Simone de Fátima Medeiros.

O projeto Oficinas de Engenharia inclui a apresentação de experimentos das áreas: Engenharia das Reações Químicas, Operações Unitárias e Fenômenos de Transporte, para alunos do ensino médio, bem como a elaboração de projetos por parte desses alunos, visando encorajá-los a seguir carreira no campo da ciência e tecnologia.

Tendo em vista que a maioria dos agentes fotossensibilizadores e quimioterápicos são pouco solúveis em água, levando à sua rápida eliminação da corrente sanguínea, a encapsulação ou associação desses agentes com materiais adequados pode melhorar sua solubilidade e estabilidade in vivo. Assim, este projeto visa explorar nanopartículas poliméricas, capazes de combinar a terapia fotodinâmica (PDT) com a quimioterapia em um mesmo sistema de combate ao câncer. As nanopartículas são baseadas, principalmente, na pululana, um polímero natural produzido a partir do fungo Aureobasidium pullulans e aprovada pela FDA para uso na indústria farmacêutica e cosmética. Primeiramente, a pululana será parcialmente enxertada com poli(etilenoglicol), visto que materiais anfifílicos à base de PEG podem se auto agregar em meio aquoso, formando partículas com superfície furtiva, reduzindo o seureconhecimento pelo sistema reticulo-endotelial (RES) e prolongando o seu tempo de irculação in vivo. Em seguida, será feita a enxertia de cadeias de poli(lisina) na pululana via polimerização por abertura de anel, obtendo, assim, os copolímeros anfifílicos. Ácido retinóico (vitamina A) será incorporado nos polímeros, visto sua ação adicional como inibidor de crescimento de células cancerosas e transição de um estado hidrofóbico para hidrofílico decorrente de oxidação na presença de oxigênio singleto, podendo causar desestabilização de partículas constituídas dessa molécula. Outras moléculas poderão ser testadas com o mesmo propósito, dependendo da evolução do trabalho. A etapa seguinte consistirá no preparo de nanopartículas à base de pululana enxertada, através de um método típico de diálise, que também será utilizado para a encapsulação de um princípio ativo utilizado na terapia de câncer fluorouracila (5-FU) e um fotossenbilizador, protoporfirina IX (PPiX). A cinética de liberação in vitro do agente quimioterápico será cuidadosamente avaliada em fluidos que simulam o meio fisiológico.

The combination of photodynamic therapy (PDT) and chemotherapy is one attractive regime for cancer medication. Nanotechnology has imposed an ever-growing impact on both PDT and chemotherapy. Most photosensitizer and chemotherapeutics are poorly soluble in water, which is accompanied with rapid blood clearance, limited tumor accumulation, and week cellular internalization. Nanotechnology shows the power to address these above issues via a diverse range of approaches. The solubility as well as stability of both PS and chemodrug can be enhanced via physical encapsulation and/or chemical conjugation. The pharmacokinetics and tissue distribution of nanoparticulate therapeutic payloads can also be manipulated with preferred homing to the tumor, whilst the accumulation in normal tissues and cells is reduced to minimize side-effects. The aim of this project is to engineer ?self-triggered? polymer conjugate micellar nanocarrier for realization of on-demand micelle destabilization and rapid cargo release, and hence enhanced efficacy of PDT/chemotherapy combinational therapy. The hydrophilic shift of polymer conjugate?s hydrophobic domain upon laser treatment would induce swift micelle de-assembly and rapid release of chemodrug and photosensitizer (PS).

Os novos sistemas carreadores de princípios ativos visam modificar as propriedades físico-químicas limitantes dos fármacos, melhorando, desta forma, a sua farmacodinâmica (potencialização do efeito terapêutico), farmacocinética (controle da absorção e distribuição nos tecidos) e reduzindo os seus efeitos toxicológicos (toxicidade local e sistêmica). A modificação da permeabilidade e solubilidade de um princípio ativo é um fator crucial para melhorar sua administração e aumentar sua biodisponibilidade. Dentro desse contexto, o principal objetivo deste projeto consiste no preparo de formulações sólidas, a partir de polímeros biocompatíveis e biodegradáveis, para favorecer a administração e prolongar a liberação de princípios ativos com baixa solubilidade. Na primeira etapa de sua execução, serão obtidas micro e nanopartículas e, ainda, nanofibras, a partir de homopolímeros e misturas de polímeros, através das técnicas de secagem por atomização (spray-drying) e eletrofiação. Em seguida, será estudada a incorporação de diferentes princípios ativos hidrofóbicos nas matrizes poliméricas e suas cinéticas de liberação in vitro serão cuidadosamente avaliadas. Ensaios de citotoxidade serão realizados para as formulações preparadas no desenvolvimento do projeto. Espera-se, com a execução deste projeto, desenvolver materiais capazes de aumentar a biodisponibilidade e modificar a farmacocinética de medicamentos hidrofóbicos para liberação tópica e sistêmica. Os estudos realizados neste projeto contribuirão para um avanço em termos de síntese e conhecimento das propriedades de novos materiais com potencial para futuras aplicações na fabricação de diversos medicamentos, objetivando reduzir o número de dosagens requeridas em um determinado tratamento, a ocorrência de efeitos colaterais e, consequentemente, aumentar o conforto do paciente.

