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Module 1: Nano-e Micro-Partiículos

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Olá a todos, bem-vindos a outra palestra para Engenharia de Entrega de Drogas e Princípios. Estávamos falando de partículas e de seu método de síntese e quais tipos diferentes de partículas existem. Vamos continuar essa discussão sobre o que tipos diferentes de partículas nós temos.
(Consulte O Tempo De Deslizamento: 00:43)

E antes disso falaremos sobre quais são os diferentes tipos de síntese que falamos na última aula. Então, falamos sobre secagem de spray que basicamente não é nada, mas você tem uma solução que está sendo bombeada através de um bico. Vejamos, trata-se de um bico em uma câmara aquecida e então, esta é uma espécie de tomada.
Então, você pode continuamente pulverizá-lo e você terá ar quente sendo soprado para classificar qualquer que seja que as gotículas estejam sendo formadas através desse bico, elas ficam secas e qualquer que seja o polímero há apenas se condensado em partículas, que são então coletadas; de modo que é a secagem de spray. Em seguida, conversamos sobre gelação iônica, que é tipicamente usada para hidrogel.

Então, você tem polímeros, que são altamente aniônicos e contém lotes e muita carga de anão. E então o que você faz é colocá-los através de um bico e essas gotículas você as derruba em cálcio ou outros íons de divalentes barium. E o que vai acontecer é o cálcio vai então ir em frente e se ligar a correntes diferentes; e causa polimerização. E essencialmente, qualquer que seja o tamanho das gotículas que você está fazendo resultará em polimerização tipicamente, muito utilizada para encapsulamento celular já que este é um processo muito leve. Em seguida, falamos de um melt quente usado para polianhydrides bastante.
E por que é usado para polianidridas? Porque, primeiro de todos os polianidridos têm baixa Tm. Então, o que você pode fazer é, você pode aquecer o polímero a uma temperatura mais baixa e torná-lo líquido e então, tudo o que você tem a fazer é apenas misturar droga e formar emulsão. Digamos, esta é a sua solução de polímero; neste caso, o polímero é o solvente, você junta a sua droga e depois, mistura-se esta coisa toda em óleo com alguns estirpadores. Nessas gotículas de polímero serão formadas, que então, você pode esfriar para resultar em uma droga sólida contendo polianidridas ou outros polímeros. E outra vantagem é ao longo deste processo não haver água sendo usada.
Então, os Polyanhydrides como sabemos são passíveis de serem degradados pela água. Então, dessa forma você pode prevenir qualquer tipo de mudança na estrutura do polímero. E aí, conversamos sobre micro fluídicos. Então, essencialmente há várias variações para isso na literatura, mas toda a envolve uma espécie de formação de droplet em presença de óleo e então, a polimerização para acontecer isso poderia ser através de linker cruzado ou este poderia ser apenas com base no tempo.
Quando, você mistura os polímeros isso pode ser se você aumentar a temperatura a jusante ou alterar o pH ou o que quer que seja que você pode estar fazendo, mas essencialmente fazer com que esse disparo de polimerização aconteça. E, finalmente, falamos sobre dendrimers, que são essencialmente essas estruturas hierárquicas com múltiplos ramificação para fora e você pode usar que para conjugação de superfície da sua droga predominantemente ou tecnicamente, você também pode encapsular grande droga no núcleo.

(Consulte O Tempo De Deslizamento: 04:39)

