NANOPARTÍCULAS MAGNÉTICAS NA LIBERAÇÃO CONTROLADA DE FÁRMACOS J. C. de Freitas*¹, M. G. N. Campos¹, A. M. Escolano², R. F. C. Marques³. Avenida Paoletti, 285, ap. 42. Santa Cruz, Itapira/SP. CEP: 13.974-070. juh.c.freitas@hotmail.com ¹ Universidade Federal de Alfenas (UNIFAL Poços de Caldas/Brasil), ² Universidade de Zaragoza (UNIZAR Zaragoza/Espanha), ³ Universidade Estadual Paulista (UNESP Araraquara/Brasil). RESUMO O tratamento convencional para o cancro danifica células saudáveis, acarretando em diversos efeitos indesejáveis ao paciente. Esse problema é minimizado pela utilização de sistemas de liberação controlada de fármacos, que se baseiam em um núcleo magnético revestido com material biocompatível (polímero), onde se imobiliza o fármaco. A liberação acontece através de estímulos aplicados no polímero. Este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de nanodispositivos constituídos de nanopartículas magnéticas revestidas com polímeros, para a liberação controlada do metotrexato. As nanopartículas foram sintetizadas por hidrólise de sais precursores de ferro e funcionalizadas com polímeros. Imagens de microscopia eletrônica de transmissão (TEM) e as análises do espalhamento da luz dinâmica e do pontencial zeta comprovaram a síntese de nanopartículas de magnetita com tamanho e estabilidade adequados para a aplicação desejada em biomedicina. Palavras-chave: nanopartículas magnéticas, liberação controlada de fármacos, biomedicina. 6069
INTRODUÇÃO A nanotecnologia compreende a caracterização, síntese, manipulação e aplicação, na ordem de nanômetros (10-9 m), de estruturas biológicas e não biológicas. Sendo assim, as nanopartículas magnéticas são sistemas envolvidos nesta escala e, uma vez que estão entre os estados molecular e massivo, apresentam propriedades físicas e químicas distintas, que são influenciadas por seu tamanho, morfologia e estrutura (1). Enquanto materiais massivos possuem múltiplos domínios magnéticos a fim de reduzir a energia magnetoestática, nanopartículas com diâmetros inferiores a um dado valor crítico apresentam um único domínio magnético, uma vez que a redução do tamanho de uma partícula acarreta na redução do tamanho também de seu domínio, alterando as características das paredes que o delimitam. No entanto, há um valor limitante, abaixo do qual a energia proveniente da formação dos múltiplos domínios se torna inferior à energia de formação de paredes de domínio e, assim, o processo deixa de ser energeticamente vantajoso. Deste modo, para partículas de tamanhos inferiores ao diâmetro crítico, a configuração mais vantajosa é a de monodomínios. Por exemplo, para óxidos de ferro, como magnetita, os monodomínios estão presentes em partículas com diâmetro entre 5 e 20 nm (2). A redução do tamanho de uma partícula também acarreta em uma maior área superficial em relação ao volume. Os átomos da superfície de uma partícula apresentam uma vizinhança distinta daqueles do seu interior, sendo capazes de influenciar as propriedades físicas e magnéticas do material. Deste modo, esta característica se torna útil para a funcionalização das partículas ou sua aplicação como carreador de substâncias (2-3). A aplicação de tais materiais será influenciada, portanto, pelo recobrimento, propriedades físicas e químicas, sendo que estas características são definidas pelo método utilizado para sua síntese. A padronização dos parâmetros físicos é realizada através do controle de tamanho, forma, distribuição, cristalinidade e propriedades magnéticas das nanopartículas (3-4). Neste contexto, o objetivo deste trabalho é o desenvolvimento de um nanodispositivo constituído de nanopartículas magnéticas de óxido de ferro 6070
modificadas com polímeros termosensíveis para a liberação controlada de metotrexato no tratamento de tumores. O metotrexato é usado no tratamento do câncer, mas acarreta em efeitos colaterais para o paciente por danificar as células saudáveis. Deste modo, a liberação controlada deste fármaco diminuiria esses efeitos, o que levaria a um tratamento mais eficiente e a possibilidade de aplicação de doses menores. MATERIAIS E MÉTODOS Síntese do ferrofluido Em um béquer, misturou-se a solução precursora de ferro, filtrada em membrana de 0,45 micrômetros, P4VP60000 (polivinilpirrolidona), água e acetona. A mistura mantida em uma placa a temperatura ambiente para secar durante um dia. O sólido resultante foi reagido com uma solução de amônia 2M, mediante