Síntese de carreadores nanoparticulados de fármacos formados por polimerização in sito via miniemulsão em uma única etapa

  • Número do pedido da patente:
  • PI 1015887-1 A2
  • Data do depósito:
  • 13/10/2010
  • Data da publicação:
  • 15/07/2014
Inventores:
  • Classificação:
  • A61K 9/16
    Prepara??es medicinais caracterizadas por formas f?sicas especiais; / Em forma de part?culas, p. ex. p?s; / Aglomerados; Granulados; Microgr?nulos;
    ;
    C08F 2/22
    Processos de polimeriza??o; / Polimeriza??o em meios n?o solventes; / Em meio aquoso; / Polimeriza??o em emuls?o;
    ;

SÍNTESE DE CARREADORES NANOPARTICULADOS DE FÁRMACOS FORMADOS POR POLIMERIZAÇÃO IN SITO VIA MINIEMULSÃO EM UMA ÚNICA ETAPA. A inovação ora proposta se baseia em nanopartículas compostas por polímeros biocompatíveis que são amplamente usadas como carreadores de fármacos. Neste caso o praziquantel foi escolhido como fármaco modelo para ser encapsulado durante o processo de síntese do polímero, sendo objeto da presente invenção a formação de uma emulsão de nanopartículas de forma esférica e tamanho uniforme de 60 a 80 nm, contendo praziquantel, por polimerização in situ pela técnica de miniemulsão. São utilizados nesse processo um sistema contendo óleo, água, surfactante e co-estabilizador. A técnica de miniemulsão permite a obtenção de nanocápsulas em uma simples etapa de reação baseada na diferença de tensão interfacial e no processo de separação de fases durante a polimerização. A manufatura desses veículos carreadores de fármacos na escala de nano é de grande relevância na área médica e farmacêutica.

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Documento

SÍNTESE DE CARREADORES NANOPARTICULADOS DE FÁRMACOS FORMADOS POR POLIMERIZAÇÃO IN SITO VIA MINIEMUSÃO EM UMA ÚNICA ETAPA

Campo da Invenção

5    O presente pedido de patente refere-se ao método de preparação

de nanoesferas contendo praziquantel por polimerização in situ pela técnica miniemulsão, ou seja, nanopartículas biocompatíveis para encapsulação de fármacos bem como o processo para sua obtenção. Mais especificamente a inovação esta relacionada com nanoesferas de praziquantel, onde a mesma 10 descreve um método de síntese das nanopartículas com PZQ pela técnica de polimerização em miniemulsão, o qual inclui mistura de monomero, emulsificante, material hidrofóbico, iniciador solúvel em água e água destilada, sendo o homogeneizador de alta pressão, o equipamento de escolha empregado nessa técnica. 0 praziquantel (PZQ) é o fármaco utilizado para o 15 tratamento da esquistossomose.

Antecedentes da Invenção

A aplicação de nanopartículas como carreadores de fármacos teve seu início em 1960, entretanto o primeiro produto comercial nanoparticulado na área farmacêutica só apareceu no mercado no início de 20    2005 (KREUTER, 2006). O uso dè sistemas multiparticulados pode ser

benéfico para os tratamentos, pois permite uma rápida e uniforme distribuição do fármaco pela superfície do intestino, diminuindo a variação na absorção (BECKERT et al., 1996). Esse fato é de grande relevância fisiológica, pois as partículas podem ficar menos sujeitas à degradação pelo pH ácido, além de 25 aumentar o tempo de meia vida de fármacos que são rapidamente metabolizados ou excretados como demonstrado por FERRUTI (1981). A aplicação deste tipo de tecnologia tem como objetivos principais aumentar a

eficácia de diversos tratamentos, pois permite uma distribuição rápida e uniforme pelo trato gastrointestinal (TGI), apresentar menor variação na biodisponibilidade, diminuir os efeitos colaterais encontrados nos métodos convencionais, reduzir o risco de desestabilização do fármaco, propiciar maior reprodutibilidade de dose, diminuir o número de fármacos usados para o tratamento de uma doença e dispensar modos de aplicação nos quais é exigida qualificação profissional especial (LIN E KAO, 1991; UHRICH, 1999).

