Obtenção dos sistemas de dispersão sólida e complexos de inclusão para solubilização de Benzilideno-Imidazolidina-2,4-Diona e Benzilideno- Tiazolidina-2,4-Diona

Texto

(1)UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO CENTRO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS FARMACÊUTICAS PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIAS FARMACÊUTICAS. Obtenção dos Sistemas de Dispersão Sólida e Complexos de Inclusão para Solubilização de Benzilideno-Imidazolidina-2,4-Diona e Benzilideno-Tiazolidina-2,4-Diona. FRANCIMARY DE LIMA GUEDES. RECIFE - 2008.

(2) UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO CENTRO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS FARMACÊUTICAS PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIAS FARMACÊUTICAS. Obtenção dos Sistemas de Dispersão Sólida e Complexos de Inclusão para Solubilização de Benzilideno-Imidazolidina-2,4-Diona e Benzilideno-Tiazolidina-2,4-Diona. Dissertação de Mestrado submetida ao Programa de Pós-Graduação do Departamento de Ciências Farmacêuticas do Centro de Ciências da Saúde da Universidade Federal de Pernambuco, em cumprimento às exigências para obtenção do grau de Mestre em Ciências Farmacêuticas.. Área de Concentração: Produção e Controle de Qualidade de Medicamentos.. FRANCIMARY DE LIMA GUEDES. Orientador: Prof. Dr. Pedro José Rolim Neto Co-Orientador: Profa Dra Suely Lins Galdino. RECIFE - 2008 ii.

(3) Guedes, Francimary de Lima Obtenção dos sistemas de dispersão sólida e complexos de inclusão para solubilização de Benzilideno-Imidazolidina-2,4-Diona e BenzilidenoTiazolidina-2,4-Diona / Francimary de Lima Guedes. – Recife: O Autor, 2008. xviii, 115 folhas: il., fig., tab. Dissertação (mestrado) – Universidade Federal de Pernambuco. CCS. Ciências Farmacêuticas, 2008. Inclui bibliografia. 1. Benzilideno-Imidazolidina-2,4-Diona. 2. Benzilideno-Tiazolidina-2,4-Diona. I.Título.. 615.014.2 615.18. CDU (2.ed.) CDD (22.ed.). UFPE CCS2008-092.

(4) UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO CENTRO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS FARMACÊUTICAS PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIAS FARMACÊUTICAS. Obtenção dos Sistemas de Dispersão Sólida e Complexos de Inclusão para Solubilização de Benzilideno-Imidazolidina-2,4-Diona e Benzilideno-Tiazolidina-2,4-Diona. BANCA EXAMINADORA:. Membro Externo Titular Prof. Dr. Ivan da Rocha Pitta - UFPE Membros Internos Titulares Profa Dra Miracy Muniz de Albuquerque - UFPE Prof. Dr. Pedro José Rolim Neto - UFPE. Membros Suplentes Interno: Profa Dra Beate Saegesser Santos - UFPE Externo: Profa Dra Suely Lins Galdino - UFPE. iii.

(5) iv.

(6) MENSAGEM. “Se um homem ama a honestidade, mas não ama o estudo, a sua falta será uma tendência para desperdiçar ou transtornar as coisas. Se um homem adora a simplicidade, mas não adora o estudo, sua falta será puro prosseguimento na rotina. Se um homem aprecia a coragem e não aprecia o estudo, sua falta será turbulência ou violência. Se um homem elogia a decisão de caráter, mas não elogia o estudo, sua falta será obstinação ou teimosa crença em si mesmo.”(Confúcio). v.

(7) DEDICATÓRIA. À VOFSI que significa “Acréscimo de Deus” em Hebraico Todo meu esforço, dedico.. vi.

(8) AGRADECIMENTOS. Agradeço a Deus, que por meios que eu desconheço, sempre permanece agindo em meu favor;. Ao Professor Dr. Pedro José Rolim Neto, do Laboratório de Tecnologia dos Medicamentos do Departamento de Fármacia – LTM/UFPE, pela orientação, objetividade, dedicação e incentivos que permitiram a conclusão deste trabalho;. À Professora Drª. Suely Lins Galdino, do Laboratório de Planejamento e Síntese de Fármacos do Departamento de Antibióticos – GPIT/UFPE, pelo seu profissionalismo e dedicação ao desenvolvimento científico regional;. Ao Professor Dr. Ivan da Rocha Pitta, do Laboratório de Planejamento e Síntese de Fármacos do Departamento de Antibióticos – GPIT/UFPE, pelo incentivo e atenção dispensados no decorrer deste trabalho;. À Professora Drª. Maria do Carmo Alves de Lima, do Laboratório de Planejamento e Síntese de Fármacos do Departamento de Antibióticos – GPIT/UFPE, que me conduziu à pesquisa através da iniciação científica, meu sincero reconhecimento pela pertinência das suas observações e pelo seu empenho na síntese dos protótipos estudados;. Ao Professor Dr. Marcelo Zaldine Hernandes e ao pesquisador Dr. Boaz Galdino, do Laboratório de Química Teórica Medicinal – UFPE, por suas contribuições imprescindíveis na realização dos estudos computacionais de modelagem molecular com os protótipos estudados nesta dissertação;. Ao Professor Dr. Carlos Alberto De Simone, do Laboratório de Cristalografia e Modelagem Molecular – UFAL, pela realização do estudo cristalográfico;. Ao professor Dr. Francisco Veiga, pelo convite e acolhimento no Laboratório de Tecnologia Farmacêutica da Faculdade de Farmácia da Universidade de Coimbra-Portugal, para o desenvolvimento dos Complexos de Inclusão com Ciclodextrinas. Agradeço de forma muito. vii.

(9) especial pelo apoio científico e pronta disponibilidade em prover todos os recursos necessários à concretização da investigação durante a nossa permanência em Coimbra;. À professora Drª. Miracy Muniz de Albuquerque, Ruth e Júnior pela permissão concedida na utilização de alguns equipamentos do Núcleo de Controle de Qualidade de Medicamentos e Correlatos;. À Professora Drª. Beate Saegesser Santos pela permanente disponibilidade e simpatia com que muitas vezes me atendeu para discussão de alguns pontos deste trabalho; À Maria da Conceição Barros de Souza, secretária do Programa da Pós-Graduação em Ciências Farmacêuticas, pela paciência e disponibilidade;. A Ricardo Oliveira e Eliete Barros, da Central Analítica do Departamento de Química Fundamental da Universidade Federal de Pernambuco, pela realização dos espectros de infravermelho e ressonância magnética nuclear de hidrogênio;. Ao Professor Dr. José Luiz de Lima Filho e Sérgio dos Santos Silva do Laboratório de Imunopatologia Keizo Asami (LIKA) da UFPE pela disposição dos meios técnicos e humanos à realização da microscopia eletrônica de varredura;. A João Carlos do departamento de Física da UFPE pela inestimável atenção dispensada na realização das análises de Difração de Raios X;. Às colegas do Laboratório de Tecnologia Farmacêutica da Faculdade de Farmácia da Universidade de Coimbra, Cristina, Jucimary, Andreza, Camile e Rita pela amizade e ajuda;. A Rui Manadas, pelo constante incentivo e pela grande amizade nascida durante a realização dos experimentos em Portugal;. Aos amigos do Laboratório de Planejamento e Síntese de Fármacos pela colaboração e apoio, especialmente a Ricardo Moura, Aracelly França e Cleiton Diniz pela constante disponibilidade, inesgotável paciência e preciosa colaboração num dos momentos mais críticos. viii.

