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UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC Curso de Pós-Graduação em BIOTECNOCIÊNCIA DISSERTAÇÃO DE MESTRADO Carlos Eduardo de Castro Santo André 2015 O PAPEL DE PARÂMETROS ESTRUTURAIS NA INTERNALIZAÇÃO CELULAR DE SISTEMAS POLIMÉRICOS NANOESTRUTURADOS

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC

Curso de Pós-Graduação em BIOTECNOCIÊNCIA

DISSERTAÇÃO DE MESTRADO

Carlos Eduardo de Castro

Santo André

2015

O PAPEL DE PARÂMETROS ESTRUTURAIS NA

INTERNALIZAÇÃO CELULAR DE SISTEMAS

POLIMÉRICOS NANOESTRUTURADOS

Curso de Pós-Graduação em BIOTECNOCIÊNCIA

DISSERTAÇÃO DE MESTRADO

Carlos Eduardo de Castro

Trabalho apresentado como requisito parcial para

obtenção do titulo de mestre em

Biotecnociência, sob orientação do Professor

Doutor Fernando Carlos Giacomelli

Santo André

2015

O PAPEL DE PARÂMETROS ESTRUTURAIS NA

INTERNALIZAÇÃO CELULAR DE SISTEMAS

POLIMÉRICOS NANOESTRUTURADOS

A presente dissertação foi realizada inteiramente pelo autor no

período de setembro de 2013 a agosto de 2015, no Programa de Pós-

Graduação em Biotecnociência da UFABC sob a orientação do Prof. Dr.

Fernando Carlos Giacomelli.

Carlos Eduardo de Castro

Orientador: Prof. Dr. Fernando Carlos Giacomelli

“O meu olhar alcança o longe. Contempla o território que me separa da

concretização de meu desejo. O destino final que o olhar já reconhece como

recompensa, aos pés se oferece como lonjura a ser vencida. Mas não há pressa que seja

capaz de diminuir esta distância. Estamos sob a prevalência de uma imposição

existencial, regra que ensina, que entre o ser real e o ser desejado, há o senhorio

inevitável do tempo das esperas”

Pe. Fábio de Melo

À minha família, em especial ao meu pai José, e minha mãe Fátima pelo incondicional

apoio. À minha esposa Ellen, pelo incentivo e motivação que serviram de suporte e

inspiração para o desenvolvimento desse projeto, pois “ um homem honrado não

encontrará uma amiga melhor do que sua esposa”.

Jean Jacques Rousseau

AGRADECIMENTOS

Há muito que agradecer e início agradecendo a Deus, que me ensinou que a

simplicidade só é possível aos que ousaram trilhar os caminhos da maturidade, que me

mostrou que Ele nunca esteve longe nem perto, Deus apenas é.

Agradeço infinitamente ao meu caro e estimado orientador Dr. Fernando Carlos

Giacomelli, que tanto me ensinou, me guiando pelos caminhos da ciência, me

silenciando nos momentos de profunda confusão e barulho, clareando em minha mente

que todo silêncio fecundo já tem sabor de palavra e respostas. Te agradeço por ter

consolidado a química dentro de meu saber, agregando valores sólidos às minhas metas,

contribuindo para o cumprimento de cada missão que depositou em mim a

responsabilidade de realizar. Obrigado por me mostrar que a sabedoria carece de

esforço e dedicação para crescer.

Aos estimados professores Dr. Jean-Jacques Bonvent e Dr. Wanius Garcia, que

me mostraram gratuitamente os valores da física para a ciência que me dedico hoje,

obrigado por me fazer olhar a física, não como sabedoria distante, mas como arte

presente e viva.

Agradeço ao apoio e dedicação dos professores Dr. Arnaldo Rodrigues dos

Santos Junior, Dr. Maria Cristina Carlan, Dr. Renata Simões, Dr. Fabiane Lucy Ferreira

Castro, por terem me acolhido e confiado em mim, obrigado pelos ensinamentos nas

ciências biológicas que contribuíram para iluminar meu percurso até aqui, pois suas

palavras me fizeram buscar na bioquímica e no íntimo molecular da vida, as perguntas

reais a serem feitas e as respostas a serem buscadas.

Agradeço ao professor Dr. Mauricio Baptista, por ter aberto as portas de seu

laboratório no instituto de química, USP, e ao Dr. Tiago Rodrigues por ter me ajudado

com as pesquisas e ensaios de SPR.

Agradeço às agências de fomento, FAPESP, CNPq e à UFABC que tornaram

este projeto viável.

Aos meus amigos que me mostraram o valor da amizade e que ela é um encontro

de almas que se reverenciam. Obrigado por terem me apoiado neste momento de minha

história. Em especial ao meu amigo Alex Sandro Casemiro, que a tantos anos

compartilhamos nossas histórias e pelo apoio a prosseguir meus estudos, meu super

abraço.

Quero agradecer ao meu pai José e minha mãe Fátima, por sempre terem me

estimulado aos estudos desde criança, me mostrando o valor da ciência e da sabedoria.

Por fim, agradeço à mulher que Deus colocou na minha vida, que desde os

tempos de namoro, me inspirou a buscar dentro de mim meu potencial. Obrigado a você

minha esposa Ellen, por ter me inspirado, impulsionado, acreditado nos momentos

difíceis, me mostrando o caminho. Obrigado por cada passo dado junto comigo, por ter

compartilhado este momento de minha e de nossa história, por ser a razão de minha

ciência, meu amor e a alegria de minha pesquisa, eu te amo.

Por fim, agradeço de uma forma geral, a todas as pessoas que estiveram

envolvidas direta ou indiretamente neste projeto, e contribuíram de forma impar para

seu amadurecimento e realização.

SUMÁRIO

RESUMO .......................................................................................................................... 16

ABSTRACT ...................................................................................................................... 17

1. INTRODUÇÃO ...................................................................................................... 18

2. OBJETIVOS ........................................................................................................... 19

3. REVISÃO DA LITERATURA .............................................................................. 20

3.1. O CÂNCER E A UTILIZAÇÃO DE NANOPARTÍCULAS ................................ 20

3.2. INTERNALIZAÇÃO CELULAR DE NANOPARTÍCULAS .............................. 22

3.3. INTERAÇÃO NANOPARTÍCULA-MEMBRANA CELULAR .......................... 26

3.4. PARÂMETROS QUE INFLUENCIAM A INTERNALIZAÇÃO CELULAR DE

NANOPARTÍCULAS ............................................................................................ 28

3.4.1. TAMANHO ............................................................................................................ 28

3.4.2. FORMA .................................................................................................................. 29

3.4.3. NATUREZA QUÍMICA DA SUPERFÍCIE .......................................................... 29

4. METODOLOGIA ................................................................................................... 31

4.1. MATERAIS UTILIZADOS ................................................................................... 31

4.2. PREPARAÇÃO DAS NANOPARTÍCULAS ....................................................... 32

4.3. CARACTERIZAÇÃO DAS NANOPARTÍCULAS ............................................. 33

4.3.1. ESPALHAMENTO DE LUZ ................................................................................. 33

4.3.1.1. ESPALHAMENTO DE LUZ DINÂMICO (DLS) ......................................... 33

4.3.1.2. ESPALHAMENTO DE LUZ ESTÁTICO (SLS) ........................................... 34

4.3.1.3. ESPALHAMENTO DE LUZ ELETROFORÉTICO (ELS) ........................... 35

4.3.2. MICROSCOPIA DE FORÇA ATÔMICA ........................................................... 35

4.4. INTERAÇÃO NANOPARTÍCULA-MEMBRANA ............................................. 36

C.E.de Castro

6

4.4.1. PREPARAÇÃO DA MEMBRANA DE BICAMADA HIBRIDA ........................ 36

4.4.2. VERIFICAÇÃO DA ADSORÇÃO DE NANOPARTÍCULAS ............................ 37

4.5. INTERNALIZAÇÃO CELULAR DE NANOPARTÍCULAS .............................. 38

4.5.1. MICROSCOPIA DE FLUORESCÊNCIA CONFOCAL ...................................... 38

4.5.2. CITOMETRIA DE FLUXO ................................................................................... 38

4.5.3. ANÁLISES ESTATISTICAS ................................................................................ 39

5. RESULTADOS E DISCUSSÃO ........................................................................... 40

5.1 CARACTERIZAÇÃO DAS NANOPARTÍCULAS ............................................. 40

5.1.1. ESPALHAMENTO DE LUZ ................................................................................. 40

5.1.2. MICROSCOPIA DE FORÇA ATÔMICA ............................................................ 46

5.2. ADSORÇÃO DE NANOPARTÍCULAS EM MEMBRANA BIOMIMÉTICA .. 48

5.3. INVESTIGAÇÕES DA CAPTURA CELULAR DOS NANOCARREADORES

POLIMÉRICOS ..................................................................................................... 52

5.3.1. MICROSCOPIA DE FLUORESCÊNCIA CONFOCAL ...................................... 52

5.3.2. CITOMETRIA DE FLUXO ................................................................................... 57

6. CONCLUSÕES ...................................................................................................... 60

7. REFERÊNCAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................... 61

ÍNDICE DE FIGURAS

FIGURA 1. Representação esquemática do acúmulo de nanopartículas em regiões de

tumor sólido devido ao efeito EPR. ................................................................................ 22

FIGURA 2. Representação esquemática das principais vias de internalização celular de

sólidos e fluidos. ............................................................................................................. 24

FIGURA 3. Processo de captura de nanopartículas na superfície da membrana celular.

As elipses em azul representam clatrina e as esferas vermelhas representam NPs

funcionalizadas (pontos amarelos) que se ligam ao receptores de membrana em forma

de Y. (Figura adaptada Ref. 46). .................................................................................... 27

FIGURA 4. Representação da captura celular e as forças interfaciais envolvidas. As

características intrínsecas das NPs que promovem a ligação com a superfície

(rugosidade, hidrofobicidade, carga catiônica) geralmente levam a forças de ligação não

específicas que promovem a adsorção celular. ............................................................... 27

FIGURA 5. Estrutura química dos copolímeros em bloco PEOm-b-PCLn (A), PEOm-b-

PLAn (B) e do copoliéster não anfifílico PLGA (C). ..................................................... 32

FIGURA 6. Esquema de preparação de uma membrana de bicamada hibrida (HBM)

sobre superfície de ouro utilizando monocamada hidrofóbica de tiol.( figura adaptada)

........................................................................................................................................ 36

FIGURA 7. Funções de correlação temporal (ACFs) monitoradas em diferentes ângulos

e a distribuição de tempos de relaxação determinada a partir da ACF monitorada a 90°

(A), vs. q2 (B), Kc/R vs. q

2 (C) e distribuição de potencial- (D) para NPs de PLGA

produzidas a partir de THF ( THF = 1,00). ..................................................................... 41

FIGURA 8. Influência de THF nos parâmetros estruturais (RG, RH, potencial-ζ, Mw(NPs),

PDI e densidade estimada) dos diferentes sistemas poliméricos nanoestruturados

produzidos conforme a legenda mostrada em (A). ......................................................... 42

FIGURA 9. Imagens obtidas por AFM para NPs de PLGA e PEO113-b-PLA236

produzidas a partir de THF juntamente com os respectivos histogramas de distribuição

de tamanho. ..................................................................................................................... 48

FIGURA 10. Variação da reflectância em função do tempo durante a formação da

bicamada hibrida em fluxo de água milli-Q® e posterior solução tampão Hepes 10mM

pH 7,5 conforme indicado. ............................................................................................. 50

FIGURA 11. Variação da reflectância em função do tempo durante a injeção de

diferentes nanopartículas poliméricas de acordo com a Tabela 2. ................................. 51

C.E.de Castro

6

FIGURA 12. Imagens de microscopia de fluorescência confocal para células de

glioblastoma U251 incubadas com nanopartículas de PLGA preparadas a partir de (A)

acetona (THF =0,00) e (B) THF (THF = 1,00) e contendo a mesma quantidade da sonda

hidrofóbica fluorescente cumarina-6, que pode ter a fluorescência verde evidenciada na

coluna 1. A coluna 2 mostra o canal DAPI e se refere a fluorescência azul do meio de

montagem Hoechst marcando o núcleo celular. Na coluna 3 se evidencia a sobreposição

das colunas 1 e 2. O tempo de incubação foi de 2 horas e as imagens são mostradas em

aumento de 63X. ............................................................................................................. 53

FIGURA 13. Imagens de microscopia de fluorescência confocal para células de

glioblastoma U251 incubadas com NPs produzidas a partir de copolímeros em bloco a

partir da mistura 50:50 de THF e acetona (THF =0,50) e contendo a mesma quantidade

da sonda hidrofóbica fluorescente cumarina-6 encapsulada. O tempo de incubação foi

de 2 horas e as imagens são mostradas em aumento de 63X. ........................................ 55

FIGURA 14. Histograma de intensidade de fluorescência para PEO250-b-PLA153 e

PEO45-b-PCL118 marcadas com cumarina-6 após incubação de 2 horas em células de

glioblastoma U251. O controle diz respeito à autofluorescência das respectivas células.

