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Centro Universitário Franciscano
Mestrado em Nanociências
Disciplina: Nanotecnologia
Ana Paula Tasquetto, Benônio Villalba,
Bruno Vendrusculo e Iuri Jauris
Profa Dra. Marta Palma Alves
Profª Dra. Solange Fagan
Profª Dra. Renata raffin
Artigo
Fator de impacto: 8,795
 O sucesso dos sistemas de entrega vetorizada são
projetados para
terapêuticos ou
preferencial;
permitir a entrega de agentes
de diagnóstico para um local
 Redução da dosagem sistêmica
redução dos
efeitos colaterais;
 Maior eficácia na administração do fármaco no local de
destino.
 A capacidade das nanopartículas para localizar o local
de ação depende:
- Propriedades químicas;
- Presença de um vetor-ligante;
- Tamanho das partículas.
 Combinação destas propriedades
biodistribuição.
 Vantagens:
- Tempo de circulação do fármaco prolongado;
- Entrega controlada.
 Mesmo com entrega vetorizada
somente uma
fração da dose administrada se localiza no sítio de
destino
Enquanto que as nanopartículas restantes se
distribuem por todo o corpo
Neste caso, a farmacocinética relacionada ao sistema de
nanodelivery determina a dose nos tecidos não-alvo.
Vetorização de tumores
 Nanopartículas
materiais bem adaptados para
a entrega no alvo do tumor
Capacidade para circular na corrente sanguínea por
períodos de tempo relativamente longo e
capacidade de se acumular nos espaços tumor
Vetorização ativa de tumores
Figura 1: A biodistribuição in vivo de sistemas, administrados por via intravenosa, HFT-T
vetorizados e HT-T não vetorizados investigado em um modelo de ratos KB-3-1.
Vetorização ativa de tumores
Figura 2: O desempenho in vivo de siRNA administrado por sistemas nanodelivery
vetorizado e não vetorizado.
Vetorização passiva de tumores
Vetorização passiva de tumores
 (A)
Fármacos muito pequenos, com peso molecular
pequeno, podem difundir-se, através da vascularização, para
dentro do tumor, mas também podem difundir-se de volta para
fora do tumor, o que permite a remoção destes compostos do
espaço tumoral.
 (B) Aumentar o peso molecular dos fármacos ou o tamanho
das nanopartículas fazem com que estas sejam retidas no
tumor pelo efeito EPR. Nanopartículas possuindo entre 100 nm
e 200 nm tem demonstrando se acumularem nos tumores.
Vetorização passiva de tumores
 Além do tamanho apropriado as nanopartículas devem possuir
algumas propriedades que as permitam permanecer na corrente
sanguínea por um longo período de tempo.
 Por exemplo a carga das nanopartículas é um parâmetro
importante devido aos seus efeitos conhecidos sobre o tempo de
circulação.
 Estudos in vivo tem demonstrado que a presença de um ligante
alvo não parece afetar significativamente o extravasamento das
nanopartículas, mas caso haja um estravasamento ineficiente isto
poderá afetar o alvo da entrega.
Desafio
• Mesmo com alvos ativos e passivos apenas uma
fração da dose administrada se acumula no tumor.
1) Há suficiente acúmulo no local de destino?
2) Qual é a dose sistêmica?
Desafio
 A dose eficaz depende da localização das
nanopartículas no local do tumor e também da
carga máxima (dose) que cada nanopartícula pode
entregar.
 Problema: (ID%/g) tumor < (ID%/g) em órgãos e
tecidos como o fígado.
Aumento na quantidade de fármacos administrados
ou agente de contraste pode ser prejudicial.
Desafio
A
maior
capacidade
de
interiorização
das
nanopartículas pelas células, acompanhado por um
simultânea melhoria do desenvolvimento e compreensão
dos sistemas “nanodelivery” é um tema recorrente
quando se fala sobre câncer.
 Claramente, a seleção do ligante alvo é importante,
mas as propriedades das nanopartículas que influenciam
a acumulação destas no tumor são parâmetros
importantes também.
Placas ateroscleróticas
 Outra possível aplicação para os sistemas orientados
de “nanodelivery” seria na melhora da formação de
imagens diagnósticas e o tratamento da arteriosclerose.
