Estudo das interações do praziquantel com ciclodextrinas em sistemas multicomponentes

Texto

(1)UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE Centro de Ciências da Saúde Programa de Pós-Graduação em Ciências Farmacêuticas. Jairo Sotero Nogueira de Souza. ESTUDO DAS INTERAÇÕES DO PRAZIQUANTEL COM CICLODEXTRINAS EM SISTEMAS MULTICOMPONENTES. Natal – RN 2016.

(2) Jairo Sotero Nogueira de Souza. ESTUDO DAS INTERAÇÕES DO PRAZIQUANTEL COM CICLODEXTRINAS EM SISTEMAS MULTICOMPONENTES. Dissertação apresentada ao Programa de PósGraduação. em. Ciências. Farmacêuticas. da. Universidade Federal do Rio Grande do Norte, como parte dos requisitos para obtenção do título de mestre em Ciências Farmacêuticas.. ORIENTADOR: Prof. Dr. Arnóbio Antônio da Silva Júnior CO-ORIENTADOR: Prof. Dr. Euzébio Guimarães Barbosa. Natal – RN 2016.

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(5) A minha mãe Abigail Sotero de Souza (in memorian), que me encaminhou para a verdadeira sabedoria.

(6) AGRADECIMENTOS. Aos meus pais, José Nogueira de Souza e Abigail Sotero de Souza, pelo apoio em toda a minha vida; À minha esposa, Jocileide Fernandes Nogueira de Souza e aos meus filhos, Mariana Fortunato de Lima Nogueira e Vinícius Fernandes de Lima Cabral, pelo apoio ao longo desta jornada rejuvenescedora; Ao meu orientador, Arnóbio Antônio da Silva Junior, por ter sido muito mais do que um simples orientador, mas que, ao longo da orientação deste trabalho, tornou-se um amigo daqueles que se pode contar nos dedos das mãos; Ao meu co-orientador, Euzébio Guimarães, amigo e companheiro de disciplina, o qual eu intitulo “o mestre dos magos”, minha sincera admiração e agradecimento; Aos meus amigos e doutorandos Arthur e Polyanne, os quais muito me orgulham um dia terem sido meus alunos, e hoje ensinam ao antigo professor; Ao mestrando Gabriel e o pós doutorando Raul, meus sinceros agradecimentos por estarem sempre solícitos a ajudar e apoiar; À amiga Letícia Strek, pelas lições de vida e procedimentos laboratoriais; A todos que compõem o TECBIOFAR, pela ajuda no desenvolvimento deste trabalho. Vocês me fizeram acreditar na existência da fonte da juventude; Ao Programa de Pós-Graduação em Ciências Farmacêuticas do Curso de Farmácia, meus sinceros agradecimentos, representado pelos meus amigos Matheus Pedrosa e André Luchesi..

(7) RESUMO. A utilização de ciclodextrinas para aumentar a solubilidade de fármacos em solução aquosa tem sido bastante estudada. No presente estudo, o mecanismo de interação do praziquantel (PZQ) com a beta-ciclodextrina e com a hidroxipropil-beta-ciclodextrina na presença dos co-solventes trietanolamina (TEA) e a N-metilpirrolidona (NMP) foi realizado com o objetivo do aumento da solubilidade do praziquantel. Através dos diagramas de solubilidade e dos diagramas de Job’s Plot foi possível observar a formação de complexos solúveis com estequiometria 1:1. A presença dos co-solventes TEA e NMP diminuiu a estabilidade e solubilidade dos complexos formados, no entanto através dos estudos de modelagem molecular foi mostrado que este efeito pode facilitar a saída do fármaco da cavidade e, consequentemente, beneficiar a absorção do fármaco. Os resultados mostraram-se elucidativos e bastantes promissores na obtenção futura de complexos que possam ser utilizados para melhor biodisponibilidade do praziquantel.. Palavras-chave: ciclodextrina, praziquantel, complexos multicomponentes, modelagem molecular, trietanolamina, metilpirrolidona..

(8) ABSTRACT. The use of cyclodextrin (CD) to enhace the praziquantel (PZQ) water solubility has been widely studied in the literature. In this present paper, the interaction has not yet studied between the PZQ and both the beta-cyclodextrin (β-CD) and hydroxyl-propylcyclodextrin (HP-β-CD) or its association with the solvents triethanolamine (TEA) and N-methyl-pyrrolidone (NMP) was carefully conducted with the purpose to enhance the water solubility of the PZQ. The solubility diagrams and job’s plot diagrams showed that water soluble complexes were formed with 1:1 stoichiometry. The association of the complexes with the TEA and NMP diminished considerably the complex stability and its solubility. However, throught the molecular modeling study it was showed that this effect may be beneficial for the output of the drug from the CD cavity, and consequently to benefit the drug absorption. The results showed up adequately enlightening to propose that these systems can be investigated to enhance the PZQ bioavailability.. Keywords: multicomponents cyclodextrins complex; praziquantel; molecular modeling; triethanolamine; N-methyl-pyrrolidone..

(9) LISTA DE FIGURAS. Figura 1 -. Formas evolutivas do S. mansoni e infecção no caramujo e no homem .. 18. Figura 2 -. Representação esquemática da estrutura química do PZQ ....................... 21. Figura 3 -. Esquematização da estrutura química e 3D das ciclodextrinas ................. 27. Figura 4 -. Esquematização da formação do complexo de inclusão entre uma molécula de PZQ e uma molécula de CD em solução aquosa ................... 28. Figura 5 -. Distribuição relativa das ciclodextrinas usadas em formulações farmacêuticas comerciais ......................................................................... 30. Figura 6 -. Dimensões da molécula de PZQ em ângstrons (Å) ................................... 32. Figura 7 -. Representação gráfica hipotética da solubilidade de um fármaco em função da concentração de ciclodextrina com formação de complexo de inclusão ..................................................................................................... Figura 8 -. 36. Representação dos possíveis perfis que os complexos podem assumir com o diagrama de solubilidade de fases .................................................. 38. Figura 9 -. Representação gráfica hipotética de um estudo pela técnica de Job’s Plot 43. Figura 10 -. Posicionamento inicial do fármaco PZQ para criação da curva de potencial de força média ao longo da coordenada de reação ξ .................. 55. Figura 11 -. Gráficos de varreduras obtidos no UV: (a) solução aquosa PZQ (480 µg.mL-1); (b) PZQ solução aquosa (480 µg.mL-1) na presença de β-CD (0,001 M) + TEA (0,1%) e (c) solução contendo β-CD (0,001 M) + TEA (0,1%) ....................................................................................................... Figura 12 -. 57. Curva padrão da PZQ obtido por espectrofotometria de UV-VIS em água .......................................................................................................... 58. Figura 13 -. Análise dos resíduos do teste de linearidade ............................................. 59. Figura 14 -. Perfil de recuperação do PZQ na presença dos componentes da matriz .. 61. Figura 15 -. Diagrama de solubilidade de fases do PZQ em função da concentração crescente de β-CD (A) ou HP-β-CD (B) ................................................... 64.

(10) Figura 16 -. Solubilidade do PZQ em função da concentração de co-solvente (A). Log (Smix/Sw) em função da fração de co-solvente (B) .......................... 68. Figura 17 -. Diagrama do tipo Job’s Plot da variação da absorbância em função de diferentes razões molares de PZQ:β-CD (A) e PZQ:HP-β-CD (B) ........... 70. Figura 18 -. Curvas de potencial de força média em função do caminho percorrido pelo fármaco na cavidade da β-CD (ζ). Entrada do PZQ na cavidade da CD pela sua porção aromática (A) e pela sua porção do anel ciclohexano (B) ............................................................................................................. Figura 19 -. 72. Conformações de menor energia dos complexos de inclusão obtidas das simulações de dinâmica molecular. Simulação do complexo binário em água (A), em solução de TEA 10% (B) e em solução de NMP 10% (C). Figura 20 -. 73. Efeito de competição entre o PZQ e a NMP pela cavidade da β-CD ......... 74.