(10) Aos colegas do Laboratório de Tecnologia dos Medicamentos, meu agradecimento, em especial a José Lamartine Soares Sobrinho, Keyla Emanuelle Silva e Jackson Luis da Silva pelas discussões finais sobre os perfis de dissolução;. Ao “Grupo Dispersões Sólidas e Complexos de Inclusão”, Fabiana Lícia, Geisiane Presmich, Larissa Fantini e Larissa Rolim pela colaboração nas atividades comuns aos nossos projetos de Doutorado, Mestrado e Iniciação Científica;. Aos meus colaboradores que formam o “capital humano” da Vofsi Química pela dedicação e por acreditarem no meu sonho de empresa, mesmo quando nas muitas adversidades eu não estava lá para auxiliá-los, devido aos compromissos assumidos no mestrado. A vocês a minha profunda gratidão;. Tenho que agradecer em especial à Adrianna Fabisak, minha sócia, irmã e amiga, que me apoiando incondicionalmente, compreendendo todos os momentos de tensão, suportando minhas infindáveis ausências na gestão da Vofsi Química, com uma tolerância que nunca vi igual, foi o principal pilar que me sustentou para que eu pudesse cursar a Faculdade de Farmácia e ousar esta Pós-Graduação.. A “Dona Helena”, minha mãe, por todo seu amor, toda sua compreensão, todo seu carinho. Ao meu pai, Guedes, que discreta, mas decisivamente sempre me apoiou. Ao meu querido irmão Wal, que sempre vibrou muito com as minhas conquistas, especialmente as relacionadas com a formação acadêmica.. ix.

(11) SUMÁRIO. LISTA DE FIGURAS. xi. LISTA DE TABELAS. xv. LISTAS DE ABREVIATURAS. xvi. RESUMO. xvii. ABSTRACT. xviii. INTRODUÇÃO. 20. OBJETIVOS. 23. Geral. 23. Específicos. 23. CAPÍTULO I Artigo I Ciclodextrinas: como adjuvante tecnológico para melhorar a biodisponibilidade de fármacos. 25. CAPÍTULO II Artigo I Estudo Teórico e Experimental de Dispersões Sólidas do 3-(4-cloro-benzil)-5-(4-nitrobenzilideno)-imidazolidina-2,4-diona (LPSF/FZ4) com potencial atividade esquistossomicida em Polietilenoglicol e Polivinilpirrolidone. 46. Artigo II Caracterização físico-química, Cristalografia e Modelagem Molecular do 3-(4-metilbenzil)-5-(4-cloro-benzilideno)-tiazolidina-2,4-diona (LPSF/GQ2) e Suas Dispersões Sólidas com Polivinilpirrolidone. 67. CAPÍTULO III Artigo I Complexos de Inclusão para derivado benzilideno imidazolidínico com 2-hidroxipropil-βciclodextrina e 2-O-metil-β-ciclodextrina no estado sólido. 89. CONCLUSÕES. 109. PERSPECTIVAS. 112. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS. 114. x.

(12) LISTA DE FIGURAS. CAPÍTULO I Artigo I Fig.1. Log do número de publicações relacionadas com ciclodextrinas (barras brancas) e aplicações farmacêuticas envolvendo solubilização (barras Pretas) por ciclodextrinas, como indicado no SciFinder (ACS,COLUMBUS,OH) em Março, 2007. 29. Fig.2. Representação da βCD e seus grupos hidroxílicos assinalados. 30. Fig.3. Edições de patentes associadas com HP-β-ciclodextrina (■) e SBE-β-ciclodextrina (▲) usadas entre os anos 2000 e 2006 (SCIFINDER, COLUMBUS, OH). 33. Fig.4. Diagrama de solubilidade de fases para fármaco e ciclodextrina (HIGUCHI & CONNORS, 1965). 35. Fig.5. Efeito da complexação fármaco-ciclodextrina sobre a biodisponibilidade após a administração não parenteral. (Adaptado de LOFTSSON et. al., 2005). 36. CAPÍTULO II Artigo I Fig.1. 3-(4-cloro-benzil)-5-(4-nitro-benzilideno)-imidazolidina-2,4-diona (LPSF/FZ4). 48. Fig. 2. Perfis de dissolução do LPSF/FZ4, das misturas físicas e das dispersões sólidas com PEG (a) e PVP (b) em pH gástrico (pH 1,2) contendo 1% de lauril sulfato de sódio. 53. Fig. 3. Termogramas de DSC do LPSF/FZ4 (a), PEG (b) e dispersões sólidas LSF/FZ4:PEG 1:9 (c). 54. Fig. 4. Termogramas de DSC do LPSF/FZ4 (a), PVP (b) e dispersões sólidas LSF/FZ4:PVP 1:9 (c). 54. xi.

(13) Fig. 5. Difratogramas do LPSF/FZ4, PEG, mistura física e dispersões sólidas LSF/FZ4:PEG 1:9. 56. Fig. 6. Difratogramas do LPSF/FZ4, PVP, mistura física e dispersões sólidas LSF/FZ4:PVP 1:9. 57. Fig. 7. Espectros de infravermelho do LPSF/FZ4, PEG, PVP e dispersões sólidas. 59. Fig.8. Geometrias otimizadas obtidas para os complexos de hidrogênio PEG⋅⋅⋅LPSF/FZ4 (I) e PVP⋅⋅⋅LPSF/FZ4 (II) usando resultados do cálculo B3LYP/6-31G (d,p). Os valores apresentados nesta figura representam as distâncias das ligações de hidrogênio, em Ångstrons.. 60. Fig. 9. Espectros de RMN 1H do LPSF/FZ4 (a), dispersões sólidas LPSF/FZ4:PEG (b) e dispersões sólidas PSF/FZ4:PVP (c). 62. Fig. 10. Eletromicrografias do LPSF/FZ4 (a), PEG (b), PVP (c) dispersões sólidas LPSF/FZ4:PEG (d), e dispersões sólidas LPSF/FZ4:PVP (e). 63. Artigo II Fig.1. ORTEP-3 da molécula do LPSF/GQ2. 72. Fig. 2. Diferentes projeções da molécula do LPSF/GQ2. O ângulo diedro entre os dois planos passando pelos anéis é de 96°. 73. Fig. 3. Empacotamento cristalino do LPSF/GQ2 visto em 2 projeções. 73. Fig. 4. Eletromicrografias do cristal LPSF/GQ2. 77. Fig.5. Difratogramas dos sistemas LPSF/GQ2:PVP: (a) LPSF/GQ2; (b) PVP; (c) MF 2:8; (d) DS 3:7; (e) DS 2:8; (f) DS 1:9. 79. Fig.6. Termograma de DSC dos sistemas LPSF/GQ2:PVP: (a) LPSF/GQ2; (b) PVP; (c) DS 3:7; (d) DS 2:8; (e) DS 1:9. 81. Fig. 7. Eletromicrografias dos sistemas LPSF/GQ2:PVP: (a) LPSF/GQ2; (b) PVP; (c) xii.

(14) MF 2:8; (d) DS 3:7; (e) DS 2:8; (f) DS 1:9. 83. Fig.8. Geometria otimizada obtida para os complexos de hidrogênio PVP⋅⋅⋅LPSF/GQ2 usando resultados do cálculo B3LYP/6-31G (d,p). O valor apresentado nesta figura representa a distância da ligação de hidrogênio, em Ångstrons. 84. Fig. 9. Espectros de IV dos sistemas LPSF/GQ2:PVP: (a) LPSF/GQ2; (b) PVP; (c) MF 2:8; (d) DS 3:7; (e) DS 2:8; (f) DS 1:9. 85. CAPÍTULO III Artigo I Fig. 1 – Derivados imidazolidinônicos. 91. Fig. 2. Equação de Higuchi e Connors. 93. Fig. 3. Diagrama de Solubilidade de Fases do LPSF/FZ4 em função da concentração das ciclodextrinas, em solução aquosa a 25 ºC. 96. Fig. 4. Difratogramas dos sistemas LPSF/FZ4:HPβDC: (a) LPSF/FZ4; (b) HPβDC; (c) MF; (d) ML; (e) CO; (f) SP. 97. Fig. 5. Difratogramas dos sistemas LPSF/FZ4:MβDC: (a) LPSF/FZ4; (b) MβDC; (c) MF; (d) ML; (e) CO; (f) SP. 97. Fig. 6. Termograma de DSC dos sistemas LPSF/FZ4:HPβDC: (a) LPSF/FZ4; (b). 99. HPβDC; (c) MF; (d) ML; (e) CO; (f) SP Fig. 7. Termograma de DSC dos sistemas LPSF/FZ4:MβDC: (a) LPSF/FZ4; (b) MβDC; (c) MF; (d) ML; (e) CO; (f) SP. 99. Fig. 8. Espectros de IV dos sistemas LPSF/FZ4:HPβDC: (a) LPSF/FZ4; (b) HPβDC; (c) MF; (d) ML; (e) CO; (f) SP. 101. Fig. 9. Espectros de IV dos sistemas LPSF/FZ4:MβDC: (a) LPSF/FZ4; (b) MβDC; (c) MF; (d) ML; (e) CO; (f) SP. 102. xiii.

