Publicação

Biomedical applications of fluorinated ionic liquids as drug delivery systems

Detalhes bibliográficos
Resumo:	Nas últimas décadas, a indústria farmacêutica tem enfrentado desafios difíceis, com o mercado farmacêutico a sofrer uma maior pressão económica devido à redução dos custos na saúde e às altas taxas de insucesso no desenvolvimento de medicamentos em ensaios clínicos. Além disso, a crescente concorrência de medicamentos genéricos levou o número de novas entidades farmacêuticas aprovadas a diminuir, juntamente com o aumento de novos medicamentos genéricos no mercado. De forma a derrotar esses problemas, vários esforços foram feitos pela academia e pela indústria. A procura por entidades farmacêuticas novas e inócuas, juntamente com a recuperação de substâncias já estudadas que apresentem problemas de estabilidade ou solubilidade, são o objetivo atual da indústria. Juntamente com a pressão e o desafio para novos compostos terapêuticos, há um aumento da compra de medicamentos seguros e a necessidade de demostrar não apenas o seu efeito terapêutico de novas drogas, mas também que estas oferecem melhorias significativas quando comparadas com as terapias já existentes. Essa situação, juntamente com a procura da sociedade e das autoridades por medicamentos mais seguros e eficientes, levou ao interesse renovado pelos candidatos a medicamentos proteicos. Devido às novas oportunidades e mercados disponíveis, os produtos biológicos tornaram-se um dos maiores focos da indústria farmacêutica. Proteínas terapêuticas, que são compostos biológicos naturais, surgiram no início da década de 1980 e se tornaram uma solução para quase todos os tipos de doenças. Essas biomoléculas são sujeitas a testes clínicos para o tratamento de cancro, Alzheimer, doenças imunológicas, doenças infeciosas, Parkinson, doenças autoimunes, SIDA/VIH, entre outras. Ainda assim, as desvantagens inerentes, independentemente da aplicação clínica de biomoléculas, melhoraram com o desenvolvimento de novos sistemas de veiculação de fármacos (SVFs), a fim de minimizar efeitos colaterais adversos, melhorar a ação de uma droga através de um início mais rápido, entrega controlada no tempo ou local, ou reduzir a dosagem de medicamentos necessária. Um grupo de proteínas que ganhou destaque devido ao seu potencial para o tratamento de inúmeras doenças é o Interferão (IFN). IFNs são um grupo de proteínas que são produzidas naturalmente por células do sistema imunitário para ajudar o sistema imunológico a lidar com ameaças endógenas , tais como células tumorais, e interferem na replicação celular de agentes patogénicos exógenos, tais como bactérias, vírus e fungos. Os IFNs são utilizados no tratamento de muitas doenças como hepatite, neoplasia intraepitelial cervical e carcinoma escamoso celular cutâneo. No entanto, apesar das diversas aplicações do IFN como um líder biofarmacêutico e do seu elevado potencial, existem algumas restrições sobre sua ampla aplicação em ambientes clínicos, tais como: tempo de semi-vida reduzido e a ocorrência de reações adversas graves, especificamente em altas doses de IFN. Assim, a utilização de SVFs para a entrega do IFN pode ser uma solução para estes desafios. Atualmente, estão em desenvolvimento diversos tipos de plataformas capazes de fazer a entrega de fármacos. No entanto, a maior parte destes SVFs ainda estão em fase de investigação e mesmo os que já chegaram ao mercado apresentam desafios na sua aplicação, em especial no que diz respeito à facilidade de produção dos mesmos. Desta forma, surgiu um interesse renovado nos líquidos iónicos (LIs) como alternativas aos SVFs já existentes. As propriedades físicas e químicas únicas dos LIs têm atraído uma atenção considerável, nos últimos anos, devido ao seu potencial biológico e farmacêutico. O primeiro trabalho onde são usados LIs como SVFs foi relatado em 2010 e, desde então, as publicações que lidam com LIs cresceram exponencialmente. No entanto, ainda há áreas quase inexploradas, como a família de líquidos