(11) LISTA DE TABELAS. Tabela 1 -. Principais propriedades das ciclodextrinas ............................................... 31. Tabela 2 -. Alguns dos medicamentos comercializados contendo ciclodextrinas ...... 34. Tabela 3 -. Relação entre os resultados obtidos no ensaio de repetitividade e precisão intermediária .............................................................................. 60. Tabela 4 -. Resultados obtidos no estudo de reprodutibilidade .................................. 60. Tabela 5 -. Resultados experimentais para o ensaio de robustez ................................ 63. Tabela 6 -. Parâmetros de solubilidade do PZQ acessados nos estudos com diagramas de fase ..................................................................................... 65. Tabela 7 -. Variação da energia livre (ΔG) de interação do fármaco PZQ obtidos com simulações de dinâmica molecular ................................................... 71.

(12) LISTA DE ABREVIATURAS. ANOVA. Análise de variância. ANVISA. Agência Nacional de Vigilância Sanitária. βCD. Beta-ciclodextrina. HPβCD. Hidroxipropil-beta-ciclodextrina. ICH. International Conference on Harmonisation. KC. Constante de estabilidade. NMP. 1-Metil-2-Pirrolidona. PZQ. Praziquantel. TEA. Trietanolamina.

(13) SUMÁRIO. 1 INTRODUÇÃO ........................................................................................................... 14. 2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ............................................................................. 16 2.1 Esquistossomose ....................................................................................................... 16 2.1.1 Epidemiologia e etiologia ....................................................................................... 16 2.1.2 Ciclo da doença ...................................................................................................... 17 2.1.3 Tratamento da esquistossomose ............................................................................ 18 2.2 Estratégias para aumentar a solubilidade aparente do PZQ em água ................. 20 2.2.1 Os co-solventes como solubilizantes farmacêuticos .............................................. 23 2.2.2 As ciclodextrinas como solubilizantes farmacêuticos ........................................... 26 2.2.2.1 Segurança no uso das CDs ................................................................................. 33 2.2.2.2. Formação de complexos ternários ou multicomponentes com ciclodextrinas e fármacos ............................................................................... 34. 2.2.2.3 Caracterização dos complexos de inclusão em função da solubilidade aquosa e estequiometria ................................................................................... 35 2.2.2.4 Propriedades espectroscópicas de complexos de inclusão: UV-Vis ................ 39 2.2.2.5 Simulação computacional de fármacos e sistemas orgânicos na caracterização de complexos de inclusão ...................................................... 43 3 JUSTIFICATIVA ....................................................................................................... 47 4 OBJETIVOS ............................................................................................................... 48 4.1 Objetivo geral ........................................................................................................... 48 4.2 Objetivos específicos ................................................................................................ 48 5 MATERIAL E MÉTODOS ....................................................................................... 49 5.1 Material .................................................................................................................... 49 5.2 Métodos ..................................................................................................................... 49. 5.2.1 Aplicação e validação da metodologia analítica ................................................... 49. 5.2.1.1 Seleção do comprimento de onda representante da região monomérica de absorção do PZQ ................................................................................................ 49 5.2.1.2 Especificidade e Seletividade ............................................................................ 50 5.2.1.3 Curva Padrão ..................................................................................................... 50.

(14) 5.2.1.4 Linearidade e Alcance ....................................................................................... 50 5.2.1.5 Precisão ............................................................................................................... 51 5.2.1.6 Exatidão (Recuperação) .................................................................................... 51 5.2.1.7 Robustez .............................................................................................................. 52. 5.2.2 Estudos de solubilidade com diagramas de fase .................................................... 52 5.2.2.1 Efeito da β-CD/HP-β-CD na solubilidade aquosa do PZQ .............................. 52 5.2.2.2 Efeito dos complexos multicomponentes na solubilidade do PZQ ................. 53 5.2.2.3 Efeito dos co-solventes na solubilização do PZQ ............................................. 53 5.2.2.4 Método de variação contínua de Job’s Plot ...................................................... 53 5.2.2.5 Estudos de Simulação Computacional ............................................................. 54 5.2.2.6 Análise estatística ............................................................................................... 55 6 RESULTADOS E DISCUSSÃO ................................................................................ 56 6.1 Validação da metodologia analítica ........................................................................ 56 6.1.1 Especificidade e seletividade .................................................................................. 56 6.1.2 Curva padrão .......................................................................................................... 57 6.1.3 Linearidade e alcance ............................................................................................ 58 6.1.4 Precisão .................................................................................................................. 59 6.1.5 Recuperação (Exatidão) ........................................................................................ 61 6.1.6 Robustez ................................................................................................................. 62 6.2 Estudos de Solubilidade ........................................................................................... 63 6.2.1 Efeito das CDs e suas associações com TEA e NMP na solubilidade do PZQ .... 63 6.2.2 Efeito isolado dos co-solventes na solubilidade do PZQ ....................................... 67 6.2.3 Método de variação contínua Job’s Plot ................................................................ 69 6.2.4 Simulação Computacional ..................................................................................... 71. 7 CONCLUSÃO ............................................................................................................. 76 REFERÊNCIAS ............................................................................................................ 77.

(15) 14. 1 INTRODUÇÃO. A esquistossomose é uma doença infecto parasitária endêmica em áreas de clima tropical, atingindo aproximadamente 76 países. O agente etiológico desta doença pertence ao gênero Schistosoma, onde diversas espécies podem atuar causando a doença, variando a endemia de país a país (KHALED, 2013). Em todo o mundo são 207 milhões de infectados, estando o Brasil entre os países onde esta doença é endêmica, com números que podem chegar a 6 milhões de infectados. Além dos infectados, existe ainda um número maior de pessoas que se encontram em área de risco para infecção, o que preocupa sob o ponto de vista da saúde pública, propagando cada vez mais a doença para gerações seguintes (AAGAARD-HANSEN, 2008; BRASIL, 2014; BRUUN; FERRARI et al., 2003; PORDEUS et al., 2008; RAGHAVAN et al., 2003). O fármaco de escolha utilizado no tratamento da esquistossomose é o praziquantel (PZQ), pois é efetivo contra as formas mais prevalentes como Schistosoma mansoni, Schistosoma japonicum e Schistosoma haematobium (GUGLIELMO et al., 2014; KATZ; COELHO, 2008; WEBSTER et al., 2013). O PZQ possui limitada solubilidade em água, sendo necessárias altas doses para superar o metabolismo de primeira. passagem. e. atingir. concentrações. suficientes. no. tecido. larval. (BECKET ; SCHEP ; T AN, 1999 ; G UGLIE LMO et al., 2014) . Portanto, a obtenção de sistemas capazes de aumentar a biodisponibilidade do PZQ e sua eficácia é uma importante área de pesquisa, principalmente pelo grande problema na saúde mundial que esta doença representa. Uma das estratégias para melhorar a biodisponibilidade deste fármaco inclui sistemas que aumentem sua solubilidade em água, levando a uma maior absorção passiva quando administrado por via oral. O PZQ é um fármaco de classe II, de acordo com a classificação biofarmacêutica (BORREGO-SÁNCHEZ et al., 2016; PACZKOWSKA et al., 2016), e portanto a sua dissolução nos fluidos gastrointestinais é um fator limitante para que seja absorvido. Dentre os excipientes que poderiam melhorar a solubilidade deste fármaco, diversos podem ser citados, como co-solventes e ciclodextrinas (CDs). No caso das CDs, complexos solúveis, ou os chamados complexos de inclusão, são formados com o fármaco, aumentando sua solubilidade, ao mesmo tempo que não altera a estrutura química do fármaco, sendo bastante utilizados pela indústria farmacêutica (ALEXANDRINO et al., 2013; KURKOV; LOFTSSON, 2013)..

