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Module 1: Nano-e Micro-Partiículos

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Síntese de partículas: Evaporação Solvente

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Olá a todos! bem-vindos a outra palestra para Engenharia de Entrega de Drogas e Princípios. Estamos falando agora de Micro e Nano Partilhe.
(Consulte O Tempo De Deslizamento: 00:35)

Então, apenas uma rápida recapitulação do que fizemos na última aula. Na última aula introduzimos o que são partículas de micro nano. Então, essas são essencialmente as versões miniaturizadas de seus dispositivos matricial. Por isso, razoavelmente pequeno, qualquer coisa menos de 100 micron, sua partícula micro e se você está falando de partícula nano estamos dizendo até menos de 1 micron.
Conversamos sobre quais são as vantagens sobre os dispositivos macro. Então, vários deles que falamos primeiro é claro, que você não tem que fazer nenhuma cirurgia agora, você pode simplesmente injetar diretamente nele, você pode obter mais direcionamento, você pode obter mais alavancagem com eles. Então, se você quiser injetar em um órgão sensível, você pode encontrar o espaço, e não vai ter que fazer aquela cirurgia. O cumprimento do paciente é muito alto e depois várias outras coisas que falamos.

E então discutimos como eles interagem com os rins. Por isso, rins novamente quando no grande órgão que decide o que é o tempo de residência dessas partículas e assim, primeiro olhamos para que tamanho alcance são essas partículas fluem através do rim e que não. Então, primeira coisa que falamos de tamanho e o que descobrimos que qualquer coisa que seja maior que 6 nanômetro, não será filtrada só porque o GBM, a membrana glomerular, a membrana do porão não vai deixar passar.
Então qualquer coisa entre 1 6 nanômetro vai passar bastante rapidamente porque a membrana do porão é bastante permeável e a 1nm vai passar mais rápido através do 6nm e então não há realmente nenhuma interação. Mas uma vez que você vai abaixo de um nanômetro o que acontece é o glicocalyx das células no entorno começará a interagir com isso e, eventualmente, isso impedirá a liberação mais rápida, eles começarão a interagir e teremos uma rota muito mais tortuosa através desta gliconyx. Então, essas foram algumas das coisas que discutimos em respeito ao rim.
Aí conversamos sobre acusação, então, isso novamente este GBM é carregado negativamente e de modo que significa que se houver uma partícula de carga positiva ela é fortemente atraída para ela e assim, as partículas de carga positiva ficam liberadas mais rápido e quanto mais dinâmica a partícula menor é essa liberação através do rim.
(Consulte O Tempo De Deslizamento: 03:09)

Então, vamos continuar e vamos definir alguns termos para a entrega mediada por partícula. E assim, a primeira coisa é partícula, tamanho e forma-estes não são realmente nada além de definir o que é o tamanho na forma deles; assim como eles são grandes, que tipo de morfologia eles são, se são esféricos, se são haste em forma de haste, se as formas disc e qualquer forma que elas possam ser. E é claro, existem várias técnicas que você pode usar para classificar uma estimativa disso. Então, você pode obter uma espécie de uma espécie de estimativa qualitativa-você pode usar microscopia temos agora microscópios muito poderosos que podem imagem até 10 nanômetros e inferiores.
Assim, e você pode se abaixar até mesmo microscópios elétrons que agora podem até mesmo descer para intervalos de tamanho de dígito. E então você pode fazer isso quantitativamente, então existem várias técnicas-coulter contando ou técnicas de dispersão de luz e que vai espalhar luz e você pode obter uma estimativa do que é o tamanho que está espalhando-o. Você pode obter uma distribuição de que tipo de diâmetros estão presentes em toda a população, talvez eles não sejam todas as partículas são o tamanho similarmente dimensionado e todos estes podem ser usados para obter uma estimativa da partícula, tamanho e forma.
Outra é a polidispersão, por isso se liga a essa distribuição média. E o que é, é diferente desses dispositivos macro em que você tem um pouco de controle quanto ao que é o tamanho do dispositivo que você está fazendo-se fazer 1 milímetro você tipicamente consegue dentro de mais menos 0,1

