REDE DE NANOBIOTECNOLOGIA: PERSPECTIVAS NA ÁREA DA SAÚDE

HUMANA

Nelson DuránUniversidade Estadual de Campinas, S.P.

duran@iqm.unicamp.br Universidade de Mogi das Cruzes, S.P.

duran@umc.br

REDE DE NANOBIOTECNOLOGIA

COORDENADOR: Prof. Dr. Nelson Durán (UNICAMP/UMC)

NANOBIOTECNOLOGIAQUIMICA/FISICA/BIOLOGIA/BIOQUÍMICA/FARMACOLOGIA DE NANOESTRUTURAS BIOLÓGICAS

LIBERAÇÃO CONTROLADA DE FÁRMACOS

VISÃO PARCIAL DA CÉLULA DE E.coliGoodsell, Scripps, 1999)

10nm

10nm

NANOBIOSSENSORES

MAGNETOHIPERTERMIA

Patente PI0204433-1

Ressonância magnética

NPM

Associação comcélulas tumorais

Diagnosticoprecoce

Morte dascélulas tumorais

Campo magnético

Nanopartículas magnéticas (NPM)Internalizadas em células para ser

lisadas pela ação do campo magnético

NANOBIOMAGNETISMO

HOMEPAGE: www.nanobiotec.iqm.unicamp.br

UNICAMPUSP/SC/RP/SPEMBRAPAUMCUNESPUFSCARIPT

UnB UFMGUFUUFOP

UFRJ

UFRGSUFSC

UFPE

UFG

UEPG

REDE DE PESQUISA EM NANOBIOTECNOLOGIA

PUCUEM

REDE DE NANOBIOTECNOLOGIACoordenador: Prof. Nelson Durán (UNICAMP/UMC)

OBJETIVOS GERAIS:

A) DESENVOLVIMENTO DE NOVOS METODOS DE PREPARAÇÃO DE FARMACOS ENCAPSULADOS EM NANOPARTICULAS: TRATAMENTO DE CÂNCER, TUBERCULOSE, LEISHMANIOSE E ESQUISTOSOMOSE.

B) SINTESE E CARACTERIZACAO DE FLUIDOS MAGNETICOS COM APLICAÇÃO EM DIAGNOSTICO E TERAPIAS EM CÂNCER

C) METODOS INSTRUMENTAIS EM MATERIAIS NANOESTRUTURADOS COM FINALIDADE DE CARACTERIZAÇÃO DE NANOESTRUTURAS E APLIÇÃO EM DIAGNOSTICOS

REDE DE PESQUISA EM NANOBIOTECNOLOGIASUB-NETWORK: CONTROLLED RELEASE OF DRUGS AND VACCINESSub-coordinators: Profa. Dra. Silvia Guterres

Diclofenac-loaded nanoparticle coated microparticles: preparation, characterization and gastrointestinal toleranceUFRGS

Prof. Sílvia S. Guterres, Prof. Adriana R. Pohlmann, MSC. Ruy C. R. Beck

Nanocapsules or nanospheres

Spray-drying

Aerosil 200®

Diclofenac

NC or NS

MP-NS

or

MP-NC

Formulation Yield(%)

Encapsulation Efficiency(%)

Particle size (µm)

Moisture (%)

Superficial area (m2.g-1)

Pore volume (cm3.g-1)

Uncoated core 100 97.00 ± 1.76 7.27

14.73

1.85 ± 0.13 163

12.89

MP-NS 60 ± 2 98.64 ± 2.31 1.85 ± 0.13 125

0.25

0.14

MP-NC 63 ± 7 105.15 ± 3.44 1.11 ± 0.03 61 0.04

0

20

40

60

80

100

0 60 120 180 240 300 360Time (min)

MP-NS-DicOHUncoated coreMP-DispMP-NC-DicOHPhysical mixture

0

50

100

150

200

250

stomach duodenum jejunum ileum total

Organ

Lesi

onal

inde

xes

DicONa solution

Uncoated core-DicOH

MP-NS-DicOH

MP-NC-DicOH

Physical mixture

MP-PD

In Vitro drugrelease (pH 5.0)

Gastrointestinaltolerance

lipossomas

FÁRMACOS

LEISHMANIOSEnanoesferasde PLGA

VACINAS microesferasde PLGA

UFRJUSP-FCM-RPUFSCLABORATÓRIO BIOSINTÉTICA-SP

LaAg + microesferas PLGA

sem vacina

LaAg

Dias após a infecção

Lesã

o (m

m)