(16) 15. A ocorrência dos complexos de inclusão depende do tipo de molécula que interage com as CDs, e algumas estratégias para otimizar as propriedades solubilizantes são mostradas na literatura, como por exemplo a utilização de complexos multicomponentes, onde é adicionado ao complexo entre a CD e o fármaco uma terceira ou mais substâncias que possam aumentar o poder solubilizante ou a capacidade do fármaco em ser absorvido pelo trato gastrointestinal (KURKOV; LOFTSSON, 2013). A associação de CDs e co-solventes tem sido pesquisada por alguns grupos científicos devido ao potencial sinérgico destes dois compostos na solubilidade de alguns fármacos não solúveis em água, como é o caso do PZQ, podendo levar ao aumento da solubilidade e absorção sistêmica de fármacos (DE MEDEIROS et al., 2016). Partindo desta lógica, o presente estudo se propôs a estudar e caracterizar o complexo de inclusão do PZQ com a β-CD, a CD mais eficaz e economicamente viável no mercado (KURKOV; LOFTSSON, 2013), e a associação deste complexos com dois co-solventes comumente utilizados nas indústrias farmacêutica e alimentícia, TEA e NMP, devido a sua eficácia cosolvente e baixa toxicidade (GARNERO; LONGHI, 2007; JAIN; YALKOWSKY, 2007). Com este trabalho, propomos o desenvolvimento de um sistema que possa aumentar a solubilidade do PZQ, de forma a contribuir para o avanço da pesquisa com este fármaco, tornando-o mais eficaz e mais útil à medicina..

(17) 16. 2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA. 2.1 Esquistossomose. 2.1.1 Epidemiologia e etiologia. A esquistossomose é uma doença crônica causada por um trematódeo do gênero Schistosoma, cujas formas adultas habitam os vasos mesentéricos do hospedeiro definitivo (homem) e as formas intermediárias se desenvolvem em caramujos gastrópodes aquáticos do gênero Biomphalaria (BRASIL, 2016). As espécies do gênero Schistosoma que mais têm importância na medicina humana incluem o S. haematobium, S. japonicum, S. mekongi, S. intercalatum e S. mansoni. Dentre essas espécies, algumas se destacam pela sua prevalência, como o S. haematobium, que atinge grande parte da África (principalmente o Egito); o S. japonicum atinge grande parte da China, Japão e sudeste asiático; o S. mansoni ocorre na África, Antilhas, sendo o único a atingir a América do Sul (NEVES et al., 2005). A doença preocupa não apenas pelas suas consequências fisiopatológicas, mas também pela sua epidemiologia, sendo endêmica em muitos países do mundo. De acordo com estimativas recentes, em torno de 6 milhões de pessoas estão infectadas com o S. mansoni no Brasil, e em torno de 25-30 milhões de pessoas estão expostas ao risco de infecção no mesmo país; esta doença é endêmica nos estados de Alagoas, Bahia, Pernambuco, Rio Grande do Norte, Paraíba, Sergipe e Minas Gerais. Inicialmente, a doença era mais prevalente em zonas rurais, porém atualmente as regiões urbanas, litorâneas, muitas delas turísticas, também são atingidas, o que preocupa a saúde pública, que se distancia cada vez mais de sua erradicação (BARBOSA et al., 2016; WHO, 2010). Segundo dados do Ministério da Saúde (2011), no Rio Grande do Norte, a esquistossomose é transmitida em 22 municípios dentre os 167 existentes, sendo ela endêmica da Zona da Mata e do Litoral. A prevalência em 2010 foi de 3,8% em 10.552 pessoas examinadas. O número médio anual de óbitos entre 2005 e 2010 foi de três óbitos, tendo a taxa de mortalidade de 0,09 em 100 mil habitantes. A falta de saneamento básico nestas regiões é um agravante para sua transmissão, onde através das fezes humanas o parasita chega a fontes de água diversas, ao caramujo do gênero Biomphalaria, hospedeiro intermediário, e a outras pessoas, continuando o clico epidêmico..

(18) 17. 2.1.2 Ciclo da doença No Brasil, a esquistossomose é conhecida popularmente como “barriga-d’água” ou “mal-do-caramujo”, sendo causada pelo S. mansoni, como discutido anteriormente. A forma adulta do S. mansoni alcança as veias mesentéricas do homem e outros mamíferos, migrando contra a corrente circulatória, sendo por este motivo esta espécie conhecida como agente da esquistossomose intestinal. As fêmeas fazem a postura no nível da submucosa, em torno de 400 ovos por dia, onde 50% destes ganham o meio externo, por serem excretados através das fezes. Estas formas adultas vivem, tanto o macho quanto a fêmea, em média de 5 anos. Os ovos levam em torno de uma semana para se tornarem maduros (miracídio formado), e provocam uma reação inflamatória nas vênulas, em conjunto com enzimas proteolíticas, que acabam por lesar o tecido local e abrirem seu caminho até a luz intestinal. Nesta fase, o estado nutricional do hospedeiro determina o grau de eficácia com que esses ovos atingem a luz intestinal. Dentro de 20 dias, caso os ovos não atinjam o meio externo, os miracídios morrem (NEVES et al., 2005). Quando os ovos saem com as fezes, duram cerca de 24 horas em fezes líquidas e até 5 dias em fezes sólidas, e a eclosão dos ovos, com a liberação dos miracídios, depende de fatores como temperaturas mais altas, luz intensa e oxigenação da água. Em cerca de 8 horas após a eclosão, os ovos encontram-se sob as condições ótimas para a penetração dos miracídios nos caramujos, uma atração química entre parasita e hospedeiro, com a penetração no tecido subcutâneo do caramujo sendo facilitada por enzimas proteolíticas produzidas pelos miracídios. Em torno de 48 horas após esse processo, os miracídios perdem várias estruturas de seu corpo e se transformam em esporocistos, que geram as células germinativas do parasita. Estes esporocistos primários logo de transformam em esporocistos secundários que possuem alguns septos, característicos de sua morfologia, atingindo. as. glândulas. digestivas. e. liberando,. posteriormente,. através. do. desenvolvimento de suas células germinativas, os esporocistos terciários. Os esporocistos desenvolvem uma outra forma evolutiva, as cercarias, que pode demorar de 27-30 dias para completa formação, em condições ideais de temperatura (em torno de 28°C). Um único miracídio pode gerar de 100 a 300 mil cercarias, que penetram em hospedeiros diversos, homens e outros mamíferos, aves, dentre outros, em um período preferencial de 8 horas após a liberação dos caramujos. As cercárias podem penetrar na pele e mucosas do homem, com o auxílio de enzimas proteolíticas e intensos movimentos.

(19) 18. vibratórios. Quando ingeridas, as cercarias que chegam ao estômago são destruídas pelas enzimas proteolíticas, porém as que chegam à mucosa bucal atingem vasos sanguíneos, e assim como as cercarias que penetram na pele, atingem o pulmão através da circulação sanguínea. Após a penetração, as larvas resultantes são chamadas de esquistossômulos, que pela corrente sanguínea atingem outros órgãos, se fixando nos vasos do sistema porta. No sistema porta intra-hepático, os esqusitossômulos se desenvolvem em torno de 25-28 dias, onde acasalam, migrando posteriormente para a veia mesentérica inferior, onde farão a ovoposição (NEVES et al., 2005). A Figura 1 esquematiza as formas evolutivas do S. mansoni.. Figura 1 - Formas evolutivas do S. mansoni e infecção no caramujo e no homem. Fonte: adaptado de CDC, 2016.. 2.1.3 Tratamento da esquistossomose. O tratamento da esquistossomose se desenvolveu ao longo dos anos, e vários agentes quimioterápicos foram usados. Atualmente, os fármacos aprovados para a esquistossomose são o praziquantel (PZQ) e a oxamniquina, fármacos eficazes para.