Nanoesferas são estruturas tipo matriciais, nas quais os compostos ativos podem estar adsorvidos na superfície, aprisionados ou dissolvidos na matriz (UHRICH etal., 1999; KUMAR, 2000; SOPPIMATH et a!., 2001). Esses sistemas são excelentes carreadores de fármacos, pois moléculas frágeis podem ser preservadas de degradações enzimáticas fisiológicas quando estão presas a um nanocarreador, além de serem empregadas para estabilização de fármacos, proteínas e DNA recombinante frente a agentes como pH e luz; para o mascaramento de sabor de fármacos e outras características organolépticas; e como ferramenta para formulação de formas farmacêuticas para liberação modificada (VAUTHIER E BOUCHEMAL, 2008; 0'DONNEL E MCGINITY, 1997; YAMAGATA et ai, 2003).

Os polímeros e seus produtos de degradação devem ser atóxicos quando se pensa na administração em seres humanos. Além disso, deve ser avaliada a finalidade do sistema de liberação para que se escolha o polímero com propriedades pertinentes. O poli (metacrilato de metila) se destaca uma vez que foi o primeiro polímero acrílico a ser utilizado como biomaterial. Ele não é biodegradável, mas é biocompatível. Biomedicamente é empregado em cimento dental, em próteses ósseas e no revestimento de fármacos para administração oral. Essa classe de polímeros pode ser conjugada com proteínas, biomoléculas e ingredientes farmacêuticos ativos sendo promissores

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na área de sistemas de liberação de fármacos, cultura de célula, bioprocessos enzimáticos dentre outros (UCHEGBU E SCHATZLEIN, 2006).

O preparo de nanopartículas poliméricas pode ser feito por diversos métodos. A técnica de evaporação de solvente com polímeros prontos é a mais conhecida na área farmacêutica. O processo baseia-se na emulsificação inicial de uma mistura que contém um solvente volátil, o fármaco e o polímero em uma fase externa, que pode ser água ou um óleo no qual o polímero é insolúvel. A emulsão é então submetida à agitação constante e evaporação do solvente, por vácuo geralmente, levando à precipitação do polímero e do fármaco. As nanopartículas formadas são filtradas e secas sob condições apropriadas (JAIN et ai, 1998; VAUTHIER E BOUCHEMAL, 2008; WO2009/121997). A desvantagem principal da técnica de evaporação de solvente é a possibilidade de coalescência das nanogotículas durante o processo de evaporação do solvente além de possuir restrições sobre os tipos de materiais orgânicos que podem ser encapsulados, e o longo tempo de preparo das nanopartículas.

POLIMERIZAÇÃO “IN SITU” POR MINIEMULSÃO

O termo miniemulsão é empregado genericamente para descrever dispersões submicrométricas (na faixa de tamanho de 50-500 nm) do tipo óleo em água, que apresentam grande estabilidade por extensos períodos, sendo preparadas a partir de um sistema contendo óleo, água, surfactante e co-estabilizador (LANDFESTER et ai, 1999; ASUA, 2002). A miniemulsão tem como característica permitir a obtenção de uma mistura estável, formada por gotículas de monômero, suspensas em um meio heterogêneo. Dessa forma, as gotas de monômero se comportam como o locus primário da polimerização e

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cada gota se comporta como um “nanoreator” (ANTONIETTI E LANDFESTER, 2002).

Essa técnica permite criar polímeros diferenciados utilizando os mesmo materiais empregados na técnica de emulsão clássica em função da sua versatilidade funcional e habilidade para incorporar substâncias orgânicas e inorgânicas (EL-JABY et ai, 2009). A polimerização em miniemulsão difere de polimerização em emulsão clássica porque na primeira as nanopartículas são previamente formadas e estabilizadas, com auxílio de estabilizantes e agitação e/ou cisalhamento rigoroso. Na emulsão clássica, as partículas poliméricas são formadas através de nucleação de uma fase polimérica, por precipitação de cadeias poliméricas formadas na fase aquosa ou por reação nas micelas formadas pelas moléculas do surfactante (ANTONIETTI E LANDFESTER, 2002; ROMIO et ai, 2009). O processo de polimerização em emulsão clássico não é adequado para a produção de nanocápsulas e/ou nanoesferas contendo fármacos porque, de forma geral, não é possível transferir o fármaco do meio para o interior das nanopartículas poliméricas nucleadas. Outra questão é que a técnica de miniemulsão permite a obtenção de nanopartículas com fármaco incorporado em uma simples etapa de reação baseada na diferença da tensão interfacial e no processo de separação de fases durante a polimerização ao contrário do processo de emulsão clássico (US2007/0292524 A1; ROMIO et ai, 2009).

