Avanços da
Nanotecnologia
Farmacêutica-2
aula-3 (22/08/07)
Prof. Dr. Nelson Durán
MSc. Priscyla D. Marcato
MSc. Zaine Teixeira
IQ-UNICAMP
Nanopartículas lipídicas sólidas
Nanopartículas poliméricas
Sistemas de Liberação Sustentada
Lipossomas
Cristais líquidos
Nanopartículas Polimérica
Materiais
• Solvente Orgânico (clorofórmio, acetona etc)
• Polímero
• Tensoativo
• Fase Aquosa
Estruturas
Schaffazick et al. Quim Nova 26, 726 (2003).
Óleo na fase orgânica
Métodos de preparação
 Emulsificação e evaporação de solvente
 Emulsificação espontânea/difusão de solvente
 Salting out
 Nanoprecipitação
 Polimerização in situ etc
Reis et al. Nanomedicine: Nanotechnology, Biology, and Medicine 2, 8 (2006)
ESCOLHA DO PRINCÍPIO ATIVO
HIDROFÍLICO
LIPOFÍLICO
A SOLUBULIDADE DO ATIVO DETERMINA
O MÉTODO DE PREPARAÇÃO DAS
PARTÍCULAS
Ativos Lipofílicos
Emulsão O/W
Solvente Orgânico+
Polímero + Ativo
Lavadas com água
por centrifugação a
15 000 rpm
H2O + Tensoativo
Agitação
Secas por Liofilização
Tewes et al., European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics 66, 488 (2007)
Ativos Hidrofílico
Dupla Emulsão W/O/W
Fase aquosa 1
H2O + Ativo
Fase Aquosa 2
1% de PVA
Solv. Orgânico
Polímero
Agitação
Agitação
Tewes et al., European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics 66, 488 (2007)
Técnicas de Secagem
Liofilização
 Congela-se a amostra em nitrogênio líquido
 Coloca no Liofilizador por 12 horas para que ocorra a
sublimação da água coletando apenas as partículas
Técnicas de Caracterizações
TÉCNICAS MICROSCOPICAS
Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV)
Microscopia de Força Atômica (AFM)
Microscopia Eletrônica de Transmissão (TEM)
Aplicações
Shi et al., Journal of Controlled Release 80, 309 (2002)
Nanopartículas Lipídicas Sólidas
Formadas por lipídios sólidos à temperatura
ambiente e corporal
Wissing et al., Advanced Drug Delivery Reviews 56, 1257 (2004)
• Maior estabilidade
Vantagens
• 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).
Homogeneização à alta Pressão
Ativo + Lipídio fundido
Homogeneização a
frio
Homogeneização a
quente
Solidificação
(nitrogênio líquido)
Solução de tensoativo (quente)
(sob alta agitação)
Moído (micropartículas lipídicas)
Agitação
Pré-emulsão
Solução de tensoativo (fria)
Micro-suspensão
Homogeneizado à alta Pressão
• Rápido e Fácil
•Fácil escalonamento - 99% de
reprodutibilidade em escala
industrial
• Evita contaminação no
processo de homogeneização
500 bar 3 ciclos
Sakulkhul et al., Proceedings of the 2nd IEEE International ( 2007)
Estrutura das Partículas
Souto e col., International Journal of Pharmaceutics 278, 71 (2004)
Matriz Homogênea
(solução sólida)
Homogeneização a frio
Parede Rica
em Ativo
Núcleo Rico
em ativo
• Cristalinidade
Eficiência de encapsulamento
Expulsão do ativo
Difração de Raio-X
Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC)
Microscopia Eletrônica de Transmissão (TEM)
• Distribuição do Ativo nas partículas
Eficiência
de encapsulamento
Ressonância Magnética Nuclear
de Prótons
Liberação do Ativo
• Morfologia das Partículas Via de administração
Técnicas microscópicas (MEV, TEM, AFM)
Via de administração
• Diâmetro e Potencial Zeta
Estabilidade