Melhoria parcial da vacina oral (proteica) após seu encapsulamento em microesferas de PLGA

UFRJ + FMRP-USP

(camundongos infectados com Leishmania amazonensis)

VACINAS

Aumento da imunogenicidade da vacina após seuencapsulamento em microesferas de PLGA

(ng

/ m

l)

LaAg

LaAg - PLGA

sem va

cina

IFN-γ

(produção de IFN-γ por camundongos vacinados)

UFRJ + FMRP-USP

REDE DE PESQUISA EM NANOBIOTECNOLOGIA

SUB-NETWORK: NANOBIOMAGNETISMSSub-coordinator: Prof. Dr. Paulo Cesar de Morais

Universidade de BrasiliaInstitute of Biological

Sciences

Prof. Dr. Zulmira G.M. Lacava

MAGNETOHYPERTHERMIA

Magnetic resonance

MNP

Tumor cellassociation

PrecociousDiagnosis

Tumor cellDeath

Magnetic field

Magnetic nanoparticles (MNPs)internalized in cells to be lysedby the magnetic field action

Patent PI0204433-1Genotixicity, J.Mag.Mag.Mater. 289, 466 (2005)Retention, J.Mag.Mag.Mater. 272, 2434 (2004)Magnetohyperthermia, J.Mag.Mag.Mater. 272-276, 2406 (2004)

Doxorubicin follows the Langmuir theory formilling, particles are resuspended and dispersed, adsorption to MTCs. The Langmuir theoryholds that the solute adsorbs to sites on the carbonsurface in a discrete one to one correspondence.

ACTIVATED CARBON

MAGNETICALLY TARGETED CARRIER (MTC)

ALVOS NAO ESPECIFICOS------------------------------------------------------------------------------------------------------

Rudger et al. J. Control. Releae 74, 335-340 (2001)

Treatment of a hepatocellular carcinoma byMTCs in clinical human trials

As shown in the left panel following the treatment of a HCC tumor with MCT-DOX the hepatic arteriesRemain patent, demonstrating particles toletaribility as evidenced by the lack of trombosis and/orembolization of the arteries. Localization and retention of the particles in the target tumor are showed in the the righ papel by magnetic resonant imagins (MIR) (the particles were in the local after 28 days)

REDE DE PESQUISA EM NANOBIOTECNOLOGIASUB-NETWORK: NANOSENSORSSub-Coordinators: Prof. Dr. Luiz C. Mattoso

ELECTRONIC TANGUE

Vinhos Vinícola A(safra 2000)

ASPECTOS IMPORTANTES NODESENVOLVIMENTO DE NOVOS

FARMACOS NA INDUSTRIAFARMACEUTICA

TABELA 2. PROPRIEDADES NÃO IDEAIS DE FÁRMACOS E DE SUAS IMPLICAÇÕES TERAPÊUTICASa

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------PROBLEMAS IMPLICAÇÃO EFEITOS DOS SLC---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Solubilidade baixa Uma formulação adequada é difícil SLC permite ambos

de atingir com moléculas hidrofóbicas hidrofóbico como já que precipitam em água hidrofílico melhorando

. a solubilidadeDanos nos tecidos Derramamento inadvertido de fármacos Liberação regulada por

citotóxicos (p.ex. doxorubicina) SLC não permite esseproblema.

Rápida quebra de Perda da atividade (p.ex. captotecinas SLC protege a fármacofármaco in vivo em pH fisiológico) de degradaçãoprematura e

baixas concentrações do fármaco podem ser usadas.

Farmacocinética Fármaco eliminado rapidamente pelos SLD pode modificardesfavorável rins e deve ser adicionado altas substancialmente a

concentrações. farmacocinéticaBiodistribuição Distribuição sistêmica e podem afetar SLC abaixa os vol. de

tecidos normais (p.ex. toxicidade distribuiçãocardíaca de doxorubicina) diminuindo efeitos

secundários.Falta de seletividade Distribuição de fármacos em tecidos SLC podem aumentar por tecidos alvos leva efeitos secundários a concentração do fármaco em normais restringindo a dosagem alta tecidos tumorais pelo efeito

permeabilidade aumentada e retenção (EPR effect).