O processo de polimerização em miniemulsão é iniciado pela dispersão de uma fase dispersa (mistura monômero, óleo) em uma fase contínua (aquosa) na presença de emulsificantes e co-estabilizadores (geralmente hidrofóbicos), utilizando um dispositivo de dispersão adequado para se alcançar um estado estacionário, em que se observa o equilíbrio da

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taxa de rompimento e coalescência (US2006/0281834 A1; LANDFESTER, 2006; EL-JABY et ai, 2007; LOPEZ et ai, 2008; ROMIO et ai, 2009). Durante a etapa de polimerização, as gotículas são nucleadas e polimerizadas idealmente sem alteração das suas identidades. O tamanho das gotículas após a polimerização depende da quantidade e do tipo de tensoativo, além do tempo e intensidade de agitação e do tipo de agitador (EL-JABY et ai, 2009).

Na polimerização em miniemulsão o látex formado é usualmente opaco e de coloração branca, sendo basicamente uma cópia de gotículas originais polimerizadas, se a reação for ideal. O tamanho de cada partícula formada é determinado pelo processo de rompimento e estabilidade de cada gotícula de monômero (LANDFESTER et ai, 1999). Nesse sistema, não existem micelas presentes e a tensão superficial se encontra acima da saturação da solução de tensoativo (LANDFESTER et al., 2001). Como consequência, a cobertura superficial das gotículas da miniemulsão por moléculas de surfactantes não é completa (LANDFESTER et ai, 2000).

A técnica selecionada foi a polimerização em miniemulsão uma vez que esta permite que um componente insolúvel em água, como o praziquantel, seja colocado diretamente na gotículas da miniemulsão para entrar na reação de polimerização. Na área farmacêutica essa técnica não é usual, durante revisão na literatura foram achados pouquíssimos trabalhos da incorporação de fármacos por polimerização in situ por miniemulsão, somente citações a respeito da possibilidade da aplicação desta técnica na produção de medicamentos nanoencapsulados constante na Patente, US2007/02092524A1. Entretanto, os exemplos presentes nessa patente utilizam o monômero n-butilcianoacrilato e a técnica de preparo é diferente da aqui empregada uma vez que o produto final é uma suspensão e não uma emulsão.

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Descrição Detalhada da Invenção

As formulações empregadas na síntese das nanopartículas com PZQ estão apresentadas abaixo:

-    Tensoativo: solução de lauril sulfato de sódio (5,0 g de LSS + 50,0 g de água 5 destilada);

-    Agente tamponante: solução de bicarbonato de sódio (0,3 g de NaHC03 + 31,0 g de água);

-    Iniciador: solução de persulfato de postássio (0,6 g de K2S2O8 + 31,0 g de água);

10    - Veículo: 115 g de água destilada;

-    Monômero (MMA): 100 e 70 g de monômero;

-    Óleo: 0 e 30 g de óleo mineral (vaselina);

-    Fármaco: 6 a 20 g de praziquantel;

-    A temperatura de reação: 90°C.

15    O objeto da presente invenção é obtenção de nanoesferas

contendo praziquantel por polimerização in situ pela técnica miniemulsão, que ocorre em três etapas conforme abaixo.

A primeira que consiste na solubilização do PZQ no monômero e na adição da vaselina (quando necessário) e das soluções de lauril sulfato de 20 sódio e de bicarbonato de sódio além da água. Esse sistema é agitado previamente em placa de agitação por 5 minutos para execução de uma pré-mistura.

A segunda etapa consiste no preparo da miniemulsão propriamente dita. O homogeneizador de alta pressão (APLAB-10 / 1.000 Bar

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da Artepeças) foi o equipamento de escolha para o processo da miniemulsão, por ser um equipamento que permite o escalonamento. No homogeneizador de alta pressão foi empregada uma pressão de 800 bar por 10 minutos.

A terceira e última etapa consiste na reação de polimerizaçã via 5 radical livre. A miniemulsão é adicionada ao reator, após a estabilização da temperatura é adicionado o iniciador para início da reação de polimerização via radical livre. Nessa etapa ocorre a formação do polímero poli metil metacrilato na forma de nanopartículas esféricas com a incorporação do fármaco, que a princípio estava contido no nas gotículas do monômero.