 Neste caso, o sistema de entrega orientado deve
circular na corrente sanguínea e aderir a uma região
específica da vasculatura.
O
tamanho reduzido e a área de superfície
relativamente grande das nanopartículas as torna
candidatos atraentes para esta aplicação.
Placas ateroscleróticas
Placas ateroscleróticas
 Em outro estudo o contraste das placas ateroscleróticas
em exames de ressonância magnética foi aprimorado
utilizando-se agentes de contraste através dos sistemas
orientados de “nanodelivery”.
 Tais sistemas orientados realçaram as imagens obtidas
em exames de ressonância, e se comparados aos
sistemas não orientados estes necessitariam do dobro de
concentração na parede da aorta.
Tratamento e diagnóstico de doenças cardiovasculares
Destino dos sistemas
“nanodelivery”
 Há uma relação natural entre as propriedades
físico-químicas das nanopartículas e o que acontece
com a partícula após a administração.
 Algumas
das propriedades mais importantes
relacionadas com o alvo de entrega a serem
considerados na entrega orientada são a
biodistribuição, opsonização e clearance.
Opsonização e Clearance
 Nanopartículas menores que 5 nm ou 6 nm são
rapidamente eliminadas da corrente sanguínea e
excretadas.
 Nanopartículas maiores podem ser removidas da
corrente sanguínea pelo retículo-endotelial, através
opsonização
resultando
em
acúmulo
de
nanopartículas no fígado,baço e pulmões.
Opsonização e Clearance
 Tanto o tamanho como a carga das nanopartículas
são conhecidos por afetar a opsonização. Porém em
geral, menores partículas tendem a circular por
períodos de tempo maiores.
 Estudos realizados com blindagem de carga e
redução da adsorção de proteínas no nanomaterial
tem mostrado retardar a opsonização.
Opsonização e Clearance
 Em geral, a seleção da taxa de remoção das nanopartículas
depende da aplicação. Para tumores, a meia-vida e a dose
administrada deveria ser alta, permitindo uma alta concentração de
nanopartículas no sangue por várias horas.
 Pequenas meias-vidas
contrastes para diagnósticos por
imagens.
 Como as nanopartículas são altamente mutáveis, o tempo em que
estas circulam pela corrente sanguínea pode ser alterado.
Pontos quânticos com meias-vidas de 48 min a 20 h
Biodistribuição
 A compreensão da biodistribuição é fundamental para o
desenvolvimento
“nanodelivery”
de
sistemas
orientados
de
 Alguns dos fatores que afetam as medidas de
biodistribuição dos nanomateriais são a dose inicial, o
método de administração, a massa tumoral, e o intervalo
de tempo experimental.
 Contudo não existem procedimentos padronizados
para medir-se a biodistribuição.
Biodistribuição
Biodistribuição
 As
propriedades físico-químicas que afetam a
biodistribuição são igualmente relevantes tanto para
alvos orientados ou não.

Tamanho, forma, carga superficial e propriedades
mecânicas podem ser selecionados com base no efeito
que se quer obter na biodistribuição.
 Estudos revelam que nanopartículas de ouro com
aproximadamente 10nm de diâmetro se distribuem em
mais tecidos do que as partículas maiores (100 ou 250
nm).
Biodistribuição
 Além disso, a composição das nanopartículas tem mostrado
afetar a biodistribuição, determinando a flexibilidade ou
“formas adaptáveis” das nanopartículas.
 Propriedades como carga da superfície também afetam a
biodistribuição das nanopartículas. Geralmente, a adição de
polímeros hidrofílicos na superfície das nanopartículas
neutraliza a carga da superfície.
 A neutralização da carga de superfície tem sido associada
com um aumento no tempo de retenção das nanopartículas
no sangue e a diminuição da opsonização pelo RES.
Incorporação e liberação terapêutica
de sistemas “nanodelivery”
• A capacidade eficiente de incorporar um medicamento
em sistemas de distribuição das nanopartículas
depende:
- Fármaco;
- Nanopartícula;
- Método de carga.
Estratégias
 Estabilidade do fármaco;
 Hidrofílica ou Hidrofóbica;
 Polímeros
micelas);
biodegradáveis
(auto-montados,
 Lipossomas, polimerossomas, nonogéis.
