Prof.Dr.Luis Carlos Figueira de Carvalho

NANOTECNOLOGIA FARMACÊUTICA APLICADA AO TRATAMENTO DA MALÁRIA

Pimentel, Lúcio Figueira et al. Nanotecnologia farmacêutica aplicada ao tratamento da malária. Rev. Bras. Cienc. Farm., Dez 2007, vol.43, no.4, p.503-514.   ACESSE AQUI O TEXTO ORIGINAL

A nanotecnologia farmacêutica é a área das ciências farmacêuticas envolvida no desenvolvimento, caracterização e aplicação de sistemas terapêuticos em escala nanométrica ou micrométrica. Estudos de tais sistemas têm sido realizados ativamente no mundo com o propósito de direcionar e controlar a liberação de fármacos (Sakata et al.,2007). A aplicação da nanotecnologia para o tratamento, diagnóstico, monitoramento e controle de sistemas biológicos foi recentemente denominada "Nanomedicina" pelo National Institute of Health nos Estados Unidos (Moghimi et al., 2005). Esta tecnologia surgiu nos anos 1960 com o desenvolvimento inicialmente da microencapsulação, técnica de transformação de líquidos (polímeros e outras substâncias) em pós com tamanho de partículas micrométricas. A microencapsulação é bastante utilizada nas indústrias alimentícia, têxtil, farmacêutica e cosmética por permitir a proteção de substâncias lábeis e voláteis, o controle da liberação do fármaco, contribuindo para a melhoraria na biodisponibilidade e redução da dose terapêutica e toxicidade. A microencapsulação serviu de modelo para técnicas mais sofisticadas, agora em escala nanométrica, permitindo o desenvolvimento de nanopartículas. A descoberta dos lipossomas nos anos 1960 veio aumentar a variedade de ferramentas para o desenvolvimento da nanotecnologia farmacêutica com sistemas lipídicos para vetorização de fármacos (Lasic, 1998). Atualmente são desenvolvidos nanossistemas, tais como lipossomas e nanopartículas, e microssitemas, como micropartículas, emulsões multiplas e microemulsões (Silva, 2004). Lipossomas são vesículas aquosas circundadas por bicamada lipídica podendo servir como veículo de fármacos a serem encapsulados na cavidade aquosa da vesícula ou na bicamada lipídica (Lasic, 1998). Nanopartículas são partículas poliméricas na forma de reservatório (cápsulas) ou matricial (matriz polímerica) nas quais o fármaco está encapsulado ou adsorvido na malha polimérica (Brigger et al., 2002). Nos anos 1990 surgiram nanossistemas mais sofisticados revestidos por polímeros hidrofílicos, denominados sistemas furtivos, que permitem um tempo de circulação maior no organismo (Gref et al., 1994). Além dos sistemas furtivos, sistemas contendo moléculas sinalizadoras na superfície denominados sítio-específicos foram desenvolvidos com a finalidade do direcionamento específico de fármacos para células alvo (Barrat, 2000).

Entre as vantagens que os nanossistemas podem oferecer destacam-se: a proteção do fármaco no sistema terapêutico contra possíveis instabilidades no organismo, promovendo manutenção de níveis plasmáticos em concentração constante; o aumento da eficácia terapêutica; a liberação progressiva e controlada do fármaco pelo condicionamento a estímulos do meio em que se encontram (sensíveis a variação de pH ou de temperatura); a diminuição expressiva da toxicidade pela redução de picos plasmáticos de concentração máxima; a diminuição da instabilidade e decomposição de fármacos sensíveis; a possibilidade de direcionamento a alvos específicos (sítio-especificidade); a possibilidade de incorporação tanto de substâncias hidrofílicas quanto lipofílicas nos dispositivos; a diminuição da dose terapêutica e do número de administrações e aumento da aceitação da terapia pelo paciente. Embora estas vantagens sejam significativas, alguns inconvenientes plausíveis não podem ser ignorados, como por exemplo, uma possível toxicidade, ausência de biocompatibilidade dos materiais utilizados e o elevado custo de obtenção dos nanossistemas comparados com as formulações farmacêuticas convencionais (Verma, Garg, 2001; Dunne et al., 2003; Tao, Desai, 2003).

Lipossomas

Lipossomas, vesículas aquosas formadas por bicamadas concêntricas de fosfolipídios (Figura 1), são uma excelente forma de sistema de liberação controlada de fármacos devido à sua flexibilidade estrutural (tamanho, composição e fluidez da bicamada lipídica), como à sua capacidade de incorporar variedade de compostos hidrofílicos (Andrade et al., 2004) e hidrofóbicos (Pontes et al., 1999), sendo os sistemas nanométricos mais estabelecidos clinicamente para a entrega de farmacos citotóxicos, genes e vacinas (Diebold et al., 2006). Os lipossomas podem ter tamanhos variados (20 nm até alguns micrometros) com espessura de bicamada lipidica em torno de 6 nm. Os lipossomas como sistemas de liberação controlada de fármacos não apenas possibilitam a vetorização e a proteção do fármaco, como também permitem o possível direcionamento para sítios específicos de células ou órgãos (sítio-específicos) (Bergstrand et al., 2003; Sapra, Allen, 2003).