10    O reator encamisado utilizado é de 1L, de vidro, composto de uma tampa

com seis orifícios, onde a entrada central é utilizada para a haste do agitador. As demais entradas são empregadas para adição da amostra e iniciador, inserção do termômetro, conexão do condensador e retirada de alíquotas durante o processo. Os orifícios que não são utilizados permanecem tampados 15 durante a reação, a foto do reator está apresentada na figura 1.

No reator foi utilizado um agitador com impelidor tipo hélice, com diâmetro total de 4,5 cm. O controle da agitação foi realizado por meio de um agitador mecânico modelo RW20D2Mn, da marca IKA Labortechnik, alimentado por um motor de corrente contínua com comando digital e 20 possibilidade de operar em uma faixa de rotação de 288 a 2400 rpm.

A manutenção da temperatura do meio reacional é feita pela circulação de água através da camisa do reator. A água é aquecida por um banho termostático modelo HAAKE C35P, da marca Thermo. Para evitar a perda do monômero do meio reacional por evaporação e arraste, um 25 condensador resfriado a água é conectado a um dos orifícios do reator.

A taxa de conversão de todas as reações é em torno 100%, a conversão é calculada por gravimetria.

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Caracterização das Nanopartículas

O estudo de sistemas particulados exige o conhecimento da distribuição de tamanhos de partícula, pois esta ferramenta é essencial para as operações de produção e processamento dos materiais. De uma forma geral, as nanopartículas obtidas através de diferentes métodos devem apresentar uma distribuição unimodal, com um baixo índice de polidispersão (LANGER et ai, 1996; GOVENDER et ai, 1999; AVGOUSTAKIS et ai, 2002). A figura 2 apresenta a curva de distribuição de tamanho de partícula da amostra MMA 70g : 30g óleo - Homogeneizador.

De acordo com os resultados obtidos, o modo de preparo das nanopartículas interfere diretamente no diâmetro final das mesmas. Segundo a literatura, a natureza do óleo influencia o diâmetro das partículas devido às diferenças de viscosidade, tensão interfacial e hidrofobicidade ( MOSQUEIRA et ai, 2000; SCHAFFAZICK et ai, 2003). Entretanto, as amostras preparadas no homogeneizador com ou se óleo não apresentaram diferenças significativas na distribuição do tamanho de partícula. O aumento da quantidade de PZQ para 20g em reações sem óleo também não alterou a distribuição do tamanho de partícula (67,95 nm), quando comparada com a reação MMA 70g:30g vaselina - Homogeneizador com 6 g de PZQ (67,63 nm).

A taxa de encapsulamento foi satisfatória, conseguiu-se uma incorporação de 90% do fármaco adicionado. O teor de PZQ nas nanopartículas foi avaliado pela técnica de cromatografia líquida.

A interação fármaco-polímero foi avaliada por DSC e os resultados das analises são mostrados na Figura 3. De acordo com os resultados, pode-se evidenciar na curva do PZQ o pico da transição endotérmica (fusão) em aproximadamente 143°C. Esse pico é observado tanto

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na amostra do fármaco livre (1) quanto nas amostras de misturas físicas entre o polímero e o PZQ (5) e polímero com vaselina e fármaco (as misturas físicas foram preparadas na proporção 1:1) (6). Nas misturas físicas a menor intensidade da faixa de fusão do PZQ ocorre em função de se ter uma menor massa do ativo presente. O abaixamento da faixa de fusão (deslocamento à esquerda) e o alargamento do pico de fusão do PZQ, na mistura, são esperados, pois nesse sistema o PMMA se comporta como um “contaminante”, mostrando que o PZQ não está puro. Esse fato é evidenciado através da comparação entre as entalpias de fusão, da curva teórica (AHf = 51,12 J/g) com o resultado experimental obtido com a mistura física (AHf = 52,00 J/g), conforme apresentado na Figura 16. Esse resultado comprova que não há interação química do PZQ com o polímero PMMA na mistura física. Nas amostras PMMA (2), PMMA com vaselina (3) e na vaselina livre não se observou nenhum evento endotérmico na faixa do PZQ.

As nanopartículas derivadas das reações em miniemulsão não apresentam a transição endotérmica, característica do PZQ demonstrando que o fármaco não está presente como uma fase distinta, mas sim como uma solução diluída na matriz polimérica. Esse resultado confirma que o PZQ está incorporado na matriz polimérica. A figura 4 mostra os resultados das entalpias de fusão do PZQ, da mistura física (MF) teórica entre o PZQ e as nanopartículas sem o fármaco (Branco) e da MF experimental entre o PZQ e as nanopartículas vazias.