FORMAÇÃO DE NANOPARTÍCULAS DE PMMA- … · FORMAÇÃO DE NANOPARTÍCULAS DE PMMA-PRAZIQUANTEL USANDO DIFERENTES TÉCNICAS DE POLIMERIZAÇÃO EM MINIEMULSÃO Laís B. da Fonseca1*,

FORMAÇÃO DE NANOPARTÍCULAS DE PMMA-PRAZIQUANTEL USANDO DIFERENTES TÉCNICAS DE

POLIMERIZAÇÃO EM MINIEMULSÃO

Laís B. da Fonseca1*, Diego Costa Dominguez2, Nadia M. Volpato3, Márcio Nele4, José Carlos Pinto1

1 Programa de Engenharia Química/COPPE, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Cidade Universitária,

CP:68502, Rio de Janeiro, 21945-970 RJ –[email protected] Fiocruz / Farmanginhos EQFAR 040 – Rio de Janeiro-RJ

3 Universidade Federal do Rio Grande do Sul – Faculdade de Farmácia – Porto Alegre-RG 4 Departamento de Engenharia Química/Escola de Química, Universidade Federal do Rio de Janeiro

O praziquantel (PZQ) é o fármaco utilizado para o tratamento da esquistossomose. O objetivo deste trabalho foi a formação de nanopartículas de poli(metacrilato de metila) e PZQ pela técnica de polimerização em miniemulsão, comparando-se os resultados obtidos em dois equipamentos distintos usados para fazer a emulsificação: um misturador de alto cisalhamento (ultra-turrax) e um homogenizador de alta pressão. As nanopartículas foram caracterizadas por calorimetria diferencial de varredura, cromatografia líquida, espalhamento de luz dinâmico e microscopia eletrônica de varredura. O trabalho mostrou que a incorporação de PZQ nas nanopartículas de PMMA ocorre em todos os casos analisados e indicou que o homogenizador de alta pressão é o equipamento mais indicado para preparação das partículas, por resultar em emulsão mais estável, partículas com faixa estreita de distribuição de tamanhos de partícula e maior taxa de incorporação de PZQ. Palavras-chave: Nanopartículas, praziquantel, miniemulsão, ultra-turrax, homogenizador de alta pressão.

Production of nanoparticles of PMMA and praziquantel using different miniemulsion polymerization techniques

Praziquantel (PZQ) is the primary drug for treatment of schistosomiasis. The main objective of this work was the preparation of nanoparticles of poly(methyl methacrylate) and PZQ using different miniemulsion polymerization techniques. The efficiencies of two types of emulsifying reactors, a high shear mixer (ultra-turrax) and a high pressure homogenizer, were compared to each other. The obtained nanoparticles were analyzed by differential scanning calorimetry, high pressure liquid chromatography, dynamic light scattering and scanning electron microscopy. The obtained results indicate the successful encapsulation of PZQ into PMMA nanoparticles in all runs. Obtained results also showed that the high pressure homogenizer presents the best performance, leading to formation of stable emulsions, narrower particle size distributions and higher encapsulation efficiency. Keywords: nanoparticles, praziquantel, miniemulsion, ultra-turrax, high-pressure homogenizer. Introdução

O praziquantel (PZQ) é o fármaco de escolha no tratamento da esquistossomose, doença que

acomete 200 milhões de pessoas no mundo, estando na lista de fármacos essenciais da Organização

Mundial da Saúde [1, 2]. A esquistossomose é a segunda maior doença em termos sócio-econômicos

e de saúde pública no mundo, sendo superada apenas pela malária [3]. O PZQ apresenta como

vantagem um amplo espectro terapêutico, pois atua nas três espécies de Schistossoma nas suas

formas adultas e imaturas [4-6].

Nanopartículas poliméricas vêm sendo amplamente estudadas na área de medicamentos,

usando como matrizes polímeros biodegradáveis ou não-biodegradáveis. As nanopartículas

dividem-se basicamente em nanocápsulas e nanoesferas. Nanoesferas são estruturas matriciais, nas

mailto:�[email protected]

quais os compostos ativos podem estar adsorvidos na superfície, aprisionados ou dissolvidos na

matriz. Já as nanocápsulas, por sua vez, apresentam uma capa polimérica e um núcleo interno.

Normalmente, as substâncias ativas ficam dissolvidas no núcleo, mas também podem estar

adsorvidas na superfície [7,8].

