se encontram as
mesmas.
 As análises podem se destinar tanto para
moléculas pequenas como para
macromoléculas ou partículas sólidas.

Análise do espectro de infravermelho:
 Avaliar as freqüências vibracionais dos grupos
funcionais característicos;
 Alargamento de banda x Freqüência;
 Pode se observar ligações de hidrogênio,
interações iônicas e processos similares;
 Maior massa, menor freqüência;
 Mais forte ligação, maior a freqüência;
 Maior distância internuclear, menor a freqüência;
 Materiais cristalinos apresentam bandas mais
finas;
 Uso de bibliotecas de padrões para comparação.
Microscopia eletrônica
Ao contrário da microscopia ótica esta técnica
utiliza elétrons, e não a luz para a formação de
imagens. Este princípio, permite visualizar
estruturas de menos de um nanômetro, ao
contrário do microscópio ótico, de alcance
micrométrico.
Microscópio eletrônico de varredura: utilizado para
avaliar estruturas superficiais ou sub-superficiais.
São imagens tridimensionais e a amostra é de fácil
preparação. Opera sob vácuo, produzindo um sinal
elétrico para cada ponto da imagem varrido.
Detecta elétrons secundários gerados
na superfície da amostra. Detecta
também, elétrons retro-espalhados
em até 1 micra de profundidade. O
ouro retro-espalha mais elétrons que
o carbono.
As amostras são preparadas utilizando um porta amostra na forma de disco
em liga de alumínio com superfície lisa, onde uma fita de carbono dupla face é
fixada na superfície lisa do disco, realizando-se a deposição da amostra em
forma de pó, sendo a quantidade de pó depositada sobre a superfície do porta
amostra muito pequena, procurando assim, evitar os efeitos de carga gerados
pelo feixe eletrônico durante as observações. Pode se aplicar o revestimento
com ouro.
MET: analisa a imagem em uma
determinada profundidade. O princípio
de funcionamento se assemelha ao MEV.