milímetro. Mas com esses micro aparelhos e aparelhos nano que não é o caso porque-e nós vamos discutir sobre por que essa poldisperidade-, mas depois há um pouco de poldispersão que você pode encontrar em amostras diferentes.
E, por isso, definir que temos esse termo onde a poldispersão que basicamente calcula a distribuição de tamanho. Então, se quantas partículas estão lá com, digamos, 1 micron, quantas partículas existem com 500 nanômetro e tudo isso vai definir o que é a poldisperidade. E, essencialmente, é apenas uma medida de quão ampla ou estreita é a distribuição de tamanho.
E depois a composição da transportadora. Então, primeiro de tudo o que é o polímero que você estava usando, qual quantidade de polímero é que você estava usando. Então, quanto porcentagem é de polímero, quanto porcentagem é de droga, quanto porcentagem é de outros componentes como solventes, e surfactantes (se eles estão lá) se há algum outro aditivos que você esteja adicionando. Então, tudo isso está presente nesse caso.

(Consulte O Tempo De Deslizamento: 05:52)

Então, mais algumas definições. A próxima coisa é a eficiência de encapsulamento e que entra quando estamos meio que falando de droga em si. Então, o que é é o quanto da droga que eu comecei com eu pude encapsular em meu polímero. Então, vamos dizer se eu quero fazer partículas e eu quero 1 miligrama de droga para ser encapsulada nessas partículas. Então, eu faço essas partículas e vamos discutir sobre vários métodos de síntese.
Então, digamos que a síntese de partículas seja feita e no final dela eu termino com 100 partículas de miligrama. É claro que este 100 miligrama é essencialmente e o peso do polímero mais a droga e então o que eu faço é então dissolver todo esse 100 miligrama de partícula e ver quanta droga estava realmente lá e eu descobri que em vez de um miligrama eu só conseguia falar 800 microgramas droga no miligrama de 100 miligrama, então; isso significa, eu perdi cerca de 200 miligrama de droga durante o processo de síntese.
Então, minha eficiência de encapsulamento vai ser 0,8 miligrama dividida pelo medicamento inicial que é 1 miligrama multiplicado por 100 para obter uma porcentagem e isso não passa de nada, mas essencialmente 80. Então, neste caso minha eficiência de encapsulamento é de 80, mas é assim que ela vai ser tipicamente definida.
E a relação de encapsulamento do nível de carregamento? Então, essa é outra maneira de definir para obter uma estimativa de quanta droga está presente. E o que é apenas a porcentagem de peso da droga na formulação de partículas. Se eu apenas pegar o último exemplo e eu disse que tinha 100 miligrama de polímero (partícula) e que estava contendo cerca de 800 micrograma de droga. Então, neste caso agora o nível de carregamento não é nada, mas 0,8 miligrama dividido por 100 miligrama e assim, meu nível de carregamento na verdade é menos de 1 neste caso. Então, é assim que ela é uma espécie de definida. Se eu multiplicar isso até 100, eu vou conseguir 80 por 100, então meu nível de carregamento é de apenas 0,8. Então, é assim que ele é tipicamente definido.
E aí nós temos estabilidade. Então, se o quão estável é a partícula, se posso armazená-la por durações mais longas ou não quero dizer que isso pode não ter nada a ver com a droga em si ou é uma combinação de droga na estabilidade do polímero, mas talvez o meu polímero em si não permaneça realmente estável. Então, a droga vai obviamente, sair.
Assim, a estabilidade essencialmente química refere-se a como deficientes as drogas dentro da partícula ao longo do tempo. Então, em que ambiente você está armazenando-o em, quais são as diferentes condições e a estabilidade física é o que se as partículas forem degradantes, elas estão absorvendo água ou umidade do ar e, em seguida, fazendo com que eles se degradem e erodem ao longo do tempo mesmo antes de sua colocada no corpo. Então, isso se torna importante em termos de determinação da vida de prateleira e eficácia dessas partículas.
(Consulte O Tempo De Deslizamento: 09:22)