(15) Fig. 10. Perfis de dissolução do LPSF/FZ4 e dos sistemas LPSF/FZ4:HPβDC (a) LPSF/FZ4:MβDC (b) em suco gástrico artificial (pH 1,2) contendo 1% de lauril sulfato. 103. de sódio Fig. 11. Percentual de Eficiência de Dissolução (ED60min %) em 60 minutos. 104. xiv.

(16) LISTA DE TABELAS. CAPÍTULO I Artigo I Tabela 1. Medicamentos contendo as principais ciclodextrinas derivadas.. 32. CAPÍTULO II Artigo I Tabela1. ED 60min para LPSF/FZ4, misturas físicas e dispersões sólidas. 53. Tabela 2. GCR para 2θ =16 nos sistemas LPSF/FZ4:PEG. 56. Tabela 3. GCR para 2θ =16 nos sistemas LPSF/FZ4:PVP. 57. Artigo II Tabela 1. Picos de Intensidade do LPSF/GQ2 nas amostras de difração de raios X das dispersões sólidas nas diferentes proporções. 78. xv.

(17) ABREVIATURAS. Å. Angstrons. ADT. AutoDockingTools. ASC. Área sob a curva. BSSE. Erro de Superposição do Conjunto de Base. CD. Ciclodextrinas. CO. Co-evaporação. Cu. Cobre. DMSO. Dimetil Sulfóxido. DS. Dispersões Sólidas. DSC. Calorimetria Diferencial de Varredura. ED60 min. Eficiência de Dissolução em 60 minutos. FDA. Food and Drug Administration. FTIR. Infravermelho com Tranfomadas de Fourier. GCR. Grau de Cristalinidade Relativo. HPβCD. 2-Hidroxipropil-β-ciclodextrina. Ks. Constante de establidade. LPSF/FZ4. 3-(4-cloro-benzil)-5-(4-nitro-benzilideno)-imidazolidina-2,4-diona. LPSF/GQ2. 3-(4-metil-benzil)-5-(4-cloro-benzilideno)-tiazolidina-2,4-diona. MF. Mistura Física. ML. Malaxagem. MβCD. 2-O-metil-β-ciclodextrina. PEG. Polietilenoglicol. PPARγ. Receptores Ativadores da Proliferação de Peroxissomos. PVP. Polivinilpirrolidone. RMN 1H. Ressonância Magnética Nuclear de Hidrogênio. SEM. Microscopia Eletrônica de Varredura. SP. Secagem por pulverização. USP. Farmacopéia dos Estados Unidos. UV. Espectroscopia de Ultravioleta. XRD. Difração de Raios X. ZPE. Energia do Ponto Zero xvi.

(18) RESUMO. Dois. protótipos,. 3-(4-cloro-benzil)-5-(4-nitro-benzilideno)-imidazolidina-2,4-diona. (LPSF/FZ4) e 3-(4-metil-benzil)-5-(4-cloro-benzilideno)-tiazolidina-2,4-diona (LPSF/GQ2), que fazem parte de uma quimioteca de análogos imidazolidinônicos e tiazolidinônicos com potencial atividade esquistossomicida e hipoglicemiante, respectivamente, possuem limitada solubilidade aquosa e baixa taxa de dissolução. A deficiência destes fatores freqüentemente conduz a biodisponibilidade insuficiente, e isso constitui um dos maiores problemas de tecnologia farmacêutica da atualidade. O objetivo fundamental deste trabalho foi o desenvolvimento de duas estratégias distintas, designadas por dispersões sólidas e complexos de inclusão, para otimizar a solubilidade, a dissolução e conseqüentemente a biodisponibilidade destes protótipos. As dispersões sólidas foram preparadas pelo método do solvente, fazendo uso dos polímeros hidrofílicos polietilenoglicol (PEG) e polivinilpirrolidona (PVP). Os complexos de inclusão foram preparados utilizando diferentes técnicas, tais como: malaxagem, co-evaporação e secagem por pulverização utilizando as ciclodextrinas derivadas 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina e 2-O-metil-β-ciclodextrina. A aplicação articulada de diferentes metodologias analíticas como o diagrama de solubilidade de fases, a espectroscopia de infravermelho com transformadas de Fourier, a calorimetria exploratória diferencial, a espectroscopia de ressonância magnética nuclear de hidrogênio, a microscopia eletrônica de varredura, a cristalografia e a difração de raios X permitiram detectar e caracterizar os sistemas binários complexados. A avaliação dos perfis de dissolução destes sistemas indicou uma substancial melhoria das propriedades de dissolução destes protótipos, revelando que, nas dispersões sólidas, o PVP foi o polímero que apresentou melhores resultados para o LPSF/FZ4 e LPSF/GQ2, e, nos complexos de inclusão, a 2-O-metil-β-ciclodextrina, pelo método de secagem por pulverização, foi a ciclodextrina mais indicada para as formulações com o LPSF/FZ4. Foi verificado, ainda neste estudo, que o aumento da taxa de dissolução apresentado por estes sistemas está diretamente relacionado com a presença e intensidade das interações intermoleculares formadas, especialmente as ligações de hidrogênio, que foram identificadas pelos cálculos teóricos de modelagem molecular.. Palavras-Chave: Imidazolidina; tiazolidina; dispersões sólidas; complexos de inclusão; 2hidroxipropil-β-ciclodextrina ; 2-O-metil-β-ciclodextrina. xvii.

(19) ABSTRACT. Two. prototypes,. (LPSF/FZ4). and. 3-(4-cloro-benzyl)-5-(4-nitro-benzylidene)-imidazolidine-2,4-dione 3-(4-methyl-benzyl)-5-(4-cloro-benzylidene)-thiazolidine-2,4-dione. (LPSF/GQ2), which belong to a library of analogous imidazolidinone and tiazolidinone with potencial shistosomacide and hypoglycaemic activities, respectively, possess limited aqueous solubility and low dissolution rate. The deficiency of these factors frequently leads to insufficient bioavailability, and this constitutes one of the major problems of pharmaceutical technology in present days. The main objective of this work was the development of two distinct strategies, designated by solid dispersions and inclusion complexes, to improve the solubility, the dissolution, and, consequently, the bioavailability of these prototypes. The solid dispersions were prepared by the solvent method, using the hydrophilic polymers polyethyleneglycol (PEG) and polyvinylpyrrolidone (PVP). The inclusion complexes were prepared using different techniques, such as: kneading, co-evaporation, and spray-drying, using the cyclodextrins derivatives 2- hydroxypropyl-β-cyclodextrin and 2-O-methyl-βcyclodextrin. The articulated application of different analytical methodologies as the phase solubility diagram, Fourier-transform infrared, differential scanning calorimetry, 1HNMR spectroscopy, scanning electron microscopy, crystallography, and X-ray diffraction made it possible to detect and characterize the binary complexed systems. The evaluation of the dissolution profiles of these systems indicated a substantial improvement of the dissolution properties of these prototypes, revealing that, in the solid dispersions, the PVP was the polymer that presented the best results for the LPSF/FZ4 and LPSF/GQ2, and, in the inclusion complexes, the 2-O-methyl-β-cyclodextrin, by the spray-drying method, was the indicated cyclodextrin for the formulations with the LPSF/FZ4. It was still verified in this study that the increase in the dissolution rate presented by these systems is directly related to the presence and intensity of the intermoleculars interactions formed, specially the hydrogen bonds, which were identified by the theoretical calculations of molecular modeling.. Keywords: Iimidazolidine; thiazolidine; solid dispersions; inclusion complexes; 2hydroxypropyl-β-cyclodextrin; 2-O-methyl-β-cyclodextrin. xviii.

(20) INTRODUÇÃO.