Espectroscopia de correlação
de fótons- Aglomeração
Aplicações
Concentração no plasma
Pandey e col., Tuberculosis 85, 415 (2005)
Nível de ativo nos tecidos depois de 10 dias
Ativo livre- 48 horas não foi mais detectados nestes órgãos
Pandey e col., Tuberculosis 85, 415 (2005)
Atividade Quimioterápica
Pandey e col., Tuberculosis 85, 415 (2005)
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
135 µm
75 µm
275 µm
NANOPARTICULAS METALICAS
Preparação
Método Químico – Oxido- Redução – Citrato de sódio
Problemas
•Resíduos na dispersão final
•Estabilização das partículas
•Larga Faixa de diâmetro de Partículas
Método Biológico – Fungos- Fusarium Oxysporium
24 h
3,0
2,5
2,0
A
1,5
1,0
0,5
28 h
6h
Oh
0,0
400
600
800
 (nm)
Duran et al., Journal of Nanobiotechnology, 1 (2005)
1000
1200
CLIN
CLIN
CLIN
CLIN
CLIN
CLIN
CLIN
CLIN
Sintese quimica e fungica
De Conti et al., Nanotechnology, submitted (2007)
Purificador de Ar
Refrigerador
Durán et al., Journal of Biomedical Nanotechnology 3, 203 (2007)
Tecido de Algodão
Controle
Teste da atividade antibacteriana
Tecido com Ag
Durán et al., Journal of Biomedical Nanotechnology 3, 203 (2007)
VANCOMICINA EM NANOPARTICULAS PARA AUMENTAR
SUA ATIVIDADE ANTIMICROBIANA
Gu et al. Nano Lett. 3, 1261-1263 (2003)
VANCOMICINA EM NANOPARTICULAS PARA AUMENTAR
SUA ATIVIDADE ANTIMICROBIANA
Gu et al. Nano Lett. 3, 1261-1263 (2003)
Gimenez et al. J. Biomed. Nanotechnol. 1, 1-7 (2005)
NANOCOSMÉTICOS
COSMÉTICOS
Economia do setor de cosméticos
Euromonitor
COSMÉTICOS
Economia do setor de cosméticos
Brasil
ABIHPEC
COSMÉTICOS
Balança comercial
COSMÉTICOS
COSMÉTICOS
Obstáculos (segundo ABIHPEC)
 Escassez
de
mão-de-obra
qualificada
(pouquíssimos cursos na área cosmética)
 Importações de grande parte dos insumos,
deixando
de
gerar
empregos
no
mercado
doméstico e afetando negativamente a balança
comercial
COSMÉTICOS
Fatores de crescimento (segundo ABIHPEC)
(Associação Brasileira da Indústria de Higiene Pessoal Perfumaria e
Cosméticos)-
 maior participação da mulher no mercado de trabalho;
 utilização de tecnologia de ponta consequente aumento
na produtividade;
 aumentos de preços inferiores aos índices da economia
em geral;
 lançamento constante de novos produtos;
 elevação da expectativa de vida da população.
COSMÉTICOS
Produtos cosméticos de cuidado para a
pele
Cosmecêuticos
 Vitaminas A, C e E
 flavonóides (escutelária, uva, soja)
 polifenóis (chá-verde)
 carotenóides (tomate, melância)
 taninos (hamamélis, malva)
 ácidos oleicos, linoleicos e palmítico (amêndoas doce)
COSMÉTICOS
Valor agregado do Produto
Conceito
Prevage (Allergan): US$100 (29 g)
Happylog (Guerlain): R$ 250 (30mL)Happyder, (Lóreal):
R$ 50,00 (50 mL)
Akinésine Happyskin (Anna Pegova): R$ 360 (20 mL)
Sisleÿa Global Anti-Age: R$ 1200 (50mL)
“O segmento anti-rugas dobra o seu
faturamento todos os anos desde 1998 (no
Brasil 500 mil reais/ano)”
COSMÉTICOS
NANOPARTÍCULAS COMO
VEÍCULOS CARREADORES DE
COSMÉTICOS
Ativos devem alcançar os sítios alvos em
concentrações e períodos de tempo
adequados
PERMEAÇÃO CUTÂNEA
Rotas de permeação:
folículos pilosebáceos
ductos sudoríparos
camada córnea
Mecanismo transcorneal:
através das paredes da camada
córnea
via intercelular (tijolos e cimento).