Bayomi e colaboradores (1998) desenvolveram formulações lipossômicas contendo artemeter, uma substância semi-sintética, derivada de artemisinina, efetivo contra os estágios eritrocíticos de P. falciparum resistente à cloroquina e à mefloquina (Brossi et al., 1988). Dentre as formulações desenvolvidas, aquela composta por dipalmitoilfosfatidilcolina (DPPC), diberenoilfosfatidilcolina (DBPC), colesterol e artemeter na proporção de 1:1:2:1, foi a selecionada para ensaios in vivo, utilizando coelhos machos "Nova Zelândia", que receberam os lipossomas por via oral e intravenosa. Os resultados mostraram aumento significativo da biodisponibilidade do fármaco, quando administrado em lipossomas por via oral (97,91%), comparado com os 31,83% quando administrado sob a forma de suspensão oral. O artemeter em lipossomas administrados por via intravenosa resultou em aumento no tempo de meia-vida, quando comparado com aqueles de outros derivados da artemisinina, como a própria artemisinina e o artemeter.

O antimalárico artemeter foi encapsulado em lipossomas compostos de fosfatidilcolina de ovo e colesterol, sendo caracterizados quanto à sua capacidade de encapsulamento, estabilidade química e sua eficácia terapêutica em camundongos infectados pelo P. chabaudi. Uma eficiência de encapsulamento próxima a 100% foi observada com o fármaco localizado na bicamada lipídica e estabilidade de três meses, quando estocados a 4 °C. A formulação demonstrou ainda eficácia terapêutica de 100% de cura após 22 dias de infecção (Chimanuka et al., 2002).

Lipossomas contendo artesunato, outro derivado da artemisinina, foram desenvolvidos à base de fosfatidilcolina de ovo e colesterol. Na caracterização da nova forma farmacêutica, foram realizados ensaios de microscopia, capacidade de incorporação e estabilidade química, além do perfil de liberação do fármaco a partir dos lipossomas. Os resultados evidenciaram a obtenção de um sistema estável por 10 dias a 25 °C, contendo 1 mg de artesunato e 300 mg de lipídios por mL de tampão com pH 5,0 e taxa de encapsulamento de 100% (Gabriels, Plaizier-Vercanmen, 2003).

Um 19-amino peptídeo extraído de uma proteína do esporozoíto de P. berghei foi preparado e ligado quimicamente à superfície de lipossomas furtivos de fosfatidilcolina marcados com lipídeos fluorescentes (Longmuir et al., 2006). Os resultados de biodistribuição indicaram a acumulação desses lipossomas pilotados nos hepatócitos e nas células não-parenquimais do fígado, centenas de vezes maior do que no coração, pulmão, rins e dez vezes maior que no baço. Esses resultados indicam que é possivel direcionar fármacos incorporados nesse tipo de lipossomas para o combate as formas do parasita no interior dos hepatócitos.

Nanocápsulas

As nanocápsulas são sistemas coloidais vesiculares de tamanho nanométrico, em que o fármaco está confinado em uma cavidade oca ou oleosa, estabilizada por membrana polimérica (Legrand et al., 1999; Brigger et al., 2002). As nanocápsulas são utilizadas para vetorização de fármacos hidrofóbicos, que são incorporados na cavidade interna oleosa (Santos et al., 2005).

Mosqueira e colaboradores (2004 , 2006) desenvolveram formulações de nanocápsulas contendo halofantrina para a avaliação da eficiência e farmacocinética em estudos com camundongos infectados pelo P. berghei. Neste trabalho foram utilizadas nanocápsulas furtivas de polímero de ácido lático, com superfície modificada por polietilenoglicol, com a finalidade de reduzir a captura pelo sistema fagocitário mononuclear e proporcionar o aumento do tempo na circulação sanguínea. As nanocápsulas demonstraram a capacidade de modificar o perfil farmacocinético da halofantrina no plasma, mantendo as concentrações plasmáticas do fármaco por mais de 70 h, indicando aumento no tempo de circulação das nanocápsulas furtivas. As nanocápsulas induziram rápido controle do desenvolvimento dos parasitas nas primeiras 48 horas pós-tratamento, com resultados estatisticamente significativos comparados ao controle. Os resultados mostraram que a nanoencapsulação da halofantrina promoveu perfil farmacocinético mais favorável e reduziu a cardiotoxicidade (Leite et al., 2007), sugerindo o uso de halofantrina nanoencapsulada, por via parenteral, para o tratamento da malária grave com menores efeitos adversos.