(21) INTRODUÇÃO. Um dos maiores desafios impostos na atualidade às indústrias farmacêuticas consiste em aplicar, de forma eficaz, novas estratégias para melhorar a solubilidade de fármacos pouco solúveis em água (VIPPAGUNTA et al., 2006; OHARA et al., 2005). Todos os anos as pesquisas com esta finalidade originam diversas publicação na forma de artigos, resumos científicos e patentes. Mais de 25% das novas moléculas potencialmente bioativas apresentam problemas de solubilidade e dissolução (BIKIARIS et al., 2005), indicando a necessidade do trabalho multidisciplinar do químico medicinal e do farmacêutico tecnologista para o delineamento de sua forma farmacêutica. Núcleos heterociclos pentagonais, como imidazolidínico e tiazolidínico, são moléculas promissoras que apresentam uma diversidade de atividades como, hipoglicemiantes (MOURÃO, 2005; LEITE, 2007), antiinflamatórias (SANTOS et al., 2005), antimicrobianas (ALBUQUERQUE et al., 1999; WAZEER et al.,2007), esquistossomicida (PITTA et al., 2006) entre outras. A problemática da maioria dos derivados desses núcleos consiste na solubilidade, fator limitante nos ensaios préclinicos, o que vem despertando o interesse no melhoramento desses protótipos. Para isso é necessário o entendimento dos mecanismos que envolvem o aumento da liberação do fármaco a partir da forma farmacêutica utilizada (FREDERICH et al., 2006), devido à existência de múltiplos fatores relacionados, tais como, a solubilidade intrínseca do fármaco, a solubilidade da forma farmacêutica, a dissolução, o estado físico, o tamanho das partículas, o peso molecular, o pH do meio, a temperatura, a viscosidade, as possíveis interações fármaco-carreador em sistemas binários, entre outras (HORTER e DRESSMAN, 2001). O (LPSF/FZ4). 3-(4-cloro-benzil)-5-(4-nitro-benzilideno)-imidazolidina-2,4-diona e. o. 3-(4-metil-benzil)-5-(4-cloro-benzilideno)-tiazolidina-2,4-diona. (LPSF/GQ2) sintetizadas no Laboratório e Planejamento e Síntese de Fármacos do Departamento de Antibióticos da Universidade de Pernambuco, que apresentam atividade esquistossomicida e hipoglicemiante respectivamente, possuem solubilidade em água limitada (S<1µg/mL) que compromete sua avaliação nos resultados biológicos preliminares, e o que conduziu o desenvolvimento deste estudo.. 20.

(22) O Capítulo I abordará uma breve revisão da literatura sobre o uso de ciclodextrinas em aplicações farmacêuticas, seus derivados estruturais com maior capacidade de inclusão, suas principais vantagens, além dos fatores limitantes como forma, tamanho e polaridade das moléculas hóspedes, que condicionam o fenômeno da inclusão. No Capítulo II será apresentado um estudo de dispersões sólidas em polietilenoglicol (PEG) e polivinilpirrolidone (PVP) do derivado imidazolidínico (LPSF/FZ4) e tiazolidínico (LPSF/GQ2), além de estudos de modelagem molecular, visualizando as principais interações químicas entre os protótipos e os polímeros. O último Capítulo constará de um estudo de complexação entre o derivado imidazolidínico (LPSF/FZ4) com ciclodextrinas hidrofílicas, observando suas interações químicas, destacando os diferentes métodos de preparação e caracterização, além de uma análise crítica dos perfis de dissolução a fim de selecionar a técnica e o carreador mais adequado. Este estudo foi realizado em parceria com o Laboratório de Tecnologia dos Medicamentos (UFPE), Laboratório de Planejamento e Síntese de Fármacos (UFPE), Laboratório de Química Teórica Medicinal (UFPE), Laboratório de Cristalografia e Modelagem Molecular (UFAL) e o Laboratório de Tecnologia Farmacêutica da Faculdade de Farmácia da Universidade de Coimbra / Portugal.. 21.

(23) OBJETIVOS.

(24) OBJETIVOS. Geral. ► Melhorar a solubilidade, a taxa de dissolução e a biodisponibilidade oral dos protótipos 3(4-cloro-benzil)-5-(4-nitro-benzilideno)-imidazolidina-2,4-diona (LPSF/FZ4) e 3-(4-metilbenzil)-5-(4-cloro-benzilideno)-tiazolidina-2,4-diona (LPSF/GQ2) através dos sistemas de dispersão sólida e complexos de inclusão.. Específicos. ► Preparação, detecção e caracterização das dispersões sólidas com polietilenoglicol (PEG) e polivinilpirrolidone (PVP) no estado sólido;. ► Preparação, detecção e caracterização dos complexos de inclusão com ciclodextrinas derivadas no estado sólido;. ► Realizar testes de dissolução in vitro dos protótipos e seus sistemas binários;. ► Elucidar o padrão das interações intermoleculares existentes nas dispersões sólidas pelas geometrias otimizadas dos complexos PVP···LPSF/FZ4, PEG···LPSF/FZ4 e PVP···LPSF/GQ2 através de cálculos de modelagem molecular B3LYP/6-31G (d,p) realizados no programa GAUSSIAN 03.. 23.

(25) CAPÍTULO I.

(26) CICLODEXTRINAS: COMO ADJUVANTE TECNOLÓGICO PARA MELHORAR A BIODISPONIBILIDADE DE FÁRMACOS CYCLODEXTRINS: AS A TECHNOLOGICAL ADJUVANT TO IMPROVE THE BIOAVAILABILITY OF DRUGS. Francimary de Lima Guedes1, Geisiane Alves Presmich2, Fabiana Lícia Araújo dos Santos3, Larissa Fantini de Lima3, Larissa Araújo Rolim4 & Pedro José Rolim Neto5* 1. Mestranda em Ciências Farmacêuticas, Laboratório de Tecnologia dos Medicamentos, Departamento de Ciências Farmacêuticas, UFPE. 2 Doutoranda em Ciências Farmacêuticas, Laboratório de Tecnologia dos Medicamentos, Departamento de Ciências Farmacêuticas, UFPE. 3 Graduada em Ciências Farmacêuticas, Laboratório de Tecnologia dos Medicamentos, Departamento de Ciências Farmacêuticas, UFPE. 4 Graduanda em Ciências Farmacêuticas, Laboratório de Tecnologia dos Medicamentos, Departamento de Ciências Farmacêuticas, UFPE. 5 Docente do Departamento de Ciências Farmacêuticas, Laboratório de Tecnologia dos Medicamentos, UFPE. Endereço: Av. Prof. Arthur de Sá s/n, Cidade Universitária, 50740-521 Recife-PE, Brasil. E-mail: prolim@ufpe.br. Artigo submetido: Revista Brasileira de Farmácia – Qualis “B” Nacional. 25.

(27) CICLODEXTRINAS: COMO ADJUVANTE TECNOLÓGICO PARA MELHORAR A BIODISPONIBILIDADE DE FÁRMACOS CYCLODEXTRINS: AS A TECHNOLOGICAL ADJUVANT TO IMPROVE THE BIOAVAILABILITY OF DRUGS. Francimary de Lima Guedes1, Geisiane Alves Presmich2, Fabiana Lícia Araújo dos Santos3, Larissa Fantini de Lima3, Larissa Araújo Rolim4 & Pedro José Rolim Neto5* 1. Mestranda em Ciências Farmacêuticas, Laboratório de Tecnologia dos Medicamentos, Departamento de Ciências Farmacêuticas, UFPE. 2 Doutoranda em Ciências Farmacêuticas, Laboratório de Tecnologia dos Medicamentos, Departamento de Ciências Farmacêuticas, UFPE. 3 Graduada em Ciências Farmacêuticas, Laboratório de Tecnologia dos Medicamentos, Departamento de Ciências Farmacêuticas, UFPE. 4 Graduanda em Ciências Farmacêuticas, Laboratório de Tecnologia dos Medicamentos, Departamento de Ciências Farmacêuticas, UFPE. 5 Docente do Departamento de Ciências Farmacêuticas, Laboratório de Tecnologia dos Medicamentos, UFPE. Endereço: Av. Prof. Arthur de Sá s/n, Cidade Universitária, 50740-521 Recife-PE, Brasil. E-mail: prolim@ufpe.br. RESUMO. O uso de ciclodextrinas (CDs) em aplicações farmacêuticas envolvendo solubilização tem expandido exponencialmente a cada década. Isto se deve ao fato das ciclodextrinas possuírem propriedades complexantes capazes de promoverem o aumento da solubilidade, dissolução e biodisponibilidade de fármacos poucos solúveis. Derivados estruturais das ciclodextrinas naturais com maior capacidade de inclusão têm despertado o interesse farmacêutico, estando presentes na composição dos medicamentos hoje comercializados na Europa, Japão e Estados Unidos. As vantagens de aplicação das ciclodextrinas justificam o seu uso atual nas diferentes formas farmacêuticas. A formação dos complexos de inclusão está condicionada a diversos fatores limitantes, como forma, tamanho e polaridade das moléculas hóspedes. É necessário ter condições ideais para se obter a efetiva encapsulação molecular. Isso significa dizer que, nem toda molécula com limitações de solubilidade seja complexada. Entretanto, artifícios mais recentes de complexação envolvendo sistemas ternários ou quaternários, conhecidos como multicomponentes, têm obtido sucesso na eficiência da complexação onde a aplicação dos sistemas binários (Fármaco-CD) não era efetiva ou vantajosa.. 26.