Então, resumidamente eu tinha mencionado na aula anterior que essas partículas também podem ser usadas para entrega intracelular. E então, o que queremos dizer com isso? Então, digamos que esta é uma célula da que temos uma imagem. E assim, as células em si têm uma espécie de vias evoluídas diferentes através das quais podem ocupar um material externo-isso pode ser glicose ou qualquer tipo de energia de que eles precisam ou poderiam ser alimentos em algum tipo de células patogênicas. Assim, as várias das formas através das quais elas tomam grandes moléculas como partículas e esta pode ser fagocitose, principalmente presentes em células imunes.
E então o melhor dos outros percursos que são definidos aqui estes são mostrados por quase todos os tipos de células. Então, isso pode ser macropinocitose que não é nada além da membrana ruflar, então a membrana vai se esfregando e apenas uma espécie de comer para cima o que estiver no entorno, pode ser é uma mediada por alguma espécie de proteínas presentes na membrana celular. Então, isso pode ser uma proteína clathrin e assim, eles formam pequenos pits tudo isso poderia ser proteínas caveolae elas também formam pequenos boxes, mas são proteínas diferentes. E depois há alguns outros percursos que não são realmente bem conhecidos e eles estão sendo meio clubados em clathrin e caveolae independente endocytosis.
Então, tudo isso resultará em algum tipo de vesícula sendo formada, contendo partículas que são ligadas por membrana e dependendo de que tipo de partículas você está usando, quais células são, em que estágio isso está sendo administrado, essas partículas podem escapar por meio desses vasos e causar a entrega intracelular especialmente no citoplasma. Ou essas vesículas em si podem então ser alvo de diferentes órgãos, podem ser direcionadas para as mitocôndrias, podem ser direcionadas para o núcleo, podem ser direcionadas a algum outro órgão ou podem ser apenas transcitoadas. Por isso, digamos que se eu quiser atravessar uma barreira com células sobre ela e se as partículas fazem transcitosé, significa, que esta célula vai pegar essa partícula e essencialmente apenas jogá-la para fora do outro lado. Então, tudo isso é bastante viável.
Então, agora, se essas partículas são degradáveis e estão carregando uma droga que é extremamente hidrofilica e não teria sido capaz de se difundir através da membrana celular, agora essa droga pode realmente fazer isso. Porque, agora essa droga está nessas partículas que são levadas para cima por meio desses percursos de uptake especializados e agora está na cela onde ele pode ser lançado. Então, isso é o que nós significamos pela entrega intracelular.

(Consulte O Tempo De Deslizamento: 12:01)

E então, desde que mencionei aqui que essas partículas podem realmente escapar dessas vesículas. Qual é o mecanismo através do qual eles podem escapar dessas vesículas? Então, isso é chamado de efeito de esponja de prótons-pelo menos uma das maneiras que podemos aprimar isso é usando um efeito de esponja de prótons e que é quando partículas que são tomadas através da endocitose ou fagocitose.
Eles tipicamente se localizam e são entronizados nesses endosomes e lisossomos que é um maquinário para a célula degradar qualquer tipo de partículas ou nutrientes externos que ele tomou para cima, e esses ambientes são realmente muito duros, eles têm pH muito baixo e muitas e muitas enzimas degradativas estão lá.
Então, se a sua droga está sendo liberada lá, a não ser que você queira destinar esses locais, você não quer que a droga saia porque estes não são propícios para a ação da droga e ela pode até mesmo destruir a droga. Por isso, o que é feito é ajudar o efeito de escape de partículas que se chama efeito esponja de próton é usado. E então, o que é efeito esponja de prótons?