Bhadra e colaboradores (2006) desenvolveram nanopartículas baseadas em dendrímeros de PEG-poli-L-lisina recobertas por sulfato de condroitina. O fosfato de cloroquina foi encapsulado e as partículas apresentaram reduzida capacidade hemolítica, reduziram o nível de trofozoítos jovens em cultura de P. falciparum e prolongaram a permanência da cloroquina no sangue de ratos em estudos de biodistribuição, após administração intravenosa, sem que efeitos adversos tenham sido observados.

Micropartículas

Micropartículas são partículas poliméricas esféricas matriciais (microesferas) ou reservatórios (microcápsulas) (Figura 2), que promovem a liberação controlada de fármacos ou substâncias biologicamente ativas hidrofílicas (Ahsan et al., 2002) ou hidrofóbicas (Ribeiro-Costa et al., 2004). O processo de microencapsulação possui larga aplicação industrial e para desenvolvimento de novas formas farmacêuticas devido às suas características de biocompatibilidade e biodegradabilidade (Mandal et al., 2001; Vandenberg et al., 2001; Youan et al., 2001).

Schlicher e colaboradores (1997) desenvolveram microesferas de co-polímero de ácido lático e glicólico (PLGA) contendo desferrioxamina (DFO), um agente quelante de ferro com atividade antimalárica in vitro e in vivo, desprovendo o parasita de ferro essencial para seu desenvolvimento (Chabantchick, 1995; Mabeza et al., 1996). O DFO apresenta tempo de meia-vida curto (Keberle, 1964) e a sua biodisponibilidade poderia ser modificada pela microencapsulação. De fato, a formulação de micropartículas apresentou taxa de encapsulamento superior a 70%, perfil cinético caracterizado por rápida liberação inicial, seguida de taxa marginal de liberação controlada.

Vacinas para malária encapsuladas em lipossomas e microesferas

Pesquisas para o desenvolvimento de vacina eficaz contra a malária estão em andamento. Uma das barreiras a serem vencidas é a associação das vacinas com adjuvantes, que permitam estímulo da resposta imune com níveis de anticorpos elevados por períodos de tempo prolongado (Gupta, 1998; Cui, Mumper, 2003). O uso de técnicas de microencapsulação tem permitido a indução de potente resposta imune humoral, quando modelos de antígenos são utilizados para o desenvolvimento de vacinas (Igartua et al., 1998).

Segundo Moorthy e colaboradores (2004), há aumento no número de grupos de pesquisa na área do desenvolvimento de vacinas eficazes contra a malária, já que novos métodos de liberação controlada da vacina e uso de novos adjuvantes podem elevar os níveis de anticorpos. Os autores argumentam, ainda, que a necessidade de vacina efetiva é urgente e que o seu desenvolvimento é tecnicamente possível na visão da maioria dos pesquisadores.

O antígeno de merozoíto MAS-2, um candidato à vacina contra a malária, foi testado com o uso de diferentes adjuvantes, FCA/FIA, ISA 720, SAF-1 e LIPO/LA em Alhidrogel^®, utilizando a resposta isolada deste último como padrão. O adjuvante LIPO/LA consiste em lipossomas compostos de dimiristoilfosfatidilcolina, dimiristoilfosfatidilglicerol e colesterol na proporção de 0,9:0,1:0,75. Os resultados mostraram que o uso de LIPO/LA induziu respostas tão elevadas quanto aquelas baseadas nas formulações de Alhidrogel^® isolado (Pye et al., 1997).

Técnicas de nanotecnologia farmacêutica também foram utilizadas para a encapsulação do antígeno recombinante R32NSI em lipossomas, no desenvolvimento de vacina para a malária pelo Instituto de Pesquisa Walter Reed do Exército Americano. Neste projeto, o lipídio monofosforila A foi incluído na bicamada lipídica como adjuvante. O estudo clínico de fase I em voluntários humanos demonstrou indução promissora de anticorpos antimalária em níveis elevados (Alving, 2002).

A procura de novos adjuvantes para vacinas levou Thomasin e colaboradores (1996) a testar microesferas biodegradáveis de PLGA como adjuvante para um peptídeo sintético da malária com fraco poder imunogênico, o P30B2, em ensaios in vivo utilizando camundongos. Os resultados demonstraram a propriedade das microesferas em induzir a produção de anticorpos e o seu potencial em prolongar os níveis de anticorpos por períodos de até 45 semanas.

