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Title: Síntese e funcionalização de nanopartículas inalatórias e avaliação in vitro para tratamento de tuberculose.
Authors: Carneiro, Simone Pinto
metadata.dc.contributor.advisor: Santos, Orlando David Henrique dos
Fattal, Elias
Keywords: Tuberculose
Nanopartículas
Issue Date: 2018
metadata.dc.contributor.referee: Santos, Orlando David Henrique dos
Faraco, André Augusto Gomes
Rúbio, Karina Taciana Santos
Ferreira, Lucas Antônio Miranda
Cota, Renata Guerra de Sá
Citation: CARNEIRO, Simone Pinto. Síntese e funcionalização de nanopartículas inalatórias e avaliação in vitro para tratamento de tuberculose. 2018. 139 f. Tese (Doutorado em Biotecnologia) - Núcleo de Pesquisas em Ciências Biológicas, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2018.
Abstract: A tuberculose é uma doença bacteriana infecciosa considerada um grave problema de saúde pública, por ser classificada como a principal causa de morte no mundo por um único agente infeccioso. A OMS recomenda um protocolo de tratamento eficaz, porém, a terapia convencional requer a administração de altas doses diárias de cada medicamento pela via oral para uma resposta satisfatória do paciente, o que culmina na emergência de efeitos adversos graves, reduzindo a adesão à terapia. Neste contexto, o objetivo deste trabalho é sintetizar e funcionalizar nanopartículas inalatórias destinadas ao tratamento de tuberculose e avaliar, in vitro, suas propriedades físico-químicas, toxicidade e atividade biológica. O trabalho empregou estratégias distintas para o desenvolvimento de nanopartículas contendo fármacos antituberculosos. Uma das estratégias consistiu na aplicação de uma metodologia físico-química, em que carreadores lipídicos nanoestruturados de rifampicina foram obtidos pelo método da microemulsão. Esta nanoformulação foi funcionalizada com um peptídeo modificado baseado na sequência da tuftsina, o qual foi previamente sintetizado em fase sólida e, em seguida, acoplado à superfície das nanopartículas para vetorizar o carreador (NP-pRIF). As nanopartículas foram caracterizadas, confirmando a obtenção de um sistema de liberação monodisperso e estável. Os ensaios em cultura de células demonstraram que a NP-pRIF apresentou um potencial de internalização pelos macrófagos significativamente maior que as nanopartículas de rifampicina sem o peptídeo (NP-RIF). Os estudos de citotoxicidade constataram o potencial não-citotóxico de ambas as formulações (NP-pRIF e NP-RIF) em todas as concentrações testadas. Ainda, a eficácia da formulação foi testada frente ao Mycobacterium tuberculosis e apresentou uma concentração inibitória mínima 2 vezes menor que a requerida por uma solução do fármaco puro. Para viabilizar a administração pulmonar, as suspensões de nanopartículas foram acrescidas de manitol e submetidas à secagem por atomização por spray-drying, dando origem a um pó fino, fluido e caracterizado por microscopia eletrônica de varredura como micropartículas esféricas, com tamanho de partícula entre 2 – 10 μm. Os testes in vitro demonstraram o potencial de redispersão das micropartículas em água e liberação das nanopartículas alojadas em seu interior. A outra estratégia abordada neste trabalho envolveu o emprego de uma metodologia química para proceder à síntese de dois conjugados constituídos por um fármaco antituberculoso (rifampicina ou ácido pirazinoico) e o poli(ácido málico), através de reações de esterificação. Em seguida, os conjugados se auto-agregaram em água para a obtenção dos respectivos nanoconjugados (NC-RIF e NC-PA, respectivamente), confirmados pelas imagens de microscopia eletrônica de transmissão. Os testes em cultura de células demonstraram que ambos os nanoconjugados foram eficientemente internalizados pelos macrófagos e que as formulações não apresentaram potencial citotóxico para a maioria das concentrações testadas. Estas formulações serão futuramente secas em spray-drying para obtenção de micropartículas e viabilização da administração pulmonar. Em conclusão, ambas as estratégias empregadas neste trabalho foram eficientes na obtenção de nanocarreadores inovadores e com potencial para contribuição na otimização do tratamento da tuberculose.
metadata.dc.description.abstracten: Tuberculosis is an infectious bacterial disease that is considered a public health concern as it is the leading cause of death from a single infectious agent worldwide. WHO recommends an efficient treatment protocol, however, conventional therapy demands high amounts of drugs daily administered by oral route to achieve a successful patient response, which leads to the emergence of severe adverse effects and decreases patient compliance. The goal of this work is to synthesize and functionalize inhaled nanoparticles for treating tuberculosis and to evaluate in vitro physicochemical properties, toxicity and biological activity. This study employed distinct strategies to develop nanoparticles loaded with anti-tuberculosis drugs. One of these strategies consisted on applying a physicochemical methodology to produce rifampicin nanostructured lipid carriers by microemulsion method. This nanoformulation was functionalized with a modified peptide based on tuftsin sequence, which was previously synthesized on solid phase and thus, attached on nanoparticles surface to vectorize the nanocarrier (NP-pRIF). Nanoparticles were characterized to confirm the production of a monodisperse and stable drug delivery system. Cell culture assays demonstrated that NP-pRIF was significantly more taken up by macrophages than naked rifampicin nanoparticles (NP-RIF). Cytotoxicity studies evidenced the non-toxic potential from both formulations (NP-pRIF and NP-RIF) in a wide range of concentrations. Moreover, nanoparticles efficacy was tested and revealed to be 2-fold more effective against Mycobacterium tuberculosis than free rifampicin. Nanoparticles suspension were added by mannitol and submitted to atomization drying process by spray-drying in order to enable pulmonary administration. The powder obtained was characterized as fine and fluid microparticles, which were further assessed by scanning electron microscopy as spherical shape with a range of particle size between 2 – 10 μm. In vitro tests evaluated the microparticles potential of redispersion in water and their further capacity of releasing nanoparticles stocked inside them. The other strategy employed in this work involved the use of a chemical methodology to synthesize two conjugates constituted by an anti-tuberculosis drug (rifampicin or pyrazinoic acid) and the poly(malic acid). Conjugates were synthesized by esterification reactions and they posteriorly self-assembled into nanoconjugates (NC-RIF e NC-PA, respectively), which was confirmed by transmission electron microscopy images. Cell culture assays proved that both nanoconjugates were successfully taken up by macrophages and that they did not present a cytotoxic potential for the most of concentrations evaluated. These nanoconjugates will be dried by spray-drying and entrapped into trojan microparticles in the future steps to ensure pulmonary administration. In conclusion, both strategies were successfully employed to produce innovative and promising nanocarriers to contribute with the management of tuberculosis.
Description: Programa de Pós-Graduação em Biotecnologia. Núcleo de Pesquisas em Ciências Biológicas, Pró-Reitoria de Pesquisa de Pós Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto.
URI: http://www.repositorio.ufop.br/handle/123456789/12470
metadata.dc.rights.license: Autorização concedida ao Repositório Institucional da UFOP pelo(a) autor(a) em 25/04/2019 com as seguintes condições: disponível sob Licença Creative Commons 4.0 que permite copiar, distribuir e transmitir o trabalho desde que sejam citados o autor e o licenciante. Não permite o uso para fins comerciais nem a adaptação.
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