(28) PALAVRAS-CHAVE Ciclodextrinas; Complexos de Inclusão; Solubilidade Aquosa; Biodisponibilidade; Complexos Multicomponentes. ABSTRACT. The use of cyclodextrins in pharmaceutical applications involving solubilization has exponentially expanded at every decade. This happens because ciclodextrins possesses complexing properties which are capable of providing an increase in solubility, dissolution and biodisponibility of low soluble drugs. Structural derivatives of natural cyclodextrins with higher capability of inclusion have stimulated pharmaceutical interest, being present in the composition of drugs which are actually commercialized in Europe, Japan and the United States. The advantages of application of cyclodextrins justify its actual use in different pharmaceutical forms. The formation of inclusion complexes is subject to various limited factors, as form, size, and polarity of host molecules. Ideal conditions are necessary to obtain an effective molecular capsulation. This means that not all molecules with limited solubility will be complexed. However, recent complexing mechanisms involving ternary and quaternary systems, known as multiple components, have obtained successful results in the efficiency of complexation, where the application of binary system was neither effective nor advantageous.. KEY WORDS Cyclodextrins; Inclusion Complexes; Water Solubility; Bioavailability; Multicomponent complexes. 27.

(29) INTRODUÇÃO Aproximadamente há 117 anos, foram descobertas as primeiras ciclodextrinas (CDs), isoladas por A. Villiers em 1891 a partir de produtos de degradação de amido. Entretanto, uma abordagem mais detalhada destes oligossacarídeos cíclicos envolvendo sua preparação, isolamento e caracterização foram realizados posteriormente por Franz Schardinger em 1903 e 1911 (DOUCHÊNE et al., 1986). A estrutura química das ciclodextrinas, suas propriedades físico-químicas e suas habilidades em formar complexos de inclusão foram confirmadas no período entre 1935 a 1955 por Freudenberg, French, Cramer e colaboradores (UEKAMA, 1999). Freudenberg em 1939 propôs o mecanismo de formação das CDs por ação da enzima ciclodextrina-αglicosiltransferase (CGTase) sobre o amido (CLARKE, et al., 1988). Porém, as pesquisas sobre CDs chamaram atenção a partir de 1950, particularmente com os estudos de Cramer, que descobriu sua atividade catalítica em algumas reações (NAKAMURA & HORIKOSHI K, 1977). Devido ao baixo grau de pureza, elevados custos de produção, as CDs eram produzidas em quantidades muito pequenas até 1970, inviabilizando sua aplicação industrial. Avanços biotecnológicos na descoberta da seqüência e clonagem da maioria dos genes das CGTase ocorridos após esta data, disponibilizaram estas enzimas a reduzido custo, promovendo um aumento acelerado na produção das ciclodextrinas naturais (αCD, βCD e γCD) contribuindo, decididamente, para a produção de CDs em larga escala, com alta pureza e, conseqüentemente, para a expansão das suas aplicações a nível farmacêutico (LOFTSSON & MASSON, 2001). Na indústria farmacêutica, as CDs têm sido particularmente usadas devido as suas propriedades complexantes para aumentar a solubilidade e dissolução dos fármacos pouco solúveis, aumentar a sua biodisponibilidade e estabilidade, diminuir a irritação gástrica, dérmica ou ocular causada por determinados fármacos, diminuir ou eliminar odores ou sabores desagradáveis, prevenir interações entre diferentes fármacos ou entre fármacos e excipientes (SZEJTLI, 1994). Esta revisão se propõe a relatar de forma geral as atualidades que envolvem o uso de ciclodextrinas como excipientes farmacêuticos, fazendo uma abordagem sobre seus principais derivados químicos, o mecanismo da complexação, suas implicações biofarmacêuticas e toxicológicas. Aplicações em sistemas multicomponentes também foram abordadas. 28.

(30) EVOLUÇÃO CIENTÍFICA E TECNOLÓGICA EM CICLODEXTRINAS. Todos os anos as CDs originam a publicação de aproximadamente 1000 artigos e resumos científicos, com aplicações farmacêuticas (SZEJTLI, 2004). Mais de 30% das 200 novas patentes relacionadas à CDs, publicadas anualmente no Chemical Abstracts, destinamse a aplicações farmacêuticas (ZHANG & REES, 1999). O número de publicações e patentes tem expandido exponencialmente a cada década. Das 39.679 publicações, até março de 2007, uma parte significante está dedicada ao uso farmacêutico das CDs como solubilizantes (BREWSTER & LOFTSSON, 2007) (Figura 1).. Fig.1- Log do número de publicações relacionadas com ciclodextrinas (barras brancas) e aplicações farmacêuticas envolvendo solubilização (barras Pretas) por ciclodextrinas, como indicado no SciFinder (ACS,COLUMBUS,OH) em Março, 2007. DERIVAÇÃO QUÍMICA DAS CICLODEXTRINAS. O uso farmacêutico das ciclodextrinas naturais (αCD, βCD e γCD) vem sendo gradativamente substituído, ao longo dos anos, pelos seus derivados semi-sintéticos que oferecem maior capacidade de inclusão, solubilidade aquosa, estabilidade e menor toxicidade, devido às alterações das suas propriedades físico-químicas originais.. 29.

(31) Embora a βCD tenha aplicação muito freqüente nas formulações comerciais disponíveis atualmente, ela apresenta uma solubilidade aquosa muito limitada (1,85% m/v a 25ºC) devido à estrutura rígida resultante da formação de pontes de hidrogênio intramoleculares entre seus grupos hidroxílicos secundários C2OH e C3OH das unidades de glicose (FROMMING & SZEJTLI, 1994) (Figura 2). Grupos hidroxílicos primários. 6. 2 3. Grupos hidroxílicos secundários. Fig.2 - Representação da βCD e seus grupos hidroxílicos assinalados. As modificações químicas das CDs localizam-se basicamente nos grupos hidroxílico primário e/ou secundário por ligações de diferentes grupos funcionais (Tabela 1.) A derivatização dos grupos hidroxílicos ligados aos átomos de carbono C2, C3 e C6 das unidades de glicose, torna impossível o estabelecimento de ligações de hidrogênio intramoleculares, alterando assim as propriedades físico-químicas das CDs naturais (LOFTSSON & BREWSTER, 1997). A introdução de diferentes substituintes ao nível dos grupos hidroxílicos da βCD, têm resultado num aumento significativo da sua solubilidade aquosa (SZEJTLI, 1991). Atualmente existem centenas de derivados, mas apenas alguns são de maior interesse farmacêutico. Entre eles, os derivados hidroxialquilados, isto é, os derivados hidroxipropil da βCD e γCD (HPβCD e HPγCD, que derivam da substituição dos grupos hidroxílicos em C2, 30.

