Silica nanoparticles in oral peptide delivery for diabetes Mellitus control and treatment

• Main Author: Andreani, Tatiana
• Publication Date: 2014
• Language: eng
• Source: Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
• Download full: http://hdl.handle.net/10348/4787
• topic: Nanopartículas de sílica; Insulina; Citotoxicidade; Polímeros mucoadesivos; Administração oral

O presente trabalho visou o desenvolvimento de nanopartículas de sílica (SiNP, do inglês “silica nanoparticles”) com a finalidade de explorar o potencial destes sistemas para a administração oral de péptidos, usando a insulina como fármaco modelo. As SiNP foram produzidas a partir da hidrólise e condensação do silicato de tetraetila (TEOS) pelo método sol-gel e otimizadas usando um desenho fatorial 22. O tamanho médio (Z-Ave) e o índice de polidispersão (PI) das nanopartículas foram influenciados pela concentração de TEOS e pela velocidade de agitação durante a síntese das mesmas. Foram obtidas nanopartículas com 0,43 mol.L-1 de TEOS e uma velocidade de homogeneização de 5000 rpm, revelando um Z-Ave de 256,6 nm e um PI de 0,218. Trealose, manitol e sorbitol foram utilizados como crioprotetores a fim de melhorar a estabilidade das nanopartículas durante a liofilização. Calorimetria diferencial de varrimento (DSC) e raio-X revelaram que as SiNP na presença dos crioprotetores apresentaram uma forma cristalina. No entanto, a trealose foi a mais adequada para a manutenção da integridade das nanopartículas após a sua reconstituição em água, uma vez que este dissacarídeo oferece maior resistência das camadas em torno das nanopartículas, a qual promove maior interação com os grupos SiOH presentes na superfície da sílica. O revestimento das SiNP com quitosano, alginato de sódio, PEG 6000 e PEG 20000 foi realizado para desenvolver uma formulação destinada à administração oral de insulina por meio da combinação das vantagens das SiNP e das propriedades mucoadesivas desses polímeros. A associação da insulina às nanopartículas foi realizada por adsorção após a produção das mesmas. No caso das nanopartículas revestidas, a insulina foi previamente dissolvida na solução polimérica e posteriormente adicionada às SiNP. Estudos de DSC revelaram que os picos endotérmicos e exotérmicos dos polímeros puros foram deslocados para temperaturas mais elevadas nas SiNP revestidas, provavelmente devido à interação de ligação de hidrogénio entre os grupos de SiOH das SiNP e os grupos funcionais específicos do PEG (OH), do quitosano (NH) ou do alginato de sódio (COOH). Esta alteração resultou em maior estabilidade das nanopartículas. A difração de raio-X mostrou que as SiNP revestidas exibiram uma estrutura menos ordenada comparado com os polímeros puros. A associação da insulina às nanoparticulas resultou numa estrutura mais cristalina, provavelmente devido à solubilização da insulina nas soluções poliméricas originando a cristalização das nanoparticulas durante o armazenamento. A análise por infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) também mostrou a eficiência do revestimento das nanopartículas, além das bandas de absorção de amida que são características essenciais dos espectros de proteínas. Análises por dicroísmo circular (CD) demonstraram que a estrutura da insulina foi ligeiramente afetada pelo revestimento durante a síntese das nanopartículas. Termogramas obtidos por nano DSC mostraram que as SiNP não revestidas podem promover melhor interação com os grupos polares dos liposomas. Além disso, as SiNP e o PEG 6000 foram mais eficazes em proteger a insulina contra a desnaturação térmica. A mucoadesividade das nanopartículas foi avaliada in vitro pela interação com mucina a pH gástrico e intestinal. SiNP revestidas com quitosano ou alginato apresentaram melhor capacidade de adsorver a mucina, em comparação com as SiNP não revestidas e as SiNP revestidas com PEG (SiNP-PEG 6000). O revestimento das nanopartículas resultou numa libertação da insulina mais rápida tanto a pH 2,0 como a pH 6,8, comparando com as nanopartículas não revestidas, devido à baixa interação entre a insulina e os grupos SiOH da superfície da sílica. O perfil de libertação de insulina foi afetado apenas pelas SiNP não revestidas e pelas SiNP-PEG 6000 em relação à solução de insulina. Embora as SiNP não revestidas e as SiNP-PEG 6000 tenham provocado redução da libertação de insulina a pH gástrico, 60% da insulina foi libertada após 2 horas de incubação. Os estudos in vitro de permeação da insulina foram realizados por meio do saco intestinal invertido de ratos, comparando as nanopartículas não revestidas e SiNP-PEG 6000 e SiNP-PEG 20000. No entanto, a presença do PEG não alterou significativamente o comportamento da permeação da insulina na mucosa intestinal de ratos. As nanopartículas mostraram baixa toxicidade nas linhagens celulares testadas (HepG2 e Caco-2) nas concentrações de 50-500 μg/mL. A incorporação da insulina nas nanopartículas não afetou a viabilidade celular. Doses mais elevadas de SiNP-PEG 6000 apresentaram toxicidade nas linhas celulares selecionadas. Imagens obtidas por microscopia óptica revelaram a presença de vacúolos no interior das células Caco-2, indicando uma possível endocitose dessas nanopartículas. As SiNP podem ser consideradas como sistemas promissores para a dministração oral da insulina aplicando uma tecnologia simples, de baixo-custo e sem danos ao ambiente.