(Consulte O Tempo De Deslizamento: 13:09)

Então, essas partículas são projetadas de tal forma que elas carregam muitas aminas secundárias e terciárias. Por isso, digamos que se eu tiver um polímero que carrega muitas aminas primárias, secundárias e terciárias. O que vai acontecer é que agora essas aminas têm bastante capacidade de levar a H mais íons (prótons) e como acabei de mencionar que há endossomos e phagosome. Então, esta é uma célula e aqui está o meu endossomo.
Então, o pH fora e o interior da célula fica próximo de cerca de 7, mas o pH disso agora é mantido em torno de 5 e ele diminui ainda mais para ele conforme ele vai. Então, estes são endosomes precoces e quando estes maduros, eles se transformam em lisossomos, onde o pH pode cair para 2 3. Por isso, para a facilitação desse processo acontecer a partir daqui o pH é de 7 vai para 5 vai para 2 3 a forma como a célula faz isso é ela tem muitas bombas de prótons.
Então, o que ele faz? Ele ocupa H mais íons ou prótons e bombeia-o para o sistema. E obviamente, tem que haver algum tipo de equilíbrio osmótico caso contrário essas vesículas não seriam capazes de durar, mais e mais água também entrarão. Então, agora o que está acontecendo é agora eu coloquei esse polímero. Se eu der um zoom em um desses endossomos, então eu tenho muitas e muitas aminas primárias e terciárias que estão presentes, eles estão ocupando este íon de H mais.
Então, eles estão ocupando esse H mais íons e não deixando cair o pH. Então, o pH ainda nos deixa dizer 6 neste local.
Agora, a célula não gosta disso, por isso está bomando mais H mais íons nele e isso continua até que ou você acerte a saturação de suas aminas terciárias e primárias ou terciárias segunda aminas e se assumirmos que há tantas delas que elas não atingirão isso rapidamente. Aí o que vai acontecer é que este H mais continuará a bombear. Por causa disso agora há excesso de íons em suas vesículas então há fora. Por isso, íons aqui dentro são maiores do que os íons fora e assim, isso causa um desequilíbrio osmótico.
Então, agora há um desequilíbrio osmótico, como um resultado do qual a água do entorno começa a entrar e começa a manter esse equilíbrio osmótico e como ele vai lá dentro é uma espécie de capacidade para a qual pode absorver a água, mas eventualmente a pressão interior se torna tão alta que essas vesículas simplesmente estouram. Então, uma vez que eles estouram em qualquer que seja que partículas estejam residindo aqui, eles saem e eles estão agora no citoplasma não precisam passar por esse ambiente áspero de 2 3 pH e isso é essencialmente é um efeito de esponja de próton. Então, eu espero que isso seja claro.
Então, H mais vai entrar para manter a carga, o cloreto de íon também vai para dentro. Agora, você tem muitos e muitos íons de H mais e cloreto que estão presentes no seu sistema e por causa disso há muito mais íons em suas vesículas contendo essas partículas e que então liberam o que então causa o desequilíbrio na osmose, e a água entra para manter esse equilíbrio, e estas vesículas swell, e eventualmente elas arrebentam depois de uma certa pressão ser alcanada.
Por isso, um dos polímeros é muito amplamente utilizado é a amina de polietileno. Trata-se de um polímero altamente carregado positivamente apenas porque tem muitas aminas terciárias e primárias e novamente muito amplamente utilizado. E depois há outros mecanismos que você pode conjugar alguns peptídeos, isso é principalmente adotado a partir de uma estratégia viral. Por isso, alguns dos vírus o que eles fazem, é que têm peptídeos que vão e cutuca buracos na membrana.
Então, esses peptídeos vão e meio que fazem um buraco através do qual suas coisas podem escapar quando essas vesículas podem estourar. Então, esses são mecanismos diferentes que você pode usar para classificar de utilizar esse efeito de esponja de prótons ou esses poros criando peptídeos para sair da sua membrana endosomal.