A polimerização em miniemulsão vem sendo amplamente difundida na síntese de

nanopartículas. Essa técnica é caracterizada por ocorrer em sistemas heterogêneos, onde as gotas de

monômero constituem o locus primário da polimerização e cada gota se comporta como um

“nanoreator”[9]. Assim, na polimerização em miniemulsão o monômero encontra-se pré-disperso em

gotas nanométricas (20 – 500 nm), estabilizado pela combinação de um surfactante e de um co-

estabilizador, insolúvel em água [9, 10]. Nesta técnica, é necessário um mecanismo eficiente de

cisalhamento (homogeneização) para alcançar um estado estacionário, onde é atingido o equilíbrio

da taxa de rompimento e coalescência das gotas. As técnicas mais comuns de agitação são ultra-

turrax, ultrasom e homogenizadores de alta pressão. A polimerização em miniemulsão apresenta

como vantagens a alta estabilidade (quando comparada as emulsões clássicas), maior controle do

tamanho das partículas e maior reprodutibilidade dos métodos de fabricação, além da preparação de

um látex com menor viscosidade [7, 9-12].

Este trabalho tem como objetivo principal a produção de nanopartículas poliméricas de

PMMA com PZQ através da técnica de polimerização em miniemulsão, usando para isso diferentes

processos de homogeneização: ultra-turrax e homogenizador de alta pressão. Os resultados obtidos

são comparados, mostrando que o homogenizador de alta pressão deve ser preferível, por resultar

em emulsão mais estável, partículas com faixa estreita de distribuição de tamanhos de partícula e

maior taxa de incorporação de PZQ.

Experimental

Materiais

Os materiais empregados nas reações foram: metacrilato de metila (MMA) da Sigma-

Aldrich, peróxido dissulfato de potássio da Merck, lauril sulfato de sódio da Proquímios, óleo

mineral da Isofar, bicarbonato de sódio da Isofar e praziquantel (doação Farmanguinho). Todos os

materiais foram usados como recebidos. A água empregada nas reações foi água destilada.

Anais do 10o Congresso Brasileiro de Polímeros – Foz do Iguaçu, PR – Outubro/2009

Caracterização da Matéria-prima

A matéria-prima de PZQ foi submetida a testes de pureza e de estabilidade térmica. Os testes

de pureza foram realizados por cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE) no cromatógrafo

Lachrom da Merck, segundo a monografia descrita na Farmacopéia Americana de 2008 [13]. O teste

de estabilidade térmica foi realizado pela técnica de termogravimetria (TGA) no equipamento TGA

SDTA851e da Mettler Toledo, as amostras foram submetidas a uma faixa de temperatura de 25 a

700ºC com vazão de aquecimento de 10ºC/min. Nestas análises foi utilizado nitrogênio como gás de

purga na vazão de 50 mL/min.

Teste de Solubilidade

O teste de solubilidade do PZQ frente ao monômero MMA foi realizado para avaliar a

quantidade de fármaco que poderia ser adicionado às reações. Este ensaio foi realizado em triplicata

nas seguintes temperaturas, 25, 37, 55, 75 e 90°C. Foram adicionados 20 mL de monômero

volumetricamente em erlenmeyer de 50 mL com tampa, sob agitação magnética. O PZQ foi

adicionado até saturação do meio. Após 3 horas, as amostras foram filtradas em membrana de 0,45

µm, diluídas e analisadas por CLAE. As condições cromatográficas foram: coluna C18, (4 mm x 25

cm, 10µm), fase móvel acetonitrila : água (50:50), fluxo de 1,5 mL/min e detector de ultravioleta

em 210 nm.

Preparação das Nanopartículas

As nanopartículas de PMMA com PZQ foram preparadas pela técnica de polimerização em

miniemulsão. As reações de polimerização do MMA foram realizadas solubilizando o PZQ no

monômero e o óleo mineral (co-estabilizador) com o uso de um agitador magnético. Após essa

etapa, adicionou-se a água, o lauril sulfato de sódio (LSS - tensoativo) e o bicarbonato de sódio,

ambos previamente diluídos. O sistema ficou sob agitação por 5 minutos. As misturas obtidas eram

imediatamente levadas ao ultra-turrax T25 Basic da Ika Labortechnik numa agitação de 9500 min-1

e ao homogeneizador de alta pressão APLAB-10 / 1.000 Bar da Artepeças, numa pressão de 800 bar

onde permaneciam por 10 minutos. A composição das fases é apresentada na Tabela 1. Após a

etapa de homogenização, a emulsão era levada ao reator, onde era adicionado o iniciador para

iniciar a reação de polimerização. O reator era mantido a 60°C sob agitação de 1000 rpm por 180

minutos. As emulsões obtidas foram posteriormente submetidas ao processo de liofilização para

secagem e obtenção das nanopartículas.