........................................................................................................................................ 57

FIGURA 15. Análise quantitativa da internalização celular de NPs marcadas com

cumarina-6 capturadas por células de glioblastoma U251 após 2 horas de incubação.. 58

ÍNDICE DE TABELAS

TABELA 1. Características moleculares dos copolímeros PEOm-b-PLAn, PEOm-b-

PCLn e PLGA (L:G 50:50). (subscritos fazem referência ao grau de polimerização de

cada bloco). ..................................................................................................................... 31

TABELA 2. Nanopartículas selecionadas para as medidas de SPR. ............................. 50

TABELA 3. Tempo de adsorção de diferentes NPs sobre a superfície da membrana de

bicamada hibrida............................................................................................................. 52

LISTA DE ABREVIATURAS

DLS * espalhamento de luz dinâmico

SLS * espalhamento de luz estático

DLS * espalhamento de luz eletroforético

AFM * microscopia de força atômica

PDI * índice de polidispersão

ACF * função de correlação temporal

NPs nanopartículas poliméricas

PCL * policaprolactona

PEO * polioxietileno

PLA * poli ácido láctico

PLGA * poli (ácido láctico-co-glicólico)

DMPE * 1,2-dioleoil-sn-glicero-3-fosfatidiletanolamina-N,N-dimetil)

DMPC * 1,2-dimiristoil-sn-glicero-3-fosfatidilcolina

CL cardiolipina

VEGF * Fator de crescimento vascular endotelial

VPF * Fator de permeabilidade vascular

* siglas em inglês

C.E.de Castro

16

RESUMO

O presente estudo se insere na emergente área da nanomedicina, tendo como base a

ciência de coloides e interfaces, e teve como objetivo inicial a síntese de nanopartículas

poliméricas usando diferentes copolímeros para se obter sistemas nanoestruturados com

diferentes características no que se refere à dimensão, carga superficial e estrutura

interna. Os dados experimentais de espalhamento de luz e imagem mostraram que foi

possível obter sistemas poliméricos nanoestruturados de diferentes tamanhos e carga

superficial utilizando o protocolo de nanoprecipitação. Haja vista a diferença estrutural

dos polímeros utilizados, as nanopartículas produzidas são estruturalmente diferentes do

ponto de vista de tamanho de núcleo hidrofóbico e coroa hidrofílica. Também foi

possível elucidar a influência destes parâmetros estruturais na captura e internalização

celular das entidades. Os resultados sugerem que a espessura da coroa hidrofílica de

polioxietileno (PEO), que tem o papel fundamental de estabilizar as nanoestruturas

produzidas, é decisiva no processo. Na medida em que foram utilizados copolímeros em

bloco de longa cadeia hidrofílica, percebeu-se uma redução semi-quantitativa e

quantitativa na internalização celular das entidades. A carga superficial também possui

importante papel no processo que, porém, é ofuscado pelo fator dimensão da coroa,

onde para nanopartículas de elevado potencial- (~ - 40 mV), que é o caso de NPs de

PLGA, a internalização celular não apresentou diferença estatisticamente significativa

em comparação com outros sistemas. Por outro lado, NPs apresentando cadeias

estabilizantes de PEO mais curtas (Mw ~ 2000 g.mol-1

) foram mais eficientemente

internalizadas, apesar de seu potencial- negativo (~ -20 mV). Para NPs com o mesmo

tamanho de cadeia estabilizante de PEO, os dados experimentais sugerem que NPs

formadas por um bloco hidrofóbico de policaprolactona (PCL) são internalizadas de

maneira mais eficiente em comparação com NPs formadas por um bloco hidrofóbico de

poli ácido lático (PLA). Este último efeito foi atribuído a maior hidrofobicidade do

bloco de PCL, o que vai de encontro com o modelo teórico da molhabilidade, apesar

dos resultados de SPR mostrar adsorção a membrana mimética somente das NPs a base

de PLA.

Palavras-Chave: nanopartículas poliméricas, internalização celular.

C.E.de Castro

17

ABSTRACT

Herein, the cellular uptake of naked PLGA and PLA- and PCL-based block

copolymer nanoparticles (NPs) have been evaluated. The nanoparticles were produced

containing the same amount of loaded fluorescent cumarina-6 (0.5 % wprobe/wpolymer) by

using the so-called nanoprecipitation protocol. This procedure yielded nano-sized

objects with distinct structural features dependent on the length of the hydrophobic and

hydrophilic blocks and volume ratio. They were further detailed characterized by

scattering techniques and atomic force microscopy. The cellular uptake of selected

nanoparticles has been evaluated by laser confocal scanning microscopy and flow

cytometry analysis. The cellular uptake events were examined in relation to size, surface

charge, hydrophobic core nature and hydrophilic chain length of the produced NPs. The

experimental results indicated that cellular uptake was considerably enhanced as the

length of the hydrophilic PEO-stabilizing shell reduces. Additionally, it has been also

evidenced that a high negative surface charge restricts cellular uptake and that, on the

other hand, nanoparticles comprising a hydrophobic core of higher degree of

hydrophobicity (PEO-b-PCL) are more efficiently internalized as compared to PEO-b-

PLA NPs. In summary, there should be a compromise regarding protein fouling and

cellular uptake as resistance to non-specific protein adsorption and enhanced cellular

uptake are respectively directly and inversely related to the length of the PEO

stabilizing shell.

Keywords: polymeric nanoparticles, cellular uptake.

C.E.de Castro

18

1. INTRODUÇÃO

A possibilidade de se desenvolver nanomateriais com estruturas e dimensões

similares a entidades biológicas tais como DNA, vírus, proteínas e bactérias e a

potencial aplicação de sistemas nanoestruturados na área da saúde humana deu origem a

nanomedicina. A nanomedicina tem se destacado como um dos principais ramos

científicos interdisciplinares por exigir daqueles que se envolvem nas pesquisas,

conhecimento das mais diversas áreas tais como bioquímica, físico-química, biologia

molecular e celular, farmacodinâmica e farmacocinética. A aplicação de nanomedicina

no combate ao câncer tem sido foco de investigações tanto da academia quanto da

indústria farmacêutica, principalmente depois das possibilidades que surgiram após a

descoberta do efeito de aumento da permeabilidade e retenção (do inglês Enhanced

Permeability and Retention Effect - EPR)1 Neste cenário, agentes ativos são

encapsulados no interior de sistemas nanoestruturados sendo liberados em sítios

específicos de ação como por exemplo em sítios tumorais, diminuindo efeitos colaterais

e aumento a eficácia terapêutica.

Por outro lado, a compreensão da interação de nanomateriais com superfícies

biológicas é um dos grandes desafios da área da nanobiotecnologia. A interação de

nanopartículas com proteínas, membranas e células promove a formação de nano-

biointerfaces2,3

que em um primeiro olhar podem ser compreendidas utilizando-se os

mesmos princípios da ciência de coloides, onde forças de van der Waals (VDW),

eletrostáticas, hidratação e efeitos solvofóbicos desempenham papel fundamental.

Principalmente o processo de interação NP-membrana celular inevitavelmente afeta o

processo de absorção celular de sistemas carreadores de agentes ativos (drug delivery) o

que por consequência afeta a eficácia do tratamento proposto. A interação NP-

membrana depende das características físico-químicas da membrana celular e também

da estrutura do sistema nanométrico, ou seja, do seu tamanho, forma, natureza química,

rugosidade e hidrofobicidade. Levando-se em conta as considerações supracitadas, no

presente projeto de mestrado procurou-se compreender como as características

estruturais de sistemas poliméricos dimensionados na escala nanométrica afetam o

processo de internalização celular dos mesmos. Os resultados podem futuramente

contribuir para a fabricação de sistemas de entrega de fármacos e terapias contra o

câncer mais eficazes.

C.E.de Castro

19

2. OBJETIVOS

Com base nas considerações preliminares supracitadas, a presente dissertação teve

como objetivos principais:

Produzir nanopartículas poliméricas com diferentes propriedades físico-

químicas a partir de copolímeros biocompatíveis através da técnica de

nanoprecipitação utilizando combinações de solventes puros ou misturas de

solventes apropriadas;

Caracterizar estruturalmente as NPs produzidas por técnicas de microscopia e

espalhamento de luz;

Verificar a força de adsorção das NPs a membranas miméticas;

Avaliar o perfil de captura celular das nanopartículas;

Quantificar a eficiência da internalização celular dos sistemas produzidos e

discutir como os parâmetros estruturais das nanopartículas poliméricas

produzidas (tamanho, carga e cobertura superficial) influenciam o processo de

internalização celular.

C.E.de Castro

20

3. REVISÃO DA LITERATURA

3.1. O CÂNCER E A UTILIZAÇÃO DE NANOPARTÍCULAS

Há muito tempo já se sabe que a granulometria de fármacos constitui um parâmetro

importante em tecnologias farmacêuticas. Pela trituração e a redução do tamanho de

partículas, a área superficial é aumentada resultando em benefícios farmacêuticos e

clínicos que podem incluir um aumento das taxas de dissolução aquosa de substâncias

pouco solúveis, melhor biodisponibilidade, possibilidade de administração de dosagens

menores por via oral e um maior número de opções para o preparo de suspenções

estáveis e dispersões coloidais.4 Por outro lado, uma elevada porcentagem de fármacos

candidatos para terapia do câncer é de difícil solubilização em água o que constitui um

grande desafio atual para o aumento da eficácia de agentes anti-neoplasicos.5

Uma interessante estratégia para aumentar a solubilidade destes agentes é a

utilização de nanocarreadores, promovendo também um maior tempo de circulação

sanguínea para o agente ativo, bem como evitando a sua rápida captura pelo sistema

fagocitário mononuclear. Em que pese às aplicações biomédicas, a utilização de

sistemas nanoestruturados à base de matéria mole (polímeros) é que têm se difundido de

maneira acelerada, principalmente como nanocarreadores terapêuticos. Nesta classe,

podem ser citados os conjugados polímero-fármaco, lipossomas, micelas e

nanopartículas poliméricas biodegradáveis. Estes sistemas nanoestruturados podem

acomodar em seu interior um enorme número de diferentes agentes ativos, tais com

fármacos, agentes de contraste, proteínas e ácidos nucleicos, podendo assim ser

utilizados em uma miríade de aplicações. Sistemas à base de matéria mole vêm

recebendo tamanha atenção devido à sua versatilidade, pelo fato de suas características

estruturais poderem ser modificadas mediante alteração do protocolo de fabricação e

pelo fato de poderem responder a estímulos externos ou fisiológicos específicos.6,7

As nanopartículas (NPs) poliméricas biodegradáveis são entidades nanométricas

onde o agente ativo (geralmente hidrofóbico) está fisicamente aprisionado no seu

interior por meio de interações hidrofóbicas ou através de conjugação química.8 Nos

últimos anos, estas entidades têm atraído atenção considerável como sistemas de entrega

de fármacos devido a sua grande vantagem de que os produtos de degradação não são

tóxicos ao organismo quando polímeros tais como poli ácido láctico (PLA), poli (ácido

láctico-co-glicólico) (PLGA), polioxietileno (PEO) e policaprolactona (PCL) são

C.E.de Castro

21

considerados. Estes biopolímeros, além de não apresentarem toxicidade significativa,

são eliminados do corpo por vias metabólicas naturais.9 Este tipo de NPs tem sido uma

ferramenta importante no tratamento de doenças neurodegenerativas, devido a sua

habilidade de atravessar a barreira hemato- encefálica,10

bem como para o tratamento de

doenças cardiovasculares, devido ao seu tamanho, forma e vasta área superficial

disponível para conjugação de biomoléculas.11

Entretanto, é na vetorização de fármacos anticarcinogênicos que esta tecnologia

avançou substancialmente. No sistema circulatório, estes nanomateriais tem se livrado

da eliminação pelas defesas do organismo, evitando também a ligação com proteínas

não especificas e aumentando assim seu tempo de circulação, o que por consequência

aumenta a probabilidade das entidades alcançarem alvos tumorais promovendo

liberação mais seletiva de agentes ativos.12

Geralmente, nanocarreadores (com

dimensões entre 20-100 nm) são muito grandes para extravasarem e se acumularem em

tecidos saudáveis. Entretanto, possuem dimensões adequadas para atravessarem a

vasculatura desorganizada e porosa das regiões tumorais, sendo acumulados no interior

de seus interstícios. Além disso, os vasos linfáticos estão ausentes ou não-funcionais

nestes locais, contribuindo para uma ineficiente drenagem. Este fenômeno é conhecido

com efeito do aumento da permeabilidade e retenção (efeito EPR) conforme

esquematizado na Figura 1.