(32) C3 e C6 por substituintes 2-hidroxipropil); os metilados da βCD, como por exemplo 2,3,6metil-βCD, derivado metilado aleatório na posição C2, C3 ou C6 cuja designação anglosaxônica é randomly methylate β-cyclodextrin (RMβCD) e as sulfobutil-éter βCD (SBEβCD), poli-aniônica cuja substituição em R= -(CH2)4SO3-Na+ poderá complexar moléculas neutras não somente pela inclusão na cavidade das CDs, mas também por interação com os substituintes (OKIMOTO, 1996; THOMPSON, 1997; ZIA et al., 2001; MOSHER & THOMPSON, 2002). Estes derivados destacam-se pela maior aplicação em tecnologia farmacêutica como excipientes (Tabela 1.) e pela sua produção em larga escala. A derivatização das ciclodextrinas naturais oferecem eficiências de complexação, geralmente superiores, devido ao prolongamento do espaço hidrofóbico da cavidade das CDs promovido pela introdução dos substituintes (MOSHER & THOMPSON, 2002; VEIGA et al., 2006).. 31.

(33) Derivados de interesse farmacêutico Tabela 1. Medicamentos contendo as principais ciclodextrinas derivadas.. Fármaco/CDs. Nome Comercial. Forma Farmacêutica. Companhia (País). 2- Hidroxi-propil-β-ciclodextrina (HPβCD) R=CH2CHOHCH3 Cisapride. Propulsid. Supositório. Janssen (Europa). Hidrocortisona. Dexocort. Solução. Actavis (Europa). Indometacina. Indocid. Solução oftálmica. Chauvin (Europa). Itraconazol. Sporanox. Solução oral e i.v.. Janssen (Europa). Mitomicina. Mitozytrex. Infusão i.v.. Norvatis (Europa). Sulfobutil-éter-β-ciclodextrina sal sódico (SBEβCD) R= -(CH2)4SO3- Na+ Aripriprazol. Abilify. Solução. Otsuka Pharm. (USA). Voriconazole. V fend. Solução i.v.. Pfizer (USA, Europa, Japan). Randômica metilada-β-ciclodextrina (RMβCD) R= -CH3 17β- Estradiol. Aerodiol. Spray nasal. Servier (Europa). Cloranfenicol. Clorocil. Solução oftálmica. Oftalder (Europa). Spray nasal. Spain. Insulina 2-Hydroxi-propil-γ-ciclodextrina (HPγCD) R=CH2CHOHCH3 Diclofenaco sal sódico. Voltaren. Solução oftálmica. Norvatis (Europa). Tc-99 Teoboroxime. Cardio Tec. Solução i.v.. Bracco (USA). 32.

(34) A HPβCD foi recentemente incorporada a farmacopéia européia e americana, além de ser citada na lista de excipientes farmacêuticos considerados inativos pelo FDA e uma monografia sobre a SBEβCD pode ser encontrada na última edição do Handbook de excipientes farmacêuticos (AMERICAN PHARMACEUTICAL ASSOCIATION, 2006). Estes dois mais importantes derivados das CDs estão presentes na maioria das patentes. Patentes. publicadas na última década. (Figura 3) (UEKAMA et al., 2006).. Anos Fig.3 - Edições de patentes associadas com HP-β-ciclodextrina (■) e SBE-β-ciclodextrina (▲) usadas entre os anos 2000 e 2006 (SCIFINDER, COLUMBUS, OH). MECANISMO DA COMPLEXAÇÃO E SUA DISSOCIAÇÃO. Fatores que influenciam a formação do Complexo de Inclusão. O ambiente lipofílico da cavidade interna das ciclodextrinas propicia condições favoráveis para formação de complexos de inclusão (fármaco-CD) com compostos hidrófobos. 33.

(35) quando se encontram numa solução aquosa, pela formação de uma matriz micro-heterogênea neste solvente polar (FROMMING & SZEJTLI, 1994). Ligações não covalentes são formadas e quebradas durante a formação dos complexos, e em solução aquosa, estes complexos são rapidamente dissociados. A taxa de formação e dissociação dos complexos é muito próxima, sendo sua semi-vida de apenas alguns milésimos de segundo, o que significa que os complexos fármaco-CD estão continuamente a serem formados e dissociados (STELLA et al., 1999). Fatores estereoquímicos relacionados com a forma e tamanho das moléculas hóspedes, sua compatibilidade geométrica com a cavidade da CD hospedeira, e também sua polaridade, condicionam o processo de inclusão (VEIGA et al., 2006). A encapsulação molecular consiste na substituição das moléculas de água, que possuem elevada entalpia, por moléculas hóspedes adequadas. Trata-se de um processo energeticamente viável por promover uma alteração favorável de entalpia, aumento de entropia e redução da energia total do sistema, fatores que contribuem para o aumento da estabilidade do complexo formado (SAENGER, 1980; SZEJTLI, 1998). Interações eletrostáticas de Van der Waals, interações hidrofóbicas, ligações de hidrogênio também contribuem para formação e estabilização dos complexos de inclusão. Este equilíbrio termodinâmico estabelecido entre o complexo formado e os respectivos componentes no estado livre pode ser quantitativamente descrito através da constante de estabilidade ou constante de dissociação (Kc) (LOFTSSON et al., 1999).Os valores de Kc são freqüentemente encontrados entre 50 a 2000 M-1 com valores médios de 130, 490 e 350 M-1 para as αCD, βCD e γCD, respectivamente (RAO & STELLA, 2003). A determinação da constante de dissociação (Kc) pode ser extraída por diferentes métodos, entre eles estão o diagrama de solubilidade de fases, métodos espectroscópicos e espectrofotométricos, valores de pKa e tempo de retenção em HPLC (CHADHA et al., 2004).. Diagrama de solubilidade de Fases. O método de solubilidade de fases desenvolvido pioneiramente por Higuchi e Connors em 1965 é habitualmente utilizado na determinação da constante de estabilidade ou constante. 34.

(36) de dissociação (Kc), assim como também na determinação da estequiometria de equilíbrio da complexação. Segundo esta teoria existem dois tipos de perfis: A e B (Figura 4). Três subtipos de A: Perfil AL onde há um aumento linear da solubilidade do fármaco em função do aumento da concentração de ciclodextina; O perfil AP quando a solubilidade obtida possui um desvio positivo da linearidade, isto é, a solubilização é mais efetiva proporcionalmente em altas concentrações e AN onde há o desvio negativo da linearidade, indicando que a CD é proporcionalmente menos efetiva em altas concentrações (BREWSTER & LOFTSSON, 2007). Os perfis do tipo B (BS e BI) indicam a formação de complexos com limitada solubilidade aquosa, tradicionalmente observada nas ciclodextrinas naturais, especialmente na βCD e em alguns casos a solubilidade chega a ser inferior à da molécula hóspede,. [Fármaco]. precipitando à medida que ocorre a encapsulação (CUNHA-FILHO & SÁ-BARRETO, 2007).. [Ciclodextrina]. Fig.4 - Diagrama de solubilidade de fases para fármaco e ciclodextrina (HIGUCHI & CONNORS, 1965). 35.

(37) O EFEITO BIOFARMACÊUTICO DA COMPLEXAÇÃO. Biodisposição. O aumento da biodisponibilidade de fármacos através da complexação com CDs é obtido devido ao incremento de solubilidade, dissolução, molhabilidade e permeabilidade que estes complexos promovem indiretamente ao fármaco hóspede, uma vez que, a presença das hidroxilas livres na parte externa das CD’s confere a essas moléculas um caráter hidrofílico permitindo a “dissolução” em meio aquoso de compostos (hóspedes) de baixa solubilidade (BRITO et al., 2004). Em outras palavras, as CDs funcionam como transportadores moleculares carregando as moléculas hidrofóbicas hóspedes em solução até as membranas celulares lipofílicas (para qual apresentam maior afinidade), facilitando sua absorção (Figura 5).. Membrana exterior aquosa. Barreira de difusão aquosa. Membrana lipofílica. Circulação sistêmica. Fig.5 – Efeito da complexação fármaco-ciclodextrina sobre a biodisponibilidade após a administração não parenteral. (Adaptado de LOFTSSON et. al., 2005). A absorção das CDs pelas membranas celulares é insignificante, devido ao seu elevado tamanho (massa molecular de quase 1000 para mais de 2000) e superfície hidrofílica (RAJEWSKI & STELLA, 1996; LOFTSSON & MASSON, 2001; LOFTSSON et al., 2003). 36.