Tabela 1 – Formulações de polimerização em miniemulsão de MMA. Composição (g) Reagentes Ultra-Turrax Homogeneizador de alta pressão

MMA 70 50 70 50 PZQ 3 3 3 3

Óleo mineral 30 50 30 50 LSS 5 5 5 5

NaHCO3 0,3 0,3 0,3 0,3 K2S2O8 0,3 0,3 0,3 0,3 Água 227 227 227 227

Caracterização das Nanopartículas

As nanopartículas foram caracterizadas quanto à incorporação de PZQ, tipo de associação

fármaco – nanopartícula, distribuição de tamanhos de partícula e morfologia das partículas

produzidas. A taxa de incorporação foi avaliada por HPLC. As amostras foram devidamente

diluídas em metanol, usando condições cromatográficas similares às empregadas no teste de

solubilidade. A determinação da forma de associação foi realizada por calorimetria diferencial de

varredura (DSC), onde as amostras foram submetidas a uma faixa de aquecimento de 25 ª 200°C

com vazão de aquecimento de 10ºC/min em cadinho de alumínio com tampa furada. Nitrogênio foi

utilizado como gás de purga numa vazão de 80 mL/min, um cadinho de alumínio vazio foi

empregado como referência, as análises foram realizadas em equipamento DSC 1822e daMettler

Toledo. As análises de tamanho de partícula foram realizadas por espalhamento dinâmico de luz em

um equipamento Zetasizer – Malvern. As emulsões foram diluídas adequadamente em água ultra

pura previamente filtrada em membrana de 0,45µm. A análise de morfologia foi realizada por

microscopia eletrônica de varredura (MEV) em equipamento MEV Quanta 200 da FEI Company, o

detector empregado foi elétrons secundários (ETD).

Resultados e Discussão

As análises da qualidade da matéria-prima de PZQ foram satisfatórias, uma vez que o teor

de PZQ foi estimado em 100,00% (DPR = 0,98), não havendo detecção de qualquer outra

substância durante a análise. O ensaio de TGA (Figura 1) demonstrou que o PZQ tem uma boa

estabilidade térmica, sofrendo degradação apenas a temperaturas superiores a 258°C. Essa

informação é importante porque mostra que o fármaco em questão não se degrada nas temperaturas

usadas para conduzir as reações de polimerização.


Signal Value -1,07e-03 L/min

at 257,94ºC

Signal Value -1,07e-03 L/min

at 257,94ºC

Figura 1 – Termograma do fármaco praziquantel

Os resultados do teste de solubilidade foram satisfatórios. Os resultados estão ilustrados na

Figura 2. A concentração de saturação do PZQ no monômero a 25°C é de 42,8 mg/mL. Esse ensaio

mostra que quantidades expressivas de PZQ podem ser adicionadas ao meio reacional, sem que

ocorra precipitação do fármaco. A solubilidade atinge 250 mg/mL nas temperaturas mais elevadas

de reação.

0,0

50,0

100,0

150,0

200,0

250,0

300,0

Con

cent

raçã

o de

sa

tura

ção

(mg/

mL

)

25 37 55 75 90

Temperatura (°C)

Solubilidade do PZQ em MMA

MMA

Figura 2 – Gráfico demonstrativo da solubilidade de PZQ em MMA em diferentes temperaturas.

As reações de polimerização realizadas sempre levaram à formação de nanopartículas nas

diferentes condições analisadas. O processo de secagem por liofilização se mostrou apropriado para

a secagem desse tipo de material (Figura 3), permitindo obter um pó fino e seco para a condução

das análises. As emulsões formadas no ultra-turrax foram instáveis, ocorrendo a separação de fases

em prazo inferior a 24 horas. Por outro lado, as amostras preparadas homogenizador de alta pressão

se mostraram altamente estáveis, não sendo observada quebra de estabilidade mesmo após 4 meses


de armazenamento. A taxa de encapsulamento foi calculada em percentual peso por peso. Os

resultados estão expostos na Tabela 2 e demonstram a presença do PZQ nas nanopartículas. De

acordo com os resultados da Tabela 2, observou-se uma maior taxa de incorporação nas amostras

preparadas no homogenizador de alta pressão, quando comparadas com amostras de mesma

composição submetidas ao ultra-turrax.

Tabela 2 – Taxa de incorporação de PZQ nas nanopartículas.

