Publicação
Esterification of drugs: a tool to improve hydrophobicity and encapsulation efficiency
| Resumo: | A necessidade de implementação de processos mais verdes e amigos do ambiente, continua a ser uma temática de grande importância para a comunidade científica. Das diferentes estratégias disponíveis para modificar e estabilizar compostos hidrofóbicos, o uso de enzimas para sua síntese e de nanoemulsões para o seu encapsulamento, são as abordagens mais comuns. Nesta tese, foram desenvolvidas nanoemulsões compostas por oligossacarídeos lipofílicos para a encapsulação de um composto hidrofóbico, o metotrexato (MTX). Enzimas, nomeadamente lipases ou proteases, foram aplicadas como catalisadores para a biossíntese de compostos hidrofóbicos com o objetivo de desenvolver alternativas ecológicas para futuras aplicações industriais. Primeiramente, a síntese de ciclo-oligossacarídeos lipofílicos (β-ciclodextrina, γ-ciclodextrina e ciclosoforaose) foi realizada através da ligação de cadeias de palmitoílo aos grupos hidroxilo. As estruturas hidrofóbicas desenvolvidas revelaram propriedades emulsificantes quando submetidas a ultrassons. A sua estabilidade, baixo tamanho e baixa polidispersividade demonstraram o alto potencial destas emulsões como novos dispositivos para o encapsulamento e libertação do MTX. Posteriormente, foram usadas duas abordagens enzimáticas para produzir pró-drogas de MTX. Inicialmente, lipases da Thermomyces lanuginosus (TL) e da Cândida antarctica B (CALB) foram utilizadas como catalisadores para a reação do MTX com triacilgliceróis e ciclodextrinas. Um meio aquoso, sob a ação de ultrassons, revelou ser uma estratégia eficaz para a síntese de pró-drogas de MTX, com o acoplamento de compostos não tóxicos. Na segunda abordagem, foi utilizada a α-quimiotripsina do pâncreas de bovino para a auto-polimerização do MTX. A protease revelou capacidade de produzir oligómeros de MTX até um máximo de 6 unidades. Foi assim estabelecida uma nova via para a produção de uma pró-droga de MTX polimérico, salientando o potencial desta protease para a catálise de substratos não naturais. Ao longo desta tese, foi também avaliado o efeito da modificação química de enzimas nas suas propriedades catalíticas. Numa primeira abordagem, as modificações foram realizadas através da PEGilação das lipases TL, CALB e de uma cutinase da fusarium solani pisi. Verificou-se que enquanto a PEGilação melhorou a atividade hidrolítica da CALB e da cutinase, a atividade da lipase TL permaneceu inalterada. O efeito dessa modificação foi também avaliado na atividade de polimerase das enzimas, na síntese de um poliéster, o poli(etileno glutarato). Das três enzimas estudadas, a lipase TL PEGuilada foi responsável pela maior produção de polímero, juntamente com um maior grau de polimerização (DP), em comparação com a forma nativa da enzima. Ambas as formas da CALB exibiram atividade de polimerase semelhante. O efeito da PEGuilação na cutinase não foi significativo, sendo detetado um pequeno aumento na conversão do polímero, em comparação com a enzima nativa, porém com menor DP. A segunda abordagem, implementada para a melhoria das propriedades catalíticas das lipases, baseou-se na ligação de pequenos ligandos hidrofóbicos, aldeídos e isotiocianatos, à lipase TL. O efeito dos ligandos na atividade hidrolítica e na estabilidade da enzima foi extensivamente estudado, tendo os dados revelado maior estabilidade a diferentes temperaturas e pHs, após a sua modificação. Além disso, a lipase modificada com 4 cadeias de dodecil (a partir do dodecil aldeído) apresentou excelente atividade catalítica, avaliada por reação com substratos de diferentes tamanhos de cadeia alifática (p-nitrofenil acetato a p-nitrofenil palmitato). Posteriormente, foi avaliada a atividade das enzimas na transesterificação do p-nitrofenil palmitato e na esterificação do ácido oleico, usando como substratos álcoois com diferentes tamanhos de cadeia (de metanol a eicosanol). A lipase modificada com 4 cadeias de dodecil, apresentou uma atividade superior, para ambas as reações, em comparação com a lipase nativa. Este incremento foi diretamente proporcional ao tamanho do álcool utilizado como substrato. Estas estratégias demonstraram a grande potencialidade das enzimas modificadas na biossíntese de produtos industriais de alto valor acrescentado. |
|---|---|
| Autores principais: | Noro, Jennifer Martins |
| Assunto: | Enzimas Esterificação Metotrexato Modificação química Nanoemulsões Chemical modification Enzymes Esterification Methotrexate Nanoemulsions |