Em tecidos normais, as fenestras dos vasos sanguíneos estão bem justapostas

formando uma barreira celular que vetores dimensionados na escala nanométrica não

são capazes de atravessar. Por outro lado, em regiões de tumores sólidos há uma alta

permeabilidade devido a super expressão de fatores como o de permeabilidade vascular

(VPF) e fator de crescimento vascular endotelial (VEGF), além da secreção de vários

hormônios como o fator de crescimento de fibroblastos básico (bFGF) além de óxido

nítrico. Tudo isso também contribui eficazmente para dilatação dos vasos.13

Sendo

assim, nanovetores penetram e se acumulam com maior facilidade em sítios tumorais

uma vez que as dimensões nos poros endoteliais variam de 10 nm a 2 µm.14

Outra

peculiaridade é a alteração do pH no sítio de tumores sólidos que é mais ácido em

relação aos tecidos sadios, sendo que isto está associado ao tipo de respiração celular,

uma vez que células tumorais tendem a fazer anaerobiose em relação a maioria das

outras células, alterando o metabolismo da glicose para o processo fermentativo, com

geração de lactato no final da via glicolítica. As células tumorais consomem maiores

quantidades de glicose em relação as quantidades consumidas por células não tumorais,

C.E.de Castro

22

e mesmo em tensões de O2 suficientes para a oxidação completa da glicose, células

tumorais tendem a fermentar este açúcar em lactato, gerando quantidades suficientes de

energia, substratos e coenzimas reduzidas, importantes para síntese.15

A secreção de

altas concentrações de lactato e íons H3O+ para o meio extracelular contribuem para a

acidificação do mesmo, o que também está relacionado com a facilidade da mobilidade

e metástase celular pela ativação de metaloproteinases, importantes para angiogênese e

processo metastático.16

FIGURA 1. Representação esquemática do acúmulo de nanopartículas em regiões de

tumor sólido devido ao efeito EPR.

Assim, o conhecimento do efeito EPR está se tornando um paradigma promissor

no desenvolvimento de terapias contra o câncer. Como resultado destas características

anatômicas e patofisiológicas únicas dos tecidos tumorais em comparação com tecidos

normais, a concentração tumorotrópica de macromoléculas e nanopartículas poliméricas

encontradas nestes tecidos chega a ser 100 vezes maior do que a encontrada em tecidos

normais.17,18,19,20

3.2. INTERNALIZAÇÃO CELULAR DE NANOPARTÍCULAS

Adicionalmente, em muitos casos, não basta que NPs se acumulem no interior de

interstícios tumorais. Para uma ação eficaz de agentes ativos encapsulados, geralmente é

necessário que estas entidades sejam capturadas para o interior das células doentes. A

captura celular é altamente exigente e a interação de NPs com a membrana celular,

C.E.de Castro

23

seguida pela internalização e formação de vesículas são os primeiros passos do processo

de endocitose. Neste processo são formadas vesículas de diferentes tamanhos e

ambientes internos chamadas de endossomos, fagossomos ou macropinosomos

dependendo da via de internalização que é essencialmente dependente do tamanho,

morfologia e natureza química da superfície das NPs. Este processo também é

dependente da linhagem celular.21

A endocitose é o processo fundamental utilizada pelas células na captura de

nutrientes, moléculas e macromoléculas. As vias endocíticas podem ser divididas em

fagocitose e pinocitose. O processo de fagocitose envolve a internalização celular de

partículas sólidas como, por exemplo, bactérias, e só ocorre em alguns poucos tipos de

células especiais. A captura através da fagocitose também pode ocorrer em escala

nanométrica, porém, é bem conhecido que esta via está fortemente ligado a opsonização

proteica que por sua vez promove agregação, fazendo desta via endocítica um sistema

de captura inespecífico. Quando alguma partícula interage com os receptores da

superfície celular ocorre um direcionamento da membrana que se distorce em forma de

taça ao redor da partícula gradualmente (Figura 2). Esta distorção dispara o rearranjo da

actina resultando numa extensão da membrana ao redor da partícula com uma espécie

de fecho de bloqueio, terminando com a formação de um fagossomo de forma e

tamanho ditado pela característica do material fagocitado.22

Este processo é amplo e

requer uma grande contribuição da membrana plasmática, envolvendo outras organelas

como endossomos, lisossomos e reticulo endoplasmático.23

Os materiais capturados

pela fagocitose, como envolvem grande volume de membrana, resultam em fagossomos

que ignorem os endossomos iniciais sendo diretamente fusionados com lisossomos para

acelerar o processo de degradação.24,25

Já o processo de pinocitose é dividido em endocitose dependente de clatrina, e

independente de clatrina como mediada por caveolina, flotina, ou outros mecanismos tal

como a macropinocitose.26

A fagocitose e a macropinocitose são processos de captura

de partículas grandes (> 1 µm). Todavia, os processos dependentes de clatrina e

caveolina são os principais processos para internalização celular de nanopartículas

menores (Figura 2).27

No processo de endocitose mediado por clatrina ocorre a

concentração de receptores trans membrana na membrana plasmática formado pelo

conjunto de proteínas citosólicas, sendo que a proteína clatrina desempenha papel

fundamental no processo.28,29

C.E.de Castro

24

O processo de endocitose mediado por clatrina geralmente é dominante na

internalização de nanopartículas submicrométricas (de até 300 nm).30,31

As fendas geradas pelos poços cobertos podem ter caráter exploratório, podendo

aparecer randomicamente na superfície da membrana entrando em colapso a menos que

um evento molecular acometa o poço revestido gerando o brotamento vesicular.32

No

entanto, se houver alguma interação molecular na superfície externa da membrana,

proteínas adaptadoras recrutam no citosol as proteínas clatrina e coordenam a nucleação

da mesma do lado citosólico da membrana onde irá ocorrer a internalização. Este evento

aciona a montagem das unidades de clatrina que formam uma teia de cobertura

poligonal esférica ancorada na membrana no local indicado pelas proteínas adaptadoras,

sendo que em última análise dirige a deformação da membrana no sitio a ela ancorada,

culminando com a formação de um broto endocítico, coberto de clatrina, onde a carga

está em seu interior.

FIGURA 2. Representação esquemática das principais vias de internalização celular de

sólidos e fluidos.

A invaginação da membrana durante a formação da vesícula coberta de clatrina

se dá pela interação de proteínas modeladoras de membrana com a própria membrana.

O trabalho em conjunto dessas proteínas começa a reconhecer os locais para os

diferentes tipos de carga selecionando os pontos, enquanto a rede de clatrina estabiliza a

deformação dos sítios onde está ancorada na membrana, resultando por fim na formação

de um estreitamento da mesma, que é cortada pela intervenção de proteínas especificas

o que leva ao destacamento da membrana e liberação da vesícula coberta no citosol.33,34

Ao passo que o fluído extracelular é aprisionado nos poços de clatrina ou nas

fossas de caveolina, conforme elas vão se invaginando para formar as vesículas

revestidas, qualquer substância dissolvida no fluído extracelular é internalizada por um

C.E.de Castro

25

processo conhecido como endocitose de fase fluida.35

No processo de endocitose

mediado por caveolina, que é a mais importante via endocítica independente de clatrina,

ocorrem invaginações na membrana plasmática que intermediam a absorção de

agregados extracelulares através de ligação específica a receptores.36,37,38

Este

mecanismo é eficiente no processo de internalização celular de nanopartículas com

tamanho ligeiramente menor (50-80 nm) quando comparado ao processo intermediado

por clatrina,39,40

como demonstrado na Figura 2. As caveolinas são proteínas ancoradas

na membrana celular do lado citosólico por sequências hidrofóbicas, sendo que a

caveolina-1 e sua análoga de tecido muscular caveolina-3, são responsáveis por formar

os caveolos na membrana regulando a tensão da mesma.41, 42

Na endocitose mediada por

caveolina, o tráfego de vesículas resulta na fusão vesicular com um compartimento

chamado de caveossomo, organela rica em caveolina-1, e em contraste com os outros

tipos de compartimento endocítico, possui um lúmem de pH neutro. Neste local o

material é selecionado para um endossomo inicial ou para a rede trans do Complexo de

Golgi, e devido a esta peculiaridade está associado à transcitose, onde foi verificado que

diversos componentes plasmáticos e microrganismos usam esta rota para atravessar os

tecidos endoteliais polarizados.43,44

Há outras vias de endocitose independente de clatrina e caveolina, como a

mediada por flotina, que se trata de uma proteína localizada nas frações detergentes

flutuantes da membrana lipídica, são palmitoladas estruturalmente na forma de ganchos

quando ligados a membrana. Essa formação é muito similar a caveolina-1, sugerindo

papel análogo na triagem lipídica, induzindo o agrupamento da membrana e

subsequente internalização, que ocorre como para as anteriores, pelo estreitamento do

gargalo formado no broto endocítico para que ocorra o destacamento vesicular, que é

devido a uma proteína comum da família das GTPases, a dinamina. Reguladora dos

mecanismos de entrada, a dinamina representada pelas esferas verdes no istmo dos

brotos endocíticos na Figura 2 se agrega numa formação helicoidal ao redor do estreito

gargalo fosfolipídico formado pela invaginação da membrana, e corta irreversivelmente

separando a vesícula da membrana plasmática.40

Embora a grande maioria de vias

endocíticas façam uso da dinamina, existem outras que não precisam de seu auxilio e

que também demonstram um sistema de endocitose que captura materiais com tamanho

superior a 200 nm e menores de 2 µm, como a macropinocitose, um processo regulado

pela actina. Entretanto, ao contrário da fagocitose, a macropinocitose não está

relacionada à opsonização proteica, mas com ondulações da membrana onde podem

C.E.de Castro

26

ocorrer protrusões na superfície celular que englobam o material pela ação da

polimerização da actina iniciada por proteínas Rho, também pertencente à família das

GTPases, estimuladas por fatores intrínsecos, como de crescimento.40

Uma vez

capturadas, e atravessando a membrana, há a formação de macropinosomos.45

3.3. INTERAÇÃO NANOPARTÍCULA-MEMBRANA CELULAR

O fenômeno de interação nanopartícula-membrana, primeira etapa da captura

celular, envolve uma série de forças e fenômenos interfaciais. A aderência de partículas

e a imersão nos sítios de adesão requerem interações ligante específicas e/ou não

específicas que contrabalancem as forças de resistência que impedem a absorção de

partículas conforme esquematicamente representado na Figura 3.46,47

O tempo de captura celular (wrapping time) expressa quantitativamente a soma das

forças promotoras como a interação específica receptor-ligante, liberação de energia

livre no local de contato, energia dependente da membrana e dos componentes do

citoesqueleto e forças de motilidade como, por exemplo, as relacionadas à formação da

rede de clatrina (Figura3). O tempo de captura celular também depende de uma série de

parâmetros incluindo tamanho, forma e carga superficial da partícula bem como da

elasticidade da membrana. Para que a captura celular aconteça, interações específicas

(ligante-receptor) ou não específicas (forças hidrofóbicas, eletrostáticas)48

devem

diminuir a energia livre no sítio de adsorção sobrepondo-se às forças restritivas,49

que

incluem a exclusão hidrofóbica de superfície polar pela superfície da membrana e

flutuações térmicas da membrana celular.

Sendo assim, o processo de internalização celular de NPs se mostra bastante eficaz

quando a força de ligação NP-membrana celular é intensa, tal como no caso de ligações

ligante-receptor50

, uma vez que, para realizar a captura mediada por ligante, os

receptores de membrana devem se difundir para o sítio de adesão para formar um

número crítico de interações.

C.E.de Castro

27

FIGURA 3. Processo de captura de nanopartículas na superfície da membrana celular.

As elipses em azul representam clatrina e as esferas vermelhas representam NPs

funcionalizadas (pontos amarelos) que se ligam aos receptores de membrana em forma

de Y. (Figura adaptada Ref. 46).

A difusão de receptores também constitui uma força resistiva, com uma constante

razão ótima para que ocorra a captura.47

Um número limitado de receptores e um

decréscimo no fator de elasticidade de ligação da interação ligante-receptor poderá

também coibir o envolvimento da partícula. Por fim, essas interações cooperativas

devem gerar energia termodinâmica suficiente para vencer o recolhimento elástico da

membrana, outra força resistiva (Figura 3).46

Por outro lado, forças atrativas não específicas podem promover o contato e captura

celular. Estas forças dependem essencialmente da natureza superficial da entidade

nanométrica (carga superficial, hidrofobicidade e rugosidade)49

estando destacadas na

Figura 4.

FIGURA 4. Representação da captura celular e as forças interfaciais envolvidas. As

características intrínsecas das NPs que promovem a ligação com a superfície

(rugosidade, hidrofobicidade, carga catiônica) geralmente levam a forças de ligação não

específicas que promovem a adsorção celular.

C.E.de Castro

28

TK

kAR

B

2min

3.4. PARÂMETROS QUE INFLUENCIAM A INTERNALIZAÇÃO

CELULAR DE NANOPARTÍCULAS

3.4.1. TAMANHO

Como anteriormente citado, o tamanho sem dúvida exerce um efeito substancial

no processo de internalização celular de nanopartículas. Inclusive o mecanismo de

internalização é dependente do tamanho da entidade. O processo de macropinocitose

está associado à captura de partículas de até 2 m ao passo que a fagocitose está

associada a captura de partículas ainda maiores, de até 10 m. Por outro lado,

nanopartículas submicrométricas são internalizadas por mecanismo mediado por

clatrina (10-300 nm) ou caveolina (50-80 nm).