Entrega de fármacos e diagnóstico
(A) Um lipossoma hidrofílico carregado (verde) e fármacos hidrofóbicos
(roxo). (B) Encapsulamento de fármacos hidrofóbicos em uma micela. (C)
Encapsulação de fármacos hidrofílicos em nanogéis.
Quantificação de fármacos
• Eficiência de aprisionamento (incorporação)
(É definido como a fração de carreamento do fármaco pelo
montante total deste utilizado ou disponível para carrear).
• Capacidade de carregamento ou de eficiência
(Refere-se simplesmente a relação entre o peso do fármaco
incorporado e transportado)
Nanopartículas Biodegradáveis
• Formadas através da evaporação;
• Emulsão e solvente;
• Técnica:
- O polímero é dissolvido primeiramente em uma
fase orgânica que é posteriormente colocada em uma fase
aquosa contínua, agitando-se até que o solvente evapore.
- Fármacos hidrofóbicos podem ser facilmente incorporados
em partículas durante este processo de diluição do fármaco,
juntamente com a fase orgânica do polímero.
• Quimioterápicos e sprays.
• Em um estudo que comparou dois tamanhos de
partículas de PLGA, dexametasona foi carregado
pela primeira vez em microesferas de PLGA usando
um típico sistema de
evaporação do solvente.
óleo
em
água,
com
• A utilização potencial dos portadores de quitosana
tem sido demonstrada para um grande número de
drogas e aplicações.
 Por exemplo, as transportadoras quitosana tem
recebido considerável atenção para a entrega de
ácidos nucléicos devido a quitosana possuir carga
positiva.
 Um dos fatores que contribuem para versatilidade
da quitosana é que uma série de técnicas que foi
desenvolvido para sintetizar nanopartículas de
quitosana,
incluindo
gelificação
iônica,
precipitação, formação de micela reversa, automontagem e secagem.
Nanopartículas auto-montadas
 Nanopartículas,
lipossomas, incluindo, micelas, e
polimerssomas, podem ser formadas usando vários
anfifílicos, como os lipídios naturais ou copolímeros em
bloco.
 Lipossomas são vesículas constituídas de uma forma
esférica bicamada lipídica, ou multicamadas, contendo
uma solução aquosa interna espaço vazio.
 Encapsulamento lipossomal é um método versátil para
a terapêutica de carga, porque os fármacos
(hidrofílicas biomoléculas) podem ser carregados no
vazio do interior aquoso, enquanto que moléculas
hidrofóbicas podem ser presas na bicamada lipídica.
 Quimioterápicos lipossomal doxorrubicina.
 Micelas têm sido utilizadas como terapêutica anticâncer.
 Micelas biodegradáveis de nanopartículas catiônicas foram auto-
montados usando anfifílicos poli ((Nmethyldietheneamine
sebacato) co-[(colesterol oxocarbonylamido etílico) metil bis
(etileno) de amônio brometo] sebacato), P (MDS co-CES).
 Neste estudo, o Herceptin®, que é um anticorpo monoclonal, foi
anexada à superfície das partículas quando paclitaxel foi
carregado no micelas pela dissolução do polímero e drogas em
DMF e diálise contra um acetato de sódio / tampão ácido acético.
Este método deixe a eficiência de encapsulação de paclitaxel e
de 58,1% uma capacidade de carga de 14,3%.
 Estudos demonstraram que o fármaco poderia ser liberado a
partir das nanopartículas sobre um período de 69 h.
 Polímero chamado vesículas polimerssomas têm sido utilizados
para carregar uma variedade de terapias em modelos de
fármacos.
 A insulina foi constituída durante auto-montagem de partículas
122nm.
 Recentemente, tem havido um interesse na criação de sistemas
que são partículas híbridas que combinam as propriedades dos
lipossomas e sistemas de polímero sintético para aplicações em
nanocarreadores.
 Eficiência de 60% foram atingidos, quando 10% em peso de
docetaxel foi adicionado durante o processo da auto-montagens
da partícula.
Nanogéis
 São redes de polímeros reticulados;
 Hidrofílicos, mas são insolúveis em ambientes
aquosos;
 Permitem que o fármaco seja carregado em matriz
polimérica desses materiais, fazendo a liberação
controlada depender do coeficiente de difusão do
fármaco na rede de hidrogel.