(20) 19. eliminar os parasitas. Porém, os primeiros fármacos desenvolvidos não possuíam eficácia comprovada, e alguns possuíam sérios problemas de toxicidade. A quimioterapia para a esquistossomose foi iniciada em 1918, e o primeiro fármaco desenvolvido foi o tartarato de antimônio potássico (CHRISTOPHERSON, 1918). Este fármaco foi desenvolvido por importantes companhias farmacêuticas da época, e os testes clínicos foram conduzidos em regiões endêmicas em diversas regiões do mundo, como Egito, Filipinas, Venezuela, Japão, Brasil, dentre outros. No Brasil, algumas pesquisas acadêmicas foram realizadas nos anos 40 e revelaram o perigo dos sais de antimônio, levando inclusive à morte. Mais tarde, este fármaco viria a ser proscrito (KATZ; COELHO, 2008). Nos anos seguintes uma série de outros compostos foram desenvolvidos, como o lucantone, que chegou a ser testado clinicamente no Brasil, apresentando no entanto diversos efeitos adversos; o hycanthone foi outro fármaco que chegou a ser testado no Brasil na década de 70, sendo depois proscrito, por apresentar uma taxa de mortalidade maior do que a própria esquistossomose; uma outra terapia utilizada na época era o niridazol, que não podia ser utilizada em massa por apresentar uma variedade de efeitos adversos, sendo porém mais aceitáveis que o fármaco anterior (ANDRADE et al., 1974; KATZ; COELHO, 2008). O desenvolvimento da oxaminiquina e do PZQ veio a ocorrer do final da década de 60 para a década de 70. A oxaminiquina foi testada no Brasil, apresentando eficácia, em contraste com outros países, como o Egito, Sudão e África oriental, onde o S. mansoni apresentou menor susceptibilidade a este fármaco. A oxamniquina não apresentou eficácia contra as formas S. haematobium e S. japonicum. O mecanismo de ação da oxamniquina, comercializada então pelo nome de Mansil®, é devido a sua ação anticolinérgica, aumentando a motilidade dos parasitas, e ainda inibe a síntese de ácido nucléico. Logo após veio o desenvolvimento do PZQ, eficaz contra as 3 espécies mais prevalentes, S. mansoni, S. japonicum e S. haematobium, sendo testado para o tratamento do S. mansoni primeiramente no Brasil. O mecanismo de ação do PZQ se dá através da ruptura do tegumento dos vermes, com exposição de antígenos que possibilitam o ataque do sistema imune, diminuindo ainda o teor de glutationa e inibindo canais de cálcio e o sistema excretor dos vermes (KATZ et al., 1976; KATZ; COELHO, 2008). A forma de tratamento do S. mansoni varia entre especialistas, desde o tratamento após o diagnóstico até ao tratamento em massa em algumas regiões endêmicas ao redor do mundo, como alguns países da África com condições precárias de saneamento e estado nutricional debilitado, o que aumenta a prevalência da doença. O tratamento.

(21) 20. preventivo tem sido realizado na tentativa de erradicar ou até mesmo diminuir a importância da esquistossomose na saúde pública. A preocupação com este tipo de abordagem terapêutica reside na possibilidade de desenvolvimento de formas resistentes do parasita, considerando que o PZQ é o único eficaz com as várias espécies do parasita. A eficácia da terapia em massa também é preocupante, pois o tratamento com o PZQ não inibe a reinfecção, e acaba por revelar que outras medidas mais duradouras são necessárias para auxiliar o tratamento, como educação sanitária, desenvolvimento do saneamento básico e uma alimentação adequada que possa garantir às pessoas uma boa resposta imune contra as doenças (CHANDIWANA; TAYLOR, 1990; OLVEDA; MCMANUS; ROSS, 2016). No Brasil, a terapia para o tratamento do S. mansoni preconiza para adultos e crianças maiores de 4 anos a dose de 40 mg/Kg, via oral, em dose única, ou 20 mg/Kg, por via oral 3 vezes durante um dia, em intervalos de 8 horas (MINISTÉRIO DA SAÚDE, 2008). A dificuldade de ingestão deste fármaco é clara, devido à alta dose, muitas vezes em crianças que já possuem dificuldade natural em engolir os comprimidos (comprimidos de 600 mg), comprimidos esses que não podem ser quebrados ou mastigados, devido ao gosto amargo que pode provocar náuseas e vômitos.. 2.2 Estratégias para aumentar a solubilidade aparente do PZQ em água. O PZQ é uma molécula pouco solúvel em água, entre 0,2 e 0,3 mg/mL (LIMA, 2009). Esta propriedade é limitante para diversas aplicações do PZQ, impedindo por exemplo sua veiculação em formas farmacêuticas líquidas, onde uma dose única pode necessitar de 1000 a 2000 mg. A sua baixa solubilidade pode ser compreendida quando visualizada a sua estrutura química, mostrada na Figura 2, que é formada por 4 anéis carbônicos, um deles aromático, e dois grupamentos amida..

(22) 21. Figura 2 - Representação esquemática da estrutura química do PZQ. Fonte: elaborada pelo autor.. Fisicamente o PZQ é um pó branco ou quase branco e cristalino, apresentando polimorfismo. O PZQ é rapidamente absorvido após a administração oral, com aproximadamente 80% da dose administrada sendo absorvida. No entanto ocorre um pronunciado metabolismo de primeira passagem no fígado (BÜHRING et al., 1978; LEOPOLD et al., 1978). Devido à baixa solubilidade em água e à alta absorção, o PZQ é classificado como II na classificação biofarmacêutica (BORREGO-SÁNCHEZ et al., 2016). Portanto, como fármaco de classe II, o PZQ tem a dissolução como etapa limitante para sua absorção, e o aumento de solubilidade pode conferir ao PZQ uma maior dissolução (DOKOUMETZIDIS; MACHERAS, 2006), de acordo com a equação de Noyes-Whitney (NOYES; WHITNEY, 1897):. 𝑑𝐶 𝑑𝑡. =. 𝐷 𝐴 (𝐶𝑠−𝐶) ℎ. Equação 1. onde D representa o coeficiente de difusão do soluto, A representa a área da partícula ou material que está sendo dissolvido, e h a espessura do halo de difusão, os termos C e Cs representam a solubilidade do soluto em um tempo t e a solubilidade de saturação, respectivamente. Portanto, quanto maior a solubilidade, maior a velocidade de dissolução. O aumento da absorção e atividade biológica de fármacos em função do aumento da dissolução e solubilidade é mostrado na literatura, como são os casos do aceclofenaco e curcumina. (PATTNAIK et al., 2015; RACHMAWATI et al., 2016), que foram. solubilizados através de técnicas diversas como incorporação em nanopartículas ou.

(23) 22. nanocristalização. A utilização de solubilizantes como as ciclodextrinas (CDs) também tem mostrado aumento na atividade farmacológica de alguns fármacos (RAMÍREZ et al., 2006; SZABADOS-NACSA et al., 2011). Várias estratégias podem ser citadas para o aumento de solubilidade de fármacos. A utilização de tensoativos, por exemplo, é uma estratégia disponível, em que estas moléculas com porções hidrofílicas e porções lipofílicas podem se associar com as moléculas do fármaco, aumentando a solubilidade aparente em água de muitos solutos lipofílicos (ÁLVAREZ et al., 2014). No geral, os tensoativos não-iônicos são mais utilizados pela industria farmacêutica devido a uma menor toxicidade em relação aos tensoativos iônicos, sendo comum a utilização de ésteres de sorbitano (Spans) e ésteres de poli-oxietileno-sorbitano (Tweens). Além da ação solubilizante direta, os tensoativos atuam ainda aumentando a velocidade de dissolução através de sua ação molhante, pois diminuem a tensão interfacial sólido-gás, aumentando a penetração dos fluidos aquosos nos pós (SHAH et al., 2016). Os tensoativos possuem ainda a propriedade de formarem agregados coloidais em solução, as micelas, onde as porções moleculares que têm afinidade com o solvente ficam voltadas para a fase externa, e as porções com pouca afinidade pelo solvente ficam direcionadas para o interior, interagindo entre si. Desta forma, a utilização de sistemas micelares podem atuar como agentes solubilizantes (TORRES et al., 2011). Estes agregados podem ainda incorporar uma fase oleosa formando outros sistemas dispersos, as emulsões, e moléculas solúveis nesta fase oleosa podem então ser dispersas no meio aquoso, com a formação de emulsões O/A (com a fase interna sendo composta de substâncias lipofílicas em solução oleosa). Percebe-se portanto, que no caso das emulsões, o fármaco não está exatamente solúvel no meio aquoso, porém está disperso em partículas muito menores, podendo ser facilmente dissolvidas nos fluidos aquosos através da migração entre fases, e portanto estes sistemas apresentam uma velocidade de dissolução muito maior quando compara-se com a dissolução dos pós puros destes fármacos (STRECK et al., 2014). Ainda seguindo a lógica das emulsões, outros sistemas dispersos também são utilizados para aumentar a solubilidade aparente e velocidade de dissolução de solutos lipofílicos, onde destacam-se as suspensões, as nanopartículas e as micropartículas (TZENG et al., 2016; ΑNTONOPOULOU; KONSTANTINOU, 2016). No geral, os sistemas dispersos necessitam de uma formulação específica, sendo necessário um estudo prévio das concentrações de cada componente para uma estabilidade física das formulações, bem como o emprego de excipientes para conferir determinadas.

