Síntese de polímeros a partir de aminoácidos e o desenvolvimento de sistemas nanoparticulados para encapsulação de fármacos

Abstract

Nanocarreadores poliméricos e lipídicos apresentam potencial aplicabilidade como sistemas de administração de fármacos com liberação lenta e progressiva. A nanoencapsulação de fármacos favorece o aumento da biodisponibilidade e da eficácia do composto ativo, bem como a redução dos efeitos colaterais adversos. Dada à necessidade por uma nova geração de polímeros biodegradáveis e biocompatíveis, os quais apresentam características interessantes para a aplicação biomédica,o presente trabalho visou o desenvolvimento de novos materiais poliméricos derivados de aminoácidos, com potencial biodegradabilidade e biocompatibilidade, para aplicação como sistemas nanoparticulados carreadores de fármacos para liberação sustentada. Assim, a síntese de polímeros derivados de L-lisina e L-ácido glutâmico via reações depolimerização por ALTMET e por radicais livres, respectivamente, é aqui apresentada. As reações de copolimerização por ALTMET dos monômeros N,N'-bisacrilamida-etil-éster-L-lisina e fenil-fosfodiésterdieno foram conduzidas utilizando os catalisadores Grubbs e Hoveyda-Grubbs segunda geração e Umicore M2. As condições das reações foram eficientemente adaptadas para minimizar a desativação dos catalisadores,e copolímeros com massa molar variando entre 2600 e 18000 g/mol foramobtidos, sendo o grau de alternância-AB dos copolímeros determinado emaproximadamente 90%. De caráter hidrofóbico, este polímero é indicadopara a encapsulação de compostos hidrofóbicos, dada à sua baixaafinidade pela água. Preparadas através da técnica de miniemulsão/evaporação do solvente, as nanopartículas de poli (bisacrilamida-L-lisina-co-fenil-fosfodiéster), com diâmetro médio entre 50 e 80 nm, apresentaram eficiência de encapsulação de rifampicina, um fármaco hidrofóbico antituberculose, superior a 94% e teores de fármaco de até 480 mgrif/gpol. As reações de polimerização por radicais livres do monômero N-acrilamida-L-ácido glutâmico, por outro lado, resultaram na formação de hidrogéis fisicamente reticulados(P(L-AGA)). Hidrogéis quimicamente reticulados (P(L-AGA-co-BIS))foram também obtidos a partir da copolimerização dos monômeros Nacrilamida-L-ácido glutâmico e N,N'-metilenobis (acrilamida). Ambos os polímeros mostraram níveis de intumescimento sensíveis a variações no pH, sendo o P(L-AGA) e P(L-AGA-co-BIS) capazes de absorver até 350e 15 vezes a sua massa em água, respectivamente. De natureza hidrofílica,os nanogéis biocompatíveis de P(L-AGA) e P(L-AGA-co-BIS) são indicados para a encapsulação de compostos hidrofílicos. Sintetizados via polimerização em miniemulsão inversa, os nanogéis, com diâmetro variando entre 270 e 370 nm, apresentaram grande capacidade de encapsulação de cloridrato de doxorrubicina, com eficiência de encapsulação superior a 80% e teor de fármaco superior a 41 mgdoxo/gpol. Como segundo objetivo, este trabalho ainda buscou desenvolver novas estratégias de preparação de nanopartículas para encapsulação simultâneade compostos hidrofílicos e hidrofóbicos. Para tanto, uma adaptação da técnica de fusão/dupla emulsão, que dispensa o uso de solventes orgânicos, foi proposta almejando-se a produção de nanopartículas lipídicas sólidas (NLS). Os resultados obtidos mostram que é possível obter dispersões estáveis de nanopartículas com diâmetro médio entre 270 e 550 nm, sendo, entre os parâmetros avaliados, o tipo e concentração de surfactante os fatores que mais exerceram efeito sobre o tamanho final de partícula. A técnica proposta mostrou-se bastante eficaz para encapsulação de ambos compostos hidrofílicos e hidrofóbicos, tendo sido obtida eficiência de encapsulação superior a 60% e 95% para os compostos hidrófilos e hidrófobos, respectivamente. De maneira geral, as nanopartículas desenvolvidas neste trabalho apresentam um elevado potencial de aplicação como sistemas carreadores de compostos hidrofílicos e hidrofóbicos nas áreas farmacêutica, cosmética e de alimentos.<br>

Abstract: Polymer and lipid nanocarriers show potential applicability as controlled drug delivery systems with a slow and sustained release. Drug nanoencapsulation promotes improvement of drug bioavailability and efficacy, as well as reduction of adverse side effects. Giving the necessity of a new generation of biodegradable and biocompatible polymers, whichhave interesting characteristics for biomedical application, the synthesis of potentially biodegradable and biocompatible amino-acid-based polymers for application as drug delivery systems was the main goal of this work. Thus, the synthesis of L-lysine e L-glutamic acid-based polymers via ALTMET and free-radical polymerization reactions,respectively, is herein presented. The ALTMET copolymerization ofN,N'-bis(acryloyl)-ethyl ester L-lysine and phenyl phosphate diene wascarried out using Grubbs and Hoveyda Grubbs 2nd generation and Umicore M2 catalysts. The reaction was tailored to minimize deactivation of ruthenium catalysts, and alternated L-lysine-phosphoester copolymerswith molar masses varying from 2600 to 18000 g/mol were obtained,showing an AB-alternation degree of approximately 90%. Due to itshydrophobicity, this polymer is suitable for encapsulation of hydrophobic compounds with low water affinity. Poly(L-lysine-co-phosphate) nanoparticles with controlled particle size in the range of 50-80 nm wereprepared by miniemulsion/solvent evaporation technique. Thenanoparticles were efficiently loaded with rifampicin (up to 50 wt%), ahydrophobic antituberculosis drug, with encapsulation efficiency higherthan 94 % and loading of up to 480 mgrif/gpol, respectively. On the otherhand, the free-radical polymerization of N-(acryloyl)-L-glutamic acidlead to formation of physically crosslinked hydrogels (P(L-AGA)).Chemically crosslinked hydrogels (P(L-AGA-co-BIS)) were also synthesized by copolymerization of N'-(acryloyl)-L-glutamic acid andN,N'-methylenebisacrylamide monomers. Both polymers have shownswelling behaviors pH-dependent, and (P(L-AGA)) and P(L-AGA-co-BIS) were able to absorb up to 350 and 15 times their dry weight in water. Biocompatible nanogels in the size range of 270-370 nm were prepared by inverse miniemulsion polymerization technique and loaded with doxorubicin-HCl (hydrophilic chemotherapy drug) with encapsulation efficiency higher than 83% and incorporation loading of approximately 41 mgdox/gpol. This work also targeted the development of new strategiesfor nanoparticles synthesis aiming the encapsulation of both hydrophilicand hydrophobic drugs. Therefore, the preparation of solid lipidnanoparticles (SLN) by a modified organic solvent free double emulsion/melt dispersion technique is here in proposed. Stable SLN dispersions with average size ranging from 270 to 550 nm were obtained,and, among the evaluated parameters, the type and concentration of surfactant have shown increased effect over the final particle size and dispersion stability. The proposed technique has been shown to be aneffective method for loading both hydrophilic and hydrophobic compounds, with encapsulation efficiency higher than 60 % and 95 % forhydrophilic and hydrophobic compounds, respectively. The nanoparticles developed in this work present a high potential for food, cosmetic and pharmaceutical fields application as delivery systems of biocompatible compounds of both hydrophilic and hydrophobic nature.