iónicos fluorados (LIFs). Os LIFs são LIs com cadeias alquílicas fluoradas ligadas a quatro ou mais átomos de carbonos, que foram escolhidos uma vez que combinam as melhores características dos LI convencionais com as melhores características dos surfactantes. O principal objetivo da presente dissertação é o desenvolvimento de um novo SVF mais eficiente para IFN alfa-2b com base em LIFs. Estes compostos apresentam propriedades que os tornam candidatos apelativos para a aplicações na indústria farmacêutica, nomeadamente como SVFs. Assim, destacam-se a variada possibilidade de conjugações possíveis entre aniões e catiões, o que torna as suas características manipuláveis de acordo com a aplicação final desejada, sendo possível ajustar a sua toxicidade, biodegradabilidade, comportamento em solução e hidrofobicidade. Para além disso, a presença das cadeias fluoradas aumenta a atividade surfactante e a capacidade de agregação em estruturas supramoleculares organizadas, tornando-os candidatos ideais para o encapsulamento e entrega de compostos terapêuticos. Este trabalho inclui: a) uma triagem baseada nas propriedades de toxicidade dos LIFs, uma vez que é importante escolher um composto que não apresente toxicidade contra as células humanas e o meio ambiente (Capítulo I); b) uma vez que o comportamento surfactante dos LIFs é importante para encapsular biomoléculas um estudo sobre seu comportamento de agregação em vários fluidos biológicos simulados e tampões foram realizados para avaliar se os LIFs podem ser usados como SVFs (Capítulo II); c) os compostos mais promissores selecionados nos capítulos anteriores foram utilizados para avaliar se a estrutura secundária do IFN é modificada na sua presença e avaliar o encapsulamento de IFN num sistema de entrega baseado em LIFs (Capítulo III). No Capitulo I, foi estudada a ecotoxicidade e a toxicidade de LIFs com base na concentração mínima inibitória (CMI) e na atividade hemolítica. Os resultados obtidos sugerem que a aplicação dos LIFs na indústria farmacêutica é promissora, seja como estabilizadores ou SVFs. Nestes ensaios, o LIF com o melhor potencial antibacteriano foi o [C8C1Im][CF3SO3] capaz de inibir o crescimento de microrganismos (Pseudomonas stutzeri) em concentrações aproximadamente 10 vezes mais baixas que os outros LIFs testados e pode representar uma alternativa aos antibióticos. No entanto, os CMIs determinados correspondem a concentrações muito altas, o que evidencia a natureza “amiga do ambiente” dos LIFs. Relativamente à atividade hemolítica, esta apenas ocorre em concentrações perto ou acima da concentração micelar critica (CMC), visto que estes valores de CMCs são usados como referência para criar sistemas de entrega de fármacos. A hemólise ocorre em concentrações duas vezes superiores à CMC, na qual já foi observado o encapsulamento eficaz da lisozima. Além disso, torna-se claro, baseado nas atividades hemolíticas dos diferentes LIFs, que o [C8C1Im][CF3SO3] é o único composto com potencial para ser usado como um agente antibacteriano sem afetar a integridade das células de hemoglobina. Depois disso, no Capitulo II, foram feitos testes de agregação e poder surfactante dos líquidos iónicos fluorados, baseando-nos nos testes de concentração de agregação critica (CAC) e estudos microscópicos, utilizando a TEM e a EDS. A micelização destes LIFs foi analisada através de ensaios de condutividade, onde se verificou que os perfis de agregação dos LIFs são afetados de forma positiva pelos fluídos biológicos simulados usados neste estudo, potenciando a agregação de diversas estruturas em LIFs em várias concentrações. A alta estabilidade da agregação, onde foi demonstrado ser necessário uma menor quantidade de LIF em tampão para obter o mesmo comportamento que em água, e as dimensões destes agregados, extrapolados através dos valores de α e β comparando com os previamente publicados para água, são benéficos e comprovados como uma vantagem para as aplicações desses LIFs como sistemas de veiculação de fármacos