No ponto de vista do processo em si, a interação da superfície curvada das NPs e

a membrana celular deve produzir a deformação necessária para que as NPs possam ser

engolfadas em um processo que depende das forças de adesão e da rigidez da membrana

(Figura 4), e que no final determinam o raio mínimo necessário para que NPs possam

ser efetivamente envolvidas e internalizadas.51

O Raio mínimo depende da área

superficial das NPs, e de processos termodinâmicos, onde as flutuações da membrana

podem facilitar a captura dos nanovetores. O valor é influenciado por fatores que

incluem a força de interação NP-membrana e pode ser estimado utilizando-se a Equação

1:

(1)

onde k é o módulo de flexão da membrana, A é a sua área superficial, é a energia de

ligação, KB é a constante de Boltzmann e T é a temperatura.52

Modelos computacionais e estudos experimentais convergem para a faixa de raio

20-30 nm como tamanho mínimo para captura celular efetiva de NPs.53,54,55

. Este raio

crítico é afetado por diversos fatores. Por exemplo, quanto maior a energia de ligação

entre as superfícies da membrana e das NPs, menor é o raio mínimo. O tamanho, bem

C.E.de Castro

29

como o número máximo de partículas capturadas depende da densidade de ligantes

expressos sobre a superfície das NPs, que interagindo com os receptores contribuem

para um efeito cinético positivo na captura celular (Figura 3). Interações atrativas levam

a formação de agrupamentos reduzindo efetivamente o limiar de energia livre para o

acoplamento, mudando, portanto o corte de raio inferior.56

Da mesma maneira,

interações não específicas tais como forças de van der Waals, estéricas e esletrostáticas

são tão importantes quanto à contribuição das específicas receptor-ligante. Quando estas

forças são de caráter repulsivo, há um aumento do raio mínimo dificultando assim o

processo de endocitose.477

3.4.2. FORMA

Quando se considera a interação com a superfície celular, o efeito da forma pode

ser tão importante quanto o efeito do tamanho. Foi observado, por exemplo, que

nanopartículas de ouro cilíndricas são internalizadas pela linhagem tumoral de células

HeLa de maneira menos eficiente quando comparadas à nanopartículas esféricas.57,58,59

.

O efeito foi explicado pelo maior tempo de captura necessário para nanopartículas

alongadas. À medida que foi aumentada a razão de aspecto, o processo se tornou ainda

menos eficiente.60

Entretanto, os autores também chegaram à conclusão que a natureza

química da superfície domina o fenômeno de captura celular, sendo que a forma tem um

papel secundário.

3.4.3. NATUREZA QUÍMICA DA SUPERFÍCIE

A natureza química e a carga superficial de NPs sem dúvida são os fatores mais

importantes nos processos de interação NP-membrana celular.61

Geralmente,

nanopartículas neutras ou aniônicas são internalizadas de uma maneira

consideravelmente menos eficiente quando comparadas a nanopartículas catiônicas.62,63

Entretanto, estas últimas podem apresentar severos efeitos citotóxicos dependendo da

densidade de carga positiva presente na superfície.64,65

Por outro lado, nanopartículas

aniônicas parecem ser menos citotóxicas, mas devido a forte interação com proteína do

fluxo sanguíneo, são geralmente menos estáveis tendendo a agregação. Atualmente,

existe um esforço mútuo para se vencer um dos grandes desafios desta temática que é a

produção de nanopartículas resistentes à adsorção de proteínas. Sabe-se que a adsorção

C.E.de Castro

30

de proteínas fatalmente leva a captura das entidades pelo sistema fagocitário

mononuclear, as quais são então excretadas rapidamente do fluxo sanguíneo. Este

fenômeno restringe a eficácia terapêutica de sistemas nanoestruturados. A produção de

NPs estabilizadas por cadeias poliméricas de elevado grau de hidratação parece ser uma

estratégia promissora, uma vez que a presença de uma camada de solvatação promove

redução de volume consideravelmente grande repelindo a adsorção de

biomacromoléculas.66

Um dos polímeros mais utilizados neste sentido é o polioxietileno

(PEO). Por outro lado, sabe-se que a presença da camada estabilizante de PEO

minimiza a interação NP-membrana celular o que fatalmente influencia a eficiência de

internalização celular. Da mesma maneira que se quer evitar adsorção de proteínas e a

rápida captura dos nanocarreadores coloidais pelos sistemas de defesa, procuram-se

maneiras de se aumentar a eficiência de internalização celular de sistemas poliméricos

nanoestruturados. Recentemente nosso grupo de pesquisa evidenciou que o parâmetro

chave está, portanto em um balanço da massa molecular (comprimento) da camada

hidrofílica necessária para a estabilização de NPs para que ao mesmo tempo se evite (ou

minimize) adsorção proteica, aumentando assim o tempo de circulação in vivo, sem

contudo afetar consideravelmente a eficiência de internalização celular.67

Finalmente, do ponto de vista da natureza química, a hidrofobicidade também

desempenha fator importante no processo. Quanto mais hidrofóbica a nanopartícula,

mais rapidamente ocorre a internalização, o que vai de acordo com o modelo teórico da

molhabilidade.68,69

As interações NP-membrana celular geralmente promovem ligações

mais fortes entre as moléculas de água e a superfície do material em relação às ligações

formadas entre as próprias moléculas de água. As interações químicas conduzem à

formação da nanobiointerface, ou seja, superfície do material-superfície de membrana

celular.70

A tensão nesta interface sugere que partículas mais hidrofóbicas do que as

membranas biológicas são mais facilmente capturadas pelas células do que as partículas

de superfície menos hidrofóbicas.71

C.E.de Castro

31

4. METODOLOGIA

4.1. MATERAIS UTILIZADOS

A fabricação das nanopartículas poliméricas biodegradáveis teve como ponto de

partida diferentes copolímeros. Foram utilizados sistemas anfifílicos de copolímeros em

bloco contendo um bloco hidrofóbico (PLA, PCL) ligado quimicamente a um bloco

hidrofílico (PEO) além do copoliéster PLGA (não anfifílico). As características

moleculares das cadeias poliméricas utilizadas nas investigações estão detalhadas na

Tabela 1.

TABELA 1. Características moleculares dos copolímeros PEOm-b-PLAn, PEOm-b-

PCLn e PLGA (L:G 50:50). (subscritos fazem referência ao grau de polimerização de

cada bloco).

Polímero Mn (g.mol-1

)a Mw/Mn

b wPEO

c

PEO250-b-PLA153 22000 1.10 0.50

PEO113-b-PLA236 21600 1.20 0.21

PEO45-b-PLA174 14500 1.20 0.14

PEO113-b-PCL118 18500 1.25 0.27

PEO45-b-PCL118 15500 1.40 0.13

PLGA2191 60000 2.00 -

a massa molar numérica média;

b índice de polidispersão,

c fração mássica de PEO

Os copolímeros em bloco foram adquiridos da Polymer Source Inc. e o

copoliéster PLGA foi adquirido da Sigma Aldrich. As estruturas químicas dos

copolímeros estão mostradas na Figura 5.

Os fosfolipídios utilizados na preparação de membrana biomimética foram

adquiridos da Avanti Polar Lipids Inc. (DMPE - 1,2-dioleoil-sn-glicero-3-

phosphatidiletanolamine-N,N-dimetil) e Sigma Aldrich (DMPC - 1,2-dimiristoil-sn-

glicero-3-phosphatidilcolina). Todos os outros produtos e solventes orgânicos foram

adquiridos da Sigma Aldrich e utilizados como recebidos. A água utilizada passou por

processo de tratamento Milli-Q®.

C.E.de Castro

32

FIGURA 5. Estrutura química dos copolímeros em bloco PEOm-b-PCLn (A), PEOm-b-

PLAn (B) e do copoliéster não anfifílico PLGA (C).

4.2. PREPARAÇÃO DAS NANOPARTÍCULAS

Recentemente, o nosso grupo de pesquisa demonstrou que é possível controlar de

maneira precisa o tamanho de nanopartículas poliméricas produzidas através do processo de

nanoprecipitação. Neste caso, copolímeros são dissolvidos em um solvente orgânico

miscível em água sob agitação constante, sendo posteriormente injetados no seio da solução

aquosa permitindo que a fase orgânica se difunda resultando em gotículas de solvente

orgânico cada vez menores e finalmente levando á precipitação dos copolímeros na forma

de nanopartículas.72 Sendo assim, as nanopartículas (NPs) foram produzidas a partir de

soluções poliméricas em estoque preparadas em diferentes solventes (acetona, THF ou

misturas de acetona:THF). Os copolímeros pré-formados foram dissolvidos em solvente

orgânico juntamente com a sonda fluorescente cumarina-6. As nanopartículas foram

preparadas através da difusão da solução polimérica orgânica para dentro do antisolvente

(água Milli-Q®

) com o uso de seringa à taxa de fluxo de 2 mL.min-1

. A velocidade de

agitação da fase aquosa foi mantida fixa para todos os experimentos (350 rpm), sendo que a

natureza do solvente (misturas de acetona:THF) e a natureza do polímero foram as variáveis

de estudo. Soluções poliméricas na concentração final constante (1,0 mg.mL-1

) na razão

solvente: água 0,4 foram preparadas partindo-se de 5,0 mg dos polímeros supracitados.

Estes foram previamente solubilizados em 2,0 mL de solvente orgânico de escolha contendo

0,025 mg de cumarina-6. A solução orgânica foi posteriormente injetada no antisolvente

(5,0 mL). A eliminação do solvente orgânico se deu através do método de diálise a

temperatura ambiente.

(A) (B)

(C)

C.E.de Castro

33

2q

ΓD

2

4π θsen

λ

n=q

4.3. CARACTERIZAÇÃO DAS NANOPARTÍCULAS

4.3.1. ESPALHAMENTO DE LUZ

4.3.1.1. ESPALHAMENTO DE LUZ DINÂMICO (DLS)

As medidas de espalhamento de luz dinâmico (DLS) foram realizadas utilizando-se

o instrumento ALV/CGS-3 consistindo em um laser de HeNe polarizado (22mW)

operando em comprimento de onda = 633nm, um correlacionador digital ALV 7004 e

um par de detectores APD operando em modo pseudo-correlação cruzada. As amostras

foram acondicionadas em cubetas de vidro de 10 mm de diâmetro e mantidas a

temperatura constante de 25 ± 1°C. Funções de correlação temporal foram obtidas na

região angular 30o-150o e foram ajustadas utilizando-se o método de Cumulantes de acordo

com a Equação 2:73

(2)

Onde A é a amplitude da função de correlação e é a taxa média de decaimento, que

em um sistema suficientemente diluído está relacionada à difusão. O parâmetro 2 é

chamado de cumulante de segunda-ordem.

Através do valor de obtido da análise das funções de correlação temporal

pode-se determinar o coeficiente de difusão (D) da partícula por meio da relação com o

vetor de espalhamento (q).

(3)

O módulo do vetor de espalhamento é dado pela relação:

(4)

sendo n o índice de refração do solvente e é o ângulo de espalhamento.

Finalmente, a partir de um valor de D, é possível determinar o raio

hidrodinâmico (RH) do sistema espalhante através da relação de Stokes-Einstein:

....2

- ln)(ln 221 ttΓAtg

C.E.de Castro

34

dtAtg )/exp()(1)(2

D

TKR B

H6

4

2

224π

λN

dc

dnn

=KA

]3

[11

≈22qR

+MR

Kc G

(5)

onde KB é a constante de Boltzmann, T é a temperatura absoluta e é a viscosidade do

solvente.

Além disso, a análise de Cumulantes gera o parâmetro 2. Este parâmetro foi

utilizado para calcular a distribuição de tamanho das nanopartículas (2/ 2

) os quais são

a medida da largura das distribuições da taxa do decaimento monomodal.

Para confirmar a distribuição monomodal das nanopartículas, as funções de

correlação temporal também foram analisadas utilizando-se o algoritmo CONTIN

(incorporado ao programa ALV Correlator ) o qual utiliza a transformação inversa de

Laplace de acordo com a Equação 6:74

(6)

onde t é o tempo de decaimento da função de correlação e β é um parâmetro

instrumental. A função resultante é uma distribuição de tempos de relaxação geralmente

constituído de picos representando processos dinâmicos individuais.

4.3.1.2. ESPALHAMENTO DE LUZ ESTÁTICO (SLS)

As medidas de espalhamento de luz estático foram realizadas na mesma região

angular (de 30o até 150). A massa molecular (Mw(NPs)) e o raio de giração (RG) das

nanopartículas poliméricas produzidas foram obtidos utilizando a equação parcial de

Zimm:75

(7)

onde a concentração c é dada em mg.mL-1

e K é a constante ótica expressa como:

(8)

C.E.de Castro

35

f(ka)

UE

2

3

padrão

padrão

solventeamostra RI

IIR

Rθ (razão de Rayleigh) é a intensidade de luz espalhada normalizada utilizando-se

tolueno como solvente padrão.

(9)

O valor da razão de Rayleigh (Rpadrão) para o tolueno (padrão) é igual a 1,406 x

10-5

cm-1

a 298 K e = 633 nm. Na Equação 8, n é o índice de refração do solvente,

dn/dc é o incremento do índice de refração da amostra com relação à concentração e NA

é o número de Avogadro.