ESTUDOS DE
PERMEAÇÃO
PERMEAÇÃO CUTÂNEA
Penetração de nanopartículas na pele
 Partículas de TiO2: 0,5 a 1 m = atingindo
ocasionalmente a derme; 3 a 8 m = somente uma
limitada absorção folicular.
PERMEAÇÃO CUTÂNEA
Minoxidil@PCL: 40 nm tiveram maior permeação
do que as de 130 nm apenas em linhagens com
pelos.
PERMEAÇÃO CUTÂNEA
Partículas de PLGA em vacinas tópicas: quanto
menor o tamanho, mais partículas foram
direcionadas às células de Langerhans presentes
na epiderme.
PERMEAÇÃO CUTÂNEA
Lipossomas: 272 nm (epiderme e parte da derme),
116 e 71 nm (atingem em alta concentração a
derme).
Hoet et al., J. Nanobiotech., 2, 12-26 (2004).
PERMEAÇÃO CUTÂNEA
Partículas de PLGA em vacinas tópicas: quanto
menor o tamanho, mais partículas foram
direcionadas às células de Langerhans presentes
na epiderme.
Gu and Roy, J. Drug Deliv. Sci. Technol., 14, 265-73 (2004)
PERMEAÇÃO CUTÂNEA
Látex de 50, 100, 200 e 500 nm carregados:
somente os negativos de 50 e 500 nm permearam
a pele. Seriam formados canais temporários
devidos a repulsão lipídeos- partículas.
Kohli and Alpar, Int. J. Pharm., 275, 13-7 (2004)
PERMEAÇÃO CUTÂNEA
Partículas de Nile Red@PCL: penetração na
camada córnea, visualizada por CLSM.
Alvarez-Román et al., J. Control. Release, 99, 53-62 (2004)
PERMEAÇÃO CUTÂNEA
20 e 200 nm: não tiveram permeação através
da camada córnea, mas se acumulam nos
folículos pilossebáceos, principalmente as de
tamanhos menores.
No trabalho de Nile Red@PCL ocorresse uma maior eficiência
de liberação na camada córnea pela formação de filme e não
maior penetração das partículas
Alvarez-Román et at., Pharm. Res.; 21, 1818-25 (2004)
Nossa Proposta
A investigação da rota de permeação (folicular ou
via camada córnea), ou se permite a formação de
um filme na superfície, reduzindo a perda de água
transepidermal e favorecendo a penetração da
droga na pele
ESTUDO DE UM CASO ESPECÍFICO
Palmitato de retinila
O
O
(CH2)14CH3
Emissão em 514nm
 armazenamento da vitamina A (retinol)
 Manutenção da diferenciação epitelial
 prevenção da carcinogênese
 propriedade antioxidante
Polímero funcionalizado com azul do nilo
%Encapsulamento = 99
Diâmetro = 250 nm
Potencial zeta = -20 mV
Br
NC
Microscopia Confocal
(Vermelho do Nilo)
(Palmitato)
 Seguro para aplicação cosmética
 Atinge o alvo de atuação
Teixeira et al. 2007
Produtos no Mercado
Aplicações
L`Oreal Kerastase
Nanoemulsão
Olay Complete
Nanopartículas de
óxido de zinco
Serge Lutens Blusher
(Barneys New York)
Nanodispersão
Radical Sponge
(BioResearch)
Fulereno
Brumas
(Natura)
Nanoemulsão
Vitactive Nanoserum anti-sinais
(O Boticário)
L `Oreal Revitalife
Lipossomas
Aplicações
Little bits The cosmetics
industry already puts nanoparticles in lotions, creams
and shampoos.