Por isso, continuemos hoje com diferentes classes de partícula. Hoje, vamos falar sobre lipossomas, que é uma das partículas muito muito utilizadas na literatura e o que ela é é muito semelhante à sua vesícula celular ou uma membrana celular. Você tem esse bilayer lipídico que tem grupo polar na cauda externa e hidrofóbica por dentro. E a partir deste bilayer de lipídios; assim, o que você tem aqui é porque o grupo polar está fora assim como dentro de seus motivos hidrolófilos interagindo com a água externa assim como a água interna. E então, você tem domínio hidrofóbico que é uma espécie de oculto existente entre esses dois domínios hidrofilóicos.
E por que é tão amplamente utilizado? Em primeiro lugar, seu sistema muito simples e não há realmente nenhum óleo ou nada que se envolva no momento em que ele está finalizado; assim como o que se tem é uma capacidade de encapsular as drogas, que são hidrofiladas nessa fase da água assim como as drogas hidrofóbicas dentro deste domínio hidrófobo. Então, ele te dá capacidade de fazer ambos estes e é muito muito parecido com a sua estrutura celular em si. Então, ele é bastante compatível e todos esses lipídios que são vistos aqui.
Então, essencialmente se eu zoar em lipídios individuais. O que você tem é um grupo de cabeça polar e então, você tem uma espécie de cauda hidrofóbica baseada em carbono. E então, esses compridos de cauda podem variar; isso pode ser C18, isso pode ser outra coisa. Só depende do que lipídeo você está interessado mas essencialmente, onde as mentiras de biocompatibilidade são todos esses grupos de cabeça polar não são, na verdade, nada, mas células fosfolipídeas de membrana celular.

(Consulte O Tempo De Deslizamento: 06:51)

Então, uma estrutura celular também é muito similar, exceto que eles têm muitas proteínas também. Então, se você olhar para cá. Então, tudo isso não é nada, mas o grupo de cabeça polar. Então, isso é um zoom-em imagem de uma célula. Você tem essas caudas hidrofóbicas e novamente há um polo

grupo de cabeça. E então, é aqui que o citoplasma celular é e este é você tem espaço extra-celular.

Então, existem vários tipos de fosfolipídeos ou de células contidas. Então, você pode usar extrato desses polímeros ou esses fosfolipídeos a partir da célula e usar isso para fazer liposome.
Então, essencialmente você está usando o mesmo material e que a própria célula tem. Então, eles são extremamente biocompatíveis nesse cenário.

(Consulte O Tempo De Deslizamento: 07:54)

E aqui está basicamente, como o processo de síntese tipicamente continua. Por isso, um balão de fundo redondo é muito utilizado. Embora, há outros tipos de frasmas também estão sendo usados. E, assim, o que você tem é ter esses lipídeos em pó, que são então derivados da sua fase de água ou da fase celular e estes são adicionados em uma certa proporção a um solvente orgânico. Então, isso pode ser novamente clorofórmio ou algo mais, DCM e depois, o que você faz? Você pode congelar secá-lo ou pode classificar de alto vácuo. E o que vai acontecer com isso é esse clorofórmio ou DCM vai evaporar e enquanto você está fazendo isso você também meio que gira isso para que você obtenha um revestimento muito uniforme.
Então, neste caso, se você tem alguma droga hidrofóbica, você pode querer adicioná-la neste solvente orgânico. Então, o que você obterá é a sua droga hidrofóbica está entrinada dentro dessas camadas lipídicas.
Por isso, todo esse lipídeo, que não vai evaporar vai apenas formar uma cheia na base desse balão de fundo redondo. Uma vez, isso é feito você pode entrar com o seu solvente aquoso.
Então, neste caso, se você quiser encapsular qualquer droga hidrofilica você pode colocar a droga hidrofilica neste solvente aquoso e você apenas adicioná-lo lá e começar a mixá-lo.
Você também pode aquecê-lo para cima. Então, na maioria das vezes os lipídios que são escolhidos como tal que eles têm uma temperatura de fusão em torno de nos deixar dizer logo acima da temperatura da sala ou pouco acima da temperatura do corpo.