Sendo assim através do perfil linear do gráfico de Kc/Rvs. q2 (Equação 7)

determina-se o valor de RG da inclinação (coeficiente angular) e a interseção com o eixo

das ordenadas (coeficiente linear) resulta no valor absoluto igual ao recíproco de

Mw(NPs).

4.3.1.3. ESPALHAMENTO DE LUZ ELETROFORÉTICO (ELS)

As análises de ELS foram realizadas utilizando o equipamento Zetasizer Nano ZS

(Malvern Instruments). O potencial zeta () das nanopartículas foi determinado através

das medidas de mobilidade eletroforética (UE) e da conversão dos valores utilizando-se

a equação de Henry:

(10)

onde é a constante dielétrica do solvente e é a viscosidade. O parâmetro f(ka) é a

função de Henry calculada através da aproximação de Smoluchowski f (ka) = 1.5.

4.3.2. MICROSCOPIA DE FORÇA ATÔMICA

As imagens de microscopia de força atômica (AFM) foram obtidas no modo

tapping utilizando-se um microscópio Agilent 5500 AFM/SPM. Os cantilévers

utilizados eram de silício do tipo NCH microfabricados e possuíam uma constante de

mola nominal de 0,2 N/m e frequência de ressonância nominal de 13 kHz. A taxa de

C.E.de Castro

36

varredura utilizada sempre esteve abaixo de 2 Hz para se obter o escaneamento

adequado da morfologia superficial da amostra. As amostras foram preparadas

depositando-se uma gota de cada suspensão de nanopartículas (250 g.mL-1

) sobre

superfícies de mica seguida de secagem a vácuo por 2 horas. As imagens foram

posteriormente analisadas utilizando-se o software WSXM.

4.4. INTERAÇÃO NANOPARTÍCULA-MEMBRANA

4.4.1. PREPARAÇÃO DA MEMBRANA DE BICAMADA HIBRIDA

A membrana de bicamada hibrida (HBM) foi depositada sobre superfície de

ouro contendo grupos tiol conforme esquematizado na Figura 6.

FIGURA 6. Esquema de preparação de uma membrana de bicamada hibrida (HBM)

sobre superfície de ouro utilizando monocamada hidrofóbica de tiol (Figura adaptada).76

A preparação iniciou-se através do contato do prisma de superfície metálica de

ouro com uma solução de octadecanotiol (Figura 6). Foi posteriormente sintetizada uma

monocamada de caráter negativo a partir de lipossomos contendo DMPE, DMPC e CL .

A mistura destes fosfolipídios resulta na formação inicial de lipossomos com carga

superficial negativa devido à presença dos grupos fosfato da cardiolipina. A razão de

mistura utilizada foi de DMPE:DMPC:CL 39:44:17. Ao final da primeira etapa obtém-

se uma suspensão em clorofórmio (10.0 mg.mL-1

) que é posteriormente evaporada para

a formação do filme lipídico. Em seguida são acrescentados 1.0 mL de solução tampão

vesícula lipídica

monocamada de tiol

superfície de ouro

C.E.de Castro

37

Hepes 10 mM pH 7,5 contendo Ca2+

150 mM para facilitar a estabilização da membrana

em formação. A suspensão contendo o sistema vesicular é passada por um extrusor,

utilizando-se uma membrana porosa de 1 µm (Whatman) para a formação de pequenas

vesículas unilamelares. Após a calibração do sistema de ressonância plasmônica de

superfície (SPR) com sacarose, as vesículas foram injetadas com o auxílio de uma

bomba peristáltica de fluxo controlado (20 mL.min-1

), e quando em contato com a

monocamada de tiol, as vesículas se abriram, formando uma bicamada híbrida (Figura

6). Após a formação da camada lipídica foi injetada manualmente uma solução

contendo EDTA para remoção do cálcio utilizado na síntese das vesículas lipídicas.

Foram selecionados 20 pontos da superfície do prisma para serem avaliadas quanto à

presença da membrana fosfolipídica.

O fundamento da técnica de SPR se baseia nas propriedades óticas podendo ser

empregada para estudos de fenômenos de superfície, pelo monitoramento do aferimento

da mudança do índice de refração, devido a interação de uma camada orgânica a uma

superfície metálica por exemplo. O plasmom de superfície refere-se a uma superfície de

onda eletromagnética no limite de um metal e um meio externo o qual é sensível à

adsorção de moléculas à superfície metálica. O comprimento de onda máximo de

absorção no SPR muda o sentido dos comprimentos de onda maiores com o aumento de

índice de refração devido á permissividade do analito de ligação, e acontece também

quando ocorre a dessorção do analito. Os seus sensores são sensíveis às mudanças no

índice de refração e à permissividade próxima a superfície do sensor.77,78

4.4.2. VERIFICAÇÃO DA ADSORÇÃO DE NANOPARTÍCULAS

A adsorção de nanopartículas sobre a membrana de bicamada hibrida produzida

foi verifica utilizando-se a técnica SPR. A solução de Hepes 10 mM pH 7,5 foi utilizada

para formação da linha de base. Um sensor (SPRi Horiba, França) foi utilizado para

medir as mudanças no índice de refração () devido ao processo de adsorção ou

dessorção das nanopartículas. Após a formação da camada lipídica, as suspensões de

nanopartículas foram injetadas em fluxo e mediu-se a reflectância (em ângulo de

incidência específico) em função do tempo.

C.E.de Castro

38

4.5. INTERNALIZAÇÃO CELULAR DE NANOPARTÍCULAS

4.5.1. MICROSCOPIA DE FLUORESCÊNCIA CONFOCAL

A determinação semi-quantitativa da internalização celular das nanopartículas

produzidas foi realizado através de medidas de microscopia de fluorescência confocal.

O protocolo de preparação das amostras foi adaptado do descrito por L. Hou e

colaboradores.79

A linhagem de células de glioblastoma U251 foi utilizada nos

experimentos. Para a determinação da captura celular 2 x 104 células U251 foram

plaqueadas em placas de 24 poços com lamínulas de 13 mm de diâmetro 24 horas antes

da incubação com as NPs marcadas com a sonda fluorescente cumarina-6. As células

foram incubadas em meio DMEM com SFB 10%, pen/strep 1%, sendo que o cultivo se

deu a 37ºC e em atmosfera umidificada (5% de CO2). Posteriormente, o meio de cultura

foi trocado por tampão de transporte (Hank’s balanced salt solution, HBSS, pH 7,4) e

pré-incubado à 37ºC por 30 min.

Após este período, para obter uma concentração experimental de 200 µg.mL-1

, o

tampão de transporte foi removido e adicionou-se 100 µL das soluções contendo NPs

marcadas em cada um dos poços e 400 µL de meio DMEM. O tempo de incubação foi

mantido fixo em 2 horas. Na sequência, as células foram lavadas por 5 vezes com PBS

para eliminação das NPs não capturadas ou aderidas às células, que foram

posteriormente fixadas utilizando etanol 70% por 15 minutos. Finalmente, os núcleos

das células foram marcadas com uma gota de corante (20 µl de Hoechst 1:1000).

A determinação semi-quantitativa da captura celular de NPs se deu pela

observação das células no microscópio de fluorescência confocal Zeiss LSM 510-Meta

(Zeiss) levando em consideração as características de excitação e emissão da cumarina-

6 (Ex: 495 nm e Em: 520 nm). As imagens foram obtidas em uma magnitude de

63X, sendo tratadas pelo software Image J.

4.5.2. CITOMETRIA DE FLUXO

Com o objetivo de quantificar a eficiência de internalização celular dos

diferentes sistemas poliméricos nanoestruturados, foram realizadas medidas de

citometria de fluxo. O protocolo de preparação das amostras foi adaptado do descrito

por Yao e colaboradores80

e Łukasiewicz e colaboradores.81

C.E.de Castro

39

Primeiramente 4x104

células de glioblastoma U251 foram plaqueadas em placas

de 48 poços por 24 horas e incubadas em meio DMEM com SFB 10%, pen/strep 1% a

37ºC em atmosfera umidificada (5% CO2). A concentração experimental foi de 200 µg

mL-1

. As células foram incubadas com soluções contendo diferentes NPs por um

período de 2 horas, injetando-se em triplicata 100µL da solução de NPs marcadas com

cumarina-6 nos poços contendo as células. Também foi realizado um grupo controle em

triplicata das células sem contato com NPs. Após o período de incubação, as células

foram lavadas três vezes com PBS com a intenção de se remover NPs adsorvidas à

membrana e não capturadas. Depois, as amostras foram tripsinizadas e recolhidas em

200µL de PBS, seguido pela análise do perfil de internalização utilizando-se o citômetro

de fluxo BD FACS Canto II (BD Biosciences). Foi utilizado o filtro FITC, que atendeu

as especificações do fluoróforo cumarina-6 (Ex: 495nm e Em: 520nm). Para cada

análise foram monitorados 10.000 eventos. Os dados foram tratados utilizando-se o

programa Flowing 2.

4.5.3. ANÁLISES ESTATISTICAS

Os resultados de citometria de fluxo estão apresentados como média ± desvio

padrão, sendo que os dados experimentais foram tratados pelo método estatístico de

múltiplas comparações (ANOVA) de uma via seguido de pós-teste Bonferroni. Um

valor de p menor do que 0,05 (p < 0,05) foi considerado estatisticamente significante.

Para realização das análises foi utilizado-se o programa Graph Prism 6.0.

C.E.de Castro

40

5. RESULTADOS E DISCUSSÃO

5.1. CARACTERIZAÇÃO DAS NANOPARTÍCULAS

5.1.1. ESPALHAMENTO DE LUZ

A natureza do solvente e do polímero foram variáveis de estudo no intuito de se

produzir nanopartículas poliméricas biodegradáveis com distintos parâmetros

estruturais. Os dados de DLS foram utilizados para a determinação do raio

hidrodinâmico (RH) e da distribuição de tamanhos (2/2) dos sistemas poliméricos

nanoestruturados. Na Figura 7 estão mostradas as funções de correlação temporal

monitoradas em diferentes ângulos de espalhamento para nanopartículas de PLGA 1,0

mg.mL-1

contendo 0,5 % m/m de cumarina-6 produzidas a partir de THF (THF = 1,00)

(A) e o respectivo comportamento de vs. q2 para o mesmo sistema (B). Como pode ser

qualitativamente observado, o processo de nanoprecipitação resultou na produção de

NPs com uma única distribuição de tamanhos. O ajuste utilizando o método de

Cumulantes descreve as curvas experimentais de maneira adequada, o que novamente

sugere uma distribuição monomodal uniforme de tamanhos. O índice de polidispersão

(PDI - 2 /2) foi determinado como sendo igual a 0,14, sugerindo uma distribuição

razoavelmente uniforme de tamanhos. Isto também é confirmado pela distribuição de

tempo de relaxação obtida utilizando-se o método CONTIN (Figura 7A - representativa

para ACF monitorada a 90o). Adicionalmente, à medida que o ângulo de observação

aumenta, o decaimento da função de correlação se desloca para tempos menores. A

frequência de relaxação ( = 1/) obtida de cada ACF como função de q2 mostra um

comportamento linear o que é, portanto, representativo de um movimento difusivo. Este

comportamento foi observado para todo o grupo de nanopartículas produzidas. Conclui-

se desta maneira que o raio hidrodinâmico (RH) de todo o conjunto de NPs pode ser

calculado a partir do seu coeficiente de difusão determinado das inclinações de vs. q2

e posteriormente utilizando-se a equação de Stokes-Einstein, uma vez que a dinâmica

em suspensão é governada pelo movimento Browniano. As NPs de PLGA produzidas a

partir de THF foram as que apresentaram maior RH, possivelmente pela ausência de uma

camada de hidratação da coroa, o que aumenta as interações hidrofóbicas entre as

cadeias poliméricas. Os dados de SLS (Figura 7C) também mostram variação do perfil

linear de Kc/R vs. q2. A partir deste dado experimental foi determinado os valores de RG

C.E.de Castro

41

0 1 2 3 4 5 6 70.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

(B)

(

ms

-1)

q2 x 10

10 (cm

-2)

10-3

10-2

10-1

100

101

102

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

50o

70o

90o

110o

130oC

(q

,t)

lag time (ms)

(A)

0 100 200 300 400 500 600 7000

10

20

30

40

50

60

(C)

Kc /

Rx

10

-10 m

ol.g

-1

q2 (m

-2)

-120 -80 -40 0 40 80 120

0

3

6

9

(D)

I x 1

0-4

(a.u

)

(mV)

(coeficiente angular) e Mw(NPs) (coeficiente linear) utilizando-se a equação parcial de

Zimm (Equação 7). Finalmente, o potencial-médio das NPs foi determinado como

sendo igual a -36,7 mV o que muito provavelmente está relacionado à presença de

grupos carboxílicos na superfície das NPs. O tratamento matemático mostrado no início

desta seção, representativamente para NPs de PLGA produzidas a partir de THF, foi

realizado para todo o conjunto de nanopartículas produzidas e os dados são mostrados e

discutidos na sequencia.