Um peptídeo sintético obtido de proteínas do circumesporozoíto de P. berghei (Pb) 252-260 foi utilizado em diferentes formulações de microesferas de PLGA, para o estudo da indução de resposta antígeno-específica dos linfócitos T citotóxicos (CTL). Os resultados obtidos de ensaios in vitro e in vivo, utilizando camundongos Balb/C, indicaram que as microesferas constituem potentes sistemas de liberação de antígenos imunoestimulantes para uma resposta CTL, sendo úteis no desenvolvimento de subunidades de vacinas contra a malária (Men et al., 1997).

Microesferas de PLGA foram utilizadas para encapsular o antígeno sintético SPf66. O objetivo do trabalho foi avaliar a capacidade do SPf66 encapsulado de induzir resposta imune superior àquela de SPf66 administrado com alúmen, um adjuvante tradicional em vacinas. No estudo de imunização in vivo por via subcutânea utilizando camundongos, o antígeno encapsulado induziu maiores níveis de anticorpos anti-SPf66 do que aqueles em que o peptídeo estava adsorvido no alúmen. Segundo os autores, este resultado se deve principalmente à capacidade do sistema em otimizar a penetração do antígeno nas células imunocompetentes (Rosas et al., 2001).

Carcaboso e colaboradores (2003) estudaram o uso de microesferas de PLGA contendo o peptídio sintético SPf66 encapsulado, para a indução de resposta imune protetora parcial contra a malária, utilizando camundongos Balb/C. A vacina encapsulada em microesferas foi capaz de induzir, após administração oral, resposta imune sistêmica comparável àquela observada no esquema que utiliza o alúmen por via subcutânea.

Outros polipeptídios candidatos a vacinas contra a malária em desenvolvimento como o RTS/AS02 (Bojang et al., 2001), o Pvs25h (Miles et al., 2002), ou a combinação de MSP1, MSP2, RESA (Genton et al., 2003) estão sendo testados em protocolos tradicionais de imunização.

Edwards e colaboradores (2005) desenvolveram micropartículas de 1-5 µm de diâmetro para administração pulmonar contendo DNA, peptídeos e antígenos da malária, que promoveram a liberação sustentada desses agentes. As partículas degradaram no corpo e liberaram as proteínas MSP-1 e AMA-1 no sangue estimulando a resposta imune humoral. Partículas menores, da ordem de 0,1µm foram preferencialmente fagocitadas pelos APCs, que expressaram as proteínas AMA-1 and MSP-1 codificadas pelos plasmídeos do DNA, iniciando a resposta imune celular necessária para a imunidade completa.

CONCLUSÕES

Nos últimos anos, numerosos estudos demonstraram que a distribuição de um fármaco no organismo pode ser modificada pelo uso de nanossistemas tais como lipossomas, nanopartículas ou micropartículas. Estes carreadores podem proteger o princípio ativo da degradação e/ou inativação; melhoram a biodisponibilidade por aumento da penetração celular e proporcionam a liberação do fármaco no sítio de ação desejado, eliminando ou minimizando os efeitos colaterais da terapêutica convencional.

O desenvolvimento de formas farmacêuticas de liberação controlada por micro e nanossistemas poderá permitir um melhor controle da cinética de liberação do fármaco, resultando em níveis plasmáticos terapêuticos, com menores efeitos tóxicos, representando passo importante no desenvolvimento de uma nova terapêutica antimalárica, o que pode repercutir na melhoria da qualidade de vida de milhões de pacientes, além do impulso técnico, cientifico e financeiro, potencialmente adquiridos.

O tratamento da malária pode ser beneficiado através de técnicas de encapsulação de fármacos. Dentre as estratégias de combate à malária utilizando técnicas de nanotecnologia farmacêutica, o desenvolvimento de uma vacina é a alternativa que tem recebido maior atenção dos pesquisadores, com grande número de artigos publicados. Até o presente, escassos estudos foram realizados com o uso de nanodispositivos aplicados ao carreamento de quimioterápicos utilizados no combate à malária. Entretanto, alguns pesquisadores já comprovaram a possibilidade de encapsulação de antimaláricos em lipossomas, nanocápsulas e micropartículas, demonstrando a sua eficiência e utilidade na terapêutica antimalárica.

Os estudos para a obtenção de uma vacina efetiva contra a malária estão avançados e deverá ser liberado nos próximos anos um produto para uso em larga escala. A vacina desenvolvida poderá ser veiculada em nanodispositivos de modo a aumentar a sua estabilidade e prolongar o seu efeito de indução de imunogenicidade. Diversos polipeptídios candidatos a vacinas contra a malária tais como o RTS, S/AS02, o Pvs25H ou a combinação de MSP1, MSP2, e RESA estão sendo testados em protocolos convencionais de imunização e são potenciais candidatos à microencapsulação.

AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem o suporte financeiro parcial do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), processo 479979/01-4, concedido a NSSM e ao Ministério da Ciência e Tecnologia através da Rede Nacional de Nanobiotecnologia (Nanobiotec)- MCT/CNPq.

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