Visualização, Medição de Tamanho e Quantidade de Nanopartículas de Entrega de Medicamentos Usando NTA (Análise de Rastreamento de Nanopartículas)

O uso de nanopartículas na entrega de medicamentos está aumentando rapidamente. As nanopartículas apresentam excelentes características farmacocinéticas, liberação contínua e controlada, além de poderem ser direcionadas a células, tecidos ou órgãos específicos. O fato de a entrega de medicamentos por nanopartículas ter ganhado muita atenção é também porque a descoberta de novos compostos biologicamente ativos aplicáveis como terapias para tratamento de doenças desacelerou. Com o número de novos medicamentos introduzidos no mercado a cada ano diminuindo, o interesse na utilização de estruturas multifuncionais e versáteis de nanopartículas para entrega de medicamentos está crescendo rapidamente. Todas essas características podem melhorar a eficácia dos medicamentos existentes.

As nanopartículas usadas na entrega de medicamentos foram definidas como coloides com menos de 1 mícron de diferentes composições e materiais. Os vetores de nanopartículas geralmente definidos incluem lipossomas, micelas, dendrímeros, nanopartículas lipídicas sólidas, nanopartículas metálicas, nanopartículas semiconductoras, nanopartículas poliméricas, entre outros. As nanopartículas têm sido amplamente adotadas de várias maneiras para entrega de medicamentos, genes, vacinas e diagnósticos em células ou tecidos específicos.

Ao considerar sistemas de entrega de medicamentos de nanopartículas, o tamanho das nanopartículas é um parâmetro chave, pois afeta diretamente a entrega, absorção, degradação e excreção do corpo. Por exemplo, nanopartículas com diâmetros variando de 30 a algumas centenas de nm podem se acumular passivamente em locais de tumor devido a estruturas vasculares vazadas, enquanto a atividade fagocítica prefere partículas de >500nm, no sistema hepatobiliar, partículas <30nm, e no rim, partículas <8nm não se acumulam e são permeáveis. Além disso, o fígado absorve menos partículas menores (25nm e 50nm) em comparação com partículas grandes (200nm e 300nm). Portanto, é essencial medir com precisão o tamanho das partículas administradas para diferentes sistemas e processos.

Análise de sistema de entrega de medicamentos com NTA (Análise de Rastreamento de Nanopartículas)

Lipossoma

Os lipossomas (Figura 1) têm sido pesquisados e desenvolvidos ativamente por muitos anos e são atualmente o sistema de entrega de medicamentos mais comum. Os lipossomas são aprovados como sistemas de entrega de anfotericina B para infecções fúngicas ou protozoárias, doxorrubicina para tratamento de câncer de mama, e vacinas contra hepatite A e influenza. A importância do uso e potencial dos lipossomas nos sistemas de entrega continua a crescer. A razão é clara.

Figura 1

• Os tratamentos entregues por lipossomas podem proteger o medicamento da ação de enzimas durante o metabolismo.
• O uso de lipossomas pode tornar substâncias lipossolúveis solúveis.
• A ligação de ligandos específicos a lipossomas permite o direcionamento de áreas específicas para tratamento.
• Os lipossomas podem ser facilmente absorvidos pelas células.
• Os lipossomas podem ser escolhidos para controlar a taxa de liberação.
• O uso de lipossomas como vetores pode reduzir a dosagem ou frequência, diminuindo assim a toxicidade e os efeitos colaterais.
• Os lipossomas podem transportar materiais biológicos como proteínas e DNA.

O tamanho dos lipossomas utilizados é cada vez mais reconhecido como um fator importante na eficácia terapêutica. O tamanho dos lipossomas para entrega de medicamentos influencia o tempo de circulação e permanência no sangue, a eficácia no alvo, a taxa de absorção celular (ou absorção de material estranho pelas células), e, como resultado, pode influenciar a liberação bem-sucedida de tal quantidade. Considerações como essas sobre o tamanho são fundamentais para todos os sistemas de entrega de medicamentos em nanoescala.

Medindo o tamanho de lipossomas com NTA

O equipamento NanoSight mede rapidamente e com precisão o tamanho e a concentração de lipossomas em água e outros solventes.

São necessários apenas pequenos volumes e preparação mínima da amostra. Com esse equipamento, os lipossomas em suspensão podem ser visualizados individualmente e seu movimento browniano pode ser rastreado para determinar a distribuição de tamanho das partículas em segundos.