Nano-sized zinc oxide
particles are used in
suncreams.
The particles are
particularly good at
absorbing ultra-violet rays,
but make the lotion
transparent and smooth
instead of sticky and white.
COSMÉTICOS
Aplicações
COSMÉTICOS
Aplicações
Radical Sponge® (Fullerene)
by Vitamin C60 BioResearch Corporation
Eliminação de radicais livres
COSMÉTICOS
Aplicações
COSMÉTICOS
Aplicações
COSMÉTICOS
Aplicações
COSMÉTICOS
Aplicações
O sensorial diferenciado com hidratação intensa das Brumas
de Leite foi obtido através de uma tecnologia pioneira na
Natura, a Nanotecnologia, que através de um processo de
fabricação especial, diminui o tamanho de partículas da
emulsão.
FARMACOS APROVADOS PELA FDA (10)
Anfoterecina B
Tratamento
Anfotericina B livre
( 24 dólares por dia)
Com Ambisome
(1300 dólares por dia)
LIBERAÇÃO INTRANASAL
HEPATITE C
Paclitaxel
Injetável
Abraxane é uma versão nanotecnológica de Taxol –o fármaco
anticâncer derivado da corteça da árvore do Tejo, patentado
pela Bristol-Meyers Squibb. Quando a patente do Taxol
Expirou em 2000, uma versão genérica, o Paclitaxel, foi posto
a disposição do público por US $150 cada dose.
Abraxane é diferente porque está formulado na nanoescala
e encapsulado numa coberta de albumina. Como as coberturas
de albumina são proteína natural, os pacientes tem poucas
reações alérgicas, o que não sucede com o Paclitaxel
(ou Taxol), que produz terríveis efeitos secundários.
A empresa cobra US $4.200 por dose de Abraxane, 28 vezes
mais caro que o Taxol genérico. Não esta ainda definido o
lançamento no Brasil.
Doxorubicina
Lipossoma furtivo
Caelyx 2 mg
R$ 2.395,34 (Schering-Plough)
Doxorrubicina 10 mg R$
30,34
Avastin contem a substancia ativa bevacizumab, que é um anticorpo
monoclonal humanizado.
Roche Farma Brasil: 25 mg R$ 5.829,48
Rapamune (Sirolimo) 1 mg R$ 1.665,91
Macugen: 0,3 mg R$ 3.348,94 (Pfizer)
Impactos da NanoBioTecnologia
• Quais são os riscos da nanobiotecnologia para
o ser humano?
• Quais os danos ambientais da nanotecnologia?
• Impactos sócio-econômicos?
• A inalação de nanopartículas, tais como nanotubos
e partículas metálicas, pode gerar danos aos
pulmões.
• Aplicação Dérmica: Partículas podem permear a
pele e atingir a corrente sanguínea se espalhando
pelo corpo e podendo atingir até o cérebro.
• Ingestão: Partículas menores que 300 nm podem
atingir o sistema linfático e entrar na corrente
sanguínea.
Impactos Sociais
• O desenvolvimento de produtos com tecnologia
nano pode criar mudanças significativas nos planos
social e econômico.
• Haverá criação de empregos em novas áreas, mas
outros irão desaparecer.
• O avanço da nanotecnologia pode possibilitar que
países em desenvolvimento entrem em compasso
com países desenvolvidos, mas pode também
aumentar as diferenças entres estes:
A nanobiotecnologia é
uma promissora e atual
tecnologia, mas seus
riscos precisam ser
analisados.
AGRADECIMENTOS
Materiais de cobertura
O
C
O
(CH2)5
O
CH3
O
CH
C
n
n
Poli (-caprolactona) ou
PCL
Poli(acido lactico) ou
PLA
CH3
O
CH2CH3
O
I
II
I
II
H–[ O– CH – CH2 – C –O– ]m –co – CH – CH2 – C ]n –OH
Poly(3-hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerate) ou PHBV