Então, digamos que cerca de 40 50 grau Celsius. Então, você pode aquecê-lo; para que eles comecem a se tornar cada vez mais móveis e começam a se descompor. Então, agora, o que vai acontecer é como você está dando essa agitação assim como essa hidratação essas membranas lipídicas vão começar a descascá-lo, mas eles realmente não interagem com água muito bem porque há também um domínio hidrofóbico e domínio hidrofilico. Então, o que eles fazem é que eles formam esse bilayer lipídica para minimizar sua interação. E, essencialmente, você consegue esse bilayer lipídico que é formado, toda a droga hidrofóbica que você tinha adicionado aqui, chega aqui (na região hidrofóbica), porque essa droga hidrofóbica não tem outro lugar para ir, todo o resto é hidrofilico e qualquer que seja a droga hidrofóbica que você adicionou vai acabar por dentro ou por fora.
Então, dessa forma agora você foi capaz de obter encapsulamento de ambos; claro, com a droga hidrofílica você perdeu na droga que está fora, que não é encapsulada. Então, ele só vai ficar difundo na mídia, mas a maior parte da sua droga hidrofóbica está aqui dentro e parte da droga hidrofilica também fica por dentro. Então, é assim que você consegue essas vesículas que são descascadas e depois, o que você pode fazer é se você quiser um certo intervalo de tamanho-então tipicamente você vai depender dos lipídios e classificação da agitação que você está dando, você recebe estes na faixa de 1 3 micron, mas então o que você pode fazer é você pode passar estes. Por isso, digamos que estas são minhas vesículas lipídicas que estão sendo formadas; você pode levá-las e passá-las através de uma membrana com um certo tamanho de poro. Então, o que vai acontecer? À medida que passam por essa membrana porosa, eles se espremem por isso eles vão quebrar e reformar e vão acabar sendo menores e mais monodispersos.
Assim, você pode obtê-lo até mesmo 100 nanômetro de 1 3 micron; através deste processo chamado extrusão. De outra forma, você pode quebrá-los é usando uma sonicação de alta potência ou homogeneização. E o que isso vai fazer é que eles apenas darão energia suficiente. Então, estes são novamente; estes são muito uma espécie de vesículas lipídicas frágeis. Eles não são muito fortes; eles vão quebrar, se você der muita energia a eles apenas como eles fazem aqui. Digamos que lhes damos muita energia, eles acabarão quebrando em vesículas menores e dessa forma você também pode fazer vesículas individuais que estão em até cerca de 100 nanômetros.
Uma coisa a notar é com a estrutura lipídica de bilayer que ela é; uma vez que você desce a 100 nanômetro ... então, inicialmente quando, você está dizendo de 1 3 micron, eles não são na verdade uma única vesícula, mas o que eles são são. Então, você tem um bilayer lipídico; isso poderia ter vários bilayers lipídicos sobre uma única partícula dependendo do tamanho e tudo mais, mas uma vez que você faz esse processo de extrusão e os traga até 100 nanômetro, o que eventualmente acontece é que não é fisicamente possível ter vários bilayer. Então, eles só serão um só bilayer; quando você baixar para ele cerca de 100 nanômetro.
Então, estes são chamados de unilamellar; enquanto que, estes são vesículas multi lamelares. Estes são chamados de MLV e este é chamado de single ou o unilamellar. Portanto, SLV ou ULV. Então, é assim que se obtém vários tamanhos de lipossomas, bem como várias drogas encapsuladas tanto em domínios hidrofóbicos quanto hidrófilos.
(Consulte O Tempo De Deslizamento: 14:03)

Agora, uma vez que você encapsulou você pode peluir eles para baixo ou fazer alguma hemodiálise para remover qualquer droga externa e lipídios que não o reagem. Então, como a liberação acontece? Então, as membranas lipídicas claramente fluídicas em alta temperatura; assim, apesar de parecer esta muito bem embalada, há algum movimento com essas moléculas lipídicas e que aumenta à medida que a temperatura aumenta. Então, as drogas podem na verdade apenas se difundir e dependendo da solubilidade através dessa fase fora dessa estrutura. Então, essa é uma maneira de a liberação acontecer. Então, para que isso aconteça os lipídeos são escolhidos tal que o seu fluídico pouco acima de 37.
Então, a essa temperatura mais baixa; digamos que à temperatura ambiente, que é que nos deixe dizer 25 grau Celsius, eles são bastante sólidos. Por isso, seu movimento do lipídeo na direção lateral é muito baixo. Então, a droga que então é encapsulada entre essas estruturas lipídica não é capaz de sair, mas então, à medida que você aumenta a temperatura o movimento aumenta e a droga pode lentamente apenas se difundir a partir daqui. Então, você usa lipídeos, que têm um Tm de cerca de nos deixar dizer 37 ou superior e então, o que vai acontecer é uma vez que você injetar no corpo eles vão começar a liberar a droga, e maior o Tm mais lento é a liberação a droga mais o que pode acontecer são lipossomas podem estourar quando eles chegam a uma molécula anfífilica.
Por isso, as proteínas também possuem domínio hidrofóbico e hidrofilico. Então, eles podem tecnicamente ir e interagir com essas vesículas e começar a interagir com esses domínios internos e se o ambiente for favorável, estes vão se abrir e classificar de apenas meio de estourar e liberar o que estiver dentro desses lipossomas. Então, estes são dois do grande mecanismo através do qual acontece a liberação do liposome.
(Consulte O Tempo De Deslizamento: 16:09)