(38) A metabolização das CDs ocorre no cólon e os produtos da degradação, especialmente as CDs naturais, são absorvidos tais como os produtos resultantes da degradação do amido e excretados sob forma de dióxido de carbono e água (GERLOCZY et al.,1986). As CDs quimicamente modificadas (derivadas) possuem maior resistência à hidrólise enzimática, sendo excretados nas fezes, principalmente na sua forma intacta, não metabolizada (IRIE & UEKAMA, 1997).. Toxicidade Oral e Parenteral. Estudos de toxicidade demonstram que à administração oral das CDs não oferece risco de intoxicação, sendo praticamente atóxicas, mesmo em elevadas doses, devido a limitada absorção gastrintestinal (IRIE & UEKAMA, 1997; THOMPSON, 1997; HIRAYAMA & UEKAMA, 1999; AMERICAN PHARMACEUTICAL ASSOCIATION, 2006). As ciclodextrinas naturais αCD e βCD, juntamente com um grande número de derivados alquilados, apresentam nefrotoxicidade e atividade hemolítica, por remoção de colesterol, fosfolipídios e proteínas após administração parenteral. Isto acontece devido a precipitação das CDs nos rins (pela sua solubilidade limitada) e formação de complexos com o colesterol (IRIE & UEKAMA, 1997; STELLA & RAJESWSKI, 1997; DAVIS & BREWSTER, 2004). Por esta razão, a utilização destas duas ciclodextrinas em formulações injetáveis é muito restrita. Por outro lado, estudos toxicológicos comprovam a segurança na administração, ainda que por via parenteral, das CDs HPβCD, SBEβCD, G2βCD, γCD e βCD sulfatadas (IRIE & UEKAMA, 1997; HIRAYAMA & UEKAMA, 1999).. APLICAÇÕES DAS CICLODEXTRINAS EM FORMAS FARMACÊUTICAS. Formas farmacêuticas sólidas. A aplicação das CDs em formas farmacêuticas sólidas promove o aumento da velocidade e extensão de dissolução dos fármacos, por conseqüência do aumento da 37.

(39) solubilidade, molhabilidade e alteração no estado cristalino (VEIGA et al., 2006). A complexação diminui a irritação local provenientes de alguns fármacos e modifica o tempo de liberação durante o trânsito gastrintestinal (STELLA & RAJESWSKI, 1997). Formas farmacêuticas líquidas. A complexação promove o controle da natureza tixotrópica das suspensões, atenua sabores e odores desagradáveis, melhora a estabilidade química e solubilidade. Entretanto, existem casos onde a complexação potencializa a degradação por promover reações de hidrólise nos fármacos complexados por ataque nucleofílico dos grupos hidroxílicos da CD (LOFTSSON & BREWSTER, 1996).. Formas farmacêuticas semi-sólidas. Aplicações de CDs nestes sistemas favorecem o aumento da liberação do fármaco, sua permeação, além de promover sua estabilização na formulação e diminuição da irritação tópica (MATSUDA & ARIMA, 1999).. Formas farmacêuticas parentéricas. Redução da irritação muscular induzida por alguns fármacos no sítio de aplicação, estabilização de fármacos instáveis em ambiente aquoso, preparação de suspensões para utilização parentérica, com redução do tamanho de partícula dos fármacos nos complexos de inclusão, especialmente pela utilização de técnicas de preparação tais como a secagem por pulverização (VEIGA et al., 2006).. ESTRATÉGIAS ATUAIS NO AUMENTO DA EFICÁCIA DA COMPLEXAÇÃO. A indústria farmacêutica que investe milhões de euros em pesquisas, e é parceira da química fina na busca de novos ativos farmacológicos, depara-se hoje, com o fato das novas entidades químicas que surgem como potenciais fármacos, apresentarem cada vez mais 38.

(40) problemas de solubilidade. Um problema que por vezes não é solucionado com a complexação em sistemas binários (fármaco-CDs). Diante deste fato, a tecnologia farmacêutica atual lança mão de novas estratégias de complexação que suplantam os sistemas binários dando lugar à formação de complexos multicomponentes.. Complexos multicomponentes com polímeros. Em determinadas situações a eficiência da complexação com CDs é baixa, exigindo quantidades inviáveis (para o uso nas formas farmacêuticas sólidas ou líquidas) do agente complexante. A eficiência da complexação das CDs é aumentada por adição mínima de polímeros hidrossolúveis. O aumento da solubilidade se dá por um efeito sinérgico onde a CD é considerada como agente complexante e o polímero como co-complexante (LOFTSSON & FRIARIKSDÓTTIR, 1998). Polímeros hidrossolúveis têm vasta aplicação como excipientes farmacêuticos e são capazes de interagir com os fármacos, com as CDs (HLÁDON & CWITERNIA, 1994) e também com os complexos binários fármaco-CD (VALERO et al., 2003). Vários autores tem demonstrado a possibilidades do uso dos polímeros na formação de complexos multicomponentes (RIBEIRO et al., 2003; LOFTSSON & MÁSSON, 2004). Segundo Loftsson, existem três categorias de polímeros usados para obtenção de sistemas ternários de complexação, a saber: polímeros semi-sintéticosos derivados da celulose; polissacarídeos naturais ou polipeptídeos e os polímeros sintéticos tipo polivinilo ou co-polímeros de ácido acrílico (LOFTSSON, 1995). Complexos quaternários são também descritos na literatura, envolvendo o fármaco, a CD, o polímero e um quarto componente que pode ser ácido tartárico (RIBEIRO et al., 2005) ou íons magnésio (YAMAKAWA & NISHIMURA, 2003).. 39.

(41) Complexos multicomponentes com hidroxi-ácidos. Geralmente são formados a partir de um fármaco de caráter básico, a CD e um hidroxiácido. Aqui, o aumento da eficiência da complexação resulta da formação de um sal do fármaco básico com um hidroxi-ácido complexados pela CD. O superior incremento da solubilidade alcançado nestes complexos, evidencia o aumento da eficiência da complexação (PIEL et al., 1999). Os sais de fármaco formados com contra-íons, com potencial tensoativo, que estão complexados pelas CD e a capacidade de formar micelas, explicam o aumento sinérgico da solubilidade dos fármacos em sistemas multicomponentes deste tipo. Tais informações foram elucidadas por ressonância magnética nuclear dos complexos nos trabalhos de Faucci e Redenti (FAUCCI et al., 2000; REDENTI et al., 2000).. Complexos multicomponentes com aminoácidos. Fármacos com caráter ácido podem ser complexados num sistema multicomponentes com aminoácidos que possuem caráter básico. Estes interagem com as CDs por ligações de hidrogênio e com os fármacos por formações de sais, resultando num aumento de solubilidade sinérgico devido à formação de um complexo multicomponente (MORA et al., 2003; MURA et al., 2003).. CONSIDERAÇÕES FINAIS. A grande maioria das novas entidades químicas, candidatas a fármacos, apresenta limitações de solubilidade e conseqüentemente de dissolução. Isto se agrava quando se sabe que muitos dos fármacos existentes no mercado farmacoquímico e farmacêutico, necessitam de novas formulações visando melhorias. Dentro desse contexto, o emprego das ciclodextrinas assume um impacto significativamente benéfico no sentido de ser uma opção viável para contornar tais problemas. 40.