Análise simultânea de múltiplos parâmetros em tempo real de nanopartículas

Além do tamanho e concentração, o NTA pode fornecer informações sobre partículas com base nos seguintes parâmetros:

• A intensidade de dispersão permite identificar populações adjacentes de partículas e distinguir materiais com índices de refração consideravelmente diferentes.
• Essa funcionalidade única permite que os usuários investiguem se estruturas de entrega de medicamentos em nanoescala, como lipossomas, são distintas no conteúdo. Ou seja, lipossomas vazios podem ter um índice de refração (capacidade de dispersão de luz) inferior em comparação com aqueles contendo materiais de alto índice de refração, permitindo assim a diferenciação mesmo em tamanhos muito semelhantes.
• A detecção de fluorescência permite classificar partículas em fundos complexos adequadamente. A funcionalidade de fluorescência do NanoSight é descrita em notas de aplicação adicionais.
• O NTA tem sido usado para investigar o efeito do soro na estabilidade de vários estudos de lipossomas na pesquisa de terapia fotodinâmica do câncer (Reshetovet al., Photochem Photobiol. Setembro-Outubro de 2012,88(5):1256-64. doi: 10.1111/j.1751-1097.2012.01176.x).

Uso de NTA em outros sistemas de entrega de medicamentos

PBAE (Poli β-aminoéster) pode ser um sistema de entrega de terapia genética para vários cânceres. PBAE oferece uma vantagem superior em relação a outros sistemas, permitindo várias ligações poliméricas com DNA através de rotas combinadas. Embora possua propriedades de liberação rápida devido à hidrólise, isso causa alterações na dosagem e problemas de produção e armazenamento. A liofilização é um método de preservação comumente empregado para avaliar o impacto na agregação (aumento de tamanho) e destruição (redução de tamanho) de nanopartículas de PBAE-DNA, utilizando o NTA (Tzeng et al. 2011 e Sunshine et al. 2012).

PLGA (ácido poli-láctico co-glicólico) é um sistema de entrega de medicamentos aprovado pela FDA. O PLGA se decompõe em ácido lático e glicólico, ambos são extremidades de vias metabólicas no corpo. Tem sido usado como sistema de entrega de medicamentos de amoxicilina, bem como um sistema de entrega para hormônio liberador de gonadotrofina no tratamento de câncer de próstata em estágio avançado. Para reduzir os níveis de dosagem e os efeitos colaterais tóxicos associados, o ácido micofenólico imunossupressor foi encapsulado no PLGA. O NTA foi usado para verificar o tamanho de nanopartículas, um parâmetro crítico para garantir uma entrega adequada, e para permitir que os pesquisadores comparem resultados entre estudos (Shirali et al. 2011).

Mover moléculas com sucesso entre membranas celulares é essencial para a entrega. Uma vez que as moléculas por si só muitas vezes não podem penetrar nas membranas celulares, um vetor de entrega eficiente é necessário. Sokolova et al. (2012) investigaram fosfato de cálcio (diâmetro: 100nm – 250nm, dependendo da funcionalização) como um vetor multipropósito para moléculas grandes e pequenas entre as membranas celulares, usando NTA, DLS (Dispersão Dinâmica de Luz) e ME (Microscopia Eletrônica).

Ohlssonet al. (2012) relataram sobre o movimento de solutos em menos de 100 milissegundos entre membranas bilipídicas de lipossomos individuais, usando NTA para verificar a estabilidade e integridade dos proteolipossomos.

Ghonaim e colegas relataram extensivamente sobre o impacto das modificações na química da lipopoliimina e espermina em relação a vários sistemas de entrega de DNA plasmídico não viral e siRNA como meios de entrega genética (Ghonaim et al., 2007a, Ghonaim et al., 2007b, Ghonaim et al., 2007c, Ghonaim, 2008, Ghonaim et al., 2009, Soltan et al., 2009, Ghonaim et al., 2010). Da mesma forma, Ofeket al. (2010) adotaram NTA para caracterizar os dendrímeros usados na entrega de siRNA e Bhise, ao estudar polímeros de entrega genética em cultivos celulares, utilizou NTA para medir o tamanho e a distribuição de tamanho das partículas (Bhise et al., 2010). Bhise expandiu recentemente este estudo, desenvolvendo uma análise para quantificar o número de plasmídeos encapsulados em nanopartículas poliméricas e aplicando NTA para medir a densidade de plasmídeos por nanopartícula de 100nm (Bhise et al., 2011).

Weiet al. (2012) identificaram a necessidade de métodos robustos para caracterizar com precisão o tamanho, forma e composição de nanopartículas, além da necessidade de engenharia de partículas para manter a citotoxicidade não-específica em baixos níveis e melhorar a estabilidade durante o armazenamento para desenvolver e avançar medicamentos nano.

Outros exemplos de medição de tamanho de sistemas de entrega de nanopartículas de medicamentos e entrega usando NTA também foram relatados (Hsuet al., 2010, Parket al., 2010, Tagalakiset al., 2010).