FIGURA 7. Funções de correlação temporal (ACFs) monitoradas em diferentes ângulos

e a distribuição de tempos de relaxação determinada a partir da ACF monitorada a 90°

(A), vs. q2 (B), Kc/R vs. q

2 (C) e distribuição de potencial- (D) para NPs de PLGA

produzidas a partir de THF ( THF = 1,00).

Os parâmetros estruturais RG, RH, potencial-ζ, Mw(NPs), PDI e densidade de cada

tipo de nanopartícula produzida foram determinados a partir dos dados provenientes das

diferentes técnicas de espalhamento de luz (DLS, SLS e ELS). Estes parâmetros foram

determinados variando-se a fração volumétrica de THF (THF) desde 0,00 até 1,00,

C.E.de Castro

42

0.00 0.25 0.50 0.75 1.00

0.05

0.10

0.15

0.20(E)

P

DI

THF

0.00 0.25 0.50 0.75 1.0020

30

40

50

60

70

80

90

100

(B)

RH (

nm

)

THF

0.00 0.25 0.50 0.75 1.00-50

-40

-30

-20

-10

0

10(C)

(m

V)

THF

0.00 0.25 0.50 0.75 1.00

20

40

60

80

100

120

140

160

180 (A)

PLGA

PEO45

-b-PLA174

PEO113

-b-PLA236

PEO250

-b-PLA153

PEO45

-b-PCL118

PEO113

-b-PCL118

RG (

nm

)

THF

0.00 0.25 0.50 0.75 1.00

107

108

109 (D)

Mw

(NP

s) (

g.m

ol-1

)THF

0.00 0.25 0.50 0.75 1.000.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

(F)

d(

g.c

m-3)

THF

sendo o segundo solvente sempre acetona. A Figura 8 mostra os valores destes

parâmetros para todos os sistemas investigados como função da fração volumétrica de

THF (THF) de acordo com a legenda.

FIGURA 8. Influência de THF nos parâmetros estruturais (RG, RH, potencial-ζ, Mw(NPs),

PDI e densidade estimada) dos diferentes sistemas poliméricos nanoestruturados

produzidos conforme a legenda mostrada em (A).

C.E.de Castro

43

2

águasolvente ) - (

RT

Vágua

águasolvente

Recentemente, o nosso grupo de pesquisa demonstrou que é possível modificar a

dimensão de nanopartículas biodegradáveis utilizando-se misturas de solventes em

diferentes proporções na primeira etapa do processo de nanoprecipitação.72

No presente

trabalho utilizou-se acetona, THF, ou misturas destes dois solventes no processo de

produção de diferentes NPs. Os solventes THF e acetona são muito utilizados neste

aspecto uma vez que possuem alta capacidade de solubilização e são de fácil remoção

seja por diálise ou evaporação a temperatura ambiente. De fato, o processo de

nanoprecipitação produziu em todos os casos distribuições monomodais de partículas

independente do polímero e/ou mistura de solventes utilizados, conforme representado

na Figura 7A, que mostra a eficiência do processo obtido, uma vez que para as maiores

NPs produzidas, as de PLGA (RH ~ 90nm PDI ~ 0,14), o mesmo foi apresentado para as

menores, onde as amostras apresentaram DP ± 3 abaixo 0,0020 (não apresentados).

Conforme pode ser observado, no que se refere a dimensões (RH e RG) somente

as NPs de PLGA mostram um comportamento de variação monotônico, onde se observa

que à medida que a fração volumétrica de THF (THF) aumenta, NPs maiores são

produzidas. Este comportamento já tinha sido observado anteriormente, onde que NPs a

base de copoliester como o PLGA são sensíveis à mudança de solvente orgânico.72

A

explicação mais aceita para este fenômeno está relacionada com a velocidade de

homogeneização meio orgânico-meio aquoso, e este fator determina o tamanho final das

nanopartículas. A homogeneização da solução orgânica no meio aquoso deve ser a mais

rápida possível para evitar correntes de solvente no antisolvente (água). A rápida

mistura leva a uma elevada taxa de nucleação resultando na formação de nanopartículas

menores. Isto pode ser alcançado utilizando-se solventes orgânicos

termodinamicamente compatíveis com água. A alta afinidade solvente-água promove a

alta taxa de difusão do solvente para o seio da fase aquosa e a formação de

nanopartículas de tamanho reduzido. Este efeito foi observado em nossas investigações.

Quantitativamente, a compatibilidade solvente-água pode se expressar pelo parâmetro

de interação (solvente-água) baseado nos parâmetros de solubilidade de Hildebrand como:

(11)

O parâmetro solvente-água descreve a interação entre moléculas de água e as

moléculas do solvente orgânico. Além disso, Vágua é o volume molar da água (calculado

C.E.de Castro

44

3

)(

)( 4

3

HA

NPw

RN

Md

baseado na massa molar e na densidade), R é a constante dos gases, T é a temperatura

absoluta e água e solvente são os parâmetros de solubilidade da água e do solvente

orgânico (água = 47,9 Mpa1/2

; THF = 18,5 Mpa1/2

e acetona = 19,7 Mpa1/2

). Como THF é

menos compatível com água comparado à acetona, à medida que mais THF está

presente na solução orgânica inicial, observa-se uma tendência de aumento do tamanho

das NPs. Estes resultados sugerem que a maior afinidade solvente-água conduz à

formação de NPs menores e confirmam que a miscibilidades solvente-água é o fator de

maior importância no fenômeno de iniciação-difusão e assim na formação de NPs por

nanoprecipitação. O aumento de tamanho está relacionado ao aumento no número de

agregação das NPs de PLGA, o que é resultado da menor velocidade de

homogeneização solvente-água à medida que THF aumenta. Isto é confirmado

verificando os valores de massa molar (Mw(NPs)) das NPs de PLGA produzidas (Figura

8D), que aumenta respeitando a mesma tendência.

Todas as NPs de PLGA produzidas apresentaram valores negativos de

potencial-em torno de -40 mV (Figura 7D). Este comportamento provavelmente está

relacionado à falta da camada de hidratação de PEO e à exposição dos grupos

carboxílicos do PLGA que resultam em uma superfície substancialmente negativa

(Figura 8C). Por outro lado, o índice de polidispersão não parece ser afetado

sistematicamente pela natureza do solvente orgânico, sendo sempre inferior a 0,15

(Figura 8E).

Finalmente, a densidade das NPs de PLGA produzidas apresentaram valores

bem inferiores à densidade conhecida do polímero puro (dPLGA = 1,34 g.mL-1

). A

densidade das NPs foi determinada de acordo com a Equação 12:

(12)

a partir dos dados obtidos das medidas de SLS (Mw(NPs)) e de DLS (RH). Como podem

ser observados (Figura 8 F), os valores estão sempre abaixo de 0,75 g.mL-1

o que sugere

que as NPs de PLGA possuem um elevado grau de hidratação. Parece que há um

aumento da densidade para NPs produzidas a partir de soluções orgânicas enriquecidas

de THF.

As NPs produzidas a partir de PEOm-b-PLAn e PEOm-b-PCLn possuem

característica anfifílica, compreendendo um núcleo hidrofóbico estabilizado por uma

C.E.de Castro

45

coroa hidrofílica de PEO. No que se refere à dimensão das NPs, entretanto, não foi

observado uma tendência clara de aumento de tamanho para as nanopartículas

produzidas a partir dos copolímeros em bloco como função da fração volumétrica de

THF (THF). Um comportamento linear era inicialmente esperado, ou uma variação

monotônica, tendo como base os dados determinados para PLGA. Para PEO45-b-PLA174

observa-se uma tendência linear de aumento tanto de RG quanto RH, mas somente para

elevadas frações volumétricas de THF ( THF 0,75 e 1,00) (Figuras 8A e 8B).

Os dados experimentais mostram, entretanto, que as NPs anfifílicas produzidas

contendo uma coroa estabilizante de PEO mais curta (PEO45) são maiores em toda a

região de mistura de solventes, RH em torno de ~ 50 nm, exceto em acetona pura (THF =

0,00). As maiores NPs produzidas foram portando as baseadas em PLGA, PEO45-b-

PLA174 e PEO45-b-PCL118, sendo que na maioria dos casos a tendência observada foi

PLGA > PEO45-b-PLA174 > PEO45-b-PCL118 para uma mesma THF. Por outro lado, o

sistema produzido a partir do copolímero com o bloco hidrofílico mais longo (PEO250-

b-PLA153) gerou as menores nanopartículas da série em investigação (considerando-se o

tamanho hidrodinâmico - RH ~ 30 nm). As nanopartículas produzidas a partir de PEO113-

b-PLA236 e PEO113-b-PCL118 possuem dimensão um pouco superior às NPs das

produzidas a partir de PEO250-b-PLA153, RH ~ 40nm. Entretanto, de maneira geral, todas

elas possuem dimensão em torno de 30-40 nm, não sendo possível fazer uma

descriminação clara de qualquer tendência para estes dois últimos sistemas. Estes

resultados sugerem que a presença da camada de hidratação de PEO compete com as

forças hidrofóbicas reduzindo o número de agregação dos sistemas nanoestruturados.

Quanto mais longa a cadeia de PEO menor é o número de agregação das NPs.

Conforme pode ser observado na Figura 8D, os menores valores de Mw(NPs) foram

obtidos para PEO250-b-PLA153.

Levando-se em consideração o índice de polidispersão, ao passo que menores

partículas são formadas, observou-se um aumento do parâmetro. Entretanto, mesmo

para PEO250-b-PLA153, somente para THF = 0,00 o valor ultrapassou 0,15 (µ2/Γ

2 =0,17).

Por outro lado o potencial- das NPs produzidas é substancialmente afetado pelo

tamanho da coroa estabilizante de PEO. Ao passo que os maiores valores de potencial-

foram determinados para PLGA, os menores estão relacionados às NPs de PEO250-b-

PLA153. Os valores para estas NPs foram determinados sempre muito próximos a 0,0

mV independente do parâmetro THF. Uma vez que PEO é um polímero aniônico, a

C.E.de Castro

46

estabilização promovida não é de natureza eletrostática. O elevado grau de hidratação

confere estabilização estérica às NPs produzidas. Para as NPs produzidas a partir dos

copolímeros PEO113-b-PLA236, PEO113-b-PCL118, PEO45-b-PLA174 e PEO45-b-PCL118,

não há uma distinção clara entre os valores de potencial-sendo que os valores

negativos se encontram na região entre -17 mV e -27 mV (entre a região reportada para

PLGA e PEO250-b-PLA153).

A densidade das NPs também é um parâmetro que influencia o comportamento

dos sistemas produzidos. Para todos os sistemas produzidos a partir de copolímeros em

bloco, as densidades determinadas foram novamente muito inferiores das densidades

dos polímeros utilizados na sua produção (dPLA = 1,24 g.mL-1

; dPCL = 1,14 ;dPEO = 1,20

g.mL-1

). Adicionalmente, é interessante notar as menores densidades foram monitoradas

para NPs produzidas a partir de PEO250-b-PLA153, o que sugere que estas NPs estão

substancialmente hidratadas, ou seja, muito provavelmente, a camada de PEO promove

a formação de uma espessa camada de solvatação ao redor das NPs.

5.1.2. MICROSCOPIA DE FORÇA ATÔMICA

As análises realizadas utilizando-se técnicas de espalhamento de luz foram

complementados com análises de imagem (AFM). O principal objetivo foi confirmar a

morfologia dos sistemas poliméricos nanoestruturados produzidos. A Figura 9 mostra as

imagens de AFM juntamente com os respectivos histogramas de distribuição de raio

geométrico para NPs de PLGA (A) e PEO113-b-PLA236 sintetizadas a partir de THF =

1,00.

As amostras foram preparadas a partir da secagem das soluções utilizadas nas

medidas de espalhamento de luz sobre superfície de mica. É possível observar para as

amostras representativas mostradas que o tamanho das NPs produzidas é bastante

uniforme. Mais ainda, o tamanho médio dos histogramas mostrados para ambas as NPs

é compatível com a dimensão monitorada via DLS (RH). Para NPs de PLGA, o valor

determinada por AFM é um pouco menor, onde 2R(AFM) = 74 nm e 2RH(DLS) = 93

nm. A diferença é explicada pela desidratação das NPs durante a preparação das

amostras para posterior análise, uma vez que há a evaporação do solvente durante a

secagem. Diferenças são também esperadas uma vez que o raio hidrodinâmico

monitorado por DLS leva em conta uma camada de solvatação do objeto em difusão, e

não se trata simplesmente do raio geométrico das NPs. Por este motivo, geralmente o

C.E.de Castro

47

tamanho monitorada por AFM é menor que o tamanho monitorado por DLS da mesma

amostra. Entretanto, a principal informação retirada desta análise diz respeito à

morfologia dos sistemas nanoestruturados produzidos. Fica claro pelas imagens que

trata-se da produção de objetos esféricos. De fato este resultado foi previamente

sugerido pela combinação dos dados de SLS e DLS e da determinação do fator forma

dado pela razão entre RG e RH ( = RG/RH). As dimensões estática (RG) e dinâmica (RH)

dependem da arquitetura macromolecular e a combinação das duas resulta em uma

informação qualitativa da forma do objeto espalhante. Para esferas rígidas o valor

teórico é igual a 0,775, para novelos poliméricos aleatórios o valor é de 1,73 enquanto

que para bastões o valor geralmente é maior do que 2. Além disso, para objetos

esféricos este valor depende do seu grau de hidratação e compactação, sendo que para

micelas poliméricas o valor gira em torno de 0,8-0,9 devido a fenômenos de solvatação

e para vesículas o valor fica em torno de 1,0. No presente trabalho, os valores estiveram

para a grande maioria das NPs produzidas na região entre 0,8-1,2 (dados não mostrados)

sugerindo a formação de objetos esféricos de diferentes graus de hidratação, sendo que

quando mais distante do valor de 0,775 (valor teórico para esferas rígidas) mais

hidratada deve estar a NP esférica.