(24) 23. propriedades ao sistema, como viscosificantes, tensoativos para evitar a agregação de nanopartículas e partículas em suspensões, estudo de sistema hidrófilo-lipófilo ideal para emulsões, dentre outros (AULTON, 2002). O emprego de solubilizantes mais simples, ou seja, que não precisam de ajuste tão preciso de formulação também são bastante utilizados na indústria farmacêutica e farmácias de manipulação. Estas formulações podem apresentar uma redução considerável em passos produtivos, onde a simples mistura dos mesmos com os solutos lipofílicos pode conferir um aumento de solubilidade satisfatório em alguns casos. Como exemplo, pode-se citar a utilização de ciclodextrinas e co-solventes (JAIN; YALKOWSKY, 2007; MOURÃO et al., 2016). A utilização de ciclodextrinas e cosolventes ganha importância neste contexto, também por apresentarem considerável segurança em aplicações farmacêuticas, como será discutido a seguir. Porém, nem sempre a utilização de solubilizantes mais simples não são necessários para o aumento esperado de solubilidade.. 2.2.1 Os co-solventes como solubilizantes farmacêuticos. O emprego dos co-solventes tem sido utilizado há décadas para o aumento da solubilidade de fármacos. Os co-solventes podem atuar diminuindo a auto-interação das moléculas de água, e por conseguinte aumentam a dispersibilidade dos solutos de menor polaridade. As moléculas dos co-solventes possuem esta ação por se intercalarem entre as moléculas de água, diminuindo a densidade das ligações de hidrogênio da água, que de outro modo causariam uma separação de fases entre as moléculas de água e os solutos não solúveis (HE; LI; YALKOWSKY, 2003). Alguns parâmetros físico-químicos podem ser monitorados para avaliar a polaridade do sistema solvente. Sabe-se que moléculas com polaridades semelhantes tendem a interagirem formando soluções. Dentre os índices de polaridade, pode-se destacar o coeficiente de partição octanol-água, as tensões superficial e interfacial, constante dielétrica e a densidade de ligações de hidrogênio (RUBINO; YALKOWSKY, 1987). A medição destas propriedades pode ser útil para compreender o mecanismo em que os co-solventes atuam, bem como identificar condições ótimas para solubilizar determinada molécula. Por exemplo, o efeito dos cosolventes em diminuir a densidade das ligações de hidrogênio do sistema solvente e de aumentar o coeficiente de partição octanol-água para permitir a maior dispersibilidade de um fármaco lipofílico, a triancinolona, foi demonstrado anteriormente (DE MEDEIROS.

(25) 24. et al., 2016), ilustrando o efeito dos co-solventes nestas propriedades em particular. A utilização dos valores experimentais destes parâmetros encontrados em literatura científica pode permitir uma etapa de pesquisa prévia antes da fase experimental, e algumas outras propriedades, como a densidade de ligações de hidrogênio e o coeficiente de partição octanol-água, podem ainda ser calculadas a partir da análise da estrutura química e de simulações computacionais. A água tem alta polaridade, portanto os solutos de baixa polaridade apresentam baixa dispersibilidade na mesma. Em termos de constante dielétrica, a maior constante dielétrica sendo da água, em torno de 80, pode-se alterar o valor da constante dielétrica do meio ao se misturar a água com co-solventes. Muitos fármacos possuem um valor ou faixa de constante dielétrica em que apresentam solubilidade máxima, e a maioria deles se solubiliza em valores de constantes dielétrica entre 25-80. Pode-se conseguir valores dentro desta faixa através de misturas entre água e etanol, sendo por este motivo, o etanol muito utilizado como co-solubilizante (co-solvente) em diversas formas farmacêuticas, como elixires, soluções extrativas, dentre outras. No entanto, devido à preocupação dos efeitos do etanol em crianças, este co-solvente é limitado para uso neste público, sendo porém bastante usado em formulações externas. Outros co-solventes muito utilizados incluem o sorbitol, que é glicogênico e possui restrições de uso para diabéticos, a glicerina e o propilenoglicol. Com estes dois últimos co-solventes, caso se necessite de uma alta concentração no meio, a solução pode se tornar muito viscosa, e no caso do propilenoglicol, tem-se uma limitação devido ao custo mais elevado (AULTON, 2002). Mais recentemente, outros co-solventes têm sido aplicados pelas indústrias alimentícia e farmacêutica, com propriedades co-solventes mais proeminentes do que os mais clássicos citados anteriormente, como é o caso da N-metil-pirrolidona (NMP) e da trietanolamina (TEA) (DE MELO et al., 2013; SANGHVI et al., 2008). A eficácia da NMP como co-solvente foi usada em comparação com o etanol e o polietilenoglicol para 13 fármacos, se mostrando mais potente como solubilizante para todos eles (SANGHVI et al., 2008). As boas propriedades solubilizantes da NMP se devem, em parte, à sua solubilidade em diferentes fases, sendo miscível em água e também com um coeficiente de partição, -0,54, que permite solubilizar diretamente diversos solutos lipofílicos (LEE; LANGER; SHASTRI, 2005; UCH; HESSE; DRESSMAN, 1999). A baixa toxicidade da NMP também é uma propriedade interessante e que juntamente com sua funcionalidade aumenta sua aplicação prática. A.

(26) 25. NMP já foi estudada para aplicações orais e parenterais, apresentando baixa toxicidade em ambas as vias de administração (BARTSCH et al., 1976). A trietanolamina também já foi descrita como potente co-solvente de fármacos lipofílicos, tendo sido capaz de solubilizar o anti-chagásico benznidazol e o corticóide triamcinolona (DE MEDEIROS et al., 2016; DE MELO et al., 2013). Além da ação solubilizante da trietanolamina, esta substância pode atuar como precursor de tensoativos, principalmente em formulações tópicas, onde interage com ácidos graxos formando emulsificantes aniônicos. Outras propriedades incluem a ação tamponante, devido às suas propriedades alcalinas, plastificante, devido à sua alta viscosidade e umectante, por interagir fortemente com a água (ROWE, R C. SHESKEY, P J. OWEN, 2006), o que proporciona ação molhante e possibilita um aumento na desintegração de formas farmacêuticas sólidas. Na busca por um aumento na biodisponibilidade de fármacos, diversos fatores têm que ser considerados, e quando algumas substâncias além de solubilizarem fármacos em água ainda possuem ação promotora de absorção de fármacos, percebe-se um potencial ainda maior para o benefício da atividade terapêutica utilizando estes excipientes. No caso dos co-solventes TEA e NMP, tem sido descrito na literatura sua ação promotora na absorção de diversos fármacos. Sais de TEA com o meloxicam e o flurbiprofeno mostraram maior permeabilidade em pele de camundongos e ratos, respectivamente (FENG ET AL, 2008; KI; CHOI, 2007). No entanto esta ação tem se mostrado fármaco dependente, pois a TEA diminuiu a absorção do piroxicam em camundongos, mostrando a necessidade de uma avaliação caso a caso. A NMP também tem sido descrita como promotora de absorção de fármacos na literatura. O fármaco indapamina, por exemplo, teve sua absorção aumentada em pele de ratos pela NMP (REN et al., 2008). A insulina também teve sua absorção aumentada pela NMP em pele de suínos, mostrando o grande potencial deste componente como promotor de absorção, mesmo de proteínas, como a insulina, que têm sua absorção limitada pelo alto peso molecular (YERRAMSETTY et al., 2010). O efeito co-solvente se caracteriza apenas pelos mecanismos já comentados anteriormente, como alteração da partição octanol-água do sistema solvente ou diminuindo a autointeração das moléculas de água. Quando outros mecanismos estão envolvidos na solubilização dos fármacos, como formação de complexos ou alterando a ionização do fármaco e consequentemente sua solubilidade, o mecanismo co-solvente não é considerado. Alguns modelos matemáticos mostram quando determinada.