aquecimento a 50ºC. A solução resultante foi lavada através de separação magnética e adição de água destilada até se obter um ph neutro. Síntese e desproteção do polímero Em um béquer misturou-se PEG (polietilenoglicol), BOCGli (n-(terc- Butoxicarbonil)glicina), DMAP (4-Dimetilaminopiridina) e diclorometano. Essa solução foi gotejada em uma solução de EDCL (cloridrato de 1-etil-3-(3- dimetilaminopropil) carbodiimida) também em diclorometano, sob atmosfera inerte e banho de água e gelo. A mistura resultante foi agitada durante 24 horas e, posteriormente, o solvente foi evaporado em um rotaevaporador. O sólido obtido foi desprotegido através de sua solubilização em diclorometano e ácido trifluoracético sob agitação durante três horas. Para a precipitação do sólido final, foi adicionado éter congelado e, em seguida, sua decantação. Funcionalização com polímero O ferrofluido foi dissolvido em água destilada e, em seguida, teve seu ph ajustado para 3 através da adição lenta de uma solução de ácido clorídrico. Após o 6071
ajuste adicionou-se o polímero desprotegido e MeOPEGA480 (metoxipolietilenoglicol), mantendo sob agitação e aquecimento a 60ºC durante dois dias. Para finalizar a funcionalização, ajustou-se o ph até aproximadamente 7. RESULTADOS E DISCUSSÃO Espalhamento da Luz Dinâmica O tamanho médio das partículas foi de 135,5 nm, a Fig. 1 ilustra a distribuição de tamanho em relação ao número de partículas. Fig. 1: Distribuição de tamanhos das partículas de ferrofluido em função do número de partículas. Potencial Zeta A Fig. 2 ilustra o gráfico da distribuição de potencial zeta das partículas, sendo em média 17,3 mv, o que indica boa estabilidade em solução. Fig. 2: Distribuição do potencial zeta da amostra de ferrofluido. 6072
Microscopia Eletrônica de Transmissão A Fig. 3 ilustra a imagem obtida por TEM para a amostra de ferrofluido, anteriormente a sua funcionalização com polímero. Fig. 3: Imagem de TEM da amostra de ferrofluido com aumento de 40x. Nesta figura é possível se verificar claramente os 6 anéis típicos da magnetita, comprovando a síntese das nanopartículas de óxido de ferro. A amostra recoberta com polímero também foi observada em TEM, e a imagem resultante está ilustrada na Fig. 4. Fig. 4: Imagem de TEM da amostra após funcionalização com aumento de 80000x. 6073
A baixa nitidez da imagem está relacionada à limitação do TEM em relação a polímeros. CONCLUSÕES As nanopartículas de magnetita foram sintetizadas e funcionalizadas com polímero satisfatoriamente e com distribuição de tamanhos e estabilidade adequadas para sua aplicação da biomedicina. AGRADECIMENTOS Agradecimento especial ao Programa Ciência sem Fronteiras (CNPq), ao Instituto de Ciência dos Materiais (ICMA Espanha), ao Instituto de Ciência e Tecnologia (ICT - UNIFAL), ao Instituto de Química (IQ - Unesp) e a CAPES. REFERÊNCIAS 1. ASSIS, Letícia Marques de et al. Revisão: Características de nanopartículas e potenciais aplicações em alimentos. Brazilian Journal Of Food Technology, Campinas, p. 1-11. abr. 2012. 2. ALVES, Tatiana Midori Martins Telles. Síntese e caracterização de nanopartículas de óxidos de ferro para aplicações biomédicas. 2007. 99 f. Dissertação (Mestrado) - Curso de Física, Unicamp, Campinas, 2007. 3. FITZPATRICK, Lindsay E, et al. Temperature-sensitive polymers for drug delivery: Expert Review of Medical Devices 9.4, p. 339. 4. FLORENZANO, Fábio H.. Polímeros: Ciência e Tecnologia. Pouso Alegre: Univas, 2008. 100-105 p. 6074
MAGNETIC NANOPARTICLES FOR TARGETED DRUG DELIVERY ABSTRACT Conventional treatments for cancer damage healthy cells, resulting in various undesirable effects to the patient. This problem is minimized by using controlled drug delivery systems that are based on a magnetic core coated with biocompatible material (polymer), which immobilizes the drug. The release happens by stimuli applied in the polymer. This study aimed the development of nanodevices consisting of magnetic nanoparticles coated with polymers for the controlled release of methotrexate. The nanoparticles were synthesized by hydrolysis of iron precursors salts and functionalized with polymer. Images of transmission electron microscopy (TEM) and the analysis of dynamic light scattering (DLS) and zeta potential confirmed the synthesis of magnetite nanoparticles with size and stability suitable for the desired application in biomedicine. Keywords: Magnetic Nanoparticles; Controlled Drug Delivery; Biomedicine. 6075