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Liberação temporal

Efeitos adversos

Níveis tóxicos

Faixa terapéuticConcentraçãoMin. efetivaSem efeito

ConvencionalLiberação ordem

zero

PLsma

level

Tempo/dosagem administrada

Micro/nanoesferas e capsulas

NANOCAPSULAS

NANOPARTICULAS

NANOESFERASMonoliticas

Reservatorio

Adapted of Lambert,G. Oligonucleotide and Nanoparticles Page,<http://perso.clubinternet.fr/ajetudes/nano/index. html> dez/ 2003.

Método – Encapsulamento de fármacos

Método de evaporação de solvente

630 rpm

Fase orgânica (acetona/etanol) + polimero + fármaco

24 h SuspensãomicroesferasFase aquosa

+surfactante

(Tween + PVA) Centrifugação (10.000 rpm )

Secagem a frio e SEM (20KV)

É CIENCIA OU FICÇÃO?

Necessidade de medicinas inovadoras

Uma pessoa morre cada......

CANCER 4 SEGUNDOS

ATAQUE DO CORACAO 6 SEGUNDOS

AIDS 11 SEGUNDOS

DIABETES 36 SEGUNDOS

ALZHEIMER 86 SEGUNDOS

Na Inglaterra cada farmácia tem 4 pacientes com esclerose múltipla

1 DE CADA TRES PESSOAS SOFREM DE CANCER

Fonte: WHO

Que é a Nanomedicina?

Nanofarmaceuticos podem ser desenvolvidos tanto como sistemas de liberação de fármacos ou produtos farmacêuticos ativos biologicamente.

Esta sub-disciplina foi definido como a ciência e tecnologia de sistemas complexos na escala nanometrica, que consiste ao menos de dois componentes, uno dos quais e o ingrediente ativo. Neste campo o conceito de nanoescalafoi considerados na faixa de 1 a 1000 nm.

R. Duncan, ESF Forward Look on Nanomedicine 2005

Alguma das tecnologias nano na Pesquisa e Desenvolvimento como terapêuticas e sistemas de

liberação de fármacosQuímica supramolecular-Auto organização de carregadores de fármacos e sistemas de liberação de genes--------------------------------------------Nanoparticulas e nanocapsulas--------------------------------------------Tecnologias de anticorpos -------------------------------------------Polímeros- fármacos conjugados--------------------------------------------Polímero- proteína e anticorpos conjugados--------------------------------------------Nano- precipitação, nanocristais--------------------------------------------Tecnologias de emulsificação--------------------------------------------Polimerização in situ--------------------------------------------Engenharia de tecidos e reparo--------------------------------------------Tecnologias de dendrimeros---------------------------------------Impressão molecular

NANOPARTICULAS

nanoparticulas I. Brigger, C. Dubernet, P. Couvreur. Nanoparticlesin cancer therapy and diagnosisAdv. Drug Del. Rev. 54, 631 (2002).

P.D. Marcato, N. Durán, 2006)

NanocapsulasNanoesferas

PRODUTOS

-ENDOREM ® -Agente para imagem baseado em oxido de ferro

-ABRAXAME ® -Agente anticancer alvo dirigido--paclitaxel em nanoparticulas de albumina.

MUITAS NANOMEDICINAS ESTÃO AGORA EM USO COMUM EM CLINICA OU EM DESENVOLVIMENTO CLINICO

R. Duncan. Nanotechnology- Impact on Healthcare and Regulations, 2006.

FORMULACOES LIPOSSOMAIS EM USO CLINICO E DESENVOVIMENTO

V.P. Torchilin, Recent advances with liposomes as pharmaceutical carriers. Nature Rev, Drug Discov. 4, 145 (2005).

Produtos baseados em anticorpos monoclonais

T.M. Allen, Ligand-targeted therapeutics in anticancer therapy, Nature Rev. Drug Discov. 2, 750 (2002)

NANOPARTICULAS EM FASE I E FASE II APROVADA PELA FDA

N. Durán and P.D.Marcato, “Nanobiotechnology: New aspects of pharmaceutical delivery systems. Crit. Rev. Therapeuctic Drug Care Systems, submitted (2007).

POLIMEROS TERAPEUTICOS

R. Duncan, The Dawning era of polymer therapeutics. Nature Rev. Drug Discov. 2, 347 (2003).

POLÍMEROS TERAPÊUTICOS COMO FÁRMACOS MACROMOLECULARES DE TAMANHO NANO

N. Durán and P.D.Marcato, “Nanobiotechnology: New aspects of pharmaceutical delivery systems. Crit. Rev. Therapeuctic Drug Care Systems, submitted (2007).R. Duncan. Nanotechnology- Impact on Healthcare and Regulations, 2006.