Finalmente, salientamos ainda que durante a preparação das amostras, as NPs formadas

a partir de copolímeros em bloco aparentemente sofreram mais efeito de deformação

durante o processo de secagem. Este efeito pode ser notado comparando-se as imagens

obtidas para NPs de PLGA e PEO113-b-PLA236. As nanopartículas possuem morfologia

esférica, entretanto, possivelmente devido ao processo de preparação da amostra e o

elevado grau de desidratação das NPs formadas a partir de copolímeros em bloco, as

imagens obtidas para NPs de PLGA possuem uma qualidade visual superior.

C.E.de Castro

48

FIGURA 9. Imagens obtidas por AFM para NPs de PLGA e PEO113-b-PLA236

produzidas a partir de THF juntamente com os respectivos histogramas de distribuição

de tamanho.

5.2. ADSORÇÃO DE NANOPARTÍCULAS EM MEMBRANA

BIOMIMÉTICA

Análises de adsorção em membrana biomimética foram realizadas com o intuito

de se entender o processo de interação de NPs sobre a membrana biológica. Utilizou-se

para este fim a técnica de SPR. Inicialmente foram produzidos lipossomos que

mimetizam uma membrana lipídica, os quais foram depositados sobre superfície de

ouro. Os lipossomos foram produzidos pela mistura de DMPE, DMPC e CL. A medida

raio (nm)

raio (nm)

(A)

(B)

mer

o d

e P

artí

cula

s N

úm

ero d

e P

artí

cula

s

C.E.de Castro

49

)( 1ln

2

37.0

SA-nnm

R=d

de potencial-dos lipossomos produzidos mostrou que estes apresentam carga

superficial negativa (- 8,5 mV). Através da técnica de SPR é possível verificar

mudanças de índice de refração () devido a processos de adsorção ou dessorção de

moléculas e agregados sobre a membrana lipídica produzida.82

Durante a formação da

membrana de bicamada híbrida (HBM), o processo de injeção da suspensão contendo

DMPE+DMPC+CL é seguida por um aumento gradual da reflectância que é máxima

após 2 minutos da injeção (Figura 10). O fluxo não foi parado. A formação da

monocamada fosfolipídica após a ruptura sobre a monocamada de tiol é confirmada

pelo aumento da linha de base de reflectância (de 50 para 56 %). Logo após a formação

da nova linha base, que ocorreu 60 minutos após o início do fluxo de água milli-Q,

aguardou-se 30 minutos para a estabilização. O fluxo foi posteriormente modificado

para solução tampão Hepes 10 mM pH 7,5 como “fase móvel” do sistema. Ao se iniciar

o fluxo com a solução tampão, se observa um ligeiro aumento da reflectância visto que

o índice de refração da solução tampão é maior do que da água milli-Q®. Em seguida foi

injetada manualmente uma solução contendo EDTA para remoção do cálcio utilizado na

síntese das vesículas lipídicas.

A diferença entre as linhas de base está relacionada à espessura da monocamada

lipídica formada, que pode ser calculada segundo a equação 13 (adaptada da Ref.76):

(13)

onde d é a espessura da monocamada a ser investigada, λ é o comprimento de onda (635

nm), ΔR é a diferença entre o índice de refração de antes e de depois da injeção das

vesículas, m é o coeficiente angular da curva de calibração da sacarose, nA é o índice de

refração conhecido do adsorvente (fosfolipídios) e nS é o índice de refração da solução

tampão (também conhecido). Logo após a injeção da solução contendo EDTA nota se a

estabilização da bicamada sendo possível se determinar a sua espessura. O valor obtido

foi de 2,0 nm. Levando em consideração que a monocamada de tiol tem

aproximadamente 2,0-2,5 nm, somando-se a espessura obtida da monocamada lipídica

(2,0 mm) chega-se aproximadamente a dimensão de uma membrana celular eucariota

(4-5 nm). A cobertura obtida pela ruptura das vesículas foi de 102% para o ponto de

melhor cobertura e de 80% para o de menor cobertura dentre os 20 avaliados.

C.E.de Castro

50

FIGURA 10. Variação da reflectância em função do tempo durante a formação da

bicamada hibrida em fluxo de água milli-Q® e posterior solução tampão Hepes 10mM

pH 7,5 conforme indicado.

Posteriormente procederam-se os ensaios de interação entre os diferentes tipos

de NPs e a membrana lipídica produzida. Para estes ensaios foram selecionadas 08

diferentes NPs produzidas da série inicial de 30. As NPs foram selecionadas de acordo

com caracterização inicial realizada e com o objetivo de se utilizar NPs com as

características estruturais mais distintas possíveis. A série utilizada está detalhada na

Tabela 2.

TABELA 2. Nanopartículas selecionadas para as medidas de SPR.

Nanopartícula Indicação THF RH (nm) potencial- (mV)

PLGA2191 1 0,00 64,8 -36,7

PEO45-b-PCL118

2 0,50 57,8 -24,3

PEO45-b-PCL118

3 0,00 34,0 -20,7

PEO113-b-PCL118

4 0,00 35,2 -26,3

PEO45-b-PLA174

5 0,50 57,5 -17,5

PEO113-b-PLA236

6 0,50 32,9 -24,8

PEO113-b-PLA236

7 0,00 37,9 -21,7

PEO250-b-PLA153

8 0,50 29,6 -3,7

C.E.de Castro

51

375 400 425 450 475

56

64

72

NaOH

8

2

(B)

4

refle

ctâ

ncia

(%)

tempo (mim)

NaOH

6

150 175 200 325 350

56

64

72

NaOHNaOH

5

3

(A)

1

7

refle

ctâ

ncia

(%)

tempo (mim)

agua

Milli-Q

Os dados qualitativos de SPR estão mostrados na Figura 11. O resultado

interessante desta seção de experimentos, é que somente as nanopartículas poliméricas

contendo núcleo hidrofóbico de PLA adsorveram à superfície da membrana mimética,

como pode ser observado pelo deslocamento da linha de base depois das injeções de 5,

6, 7 e 8 (identificadas em vermelho), e esta adsorção só pode ser removida pela adição

de NaOH 1M. Este resultado sugere que o potencial- parece não ter substancial

influência no processo de adsorção uma vez que exceto para PEO250-b-PLA153, todas as

outras NPs produzidas a partir de sistemas anfifílicos possuem potencial de superfície

similar. Entretanto, o processo de interação parecer ser dominantemente dependente a

natureza do núcleo hidrofóbico. Os resultados também mostram que apesar do

potencial- substancialmente negativo de PEO45-b-PLA174 e PEO113-b-PLA236 (na faixa

de -20 mV) o efeito de repulsão eletrostática NP-membrana mimética parece ter efeito

mínimo no processo de adsorção. Já para o caso de PLGA, que por sua vez possui

potencial- consideravelmente mais negativo (-36,7 mV), a repulsão eletrostática pode

ser uma possível justificativa para a ausência de interação com a membrana mimética.

FIGURA 11. Variação da reflectância em função do tempo durante a injeção de

diferentes nanopartículas poliméricas de acordo com a Tabela 2.

O tempo de adsorção é um parâmetro quantitativo proveniente da medida de

SPR que dá ideia da força de interação NP-membrana mimética. Este parâmetro é

calculado como sendo a diferença de tempo desde a injeção de uma determinada NP,

onde ela interage com a membrana biomimética, adsorvendo a ela, mudando a

reflectância no sensor de SPR (Figura 11), porém como a solução de HEPES é em fluxo

contínuo, essa interação é desfeita e a NP é liberada, num processo de dessorção da

C.E.de Castro

52

membrana até o retorno a um patamar de reflectância constante como estava antes da

interação entre as superfícies. Os dados estão apresentados na Tabela 3.

TABELA 3. Tempo de adsorção de diferentes NPs sobre a superfície da membrana de

bicamada hibrida.

Fica evidente pelos dados da Tabela 3 que o núcleo hidrofóbico desempenha

papel fundamental nos processos de adsorção e dessorção à membrana uma vez que são

observados, para todas as NPs formadas por um núcleo PCL, tempos de adsorção

reduzidos (em torno de 3 minutos) em comparação as NPs formadas por um núcleo de

PLA.

5.3. INVESTIGAÇÕES DA CAPTURA CELULAR DOS

NANOCARREADORES POLIMÉRICOS

5.3.1. MICROSCOPIA DE FLUORESCÊNCIA CONFOCAL

Subsequente à detalhada caracterização estrutural das NPs produzidas e dos

ensaios de interação com membrana biomimética, foi avaliado o perfil e eficiência de

internalização celular das NPs produzidas. Novamente, a ideia foi utilizar NPs onde se

pudesse relacionar o perfil de internalização celular com o detalhamento estrutural e

seus aspectos físico-químicos.

A incubação de NPs contendo a mesma quantidade da sonda fluorescente

cumarina-6 em uma mesma quantidade de células do tipo glioblastoma U251 mostram

Nanopartícula Indicação THF tempo de adsorção (min)

PLGA 1 0,00 3,0

PEO45-b-PCL118

2 0,50 3,5

PEO45-b-PCL118

3 0,00 2,9

PEO113-b-PCL118

4 0,00 3,7

PEO45-b-PLA174

5 0,50 5,3

PEO113-b-PLA236

6 0,50 6,7

PEO113-b-PLA236

7 0,00 6,3

PEO250-b-PLA153

8 0,50 4,4

C.E.de Castro

53

PLGA THF = 0.00

A

PLGA THF = 1.00

B

Cumarina-6

Hoechst Sobreposição

PLGA THF = 1.00 PLGA THF = 1.00

PLGA THF = 0.00 PLGA THF = 0.00

um perfil de internalização dependente principalmente da natureza química das NPs em

questão. Os dados experimentais são mostrados nas Figuras 12 (PLGA) e 13 (sistemas

anfifílicos).

FIGURA 12. Imagens de microscopia de fluorescência confocal para células de

glioblastoma U251 incubadas com nanopartículas de PLGA preparadas a partir de (A)

acetona (THF =0,00) e (B) THF (THF = 1,00) e contendo a mesma quantidade da sonda

hidrofóbica fluorescente cumarina-6, que pode ter a fluorescência verde evidenciada na

coluna 1. A coluna 2 mostra o canal DAPI e se refere a fluorescência azul do meio de

montagem Hoechst marcando o núcleo celular. Na coluna 3 se evidencia a sobreposição

das colunas 1 e 2. O tempo de incubação foi de 2 horas e as imagens são mostradas em

aumento de 63X.

Do ponto de vista de dimensão das NPs, mantendo-se todos os outros parâmetros

similares, a melhor comparação a ser realizada se trata das NPs de PLGA produzidas a

partir de THF = 0,00 e THF = 1,00 (figura 12 A e B, respectivamente). Neste caso, há

um aumento da dimensão RH de aproximadamente 50% desde ~ 60 nm para ~ 90 nm

(Figura 8B). As imagens de microscopia de fluorescência confocal mostradas na Figura

12 sugerem, ainda que de maneira semi-quantitativa, que a intensidade de fluorescência

C.E.de Castro

54

emitida pelo conjunto de células parece ser similar, o que indica que nesta região de

dimensões nanométricas, o tamanho dos sistemas poliméricos nanoestruturados parece

não ter uma substancial influência no processo de internalização celular.

Por outro lado, o comprimento da cadeia estabilizante hidrofílica juntamente

com a natureza química do núcleo hidrofóbico parecem ser fatores de fundamental

importância neste processo. Isto pode ser compreendido comparando-se os dados

experimentais de microscopia de fluorescência confocal dos sistemas anfifílicos (Figura

13). Comparando-se a série PEOm-b-PLAn fica evidente que a intensidade de

fluorescência aumenta na ordem PEO250-b-PLA153 < PEO113-b-PLA236 < PEO45-b-

PLA174. De maneira similar, para a série PEOm-b-PCLn a intensidade de fluorescência

aumenta na ordem PEO113-b-PCL118 < PEO45-b-PCL118.

Outro fator importante no processo a internalização celular parece ser a natureza

do núcleo hidrofóbico, o que fica claro quando se compara as NPs produzidas a partir de

PEO113-b-PLA236 e PEO113-b-PCL118 ou as NPs produzidas a partir de PEO45-b-PCL118 e

PEO45-b-PLA174 (Figura 13). As NPs contendo o núcleo hidrofóbico de PCL parecem

ser internalizadas de maneira mais eficiente quando comparadas às NPs contendo

núcleo de PLA com coroa hidrofílica (PEO) de mesma massa molecular.