e para o armazenamento de biomoléculas. Nas técnicas de imagem TEM e EDS/EDX foi possível verificar que o IFN interage com o LIF, não se podendo comprovar encapsulamento. Para finalizar o estudo, no Capitulo III, foram estudadas as propriedades do IFN na presença e ausência de LIFs com recurso a dicroísmo circular (CD), o tamanho dos agregados e o possível encapsulação do IFN em LIFs com recurso a dispersão de luz dinâmica (DLS), a eficiência de encapsulamento de IFN em LIFs com recurso a vários métodos tais como Lowry-Folin, ensaio com ácido bicinconínico (BCA), ensaio com ácido bicinconínico-micro (MicroBCA) e ensaio de imunoabsorção enzimática (ELISA), e finalmente, a separação de agregados através de uma coluna de gel. Foi possível concluir, através dos espetros de CD, que o LIF não afeta a estrutura secundária do IFN. Foi possível verificar qualitativamente através de DLS que o IFN sofre interação com o LIF, que foi posteriormente confirmada pela técnica de ELISA. Foi ainda testada a separação dos agregados através da passagem dos mesmos por uma coluna de gel. No entanto, este ensaio não foi bem-sucedido e a separação não foi conseguida. Os resultados obtidos das seções anteriores permitiram concluir que os LIFs selecionados apresentam baixa toxicidade em relação aos seres humanos e ao meio ambiente. O seu poder surfactante é beneficiado pela presença de fluidos simulados biológicos, e não é modificado pela presença de IFN. Além disso, é possível observar que a estrutura secundária do IFN não é modificada pela presença de LIFs. Embora não seja possível confirmar o encapsulamento de IFN em agregados de LIFs, é provável que tenha sido alcançada uma interação entre o LIF e a biomolécula, o que destaca o seu potencial de aplicação no desenvolvimento de DDS. Nas secções a seguir, os conceitos acima mencionados serão abordados detalhadamente.
Autores principais:	Oliveira, Ana Luísa Sabina de
Assunto:	Fluorinated ionic liquids Biopharmaceuticals Interferon Drug delivery system Encapsulation Teses de mestrado -2021
Ano:	2022
País:	Portugal
Tipo de documento:	dissertação de mestrado
Tipo de acesso:	acesso aberto
Instituição associada:	Universidade de Lisboa
Idioma:	inglês
Origem:	Repositório da Universidade de Lisboa

Descrição
Resumo:	Nas últimas décadas, a indústria farmacêutica tem enfrentado desafios difíceis, com o mercado farmacêutico a sofrer uma maior pressão económica devido à redução dos custos na saúde e às altas taxas de insucesso no desenvolvimento de medicamentos em ensaios clínicos. Além disso, a crescente concorrência de medicamentos genéricos levou o número de novas entidades farmacêuticas aprovadas a diminuir, juntamente com o aumento de novos medicamentos genéricos no mercado. De forma a derrotar esses problemas, vários esforços foram feitos pela academia e pela indústria. A procura por entidades farmacêuticas novas e inócuas, juntamente com a recuperação de substâncias já estudadas que apresentem problemas de estabilidade ou solubilidade, são o objetivo atual da indústria. Juntamente com a pressão e o desafio para novos compostos terapêuticos, há um aumento da compra de medicamentos seguros e a necessidade de demostrar não apenas o seu efeito terapêutico de novas drogas, mas também que estas oferecem melhorias significativas quando comparadas com as terapias já existentes. Essa situação, juntamente com a procura da sociedade e das autoridades por medicamentos mais seguros e eficientes, levou ao interesse renovado pelos candidatos a medicamentos proteicos. Devido às novas oportunidades e mercados disponíveis, os produtos biológicos tornaram-se um dos maiores focos da indústria farmacêutica. Proteínas terapêuticas, que são compostos biológicos naturais, surgiram no início da década de 1980 e se tornaram uma solução para quase todos os tipos de doenças. Essas biomoléculas são sujeitas a testes clínicos para o tratamento de cancro, Alzheimer, doenças imunológicas, doenças infeciosas, Parkinson, doenças autoimunes, SIDA/VIH, entre outras. Ainda