(Consulte O Tempo De Deslizamento: 18:22)

Falemos de alguns métodos de síntese de partículas. Então, primeiro nós vamos falar sobre métodos químicos. Estes, para partículas poliméricas, envolvem algum tipo de polimerização. Assim, você pode pegar polímero em estados confinados, e iniciar esta reação química no como a reação química vai prosseguir mais e mais deles cruzarão o link e pelo tempo que a ação terminar é o fim de formar uma partícula.
Mas, para a redução de partículas de metal, a oxidação, a cristalização, a partir de sais é usada bastante, para que você possa deixar-nos dizer ter sal dourado. Então, você pode ter um sal dourado e então você pode reduzirá-lo ou oxidá-lo para basicamente devoltá-lo para unidade de estado onde eles vão começar a classificar de interação com os outros íons de ouro e formar uma partícula em dependendo de qual concentração do sal que você usou você pode variar o tamanho dessas partículas.

(Consulte O Tempo De Deslizamento: 19:25)

E então há muitos e muitos métodos físicos muito mais utilizados estes poderiam ser a precipitação controlada do polímero. Então, basicamente você pode ter um processo de emulsão e vamos descrever isso em um pouco mais de detalhes à medida que vamos junto, mas você pode ter um processo de emulsão e você, deixe-nos dizer, forme essas gotículas de emulsão com polímero mais solvente. Mas esse solvente é volátil, então é ele tende a simplesmente secar e uma vez que faça essa concentração de polímero vai começar a aumentar assim como essa coisa vai encolher e eventualmente todo esse polímero vai apenas precipitar e forma uma rede física cruzada ligada, que então vai levar a partícula e qualquer que seja a droga que possa ser dissolvida aqui dentro só fica entroncada.
E novamente, como eu disse vamos descrever esse processo em mais detalhes. Então, a evaporação de solventes é novamente método muito semelhante aqui. E pode haver outros métodos que as pessoas estão usando, você pode ter uma coacervação complexa. Então, nós discutimos brevemente sobre isso durante hidrogels iônicos o mesmo mecanismo também pode acontecer em escala nano dependendo das concentrações e proporções ou coisas diferentes que estão usando. Você pode realmente remover ativamente o solvente em vez de apenas contar com ele evaporando fora seu processo para derreter quente, secagem de spray, você pode fazer a fase separar as coisas e isso pode resultar em formação de nano e micro partículas ou você pode usar sal para classificar de induzir este tipo de separação ou precipitação dos polímeros.

(Consulte O Tempo De Deslizamento: 21:06)

Por isso, falemos sobre o método de evaporação solvente um do método muito utilizado.
Por isso, primeiro vamos falar sobre processo de emulsão único. E assim, o que é tipicamente feito é este contém duas fases você tem fase igual e fase orgânica, e em fase de igualdade você pode ter uma água destilada com surfactante, na fase orgânica você pode ter alguns solventes clorados ou talvez outra coisa que também contém um polímero, dependendo se a sua droga é hidrofilica ou hidrofóbica você escolhe esses métodos neste caso ele é principalmente usado para medicamento que é hidrofóbico e eu vou descrever o porquê.
Então, você adiciula sua droga em sua fase orgânica porque se for uma droga hidrofóbica ela só vai se solubilizar na fase orgânica e então você a emulsiona e emulsiona apenas significa que você as mistura e dá alguma energia. Por isso, quando se dá que essa fase orgânica não quer interagir com a fase aquosa em nada. Então, o que nós fizemos ele primeiro se você não der energia alguma, você terá eles de fase separada como esta.
Onde esta é a sua fase igual ou fase orgânica ou esta pode ser vice-versa dependendo da qual uma é mais pesada, e elas se separarão apenas. Mas quando eu constantemente dou energia e força isso para misturar, eles vão se misturar, mas vão misturar muito relutantemente. Então, o que vai acontecer é mesmo que eles tenham misturado essas duas fases não vão querer interagir umas com as outras.