Resultados Amostras

Média (n=3) DPR

Homogenizador - PMMA (70:30) 4,42% (p/p) 1,46 Turrax - PMMA (70:30) 2,71% (p/p) 1,14 Homogenizador - PMMA (50:50) 3,55% (p/p) 1,57 Turrax - PMMA (50:50) 2,14% (p/p) 0,48

A determinação da forma de associação fármaco – nanopartí

provar que o PZQ realmente foi incorporado na forma de nanoesfer

curvas do PZQ puro e das misturas físicas (MF) com PMMA, óleo

mineral. A Figura apresenta também as curvas de DSC do PMMA (

(curva 3), ambos isolados, e das amostras poliméricas preparadas (curv

resultados apresentados nota-se em todas as misturas físicas (curvas 4

referente a fusão do PZQ, observa-se também que o PMMA, o PMMA

mineral sozinho não apresentam eventos endotérmicos na faixa do PZ

faixa de fusão do PZQ ocorre devido à menor massa de fármaco pr

mesma é normal por se tratar de uma mistura. As curvas das nanopart

apresentam a transição endotérmica característica do PZQ, esse ensaio

está presente como uma fase distinta, mas como uma solução diluída na

a incorporação do mesmo

Anais do 10o Congresso Brasileiro de Polímeros – Foz do Iguaçu, PR – Outubr

Figura 3 – Amostra liofilizada

cula por DSC foi capaz de

as. A Figura 4 apresenta as

mineral e PMMA com óleo

curva 2) e do óleo mineral

as 8-11). De acordo com os

-6) a transição endotérmica

com óleo mineral e o óleo

Q. A menor intensidade da

esente e o deslocamento da

ículas preparadas (8-11) não

demonstra que o PZQ não

matriz polimérica provando

o/2009

Sample: PMMA (70:30) turrax EtOH - TFG N2, 3,1700 mg

Sample: PMMA (70:30) turrax - TFG N2, 3,2300 mg


Sample: PMMA (50:50) homogeneizador - TFG N2, 3,3600 mg

Sample: PMMA+vaselina (branco)-T FG N2, 3,2700 mg

Sample: MF prazi : PMM A+vaselina (50:50)-T FG N2, 3,3400 mg

Sample: MF prazi : vaselina (50:50)-TFG N2, 3,1800 mg

Sample: MF prazi : PMM A (50:50)-TFG N2, 3,1800 mg

Sample: vaselina - TFG N2, 3,1900 mg

Sample: PMMA - T FG N2, 3,1800 mg

Sample: pr

aziquantel - T FG N2, 3,0400 mg

Sample Holder: Aluminum Standard 40ulModule: DSC822e/700/951/FRS5, 17.04.2007 10:47:00Method: Dyn25...200@10 - N2=80mLdt 1,00 s 25,0-200,0°C 10,00°C/min, N2 80,0 ml/minSynchronization enabled

Wg -̂15

min

°C30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

^ e xo t m p p ra z i q u a n te l : P M M A - D S C 0 7 .0 5 . 2 0 0 9 1 6 : 5 2 : 3 7

S W 9 . 1 0F I O C R UZ :C T M : P M A : L E E S

Figura 4 – Resultados da análises de DSC; (1) PZQ; (2) PMMA; (3) óleo mineral; (4) MF PZQ:PMMA; (5) MF PZQ: óleo mineral; (6)

PZQ:PMMA com óleo mineral; (7) PMMA com óleo mineral ; (8) nanopartículas homogeneizador (50:50); (9) nanopartículas ultra-turrax (50:50);

(10) nanopartículas homogeneizador (70:30); (11) nanopartículas ultra-turrax (70:30)

As análises de tamanhos de partícula das amostras preparadas com o homogenizador estão

ilustradas nas Figuras 5 e 6, enquanto as análises das amostras preparadas com o ultra-turrax estão

apresentadas na Figura 7. O diâmetro médio (Dm) das partículas obtidas no homogenizador é de

aproximadamente 80 nm. Essas amostras apresentam uma faixa homogênea de tamanhos,

apresentando uma distribuição unimodal. Entretanto, as amostras do ultra-turrax apresentaram Dm

de 760 nm e uma faixa de distribuição granulométrica bem ampla e bimodal, com diâmetros

variando na faixa entre 30 nm a 2000 nm.