ALGUNS NANOPRODUTOS EM DESENVOLVIMENTO

Chemical Engineering Progress; Feb 2006; 102, 2; ABI/INFORM Trade & Industrypg. 35

POLIMERO-PROTEINA CONJUGADAS

J.M. Harris, R.B. Chess, Effect of pegylation on pharmaceuticals. Nature Rev. Drug Discov. 2, 214 (2003)

POLIMERO-FARMACO CONJUGADOS

R. Duncan, Polymer-drug conjugates. In Handbook of Anticancer Drug Development (D.BudmanH. Calvert and E. Rowinsky (Eds.), pp. 239-260 (2003)

ITENS ESPECÍFICOS QUE GOVERNAM O ÍNDICE TERAPÊUTICO DE FÁRMACOS DE TAMANHO NANO E SISTEMAS DE

LIBERAÇÃO DE FÁRMACOS

Lipossomas, imunoconjugados, polímeros terapêuticos e nanopartículas

Biodistrubuição• - todo o organismo, nível celular

Imunogenecidade• - produção de IgG/IgM; indução de citoquinas

Destinos metabólicos

Persistência de sistemas não biodegradaveis• - possibilidade de doença por estocagem no lisosoma

Toxicidade de Nano-Fármacos

FABRICAÇÃO -limites de exposição dos funcionários

IMPACTO AMBIENTAL -geral-após administração do paciente

SEGURANÇA PARA O USO HUMANO -depende da rota de administração- dose- freqüência- na liberação de fármacos relacionado

a toxicidade da carga total do fármaco

Preocupação das vias metabólicas

Carregador polimérico

Fármaco

Metabólitosprimários

Biocompatibilidade

Toxicologia

Efeitoadverso

Efeito adverso oubenéfico da performance do material

Efeitoadverso

Ambientebiológico

Material oudispositivo

Ambientebiológico

Material oufármaco

Ambientebiológico

Dispositivos Biomateriais Agentes farmacêuticose de imagens

RISCOS PARA A SAUDE

RISCOS DA LIBERACAO DOS FARMACOS

Alteração de genes em células hepáticasDestruição de células lipidicasLiberação gradual do fármacoPreocupação com translocação

PREOCUPACAO GERAL

Como o corpo efetivamente lida com estesnanomateriais?

MTD:clinically used dose and schedule; *DLT: dose limiting toxicity; Doxorubicin: dox. NSCLC: Non-small cell lung cancer.

Lewin et al. Nat Biotechnol. 18, 410 (2000)

The folate receptor (FR), which is amplified in a wide variety of human tumors, could be targeted byincorporating 0.1 mol% folate-polyethyleneglycol-phosphatidylethanolamine (f-PEG-PE) intoliposomes. f-PEG-PE has been shown to facilitate FR-mediated endocytosis of liposomes into KB humanoral cancer cells, which express amplified FR. (araC), Cytosine-b-D-arabinofuranoside.

P. Li, J. Li, C. Wu, Q. Wu,J. Li. Synergistic antibacterial effects of β-lactam antibiotic combined with silver nanoparticles. Nanotechnology 16, 1912–1917 (2005)

Without any antibiotics5 ug/mL of silver nanoparticles

150 ug/mL of amoxicillin

150 ug/mL of amoxicillin + 5 ug/mL of silvernanoparticles

E. coli 5 x 10(6) colônias de bac., a) 5 ug mL(-1) de nanoparticulas de prata, b) 0.150 mg mL (-1) deantibiotico) , c) 0.150 ug mL(-1) de antibiotico + a), d) b0 + 10 ug mL (-1) nanoparticulas de prata.

MECANISMO DA AMOXICILINA

Li et al., Nanotechnology 16, 1912 (2005).

CLINDAMICINA

NANOPARTICULAS DE PRATA COMO CARREGADORESDE FARMACOS

CLIN

CLIN

CLIN

CLINCLIN

CLIN

CLIN

CLIN Sintese quimica e fungica

Brocchi et al. J. Nanosci. Nanotechnol., submitted (2007)

MINIMUM INHIBITION CONCENTRATION (MIC)

Durán et al., Crit. Rev. Microbiol. Submitted (2007).

SINTESE DE NANOPARTICULAS DE OURO COMVANCOMICINA

AGRADECIMENTOS

REDE NANOTUB0SDE CARBONOCNPq/MCT

CNPq/MCT REDE COOPERATIVA PHBV/IPT