assim, as desvantagens inerentes, independentemente da aplicação clínica de biomoléculas, melhoraram com o desenvolvimento de novos sistemas de veiculação de fármacos (SVFs), a fim de minimizar efeitos colaterais adversos, melhorar a ação de uma droga através de um início mais rápido, entrega controlada no tempo ou local, ou reduzir a dosagem de medicamentos necessária. Um grupo de proteínas que ganhou destaque devido ao seu potencial para o tratamento de inúmeras doenças é o Interferão (IFN). IFNs são um grupo de proteínas que são produzidas naturalmente por células do sistema imunitário para ajudar o sistema imunológico a lidar com ameaças endógenas , tais como células tumorais, e interferem na replicação celular de agentes patogénicos exógenos, tais como bactérias, vírus e fungos. Os IFNs são utilizados no tratamento de muitas doenças como hepatite, neoplasia intraepitelial cervical e carcinoma escamoso celular cutâneo. No entanto, apesar das diversas aplicações do IFN como um líder biofarmacêutico e do seu elevado potencial, existem algumas restrições sobre sua ampla aplicação em ambientes clínicos, tais como: tempo de semi-vida reduzido e a ocorrência de reações adversas graves, especificamente em altas doses de IFN. Assim, a utilização de SVFs para a entrega do IFN pode ser uma solução para estes desafios. Atualmente, estão em desenvolvimento diversos tipos de plataformas capazes de fazer a entrega de fármacos. No entanto, a maior parte destes SVFs ainda estão em fase de investigação e mesmo os que já chegaram ao mercado apresentam desafios na sua aplicação, em especial no que diz respeito à facilidade de produção dos mesmos. Desta forma, surgiu um interesse renovado nos líquidos iónicos (LIs) como alternativas aos SVFs já existentes. As propriedades físicas e químicas únicas dos LIs têm atraído uma atenção considerável, nos últimos anos, devido ao seu potencial biológico e farmacêutico. O primeiro trabalho onde são usados LIs como SVFs foi relatado em 2010 e, desde então, as publicações que lidam com LIs cresceram exponencialmente. No entanto, ainda há áreas quase inexploradas, como a família de líquidos iónicos fluorados (LIFs). Os LIFs são LIs com cadeias alquílicas fluoradas ligadas a quatro ou mais átomos de carbonos, que foram escolhidos uma vez que combinam as melhores características dos LI convencionais com as melhores características dos surfactantes. O principal objetivo da presente dissertação é o desenvolvimento de um novo SVF mais eficiente para IFN alfa-2b com base em LIFs. Estes compostos apresentam propriedades que os tornam candidatos apelativos para a aplicações na indústria farmacêutica, nomeadamente como SVFs. Assim, destacam-se a variada possibilidade de conjugações possíveis entre aniões e catiões, o que torna as suas características manipuláveis de acordo com a aplicação final desejada, sendo possível ajustar a sua toxicidade, biodegradabilidade, comportamento em solução e hidrofobicidade. Para além disso, a presença das cadeias fluoradas aumenta a atividade surfactante e a capacidade de agregação em estruturas supramoleculares organizadas, tornando-os candidatos ideais para o encapsulamento e entrega de compostos terapêuticos. Este trabalho inclui: a) uma triagem baseada nas propriedades de toxicidade dos LIFs, uma vez que é importante escolher um composto que não apresente toxicidade contra as células humanas e o meio ambiente (Capítulo I); b) uma vez que o comportamento surfactante dos LIFs é importante para encapsular biomoléculas um estudo sobre seu comportamento de agregação em vários fluidos biológicos simulados e tampões foram realizados para avaliar se os LIFs podem ser usados como SVFs (Capítulo II); c) os compostos mais promissores selecionados nos capítulos anteriores foram utilizados para avaliar se a estrutura secundária do IFN é modificada na sua presença e avaliar o encapsulamento de IFN num sistema de entrega baseado em LIFs (Capítulo III). No Capitulo I, foi estudada a ecotoxicidade e a toxicidade de