Então, o que falamos foi para o carregamento passivo; então, como eu disse se a droga é hidrofóbica, funciona muito bem a maior parte da droga vai para esse lipídico bilayer. Se a droga é hidrofilica, ela realmente não funciona muito bem porque há um compartimento muito pouco que está lá para a droga hidrofilica. E você apenas meio que contando com a difusão ou espécie de entronização da droga quando, essas vesículas lipídicas estavam sendo formadas. Então, se você quer aumentar essa eficiência existe um outro método chamado carregamento remoto da droga.
E então, o que é carregamento remoto? Por isso, neste caso o que é feito é um carregamento é feito em lipossomas preformados. Então, você já tem lipossomas que são formados, inicialmente você não colocou nenhuma droga aqui dentro. Então, estes são o que você pode chamar de lipossomas vazios. O que isso faz é tipicamente, o que você vai encontrar é droga neutra vai se difundirá através da membrana.
E uma vez que vai dentro do liposome o conceito é que ele se tornará carregado.
Então, o que você está utilizando é sabermos que moléculas iônicas têm muito pouca difusão através do lipídeo bilayer, certo. Então, essa difusão é muito baixa e se é neutra então a difusão é alta. Então, isso é o que estão utilizando. Então, se nós podemos de alguma forma tomar uma droga, que é neutra fora fazer com que ela vá no liposome e lá ela se torne D positiva ou D negativa; então, ela vai ficar entrinada aqui dentro. E, assim, esse é o conceito todo com o carregamento remoto.
(Consulte O Tempo De Deslizamento: 18:04)

E assim, o que é tipicamente feito são apenas as drogas que são ácidos fracamente ácidos ou bases semanais podem se encaixar nesse requisito, pois se as drogas são um ácido forte ou uma base forte então, sempre serão os acusados ou descarregados. Por isso, apenas os que são ácidos ligeiramente fracos e bases fracas se encaixam nesses requisitos. Em seguida, é criado um gradiente de pH e íon. Então, isso poderia ser feito usando bases fracas como amônio ou ácidos fracos como acetato e dependendo do que o pH está dentro do exterior eles podem ser cobrados ou não carregados e é assim que eles podem, então, atravessar a membrana liposome apenas em sua forma não carregada. E vamos explicar como isso realmente acontece.
E, assim, o que é feito são esses liposomes vazios não são lipossomas realmente vazios, mas eles carregam esses sais. Estes podem carregar sulfato de amônio, se você estiver tentando carregar algumas bases fracas ou eles podem carregar acetato de cálcio se você estiver tentando carregar alguns ácidos fracos.

(Consulte O Tempo De Deslizamento: 19:12)

E, assim, olhemos para pictorialmente quanto ao que está acontecendo. Por isso, neste caso temos feito é temos o acetato de cálcio encapsulado nesses lipossomas e isso pode ser feito no momento da formação. O acetato de cálcio é uma molécula muito barata e você pode fazer uma concentração muito alta e depois, obter uma concentração muito alta no liposome e que está presente com um determinado pH. Agora, essa fase de inverter de acetato de cálcio vai se quebrar em cálcio e acetato que não vai ser capaz de se difundir; quero dizer que ambos são espécies carregadas; por isso, não podem se difundir fora.
E assim, neste caso, digamos que eu tenho um medicamento, que é um ácido fraco; que é o DCOOH certo. Então, essa droga tem um pouco de equilíbrio para o D a fase aniônica em que perdeu seu próton e isso vai depender do pH do ambiente externo. Então, digamos que o pKa desta droga é 5. Então, vamos dizer o pH externo, eu faço em 4. Então, o que vai acontecer? Isso vai predominantemente ir nesse sentido. Haverá muito pouca droga que será realmente cobrada, a maior parte da droga será descarregada. Agora, porque essa droga é pouco acusada, ela pode difundir-se através da membrana. Uma vez que vai lá deixe-nos dizer que o pH dentro é de 6.
Por isso, agora uma vez que vai lá, vai pegar um íon hidróxilo e se tornar carregado. Agora, que a droga é cobrada não pode sair. E, por haver cálcio aqui, isso acabará se unindo com o cálcio para formar um precipitado de cálcio dessa droga; já que a concentração vai aumentar-é claro, não vai sair e o ião acetato vai abrir mão do hidróxilo que está sendo usado aqui e então, o acetato está voltando para a forma neutra que depois pode difundir para fora.
Então, dessa forma por causa desse status de equilíbrio de todas essas reações, o que vai acontecer é o movimento efetivo da droga vai estar dentro e o ião de acetato vai estar do lado de fora. E diminuindo e lentamente você pode construir bastante concentração da droga nestes lipossomas, mas como eu disse isso só funciona se você tiver um ácido fraco ou uma base fraca.
Se você tem um ácido forte ou uma molécula completamente neutra isso não vai dar certo.
(Consulte O Tempo De Deslizamento: 21:45)