(27) 26. substância atua como co-solvente ou por outros mecanismos, como é o caso do modelo log-linear (LI; YALKOWSKY, 1994; RUBINO; YALKOWSKY, 1987). Este modelo utiliza os dados de um diagrama de solubilidade em função da concentração do agente solubilizante, realizando um tratamento matemático nos dados de solubilidade. Foi observado neste modelo que a solubilidade do fármaco aumenta de forma exponencial em função da concentração do solubilizante quando o mecnaismo co-solvente está envolvido. Em uma escala logarítmica os dados se ajustam a um modelo linear, como mostrado na equação 2. 𝑙𝑜𝑔 𝑆𝑚𝑖𝑥 = 𝑙𝑜𝑔 𝑆𝑤 + 𝜎 . 𝑓. Equação 2. onde Smix representa a solubilidade do fármaco na presença do agente solubilizante, Sw representa a solubilidade intrínseca do fármaco em água, σ é o poder co-solvente representado pelo coeficiente angular da reta e f a fração percentual da concentração do agente solubilizante. Desta forma, quando os dados se ajustam ao modelo linear pode-se afirmar que o agente solubilizante atua pelo mecanismo co-solvente, e quando ocorrem desvios de linearidade o efeito solubilizante pode ser considerado por mecanismos diversos, até mesmo o mecanismo co-solvente associado com outros, como formação de complexo com o fármaco, ionização do mesmo, dentre outros. Este efeito foi observado anteriormente, onde os autores justificaram que o desvio positivo na linearidade dos dados foi devido à formação de complexo entre a NMP e os fármacos estrona e griseofulvina (SANGHVI et al., 2008).. 2.2.2 As ciclodextrinas como solubilizantes farmacêuticos Ciclodextrinas (CD) são oligossacarídeos cíclicos constituídos por seis, sete ou oito unidades de glicose, nomeadas respectivamente de α-CD, β-CD ou γ-CD, unidas por ligações α-(1,4) (DEL VALLE, 2004). Estes compostos são formados por uma enzima, a glucanotransferase (CGTase), produzida por alguns microorganismos, e que realiza as ligações de transglicolização a partir da degradação do amido, formando a estrutura cíclica das CDs (RAJPUT; PATEL; TRIVEDI, 2016). A estrutura química das CDs é esquematizada na Figura 3..

(28) 27. Figura 3 - Esquematização da estrutura química e 3D das ciclodextrinas. Fonte: adaptado de ZHOU; RITTER, 2010.. Estas substâncias despertam grande interesse por sua capacidade de formar complexos de inclusão com diversas moléculas. A partir da análise de sua estrutura, por cristalografia de raios-X, percebe-se que as hidroxilas secundárias (C2 e C3) estão localizadas na borda mais larga da CD, e a hidroxila primária (C6) está localizada na outra borda, com os hidrogênios apolares (C3 e C5) e os grupamentos éteres dispostos no interior do ciclo. Esta estrutura resulta em uma molécula com o exterior hidrofílico, conferindo solubilidade em água, e uma cavidade interna com propriedades de menor polaridade, podendo interagir com outras substâncias apolares e aumentar sua dispersibilidade em água (DEL VALLE, 2004). Na verdade, estima-se que a polaridade da cavidade das CDs é semelhante à polaridade de misturas hidroetanólicas, que sabe-se que podem variar em uma faixa de constante dielétrica entre 25 e 80 aproximadamente, uma condição que solubiliza grande parte dos fármacos com dificuldade de solubilidade em meio aquoso (AULTON, 2002; BREWSTER; LOFTSSON, 2007). A formação do complexo de inclusão geralmente é termodinamicamente favorável, na qual uma alteração favorável ocorre com a redução da energia total do sistema, contribuindo para o aumento da estabilidade do complexo formado (LYRA et al., 2010). Considerando solutos pouco solúveis em água, existe uma tensão interfacial alta entre as moléculas destes e as da água, devido à fraca interação entre as duas substâncias, e esta tensão é diminuída à medida que o soluto forma um complexo no.

(29) 28. interior da cavidade da CD, o que impulsiona a formação do complexo devido à diminuição da área de contato entre o soluto e o solvente que não interagem bem, como explica a teoria do efeito solvofóbico na dissolução de sólidos (CONNORS; MULSKI; PAULSON, 1992). A esquematização do efeito solvofóbico é mostrada na Figura 4. De acordo com o efeito solvofóbico, a formação do complexo é impulsionada termodinamicamente, diminuindo a tensão interfacial existente entre o soluto não solúvel e a água (Figura 4, situação a), com a consequente diminuição da área de contato após a formação do complexo (Figura 4, situação b).. Figura 4 - Esquematização da formação do complexo de inclusão entre uma molécula de PZQ e uma molécula de CD em solução aquosa. Fonte: elaborada pelo autor.. Devido ao potencial de aumento de solubilidade em meio aquoso de complexos de inclusão, diversos fármacos insolúveis já têm sido estudados para interagir com as CDs. Existem na literatura inúmeros relatos de complexos entre fármacos lipofílicos e CDs (KURKOV; LOFTSSON, 2013; LIMA et al., 2016; MIRO et al., 2012). Além do mais, o elevado peso molecular das CDs (de 1000 a 2000 Da) limita sua absorção.

(30) 29. sistêmica quando administradas por via oral, e a natureza das fracas ligações que sustentam a formação dos complexos entre fármacos e CDs permite que sejam desfeitas no momento da absorção do princípio ativo (CARRIER; MILLER; AHMED, 2007), onde no geral apenas o fármaco ou muito pouca CD é absorvida, uma situação ideal onde apenas o efeito terapêutico do fármaco interessa. Para ocorrer a formação dos complexos de inclusão, ocorrem interações eletrostáticas, de van der Waals, interações hidrofóbicas e ligações de hidrogênio (GÓRNAS et al., 2009; SAJEESH et al., 2010). As mudanças das propriedades físico-químicas dos fármacos podem estar associadas à solubilidade e à estabilidade do complexo formado (SZEJTLI, 1998; UEKAMA; HIRAYAMA; IRIE, 1998). Compostos hidrofóbicos podem ter sua biodisponibilidade oral aumentada com o uso de CD. No entanto, fatores como constante de ligação, razão CD:fármaco, dose, possível influência da CD sobre a permeabilidade intestinal podem ser significativos na determinação da influência da CD sobre a biodisponibilidade dos fármacos (CARRIER; MILLER; AHMED, 2007). A β-CD tem sido descrita como a mais utilizada em pesquisa com solubilização de fármacos e na indústria, e a provável razão é a facilidade de sua produção, o que influencia em seu preço. Em média, a β-CD custa à indústria 5 dólares americanos por Kg (BREWSTER; LOFTSSON, 2007). Isto influencia em grande parte a escolha do tipo de insumo a ser utilizado, como pode ser observado na Figura 5. No geral, a quantidade necessária de CD necessária depende da quantidade que se deseja solubilizar do próprio fármaco, e alguns fármacos podem ser solubilizados adequadamente apenas utilizando a β-CD. No entanto, em alguns casos é necessário o uso de CDs quimicamente modificadas para se alcançar uma determinada solubilização do soluto, onde a metil-ciclodextrina randomizada (RM-β-CD) e a hidroxipropil-β-CD (HPβ-CD) são as mais utilizadas. Algumas CDs, como a sulfobutil-CD possuem grupamentos iônicos que lhe conferem uma solubilidade ainda maior, porém seu uso é limitado pelo custo dos insumos (DE SOUZA et al., 2016; GÓMEZ-GALVÁN et al., 2016; RUDRANGI et al., 2016)..