Nanogéis
 Foram desenvolvidos em
carreadores de fármacos,
uma classe de
conhecido como
sistemas “inteligente” ou sistemas de entrega
“inteligente”;
 Podem inchar em meio aquoso, e também podem
responder a uma variedade de estímulos
ambientais, como pH, temperatura, força iônica, ou
campo elétrico através de um aumento ou
diminuição de volume.
Conclusão
 Como o campo de administração de fármacos alvo continua a
avançar, será cada vez mais importante em projetos de sistemas
em nanoescala com propriedades de entrega eficiente, melhorar a
eficácia terapêutica e diagnóstica.
 Devem ser consideradas importantes as propriedades físico-
químicas que regem a segmentação, biodistribuição e
apuramento, bem como a eficácia do sistema de transporte,
defesa, e liberação de agentes terapêuticos e diagnósticos.
 A seleção e adição de ligantes de direcionamento para a
superfície das nanopartículas já foi observada para melhoria na
eficácia terapêutica em relação aos sistemas que não os utilizam.
Conclusão
 Assim,
começa-se a entender o papel que eles
desempenham na orientação e interação de nanopartículas e
células.
 No entanto, os poucos estudos que compararam esses
sistemas demonstraram que o papel dos ligantes é
dependente da aplicação.
 Alguns desses estudos têm sugerido que o principal
benefício da incorporação
internalização celular.
de
ligantes
é
mediar
a
 Apenas um pequeno número de estudos têm-se centrado na
comparação entre o desempenho in vivo e biodistribuição no
alvo em sistemas de entrega.
Conclusão
 Um
estudo adicional é necessário para realmente
determinar como a presença de um ligante afeta a entrega.
 O “Design” das nanoparticulas, ou seja, as propriedades
físico-químicas, incluindo tamanho, forma, carga superficial
e características mecânicas, continuarão a ser os
parâmetros chave desses projetos devido ao seu efeito na
biodistribuição.
 É importante levar em conta todos estes fatores em conjunto
com as estratégias de segmentação para compreender
como predizer e controlar a distribuição de nanopartículas.
Conclusão
 Muitas
das mesmas propriedades que governam
biodistribuição também determinam a taxa de depuração.
 O desafio na concepção de materiais para a entrega
alvejada é que as propriedades do material deverá permitir
um tempo de residência adequado que é o tempo suficiente
para a localização das partículas e entrega do fármaco ou
de diagnóstico, mas não impede que o sistema seja
totalmente eliminada em uma quantidade aceitável de
tempo.
 O tempo de permanência desejado partículas varia com a
aplicação desejada, e este período pode ser ajustado.
Conclusão
 Finalmente, o desafio consiste em projetar um sistema que
tem a perfeita combinação de propriedades para permitir a
articulação adequada das nanopartículas alvo, com o local
de destino, biodistribuição conveniente e eficiente de
remoção.
 As propriedades dos materiais que contribuem para a
segmentação, biodistribuição e eliminação também deve ser
equilibrada com as propriedades que afetam a capacidade
de apanhar uma terapêutica ou diagnóstica.
 A principal consideração na determinação da capacidade de
um sistema de nanopartículas para prender uma molécula é
a interação entre o polímero e a terapêutica.
Conclusão
 Esta relação é muitas vezes um saldo de interações
intermoleculares, incluindo interações hidrofóbicas/hidrofílica
e eletrostática.
 Outra consideração é o método em que o fármaco pode ser
incorporado no material, e se os métodos disponíveis
permitirão que uma quantidade aceitável seja carregada.
 A estratégia de carga e de estabilidade do fármaco retido
também deve ser cuidadosamente considerado, a fim de
projetar sistemas que sejam capazes de transportar uma
quantidade suficiente do medicamento para o local de
destino.
Conclusão
Á
medida que avançamos no sentido de
desenvolver sistemas de alto desempenho
nanodelivery plenamente eficazes, será necessário
projetar novos materiais que incorporam as
melhores propriedades para a segmentação,
biodistribuição, a depuração, incorporação de
fármacos, e liberação no local de destino.