Curiosamente, ainda que as NPs de PLGA, que não possuem a coroa de PEO,

sejam internalizadas de maneira similar se comparadas, por exemplo, as NPs de PEO45-

b-PCL118 (Figura 13 E), o seu perfil de adesão e captura parece ser maior quando

comparado aos outros nano vetores. Isto provavelmente está associado à maior interação

com os componentes da membrana celular, promovido por forças hidrofóbicas, mesmo

elas possuindo uma elevada densidade de carga negativa na sua superfície ( ~ -40 mV)

o que vai contra o avaliado nos estudos de SPR, que demonstraram a baixa interação

com a membrana biomimética devido à repulsão eletrostática entre a superfície das NPs

e da membrana fosfolipídica. Isto mostra que a interação entre as superfícies se dá pelo

conjunto de forças envolvidas.

C.E.de Castro

55

Sobreposição Hoechst

Cumarina-6

A

B

C

D

E

PEO250-b-PLA153 PEO250-b-PLA153 PEO250-b-PLA153

PEO113-b-PLA236

PEO113-b-PLA236

PEO113-b-PLA236

PEO45-b-PLA174

PEO45-b-PLA174

PEO45-b-PLA174

PEO45-b-PCL118

PEO45-b-PCL118

PEO45-b-PCL118

PEO113-b-PCL118 PEO113-b-PCL118 PEO113-b-PCL118

FIGURA 13. Imagens de microscopia de fluorescência confocal para células de

glioblastoma U251 incubadas com NPs produzidas a partir de copolímeros em bloco a

partir da mistura 50:50 de THF e acetona (THF =0,50) e contendo a mesma quantidade da

sonda hidrofóbica fluorescente cumarina-6 encapsulada. O tempo de incubação foi de 2

horas e as imagens são mostradas em aumento de 63X.

C.E.de Castro

56

No entanto, o tamanho da coroa hidrofílica parece ser ainda mais importante no

desempenho da captura dos sistemas poliméricos nanoestruturados, como pode ser

observado quando comparadas as NPs de PLGA e PEO250-b-PLA153. Apesar do

potencial- das NPs de PEO250-b-PLA153 estar próximo de 0,0 mV, ao passo que para

NPs de PLGA a valor é substancialmente negativo (~ - 40,0 mV), a eficiência de

internalização celular das NPs de PLGA parece ser maior quando comparada à

internalização das NPs de PEO250-b-PLA153 o que implica um papel importante da coroa

hidrofílica. Em resumo, parece que os parâmetros estruturais principais (RH e potencial-

ζ) apesar de serem importantes na captura celular, tem seu efeito essencialmente

ofuscado pela dimensão de camada de hidratação (massa molecular do bloco de PEO) e

pela natureza química do núcleo hidrofóbico que parecem ser os fatores determinantes

na internalização celular dos sistemas investigados.

O resultado mais intrigante é o fato das NPs contendo o núcleo hidrofóbico de

PCL serem internalizadas de maneira mais eficiente quando comparadas às NPs

contendo núcleo de PLA. Isto porque, recordando as análises de SPR, o processo de

adsorção física parece que ocorre somente para as NPs que possuem núcleo hidrofóbico

de PLA. Estes resultados podem sugerir que algum tipo de interação muito intensa

ocorre de tal maneira que impede a posterior dessorção dificultando o processo de

internalização celular. De qualquer maneira, a maior eficiência de internalização das

NPs a base de PCL pode ser atribuído a maior hidrofobicidade do bloco, o que vai de

encontro com o modelo teórico da molhabilidade, o qual sugere que devido à formação

da nanobiointerface e a tensão existente no local, partículas mais hidrofóbicas do que as

membranas biológicas são mais facilmente capturadas pelas células do que as partículas

de superfície menos hidrofóbica. De qualquer maneira, parece, a princípio, que as NPs

anfifílicas que apresentam adsorção física menos intensa e menor tempo de adsorção

respondem mais eficientemente ao processo de internalização celular. Especula-se que o

fenômeno de adsorção observado para partículas à base de PLA seja essencialmente de

natureza hidrofílica (forças de hidratação), o que explicaria o comportamento

contraditório entre os dados de SPR e microscopia de fluorescência tendo em mente,

novamente, o modelo teórico da molhabilidade. Outro fator importante é que para os

ensaios de SPR, somente a parte lipídica da membrana foi produzida, ou seja, não se

levando em conta proteínas do glicocálice e outras biomoléculas a ela pertencente.

Além do mais, o modelo de membrana utilizado na técnica de SPR, se trata de uma

monocamada fosfolipídica adsorvida rígida, não sendo possível mimetizar as flutuações

C.E.de Castro

57

da membrana, mobilidade do citoesqueleto e a dinâmica molecular de seus componentes

durante a interação, adesão, acoplamento e captura dos nanovetores.

5.3.2. CITOMETRIA DE FLUXO

Dando sequências aos ensaios biológicos após a determinação semi-quantitativa

da internalização celular dos nano vetores, foram realizados ensaios de citometria de

fluxo com o intuito de se quantificar a eficiência da captura celular, tendo em vista os

diferentes aspectos físico-químicos dos sistemas. Uma vez incubadas com as NPs

contendo a mesma quantidade da sonda fluorescente cumarina-6, as células de

glioblastoma U251 apresentaram diferentes dinâmicas de captura celular relacionadas

com as características dos nanocarreadores, sendo que a natureza química de superfície

das mesmas apresentou papel crucial para uma maior eficiência do perfil de

internalização (Figuras 14 e 15) como também demonstrado pelos ensaios de

microscopia de fluorescência confocal (Figuras 12 e 13).

A Figura 14 mostra os histogramas de fluorescência obtidos por medidas de

citometria de fluxo representativamente para nanopartículas poliméricas de PEO250-b-

PLA253 e PEO45-b-PCL118 marcadas com cumarina-6 após incubação de 2 horas em

células de glioblastoma U251. O controle diz respeito à autofluorescência das

respectivas células.

FIGURA 14. Histograma de intensidade de fluorescência para PEO250-b-PLA153 e

PEO45-b-PCL118 marcadas com cumarina-6 após incubação de 2 horas em células de

glioblastoma U251. O controle diz respeito à autofluorescência das respectivas células.

101

102

103

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0 Controle U251

PEO45

-b-PCL118

PEO250

-b-PLA153

Intensidade de Fluorescência

Conta

gem

(u.a

)

C.E.de Castro

58

Estes resultados mostram que a intensidade de fluorescência de células tratadas

com PEO250-b-PLA153 e PEO45-b-PCL118 marcadas com cumarina-6 é, respectivamente,

2 vezes e 4 vezes maior do que a autofluorescência das células. Da mesma forma, a

captura celular de NPs de PEO45-b-PCL118 é 2 vezes maior quando comparada à captura

celular de NPs de PEO250-b-PLA153. Novamente, os resultados mostram que a

internalização celular dependem substancialmente dos aspectos físico-químicos das

nanopartículas poliméricas.

A porcentagem de células positivas, que, portanto demonstra a eficiência de

internalização celular, é significativamente diferentes para diferentes NPs (Figura 15). A

porcentagem de células positivas é de fato, significativamente menor depois do

tratamento de células de glioblastoma U251 com NPs de PEO250-b-PLA153 marcadas

com cumarina-6. A maior porcentagem foi determinada para células de glioblastoma

U251 tratadas com NPs do tipo PEO45-b-PCL118.

FIGURA 15. Análise quantitativa da internalização celular de NPs marcadas com

cumarina-6 capturadas por células de glioblastoma U251 após 2 horas de incubação.

*representa diferença estatisticamente significante comparado a PEO45-b-PCL118, #

representa diferença estatisticamente significante comparado a PEO113-b-PCL118 ou

PEO45-b-PLA174 e § representa diferença estatisticamente significante comparado a

PEO113-b-PLA236. Os resultados estão mostrados como média ± DP (n=3). Foi utilizado

teste estatístico de múltiplas comparações (ANOVA) de uma via seguido de pós-teste

Bonferroni (p < 0,05).

50

25

50

75

100

§

§

§

#

§§

§

#*

**

PEO 11

3-b

-PCL 11

8

PLG

A 219

1

PEO 45

-b-P

CL 11

8

PLG

A 21

91

% C

elu

las P

ositiv

as

PEO 25

0-b

-PLA

153

PEO 11

3-b

-PLA

236

Con

trole

PEO 45

-b-P

LA17

4

* #

C.E.de Castro

59

A eficácia dos nano vetores geralmente é influenciada diretamente pela captura

celular e a sua distribuição, portanto, uma alta afinidade de ligação à superfície de

células tumorais, por exemplo, permanece sendo essencial para alcançar o efeito de

internalização e liberação de um ativo terapêutico. Estudos anteriores têm demonstrado

a importância do desenvolvimento de nanopartículas, suas características funcionais e

físico-químicas e como estas desempenham importante impacto na vetorização

farmacêutica, devido a sua integração com sistemas biológicos83,84,85

. Neste estudo,

onde variamos as características das NPs produzidas, a captura celular e sua eficiência

mostraram-se dependente desses aspectos.

Como mostra a Figura 15, para a série PEOm-b-PLAn, a porcentagem de captura

celular aumenta na ordem PEO250-b-PLA153 < PEO113-b-PLA236 < PEO45-b-PLA174 que

novamente mostra a associação da internalização celular com o impedimento estérico

promovido pela coroa hidrofílica estabilizante. De maneira similar, para a série PEOm-

b-PCLn a porcentagem de células aumenta na ordem PEO113-b-PCL118 < PEO45-b-

PCL118 de maneira estatisticamente significante. A Figura 15 também evidencia que

sistemas formados por coroas hidrofílicas de mesma dimensão, porém com variação do

núcleo, impactam consideravelmente na internalização celular, onde a porcentagem de

células positivas para os nano vetores é maior para NPs contendo núcleo de PCL

(PEO113-b-PCL118 > PEO113-b-PLA236).

A importância de uma coroa de hidratação, além de favorecer a estabilização dos

nanocarreadores, também desempenha importante função na interação com sistemas

biológicos. Os resultados de citometria de fluxo para NPs de PLGA mostram que

independente do tamanho, a porcentagem de células positivas não são estatisticamente

diferentes. Também, não há diferença estatística na porcentagem de células positivas

comparada às NPs de PEO45-b-PCL118. Este fenômeno deve estar associado à ausência

da coroa de hidratação que promove melhor interação e adesão á superfície celular.

Sendo assim, os resultados de citometria de fluxo estão completamente de

acordo com os dados de microscopia de fluorescência confocal mostrados

anteriormente.

C.E.de Castro

60

6. CONCLUSÕES

Os dados experimentais de espalhamento de luz e análise de imagem mostraram

que foi possível obter sistemas poliméricos nanoestruturados esféricos de diferentes

tamanhos e carga superficial utilizando o protocolo de nanoprecipitação. Haja vista a

diferença estrutural dos polímeros utilizados, as nanopartículas produzidas são

estruturalmente diferentes do ponto de vista de tamanho de núcleo hidrofóbico e coroa

hidrofílica. Demonstrou-se que a dimensão dos sistemas aumenta em detrimento da

redução da cadeia hidrofílica de PEO.

A influência dos parâmetros estruturais na captura e internalização celular das

entidades foram avaliadas e os resultados sugerem que a espessura da coroa hidrofílica

de polioxietileno (PEO), que tem o papel fundamental de estabilizar as nanoestruturas

produzidas, é decisiva no processo. Na medida que foram utilizados copolímeros em

bloco de longo bloco hidrofílico, percebeu-se uma redução semi-quantitativa na

internalização celular das entidades. A carga superficial também é de fundamental

importância no processo porém, este parâmetro é ofuscado pela dimensão da coroa,

onde que mesmo para nanopartículas de elevado potencial- (~ -40 mV), que é o caso

de NPs de PLGA, a internalização celular não apresentou diferença estatisticamente

significante em comparação com outros sistemas de coroa hidrofílica reduzida. Este

comportamento sugere que, embora possa ocorrer repulsão eletrostática, as interações

não específicas, como forças hidrofóbicas, favorecem a captura celular desse tipo de

NPs. Por outro lado, NPs apresentando cadeias estabilizantes de PEO mais curtas (Mw ~

2000 g.mol-1

) foram mais eficientemente internalizadas, apesar de seu potencial-

negativo (~ -20 mV). Para NPs com o mesmo tamanho de cadeia estabilizante de PEO,

os dados experimentais sugerem que NPs formadas por um bloco hidrofóbico de

policaprolactona (PCL) são internalizadas de maneira mais eficiente em comparação

com NPs formadas por um bloco hidrofóbico de poli ácido lático (PLA) apesar dos

dados de SPR mostrarem uma adsorção mais intensa à membrana das partículas a base

de PLA. Parecem-nos, assim, que interações, provavelmente de natureza hidrofílica

(forças de hidratação) entre NPs e membrana fosfolipídica, apesar de promoverem forte

adsorção dos sistemas nanoestruturados à superfície celular, de alguma forma

desfavorecem o processo endocítico posterior.

C.E.de Castro

61

7. REFERÊNCAS BIBLIOGRÁFICAS

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