(31) 30. Figura 5 - Distribuição relativa das ciclodextrinas usadas em formulações farmacêuticas comerciais. Fonte: adaptado de BREWSTER; LOFTSSON, 2007.. Além do custo dos insumos, a escolha do tipo de CD a ser utilizada vai depender também da viabilidade na formação do complexo. Isso ocorre devido à compatibilidade que é necessária entre o tamanho do fármaco que se deseja solubilizar e o volume da cavidade da CD. Na Tabela 1, o volume das cavidades, sítios de formação de complexo, e algumas outras propriedades das principais CDs naturais são mostrados. A β-CD com um volume intermediário de cavidade entre a α-CD e a γ-CD associado com o baixo custo deste insumo tem sido utilizada, portanto, em uma quantidade muito maior de formulações, como comentado anteriormente. Apesar dos fármacos possuírem diversos tamanhos dependendo do espaço que ocupam na conformação em solução aquosa, muitos complexos são formados com apenas uma parte da molécula do fármaco interagindo com a CD, justamente as porções com menor polaridade. Isso propicia a solubilização de fármacos de diversos tamanhos com um mesmo tipo de CD, uma β-CD, por exemplo, caso o formulador assim o deseje; mesmo que a molécula seja maior que a cavidade da CD, parte dela formando o complexo pode conferir uma solubilidade desejável, dependendo da dose terapêutica que se necessita. Um exemplo disto é a formação do complexo entre a cefuroxima e a β-CD, aquela sendo um antibiótico com uma estrutura molecular relativamente grande e massa molecular superior a 500 g/mol (SAPTE; PORE, 2016). No referido complexo, apesar da cavidade da CD ser menor que o total da molécula, apenas o anel furano ou o anel di-hidrotiazina.

(32) 31. interagem com a cavidade da CD. No geral, anéis carbônicos, principalmente de 6 membros, são as porções que formam o complexo com a CD, em especial os anéis aromáticos, primeiramente devido à baixa polaridade, e em segundo lugar devido ao tamanho reduzido caso seja comparado com uma cadeia alifática com mesma quantidade de carbonos, que devido à maior mobilidade das ligações acaba ocupando um espaço muito maior (BARBOSA et al., 2014; LI et al., 2015; SIVA; THULASIDHASAN; RAJENDIRAN, 2013).. Tabela 1 - Principais propriedades das ciclodextrinas Propriedade Número de. α-CD. β-CD. γ-CD. 6. 7. 8. 14,5. 1,85. 23,2. 972. 1135. 1297. 4,7-5,3. 6,0-6,5. 7,5-8,3. 174. 262. 427. unidades de glicose Solubilidade em água a 25 °C (% m/v) Massa molecular (g/mol) Diâmetro da cavidade (Å) Volume da cavidade (Å3) Fonte: adaptado de DEL VALLE, 2004.. No caso do anti-esquistossômico PZQ, propriedades são observadas em sua estrutura química (Figura 1) que propiciam a interação com as CDs: em primeiro lugar, por ser um fármaco com estrutura formada por heterociclos carbônicos de 6 membros, possuindo ainda anel aromático na extremidade da molécula, o que facilita a interação com a CD; em segundo lugar, o fato de apresentar grupos com o volume máximo ao dos anéis carbônicos de 6 membros, que como já se sabe, possui tamanho compatível para formar complexos de inclusão. O PZQ inclusive possui massa molecular e volume dos grupamentos químicos muito menor do que outros fármacos que têm sido demonstrados na literatura interagindo e sendo solubilizados pela β-CD, como é o caso da cefuroxima,.

(33) 32. comentada anteriormente, ou o metotrexato (BARBOSA et al., 2014). Em relação ao tamanho da molécula de PZQ, na figura 6 são mostradas algumas dimensões da molécula. Através da Figura 6 percebe-se que a formação do complexo entre o PZQ e as CDs ocorreria preferencialmente com parte da molécula, porém no caso da α-CD, que possui cavidade interna máxima de 5,3 Å, dificilmente um complexo estável seria formado, devido ao fato de possuir a menor cavidade, dificultando a entrada de pelo menos parte da molécula, considerando que a distância entre os 3 anéis carbônicos do PZQ mede aproximadamente 8 Å. No caso da γ-CD, o tamanho de sua cavidade poderia por exemplo englobar os 3 anéis carbônicos do PZQ em sua cavidade, porém isto implicaria na formação do complexo com a inclusão das porções polares da molécula (os grupamentos amida) no interior da cavidade do oligossacarídeo. A β-CD por sua vez, possuindo um diâmetro interno máximo de 6,5 Å, poderia englobar em sua cavidade uma parte destes 3 anéis carbônicos, possibilitando ajustes para estabilizar o complexo, como por exemplo englobar apenas os anéis carbônicos de menor polaridade.. Figura 6 - Dimensões da molécula de PZQ em ângstrons (Å). Fonte: elaborada pelo autor com cálculos realizados por modelagem molecular com o software GROMACS (PRONK et al., 2013).. Como pode ser observado na tabela 1, a β-CD possui uma solubilidade em água menor do que as outras CDs naturais. A explicação para a baixa solubilidade aquosa da.

(34) 33. β-CD está no fato que suas dimensões moleculares favorecem a formação de ligações intramoleculares de hidrogênio, o que dificulta a hidratação da molécula. A substituição de quaisquer dos hidrogênios resulta na quebra desta autointeração, aumentando a solubilidade aquosa. Neste caso, portanto, uma análise genérica do tipo de grupamento inserido na estrutura da molécula pode levar à falta de compreensão a respeito da solubilidade das moléculas, onde a β-CD, uma molécula com hidroxilas livres, possui menor solubilidade aquosa do que a metil-CD ou a hidroxipropil-CD, moléculas estas que possuem cadeias carbônicas em substituição aos grupamentos hidroxila.. 2.2.2.1 Segurança de uso das CDs A utilização das CDs na indústria farmacêutica já possui algumas décadas, e foi permitida, é claro, pela baixa toxicidade destes compostos. Em primeiro lugar, a via oral é uma via bastante segura para a administração das CDs, pois devido ao alto peso molecular, maior que 100 no caso da β-CD (Tabela 1), as mesmas são fracamente absorvidas pelo trato gastrointestinal (revisado por LOFTSSON; DUCHÊNE, 2007). Em humanos, a HPβ-CD e a RMβ-CD são absorvidas em torno de 3 e 5% após administração oral. Em humanos, as doses diárias aceitáveis de algumas CDs para serem administradas por via oral são 1,4 g para a α-CD, 0,35 g para a β-CD, 10 g para a γCD e 0,07 g para a RMβ-CD (BREWSTER; LOFTSSON, 2007). Considerando a via parenteral, a β-CD possui importante toxicidade, não podendo ser administrada por essa via, o que ocorre também com a α-CD, porém esta possui menor toxicidade (IRIE; UEKAMA, 1997). A γCD não possui toxicidade relevante, sendo administrada por via oral ou parenteral (MUNRO et al., 2004).A hidroxipropil-βCD (HPβ-CD) é considerada não tóxica em doses moderadas, e é comercializada em formas orais e intravenosas (doses de até 16 g/dia para as duas vias de administração). A ciclodextrina randomil-metil-β-CD (RMβCD) é um pouco mais tóxica e apresenta alguns efeitos prejudiciais após administração intravenosa, sendo limitada sua utilização por esta via. Portanto, percebe-se, que com exceção da via parenteral, que possui mais limitações de uso, a via oral possui boa aceitabilidade, principalmente para a β-CD e seus derivados. Algumas das principais especialidades farmacêuticas comercializadas com a presença das CDs são apresentadas na Tabela 2..