Atualmente, muitos trabalhos descrevem a síntese de látices híbridos com o objetivo de explorar suas propriedades. A combinação de nanopartículas magnéticas (NPM), especialmente aquelas compostas de óxido de ferro, com polímeros visando à obtenção de materiais compósitos coloidalmente estáveis é uma tarefa de grande interesse acadêmico e industrial. Estes materiais, essencialmente sob a forma de nanopartículas magnéticas distribuídas no interior de matrizes poliméricas, encontram grande interesse como agentes para fins terapêuticos. A matriz polimérica age como compatibilizante interagindo com o meio, podendo complexar com moléculas biologicamente ativas. Além disso, as propriedades magnéticas das nanopartículas facilitam a manipulação dos respectivos sistemas. Nanopartículas poliméricas com propriedades magnéticas são suficientemente pequenas para serem incorporadas ao corpo humano sem causar distúrbios nas funções normais e, além disso, são capazes de acessar regiões inacessíveis por outros tipos de materiais. Quando utilizadas in vivo, as células reagem com estas nanopartículas, podendo haver tanto indução ao crescimento quanto à morte celular. Dentro deste contexto, vários métodos são descritos na literatura para obtenção de nanopartículas poliméricas com propriedades magnéticas (NPM). Látices e nanogéis poliméricos vêm sendo utilizados na área biomédica tanto para fins terapêuticos in vivo, como agentes de transporte e liberação de moléculas ativas encapsuladas, quanto em diagnóstico in vitro (ensaios de imunidade, separação de células, concentração de ácidos nucléicos, etc.).

A nanotecnologia consiste na tecnologia utilizada para manipular estruturas cujos tamanhos encontram-se na casa do nanômetro ou milionésimo do milímetro ? número cem mil vezes menor do que o diâmetro de um fio de cabelo. A nanotecnologia pode trazer benefícios enormes e, por este motivo, vem sendo uma das áreas de pesquisa mais explorada mundialmente. Crescente interesse vem sendo demonstrado no uso da nanotecnologia em biomedicina, para elaboração de sistemas de liberação controlada de princípios ativos. Dessa forma, nesta linha de pesquisa são obtidas nanopartículas constituídas de homopolímeros sensíveis à temperatura e de copolímeros, sensíveis tanto à temperatura quanto ao pH. Estas nanopartículas estão sendo obtidas empregando-se tanto as técnicas de polimerização em meio disperso, quanto àquelas que utilizam polímeros pré-formados. No caso dos homopolímeros sensíveis à temperatura, utiliza-se a técnica de polimerização em miniemulsão inversa e, no caso dos copolímeros, utiliza-se tanto a polimerização por precipitação quanto a nanoprecipitação, sendo que esta última é feita a partir de polímeros previamente sintetizados.

Nesta linha de pesquisa são desenvolvidos polímeros sensíveis a estímulos, ou ?inteligentes?, de estrutura linear, através da polimerização via radical livre em solução. Estão sendo sintetizados tanto homopolímeros sensíveis à temperatura, com diferentes massas moleculares, quanto copolímeros, sensíveis à temperatura e ao pH, com diferentes composições monoméricas. A massa molecular e a composição química são importantes fatores que influenciam a transição de fases de polímeros termo-sensíveis. Dessa forma, o objetivo da variação destes parâmetros de síntese consiste na obtenção de polímeros com diferentes temperaturas críticas de solubilização (LCST) e no ajuste do valor que melhor se adapta à determinada aplicação. Os copolímeros sintetizados já foram testados na encapsulação de um anti-inflamatório hidrofóbico utilizando-se a técnica de secagem por atomização (?spray-drying?). Os resultados dos ensaios de liberação in vitro indicaram que, em geral, a cinética de liberação da droga incorporada à matriz polimérica foi mais lenta. Além disso, a temperatura e o pH do meio influenciaram a velocidade de liberação do princípio ativo, confirmando, assim, a sensibilidade tanto à temperatura quanto ao pH dos copolímeros.