LIFs com base na concentração mínima inibitória (CMI) e na atividade hemolítica. Os resultados obtidos sugerem que a aplicação dos LIFs na indústria farmacêutica é promissora, seja como estabilizadores ou SVFs. Nestes ensaios, o LIF com o melhor potencial antibacteriano foi o [C8C1Im][CF3SO3] capaz de inibir o crescimento de microrganismos (Pseudomonas stutzeri) em concentrações aproximadamente 10 vezes mais baixas que os outros LIFs testados e pode representar uma alternativa aos antibióticos. No entanto, os CMIs determinados correspondem a concentrações muito altas, o que evidencia a natureza “amiga do ambiente” dos LIFs. Relativamente à atividade hemolítica, esta apenas ocorre em concentrações perto ou acima da concentração micelar critica (CMC), visto que estes valores de CMCs são usados como referência para criar sistemas de entrega de fármacos. A hemólise ocorre em concentrações duas vezes superiores à CMC, na qual já foi observado o encapsulamento eficaz da lisozima. Além disso, torna-se claro, baseado nas atividades hemolíticas dos diferentes LIFs, que o [C8C1Im][CF3SO3] é o único composto com potencial para ser usado como um agente antibacteriano sem afetar a integridade das células de hemoglobina. Depois disso, no Capitulo II, foram feitos testes de agregação e poder surfactante dos líquidos iónicos fluorados, baseando-nos nos testes de concentração de agregação critica (CAC) e estudos microscópicos, utilizando a TEM e a EDS. A micelização destes LIFs foi analisada através de ensaios de condutividade, onde se verificou que os perfis de agregação dos LIFs são afetados de forma positiva pelos fluídos biológicos simulados usados neste estudo, potenciando a agregação de diversas estruturas em LIFs em várias concentrações. A alta estabilidade da agregação, onde foi demonstrado ser necessário uma menor quantidade de LIF em tampão para obter o mesmo comportamento que em água, e as dimensões destes agregados, extrapolados através dos valores de α e β comparando com os previamente publicados para água, são benéficos e comprovados como uma vantagem para as aplicações desses LIFs como sistemas de veiculação de fármacos e para o armazenamento de biomoléculas. Nas técnicas de imagem TEM e EDS/EDX foi possível verificar que o IFN interage com o LIF, não se podendo comprovar encapsulamento. Para finalizar o estudo, no Capitulo III, foram estudadas as propriedades do IFN na presença e ausência de LIFs com recurso a dicroísmo circular (CD), o tamanho dos agregados e o possível encapsulação do IFN em LIFs com recurso a dispersão de luz dinâmica (DLS), a eficiência de encapsulamento de IFN em LIFs com recurso a vários métodos tais como Lowry-Folin, ensaio com ácido bicinconínico (BCA), ensaio com ácido bicinconínico-micro (MicroBCA) e ensaio de imunoabsorção enzimática (ELISA), e finalmente, a separação de agregados através de uma coluna de gel. Foi possível concluir, através dos espetros de CD, que o LIF não afeta a estrutura secundária do IFN. Foi possível verificar qualitativamente através de DLS que o IFN sofre interação com o LIF, que foi posteriormente confirmada pela técnica de ELISA. Foi ainda testada a separação dos agregados através da passagem dos mesmos por uma coluna de gel. No entanto, este ensaio não foi bem-sucedido e a separação não foi conseguida. Os resultados obtidos das seções anteriores permitiram concluir que os LIFs selecionados apresentam baixa toxicidade em relação aos seres humanos e ao meio ambiente. O seu poder surfactante é beneficiado pela presença de fluidos simulados biológicos, e não é modificado pela presença de IFN. Além disso, é possível observar que a estrutura secundária do IFN não é modificada pela presença de LIFs. Embora não seja possível confirmar o encapsulamento de IFN em agregados de LIFs, é provável que tenha sido alcançada uma interação entre o LIF e a biomolécula, o que destaca o seu potencial de aplicação no desenvolvimento de DDS. Nas secções a seguir, os conceitos acima mencionados serão abordados detalhadamente.