(42) de solubilidade dos fármacos, sua respectiva dissolução, absorção e biodisponibilidade desejada. Muito se sabe hoje das peculiaridades destes compostos. Entretanto, desafios freqüentes impostos pela acelerada tecnologia contemporânea, sinalizam um caminho vasto à investigação onde talvez a aplicação das ciclodextrinas atuais seja apenas o topo de um “iceberg” tecnológico que ainda está por vir na pesquisa e desenvolvimento de medicamentos, a partir de fármacos, seus processos otimizados e formas farmacêuticas.. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. AMERICAN PHARMACEUTICAL ASSOCIATION. Handbook of pharmaceutical excipients. Pharmaceutical Press. 2006 (5): 918p. 2. BREWSTER, E. M.; LOFTSSON T. Cyclodextrins as pharmaceutical solubilizers. Adv.Drug Deliv.Rev. 2007. 3. BRITO, M. A. F. O.; JÚNIOR, C. S. N.; SANTOS, H. F., Análise estrutural de ciclodextrinas: um estudo comparativo entre métodos teóricos clássicos e quânticos. Química. Nova. 2004. (6):882-888. 4. CHADHA. R.; KASHID,N.; SAINI, A., Account of analytical techniques employed for the determination of thermodynamics of inclusion complexation of drugs with cyclodextrins. J. Sci. Ind. Res. 2004. 211-229. 5. CLARKE, R.; TIPSON, R.; HORTON, D., Inclusion complexes of the cyclomaltooligosaccharides (ciclodextrins). In Advances in Carbohydrate Chemistry and Biochemistry.1988. 205-249. 6. CUNHA-FILHO, M. S. S.; SÁ-BARRETO, L. C. L.,Utilização de ciclodextrinas na formação de complexos de inclusão de interesse farmacêutico. Rev.Ciênc.Farm. Básica Apl. 2007. (1):1-9. 7. DAVIS, M. E., BREWSTER, M. E., Cyclodextrin-based pharmaceutics: past, present and future. Nat Rev Drug Discov. 2004.1023-35. 8. DOUCHÊNE, D.; GLOMOT, F.; VAUTHION, C., Pharmaceutical Applications of Cyclodextrins. Cyclodextrins and their Industrial uses.1986. 211-257. 9. FAUCCI, M. T.; MELANI, F.; MURA, P., H-NMR and molecular modelling techniques for the investigation of the inclusion complexes of econazole with α-cyclodextrin in the presence of malic acid. J. Pharm. Biomed. Anal. 2000. 25-31. 10. FROMMING, K. H., SZEJTLI, J., Cyclodextrins in Pharmacy. Kluwer Academic Publishers. Dordrecht. 1994.. 41.

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(46) CAPÍTULO II.

(47) Estudo Teórico e Experimental de Dispersões Sólidas do 3-(4-clorobenzil)-5-(4-nitro-benzilideno)-imidazolidina-2,4-diona (LPSF/FZ4) com potencial atividade esquistossomicida em Polietilenoglicol e Polivinilpirrolidone Theoretical and Experimental study of Solid Dispersions of 3-(4cloro-benzyl)-5-(4-nitro-benzylidene)-imidazolidine-2,4-dione (LPSF/FZ4) with potential schistosomacide activities by Polyethyleneglycol and Polyvinylpyrrolidone a,c. b. b. Francimary L. Guedes , Boaz G. de Oliveira , Marcelo Z. Hernandes , Maria do c c c d Carmo A. de Lima , Ivan R. Pitta , Suely L. Galdino , Francisco J. B. Veiga a,* Pedro J. Rolim Neto a. Laboratório de Tecnologia dos Medicamentos, UFPE, Brasil b Laboratório de Química Teórica Medicinal, UFPE, Brasil c Laboratório de Planejamento e Síntese de Fármacos,UFPE , Brasil d Laboratório de Tecnologia Farmacêutica de Faculdade de Farmácia da Universidade de Coimbra, Portugal Resumo As dispersões sólidas têm sido usadas como uma estratégia para melhorar a solubilidade, dissolução e biodisponibilidade de fármacos com solubilidade aquosa limitada. O aumento da taxa de dissolução apresentado pelo LPSF/FZ4 a partir das dispersões sólidas está relacionado com a existência de interações intermoleculares do tipo ligação de hidrogênio (>N-H...O<) entre o grupo amida (>N-H) do LPSF/FZ4 e o grupo éter (-O-) do polímero polietilenoglicol (PEG), ou a carbonila (C=O) do polímero polivinilpirrolidone (PVP). A intensidade destas interações reflete-se diretamente na morfologia adquirida pelo LPSF/FZ4 nestes sistemas, onde uma nova fase sólida, na forma de agregados amorfos de tamanho irregular, foi identificada através de microscopia eletrônica de varredura e confirmada nas caracterizações realizadas por difração de raios X e análise térmica de DSC. As dispersões sólidas com o polímero PVP, em concentrações mais elevadas, revelaram-se como a melhor opção a ser empregada nas formulações do LPSF/FZ4 em ambos estudos, teórico e experimental. Palavras-Chave: Imidazolidina, dispersões sólidas, polietilenoglicol, polivinilpirrolidone, perfil de dissolução, ligações de hidrogênio 46.

(48) Abstract Solid dispersions have been used as a strategy to improve the solubility, dissolution rate and bioavailability of poor water soluble drugs. The increase of the dissolution rate presented by LPSF/FZ4 from the solid dispersions is related with the existence of intermolecular interactions of hydrogen bond type (>N-H...O<) between the amide group (>N-H) of the LPSF/FZ4 and the ether group (-O-) of the polyethyleneglycol polymer (PEG), or the carbonyl (C=O) of the polyvinylpyrrolidone polymer (PVP). The intensity of these interactions reflects directly in the morphology acquired by LPSF/FZ4 in these systems, where a new solid phase, in the form of amorphous aggregates of irregular size, was identified through scanning electron microscopy and confirmed in the characterizations realized by Xray diffraction and thermal analysis of DSC. The solid dispersions with the polymer PVP, in higher concentrations, revealed to be the best option to be used in the formulations of the LPSF/FZ4 in both studies, theoretical and experimental. Keywords: Imidazolidine, solid dispersions, polyethyleneglycol, polyvinylpyrrolidone, dissolution profiles, hydrogen bond. ___________________________________ *. Endereço para Correspondência: Laboratório de Tecnologia dos Medicamentos – LTM. Departamento de Ciências Farmacêuticas – Universidade Federal de Pernambuco-UFPE. Av. Prof. Arthur de Sá S/N, Cidade Universitária, Recife-PE. 50740-521. Tel/Fax (81) 3272-1383. E-mail: pedro.rolim@pq.cnpq.br 47.

(49) 1. Introdução A esquistossomose é uma doença endêmica que afeta cerca de 74 países em desenvolvimento. É encontrada em algumas partes da América do Sul e Caribe, Europa Oriental, Oriente Médio, Extremo Oriente, Sudeste da Ásia, África Central e Ocidental. Entretanto, mais de 80% das pessoas infectadas vivem na África sub-Saariana. O fármaco de escolha para o tratamento das infecções causadas por todas as espécies Schistosoma é o Praziquantel. O Oxamniquine, é usado no tratamento de infecções causadas pelo S. mansoni em algumas áreas em que praziquantel é menos eficaz [1]. O núcleo imidazolidínico faz parte de uma ampla classe de compostos bioativos que também apresenta atividade esquistossomicida. Baseado nessa informação, vários derivados heterocíclicos pentagonais imidazolidinônicos vem sendo sintetizados e avaliados frente a diversas possibilidades de atividades biológicas, como o 3-(4-cloro-benzil)-5-(4-nitrobenzilideno)-imidazolidina-2,4-diona (LPSF/FZ4) que apresentou importante atividade esquistossomicida em estudos in vitro (Fig.1) [2,3]. Entretanto, este derivado possui solubilidade extremamente reduzida em soluções aquosas (S <1 µg /mL). A limitada solubilidade aquosa de fármacos e a baixa taxa de dissolução nos fluidos gastrintestinais, frequentemente conduz a biodisponibilidade insuficiente, que constitui um dos maiores problemas da tecnologia farmacêutica. Estima-se que cerca de 35% dos fármacos comerciais e mais de 25% dos novos descobertos, apresentam tais problemas [4].. O O2N. CH. N N. CH2. Cl. O. H. Fig.1. 3-(4-cloro-benzil)-5-(4-nitro-benzilideno)-imidazolidina-2,4-diona (LPSF/FZ4) Várias tecnologias farmacêuticas vêm sendo investigadas, como por exemplo, a técnica de dispersões sólidas (DS), para melhorar a solubilidade, taxa de dissolução e biodisponibilidade destes fármacos. Nas dispersões sólidas, os polímeros hidrofílicos que têm sido largamente empregados como carreadores são polivinilpirrolidona (PVP) e polietilenoglicol (PEG) devido ao seu baixo custo, alta solubilidade em água e a capacidade de formar dispersões em estado amorfo [5, 6]. 48.