| Ano: | 2021 |
| País: | Portugal |
| Tipo de documento: | tese de doutoramento |
| Tipo de acesso: | acesso aberto |
| Instituição associada: | Universidade do Minho |
| Idioma: | inglês |
| Origem: | RepositóriUM - Universidade do Minho |
| Resumo: | A necessidade de implementação de processos mais verdes e amigos do ambiente, continua a ser uma temática de grande importância para a comunidade científica. Das diferentes estratégias disponíveis para modificar e estabilizar compostos hidrofóbicos, o uso de enzimas para sua síntese e de nanoemulsões para o seu encapsulamento, são as abordagens mais comuns. Nesta tese, foram desenvolvidas nanoemulsões compostas por oligossacarídeos lipofílicos para a encapsulação de um composto hidrofóbico, o metotrexato (MTX). Enzimas, nomeadamente lipases ou proteases, foram aplicadas como catalisadores para a biossíntese de compostos hidrofóbicos com o objetivo de desenvolver alternativas ecológicas para futuras aplicações industriais. Primeiramente, a síntese de ciclo-oligossacarídeos lipofílicos (β-ciclodextrina, γ-ciclodextrina e ciclosoforaose) foi realizada através da ligação de cadeias de palmitoílo aos grupos hidroxilo. As estruturas hidrofóbicas desenvolvidas revelaram propriedades emulsificantes quando submetidas a ultrassons. A sua estabilidade, baixo tamanho e baixa polidispersividade demonstraram o alto potencial destas emulsões como novos dispositivos para o encapsulamento e libertação do MTX. Posteriormente, foram usadas duas abordagens enzimáticas para produzir pró-drogas de MTX. Inicialmente, lipases da Thermomyces lanuginosus (TL) e da Cândida antarctica B (CALB) foram utilizadas como catalisadores para a reação do MTX com triacilgliceróis e ciclodextrinas. Um meio aquoso, sob a ação de ultrassons, revelou ser uma estratégia eficaz para a síntese de pró-drogas de MTX, com o acoplamento de compostos não tóxicos. Na segunda abordagem, foi utilizada a α-quimiotripsina do pâncreas de bovino para a auto-polimerização do MTX. A protease revelou capacidade de produzir oligómeros de MTX até um máximo de 6 unidades. Foi assim estabelecida uma nova via para a produção de uma pró-droga de MTX polimérico, salientando o potencial desta protease para a catálise de substratos não naturais. Ao longo desta tese, foi também avaliado o efeito da modificação química de enzimas nas suas propriedades catalíticas. Numa primeira abordagem, as modificações foram realizadas através da PEGilação das lipases TL, CALB e de uma cutinase da fusarium solani pisi. Verificou-se que enquanto a PEGilação melhorou a atividade hidrolítica da CALB e da cutinase, a atividade da lipase TL permaneceu inalterada. O efeito dessa modificação foi também avaliado na atividade de polimerase das enzimas, na síntese de um poliéster, o poli(etileno glutarato). Das três enzimas estudadas, a lipase TL PEGuilada foi responsável pela maior produção de polímero, juntamente com um maior grau de polimerização (DP), em comparação com a forma nativa da enzima. Ambas as formas da CALB exibiram atividade de polimerase semelhante. O efeito da PEGuilação na cutinase não foi significativo, sendo detetado um pequeno aumento na conversão do polímero, em comparação com a enzima nativa, porém com menor DP. A segunda abordagem, implementada para a melhoria das propriedades catalíticas das lipases, baseou-se na ligação de pequenos ligandos hidrofóbicos, aldeídos e isotiocianatos, à lipase TL. O efeito dos ligandos na atividade hidrolítica e na estabilidade da enzima foi extensivamente estudado, tendo os dados revelado maior estabilidade a diferentes temperaturas e pHs, após a sua modificação. Além disso, a lipase modificada com 4 cadeias de dodecil (a partir do dodecil aldeído) apresentou excelente atividade catalítica, avaliada por reação com substratos de diferentes tamanhos de cadeia alifática (p-nitrofenil acetato a p-nitrofenil palmitato). Posteriormente, foi avaliada a atividade das enzimas na transesterificação do p-nitrofenil palmitato e na esterificação do ácido oleico, usando como substratos álcoois com diferentes tamanhos de cadeia (de metanol a eicosanol). A lipase modificada com 4 cadeias de dodecil, apresentou uma atividade superior, para ambas as reações, em comparação com a lipase nativa. Este incremento foi diretamente proporcional ao tamanho do álcool utilizado como substrato. Estas estratégias demonstraram a grande potencialidade das enzimas modificadas na biossíntese de produtos industriais de alto valor acrescentado. |
|---|