(35) 34. Tabela 2 - Alguns dos medicamentos comercializados contendo ciclodextrinas Fármaco/ciclodextrina. Apresentação comercial. Formulação. Glymesason. Pomada. Nimedex. Comprimido. Sporanox. Soluções oral e I.V.. Indocid. Colírio. Cloranfenicol. Clorocil. Colírio. 17β-Estradiol. Aerodil. Spray nasal. β-CD Dexametasona Nimesulida HPβ-CD Itraconazol Indometacina RMβ-CD. Fonte: Adaptado de BREWSTER; LOFTSSON, 2007.. 2.2.2.2 Formação de complexos ternários ou multicomponentes com ciclodextrinas e fármacos Além das CDs modificadas, que apresentam uma solubilidade em água maior do que as CDs naturais, uma outra estratégia tem sido utilizada para aumentar a ação solubilizante dos complexos: a formação de complexos multicomponentes. Os complexos multicomponentes são complexos entre fármacos e ciclodextrinas que são adicionados de um ou mais componentes para potencializar os efeitos terapêuticos, seja com um sinergismo na solubilidade ou afinidade do complexo, seja com potencialização da absorção e biodisponibilidade por mecanismos diversos. Um caso a ser citado é o do complexo entre β-CD e o itraconazol, em que a solubilização e a velocidade de dissolução do fármaco é potencializada pela adição do polímero Soloplus® como terceiro componente (THIRY et al., 2016). No referido exemplo, o Soloplus® possui ação solubilizante em diversos fármacos, e um efeito sinérgico entre o efeito solubilizante do polímero e da CD mostrou um efeito final de solubilidade superior em relação aos componentes isolados como solubilizantes. O Soloplus® ainda estabiliza a formação do complexo fármaco:CD, incorporando em sua rede tridimensional o complexo e favorecendo a sua manutenção em solução. Além dos polímeros, diversos são os compostos que são utilizados como terceiros componentes, desde aminoácidos (ALOISIO; G DE OLIVEIRA; LONGHI, 2016), co-solventes (DE MELO et al., 2013), metais, íons orgânicos ou até mesmo outros fármacos (KURKOV; LOFTSSON, 2013)..

(36) 35. O efeito benéfico dos complexos ternários, em seus diversos mecanismos, pode se apresentar mesmo com a diminuição da solubilidade em relação ao complexo binário. Um exemplo a este fato foi mostrado com a adição da trietanolamina ao complexo entre acetazolamida e HPβCD (PALMA et al., 2009), com a solubilidade diminuindo com a adição da trietanolamina, porém mostrando um efeito terapêutico superior ao complexo binário. A explicação a este ocorrido deveu-se ao fato de que com a menor estabilidade do complexo tenha disponibilizado o fármaco em maior quantidade para sua forma absorvível, ou seja, após a dissociação do complexo. A trietanolamina também diminuiu a formação do complexo entre gemfibrozil e βCD (SAMI; PHILIP; PATHAK, 2010), porém a velocidade de dissolução do complexo ternário foi maior, mostrando afinal, um efeito positivo para a utilização do complexo ternário. Assim, o estudo de interações em complexos ternários mostra grande potencial no aumento de solubilidade final dos complexos com CDs, principalmente quando se considera que ambos os compostos são potentes solubilizantes, como é o caso de CDs e co-solventes. O potencial inovador dos complexos ternários associando CDs e os cosolventes TEA e NMP podem revelar resultados promissores na biodisponibilidade de fármacos, inclusive do PZQ, considerando as propriedades benéficas destes co-solventes em aumentar a absorção e biodisponibilidade de fármacos além de sua ação solubilizante (FENG ET AL, 2008; PALMA et al., 2009; YERRAMSETTY et al., 2010).. 2.2.2.3 Caracterização dos complexos de inclusão em função da solubilidade aquosa e estequiometria. O estudo da formação de complexos de inclusão geralmente é conduzido através de medições de propriedades físico-químicas relativas ao fármaco ou à CD que estão interagindo. Diversas propriedades podem ser utilizadas para avaliar a formação dos complexos de inclusão, o que é feito comparando-se as propriedades dos compostos isolados em comparação com estes mesmos compostos interagindo em diversas proporções, onde espera-se a formação dos complexos de inclusão. Entre as propriedades físico-químicas a se avaliar podemos citar propriedades espectroscópicas, como espectro de UV-Vis, infravermelho, ressonância magnética nuclear de 1H e. 13. C, dentre outras. (KORYTKOWSKA-WAŁACH et al., 2017; MURA, 2014a). Além das propriedades espectroscópicas, as análises térmicas, inclusive microscopia com estágio de aquecimento (VEIGA; DIAZ; AHSAN, 1998), difração de raios X e alteração na velocidade de.

(37) 36. dissolução também podem identificar os novos insumos formados após a inclusão do fármaco na cavidade das CDs (MURA, 2015; VEIGA; DIAZ; AHSAN, 1998). Como uma das principais propriedades das CDs é sua ação solubilizante, a realização de medidas da solubilidade de fármacos também pode ser utilizada para caracterizar complexos de inclusão. A análise matemática das propriedades dos complexos a partir da solubilização do fármaco e da concentração utilizada das CDs pode trazer diversas informações, e estes dados são ajustados a um modelo matemático que foi primeiro descrito por Higushi e Connons (HIGUSHI; CONNORS, 1965) e revisado posteriormente por diversos grupos de pesquisa especializados na área (KURKOV; LOFTSSON, 2013). A metodologia de Higushi e Connors analisa a solubilidade do fármaco em função da concentração de CD, sendo denominada de diagrama de solubilidade de fases. Esta técnica considera a formação do complexo entre fármaco e CD como uma reação reversível em equilíbrio, que possui uma constante de formação e dissociação. Os cálculos são feitos a partir da representação gráfica da solubilidade e do fármaco em função da concentração de ciclodextrina, como esquematizado abaixo na figura 7.. Figura 7 - Representação gráfica hipotética da solubilidade de um fármaco em função da concentração de ciclodextrina com formação de complexo de inclusão. Fonte: elaborada pelo autor..

(38) 37. A partir da extensão da solubilização, que é medida em função da inclinação da reta, a constante de estabilidade é calculada (Kc), traduzindo a afinidade do complexo entre fármaco e CD. Além da inclinação, o cálculo considera a estequiometria do complexo e a solubilidade intrínseca do fármaco. A equação 3 é usada para calcular a estabilidade do complexo com estequiometria 1:1 entre fármaco e CD, e a equação 4 é usada para o cálculo da constante de complexos com ordens estequiométricas diferentes de 1:1. As equações são apresentadas a seguir:. 𝐾𝑐 =. 𝑖𝑛𝑐𝑙𝑖𝑛𝑎çã𝑜 𝑆0 (1−𝑖𝑛𝑐𝑙𝑖𝑛𝑎çã𝑜). Equação 3. para complexos de estequiometria de 1:1, onde Kc representa a constante de estabilidade do complexo, S0 a solubilidade intrínseca do fármaco em água, e a inclinação sendo o coeficiente angular da regressão linear.. 𝑆𝑡 = (. 𝑚𝐾𝑐 𝑆0𝑚 𝐶𝐷𝑡 1+𝐾𝑐 𝑆0𝑚. ) + 𝑆0. Equação 4. para complexos de estequiometria diferente de 1:1, onde St representa a solubilidade global do fármaco no meio, incluindo o fármaco complexado e o não complexado, m sendo o coeficiente relacionado à estequiometria do fármaco, CDt sendo a concentração global da CD no meio e Kc representando a constante de estabilidade do complexo. Nota-se que a partir da Equação 3, o cálculo só é possível com o ajuste dos dados a um modelo linear. Devido ao tamanho limitado da cavidade das CDs, muitos dos complexos apresentam estequiometria 1:1, e esta estequiometria geralmente é considerada quando o perfil do gráfico se apresenta linear. Desde que nenhum dos compostos apresente saturação na formação dos complexos à medida em que as concentrações aumentam no meio, nem que haja mudança no valor de Kc ao longo do gráfico, entende-se que um diagrama de solubilidade de fases com perfil linear apresenta uma estequiometria de ordem 1 em relação ao número de moléculas de CD, e de ordem 1 em relação ao número de moléculas do fármaco quando o valor desta inclinação é inferior a 1 (BREWSTER; LOFTSSON, 2007). Com a técnica dos diagramas de solubilidade de fases, além da visualização da formação ou não dos complexos, notada a partir do aumento de solubilidade do fármaco,.