Então, por que usar Liposomes na Drug Delivery? Então, como eu disse antes de tudo eles são muito bem tolerados. Quero dizer essencialmente, usando os mesmos componentes que já estão presentes no corpo nessas células, esses fosfolipídeos e tudo mais. Você pode aumentar a duração em ação porque é claro, esta é uma liberação controlada.
Então, agora sua droga está sendo lentamente difunda para fora. Assim, você pode ter uma liberação muito mais controlada. Você também pode ter esses design liposome de tal forma que eles se acumulem em um determinado tecido específico porque você pode brincar com o tamanho que você pode torná-los 100 nanômetro para o tamanho que você quiser. E há também algumas evidências na literatura de que eles realmente se reúnem nos tecidos tumorais; assim, tumores muito amplamente úteis.

Então, essas são algumas das vantagens e novamente muitas outras são bastante simples de usar e elas são; há muita literatura que está lá fora que você pode então bater para determinar que tipo de fosfolipídios usar, qual medicamento usar, como carregar a carga remota e tudo isso está muito bem estabelecido. E aí você pode, pegar os próprios lipídios carregados de forma positiva ou negativamente para mudar a carga do liposome e isso pode ter novamente efeitos profundos em sua residência no corpo, assim como seu movimento através de diferentes tecidos.
(Consulte O Tempo De Deslizamento: 23:02)

Então, quais são as deficiências? Novamente, este é um processo em lote como acabamos de dizer. Então, a escala até é bastante pobre; você só tem um balão de fundo redondo de cada vez e por causa disso também há variabilidade em lote para lote então outra questão é o custo é bastante alto, esses fosfolipídeos e eles não são baratos. Assim, o custo pode ser tipicamente elevado em comparação com os polímeros. É claro, que são muito mais baratos do que; vamos dizer esses lipídeos e depois, eles têm uma vida de prateleira muito curta; porque estamos falando da droga agora está difunda.
Isso está constantemente em alguma fase líquida, você não está realmente secando-a.
Então, o prazo de validade é bastante curto; a droga se difunde e não será mais útil.
Então, essas são algumas das deficiências para esses lipossomas.

(Consulte O Tempo De Deslizamento: 23:47)

E depois, como o que discutimos em caso de conjugados de drogas polímeros. Você pode ter por todas as partículas; quer dizer aqui, eu estou falando de lipossoma em si, mas as propriedades stealth você pode adicionar a quaisquer partículas, você pode adicionar aos dendrimers, você pode adicionar a qualquer uma das partículas poliméricas que nós preparamos por processos de emulsão e o que ela é essencialmente é?
Você pode ter partículas por si só ou pode ter partículas que foram conjugadas por PEG.
Então, neste caso o que vai acontecer é. Por isso, aqui está apenas alguma concentração de plasma modelo sendo mostrada durante um período de tempo. Então, a droga livre é rapidamente removida do sistema. Se você tem drogas em algum liposoma simples é claro, aumenta isso está em uma escala de log deixe-nos dizer. Então, aumenta a meia vida da droga em bastante. Digamos, esta é a meia vida; depois e digamos que isto é 10 horas então isto é quase triplicado.
Então, isso agora passa a ser de 30 horas, mas o que você pode fazer é também o PEGylate o liposome. E, novamente, o que isso vai fazer é este agir como um limpador de para-brisas. Se você se lembra do que falamos em uma aula de polímero e que vai impedir qualquer tipo de célula imune ou proteínas para interagir com ele e isso vai aumentar essencialmente a residência destes lipossomas no corpo e na própria droga. E assim, agora você está falando de aprimoramento adicional-digamos que para 90 horas ou o que for.
Ao utilizar essas abordagens baseadas em polímero de PEGylation. Você pode todos aumentar a meia vida ou qualquer uma das partículas que eles estarão olhando.