Então, o que vai acontecer é dependendo de qual quantidade é mais que vai agir como uma camada a granel e o resto dela só vai fazer essa separação de fase micro e nano, que é basicamente evitar que a maior parte do solvente do orgânico interaja com o solvente aquoso.
E assim, quanto mais energia eu der, menores esses babados nos tornarão, e é assim que eles vão classificar de fase separada para fora.
E agora vamos dizer que este solvente orgânico é volátil ou como evapora a um ritmo muito rápido.
Por isso, uma vez que isso evapora, o que vai acontecer é primeiro de todos esses droplet nós encolheremos e então eventualmente qualquer que seja o polímero haverá ultrapassar o limite de solubilidade porque o solvente está constantemente evaporando para fora e isso acabará causando essa precipitação física dessas moléculas de polímero a resultar em nano ou nas micro esferas.
Por isso, vejamos, então você um dos exemplos que é muito utilizado para esse tipo de processo são as partículas de micro PLGA ou PLA eles são novamente bastante hidrofóbicos. Então, se você está usando PLGA tem que entrar na fase orgânica, uma da fase orgânica que é muito usada ou clorofórmio ou DCM (diclorometano).
Então, esse processo é novamente chamado de óleo-em-água e a razão para o óleo na água é porque se o óleo está em menor quantidade do que esta água, portanto, essencialmente, essas gotículas de óleo estão em água. Então, é muito famoso como óleo-em-água ou emulsão de óleo-em-água. Isso também poderia ser óleo-em-óleo dependendo de qual fase externa você está usando. Então, você pode decidir usar em vez de fase aquosa você pode decidir usar outro óleo, mas este óleo é immiscible com o outro óleo. Então, nesse caso deve ser óleo-óleo, mas novamente ele geralmente não é usado para os aplicativos relacionados ao corpo porque sempre queremos que sejam as partículas que são feitas possam interagir com a água e assim, para isso uma da fase é tipicamente aquosa.
Por isso, como eu disse, se eu dar um zoom nesses pequenos droplos que estão evaporando solvente o que você está essencialmente tendo são essas cadeias de polímeros, quando o tamanho é diminuído, essas cadeias de polímeros estão se aproximando cada vez mais e então eventualmente elas são apenas, não há solvente, tudo o que você tem são essas cadeias de polímeros e assim, estas vão representar, essencialmente, uma matriz sólida.
Não há nenhuma espécie de cápsula ou partículas ocas aqui, estas são todas as matriz sólidas que são formadas. Assim, esse processo resultará em uma partícula de tipo matriz, não uma cápsula oca.

A droga deve ser solúvel e dispersível na fase de solvente orgânico que é por isso que eu disse que ela é usada para medicamentos hidrofóbicos. Se a droga não for solúvel aqui então ela não pode realmente entrar, só a droga é solúvel aqui, também estará presente nestes droplet nós que estão aqui.
(Consulte O Tempo De Deslizamento: 26:08)

E então o polímero é tipicamente dissolvido em algum solvente orgânico volátil. Então, como eu disse um dos mais comumente usa um cloreto de metileno ou DCM. Outros solventes como o clorofórmio e o acetato de etila também são usados, mas têm de ser voláteis. Quer dizer se não são voláteis, então esse processo vai levar para sempre o para evaporar e eles tiveram que ser mais voláteis do que a água porque você não quer que a água evapore primeiro.
A dispersão da solução de medicamentos do polímero é emulsionada novamente em grande volume. Então, como eu disse que isso vai ser em excesso enquanto, isso vai ser limitado e então tipicamente uma espécie de surfactante também é adicionado. Então, o que o surfactante faz é apenas localizá-lo na borda dessas partículas porque estes são tensoativos possuem domínios que querem interagir com a fase aquosa eles possuem domínios que querem interagir com a fase orgânica.
Então, eles meio que se estabilizam uma vez que essas partículas são formadas. Assim, você não tem que dar continuamente a energia durante a fase de evaporação. Você pode simplesmente dar a energia uma vez por um certo tempo e quando esses droplet se estabilizaram devido à presença desses surfactantes como PVA, você pode então deixá-lo e não ter que continuar dando energia para isso.

E então isso pode ser mexido sob pressão reduzida e temperatura elevada, se você quiser aumentar essa taxa de evaporação ou você pode fazê-la na temperatura ambiente e pressão normal também para deixar essas partículas endurecem. Então, nós vamos parar por aqui e vamos continuar mais na próxima aula.
Obrigado.