Figura 5 – Distribuição granulométrica amostra Homogeneizador (50:50) Figura 6 - Distribuição granulométrica amostra Homogeneizador (70:30)

T A R e S

(1) Sample: PZQ

(2) Sample: PMMA

(3) Sample: óleo mineral

(5) Sample: MF PZQ:óleo mineral

(4) Sample: MF PZQ:PMMA

(6) Sample: MF PZQ:PMMA com óleo mineral

(7) Sample: PMMA com óleo mineral (branco)

(8) Sample: Nanopartículas homogeneizador (50:50)

(9) Sample: Nanopartículas ultra-turrax (50:50)


(11) Sample: Nanopartículas ultra-turrax (70:30)Sample: PMMA (70:30) turrax EtOH - TFG N2, 3,1700 mg



Sample: PMMA (50:50) homogeneizador - TFG N2, 3,3600 mg

Sample: PMMA+vaselina (branco)-T FG N2, 3,2700 mg

Sample: MF prazi : PMM A+vaselina (50:50)-T FG N2, 3,3400 mg

Sample: MF prazi : vaselina (50:50)-TFG N2, 3,1800 mg

Sample: MF prazi : PMM A (50:50)-TFG N2, 3,1800 mg

Sample: vaselina - TFG N2, 3,1900 mg

Sample: PMMA - T FG N2, 3,1800 mg

Sample: praziquantel - T FG N2, 3,0400 mg

Sample Holder: Aluminum Standard 40ulModule: DSC822e/700/951/FRS5, 17.04.2007 10:47:00Method: Dyn25...200@10 - N2=80mLdt 1,00 s 25,0-200,0°C 10,00°C/min, N2 80,0 ml/minSynchronization enabled

Wg -̂15

min

°C30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

^ e xo t m p p ra z i q u a n te l : P M M A - D S C 0 7 .0 5 . 2 0 0 9 1 6 : 5 2 : 3 7

S W 9 . 1 0F I O C R UZ :C T M : P M A : L E E S T A R e S

(1) Sample: PZQ

(2) Sample: PMMA










(1) Sample: PZQ

(2) Sample: PMMA











Figura 7 - Distribuição granulométrica amostra Ultra-turrax (50:50)

As análises de MEV são apresentadas nas Figuras 9 e 10. Conforme pode ser observado, as

nanopartículas apresentaram morfologia esférica. Entretanto, foi possível observar que o processo

de secagem ocasiona uma compactação das partículas, o que não é desejado. Esse aspecto do

processamento será investigado com maior detalhe no futuro próximo.

Figura 9 – Microscopia, (A) Amostras Homogeneizador (50:50); (B) Amostras Homogeneizador (70:30)

Figura 10 – Microscopia, (A) Amostras Ultra-turrax (50:50); (B) Amostras Ultra-turrax (70:30)


A relação monômero:óleo mineral num primeiro momento e de acordo com os resultados

aqui expostos não apresentou diferenças significativas, porém as nanopatículas ao serem trituradas

manualmente em gral com pistilo, as amostras, tanto do ultra-turrax como as do homogeneizador,

na proporção 50:50 (MMA:óleo) apresentaram baixíssima resistência mecânica formando um filme

já nas amostras com proporção MMA:óleo (70:30), esse fato não ocorreu.

Conclusões

No presente estudo, nanopartículas de PMMA contendo PZQ foram preparadas pela técnica

de miniemulsão em ultra-turrax e em homogenizador de alta pressão. Em todos os casos, obteve-se

incorporação de PZQ e produção de nanoesferas poliméricas impregnadas com PZQ. O

desempenho obtido a partir dos ensaios realizados com o homogenizador foi muito melhor que no

ultra-turrax, resultando em emulsões mais estáveis, distribuições de tamanhos de partícula mais

homogêneas e maior incorporação de fármaco.

Agradecimentos Os autores agradecem ao CNPq pelo apoio financeiro e pelas bolsas de estudo. A

Farmanguinhos pela doação de matéria-prima e realização das análises de DSC, TGA e CLAE. Referências Bibliográficas 1. L. Chitsulo; D. Engels; A. Montresor; L. Savioli Acta Tropica. 2000, 77, 41. 2. M. Lindenberg; S. Kopp; J. B. Dressman European Journal of Pharmaceutics and

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Pharmaceutics. 2005, 295, 157. 7. C. Vauthier; K. Bouchemal Pharmaceutical Research. 2008. 8. F. Kesisoglou; S. Panmai; Y. Wu. Advanced Drug Delivery Reviews. 2007, 59, 631. 9. M. Antonietti; K. Landfester Progress in Polymer Science. 2002, 27, 689. 10. J.M. Asua Progress in Polymer Science. 2002, 27, 1283. 11. A. López; A. Chemtob; J.L. Milton; M. Manea; M. Paulis; M.J. Barandiaran; S. Theisinger; K.

Landfester; W.D. Hergeth; R. Udagama; T. McKenna; F. Simal; J. M. Asua Ind. Eng. Chem. Res. 2008, 47, 6289.

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