(Consulte O Tempo De Deslizamento: 25:36)

Então, aqui estão alguns mais exemplos-Então, essas são algumas das formulações liposomais que foram usadas. Então, se você usou 3 de PEG ou 7 de PEG. O que você encontra é a meia vida é grandemente aumentada-são cerca de 80 minutes; sem o polímero é apenas cerca de 10 minutes, com o polímero para aquele certo liposome, aumentou para 80 minutes, você pode ter um PEG ramificada que falamos e isso aumenta ainda mais porque mais eficaz. E então, você pode aumentar a quantidade de PEG e então, esses valores também então aumentaram ainda mais. Como você pode ver que tem de 80 a 230 e o PEG ramificada não mudou muito. Então, todas essas estratégias podem então, agora ser usadas para aumentar a meia vida destes.

(Consulte O Tempo De Deslizamento: 26:25)

E então, a PEGylation em uma partícula maior como um liposoma pode ser de um grau variado.
Você pode ter PEGylation que está sendo feito muito bem pertinho junto a uma densidade muito alta. E isso resulta em uma espécie de estrutura linear do PEG, que é chamada de conformação de pincel ou você pode ter PEG muito distante tal que o PEG é então colapsado e espécie de formas um cogumelo como estrutura.
Então, esta é uma configuração de cogumelo, esta é uma configuração de pincel. Claro, se for uma configuração de cogumelos como você pode ver a partir do quadro. Você tem mais e mais sites que estão abertos para acesso à superfície de partículas para as proteínas e células imunes. Então, essa não é a conformação ideal, isso é tipicamente o que você quer se quiser evitar a liberação do corpo e assim, isso também se torna importante quando se está falando de uma grande partícula e muitos sites de PEGylation acabam por estar presentes lá. Por isso, a conformação do tipo escova é considerada melhor. E como eu disse isso é aplicável para qualquer tipo de superfície de partículas que você possa pensar.

(Consulte O Tempo De Deslizamento: 27:38)

E então uma outra coisa que podemos falar aqui é um caso especial em que, você pode realmente usar os lipossomas para fazer polimerização. E, assim, como isso funciona é se eu encapsular-em vez de encapsular minha droga apenas, encapsulei alguns precursores de polímero em meus lipossomas e que agora está em nada, mas um reator de nano. Agora, você tem um reator de 100 nanômetros de diâmetro que contém seu polímero.
Então, qual é a vantagem disso? Em primeiro lugar, você tem controle preciso do tamanho e o segundo é como dissemos que os lipossomas não são muito estáveis e eles têm que estar sempre em líquido e podem liberar continuamente a droga. O que você pode fazer é fazer uma polimerização dentro do liposome essencialmente fazendo uma rede densa onde, então, a droga se torna muito mais estável assim como o liposome.
E assim, você pode remover a casca ou deixar a casca o que quer que seja até você esses fosfolipídeos. Você pode apenas colocar algum detergente e isso vai tirar todos os lipídeos representam na membrana ou você pode deixá-lo lá, ele realmente não importa tanto, mas estes são essencialmente os reatores nano que possuem um tamanho definido no qual você pode fazer a polimerização. E então, nessa polimerização poderia ser acionada por qualquer tempo, o aquecimento, o pH-qualquer coisa que pudesse causar isso ou um linker cruzado que pode ser capaz de difundir através da membrana qualquer um que pudesse ser usado para sim obtermos isso feito. Então, nós vamos parar por aqui e vamos continuar mais na próxima aula.
Obrigado.