BR102018012321A2 - composição de um sistema biopolimérico para veiculação oral de fármacos proteicos - Google Patents

Abstract

A presente invenção consiste em um sistema à base de biopolímeros, um agente reticulante e agentes estabilizantes como uma alternativa para aumentar a biodisponibilidade de proteínas terapêuticas após a administração oral. Apresenta uma eficiência de encapsulação de insulina de cerca de 70% e estabilidade de armazenamento por durante 30 dias. Esta formulação demonstra a capacidade de proteger cerca de 64% da insulina em meio gástrico simulado (teste de liberação in vitro). Desse modo, esta formulação é capaz de proteger fármacos proteicos da degradação ácida e enzimática no trato gastrointestinal após a administração oral, além de melhorar a permeabilidade dos mesmos no epitélio intestinal.

Description

COMPOSIÇÃO DE UM SISTEMA BIOPOLIMÉRICO PARA VEICULAÇÃO ORAL DE FÁRMACOS PROTEICOS CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção consiste em uma formulação à base de polímeros naturais (goma natural - preferencialmente goma Sterculiastriata, sulfato dextrano, quitosana - preferencialmente de baixa massa molecular e albumina), um agente reticulante (cloreto de cálcio) e agentes estabilizantes (polietilenoglicol e poloxãmero 188), visando aumentar a biodisponibilidade oral de fármacos proteicos, preferencialmente a insulina.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[002] O avanço da biotecnologia possibilitou o desenvolvimento substancial de proteínas terapêuticas na indústria farmacêutica. No entanto, muitos destes fármacos são administrados por via parentérica devido à fraca biodisponibilidade a partir de diferentes vias alternativas de administração, incluindo a via oral. (TRUONG-LE, V.; LOVALENTI, P.M.; ABDUL-FATTAH, A.M. Stabilization challenges and formulation strategies associated with oral biologic drug delivery systems. AdvancedDrug Delivery Reviews, v. 93, p. 95108, 2015).

[003] A administração oral de fármacos é via mais aceita pelos pacientes por não ser invasiva e apresentar uma maior facilidade de administração. No entanto a biodisponibilidade de fármacos proteicos é muito reduzida, principalmente devido à elevada degradação ácida e enzimática no trato gastrointestinal e baixa permeabilidade na mucosa intestinal. Portanto um sistema de administração via oral eficaz tem que reduzir ou evitar a degradação enzimática e aumentar a permeabilidade dentro da membrana intestinal (NUR, M.; VASILJEVIC, T. Can natural polymersassist in deliveringinsulinorally? InternationaIJournalofBiologicalMacromolecules v. 103, p. 889-901, 2017).

[004] Dentre os peptídeos terapêuticos mais importantes encontra-se a insulina, que é utilizada no tratamento da diabetes miellitus (um distúrbio metabólico crônico caracterizado por hiperglicemiaresultante de defeitos na secreção e/ou ação da insulina). O tratamento que envolve a múltipla administração de injeções subcutâneas diárias de insulina para o controle de níveis glicêmicos, o que causa um desconforto para o diabético, além de não mimetizar a ação fisiológica da insulina e acarretar reações adversas como hipoglicemia, alergia, resistência à insulina e lipodistrofia. Portanto a administração oral de insulina é uma alternativa às injeções, pois além de facilitar a adesão do paciente ao tratamento a insulina é direcionada a partir do intestino para o fígado, simulando o padrão de secreção fisiológico do pâncreas (Wong, T.W. Chitosanand Its Use in Design oflnsulin Delivery System. RecentPatentsonDrug Delivery &Formulation. v.3, p. 8-25, 2009).

[005] Atualmente muitos polissacarídeos naturais estão sendo investigados como veículos para administração de insulina por via oral. Por serem atóxicos (considerados seguros "in vivo"), biodegradáveis, biocompatíveis, mucoadesivos, renováveis, serem de baixo custo e de fácil disponibilidade na natureza estão sendo usados como excipientes em formulações farmacêuticas. Estes biopolímeros biodegradáveis protegem o fármaco encapsulado das condições adversas externas e podem também favorecer a absorção pelas células intestinais. Dependendo da natureza do polímero, após a absorção, as partículas poliméricas irão degradar-se lentamente, proporcionando uma liberação controlada e sustentada do fármaco (SONIA, T. A.; SHARMA, C. P. An overview of natural polymers for oral insulin delivery. Drug Discovery Today, v. 17, p. 784-792, 2012).

[006] Sistemas à base de biopolímeros têm sido exploradas, por exemplo, nanopartículas à base de alginato demonstraram incorporar com êxito fármacos peptídicos, prendendo-os ou ligando-os à matriz das partículas.A incorporação de um copolímero aniônico, tal como sulfato dextrano, aumenta o caráter negativo em matrizes de alginato, evitando assim a liberação da insulina carregada positivamente em pH ácido do estômago. A aplicação de albumina como um revestimento mais externo para as nanopartículas funciona como um alvo de sacrifício para evitar a degradação da insulina, impedindo que as proteases acessem a insulina dentro das nanopartículas(LOPES, M.; SHRESTHA, N.; CORREIA, A.; SHAHBAZI, M.; SARMENTO, B.; HIRVONEN, J.; VEIGA, F.; SEIÇA, R.; RIBEIRO, A.; SANTOS, H.A. Dual chitosan/albumin-coatedalginate/dextran sulfate nanoparticles for enhanced oral delivery ofinsulin JournalofControlled Release, v. 232, p. 29-41,2016).

[007] Sistemas à base de quitosana para veiculação oral de proteínas também vêm recebendo grande atenção dos pesquisadores. Por serem atóxicas, biodegradáveis e biocompatíveis fornecem diversas aplicações farmacêuticas e biomédicas, além disso a quitosana é capaz de interagir através dos seus grupos amino presentes com as subestruturas aniônicas presentes na camada mucosa e abrir as junções apertadas entre as células epiteliais. A adesão da quitosana no local de absorção oferece várias vantagens para uma melhor absorção de peptídeos terapêuticos. (SARMENTO, B.; RIBEIRO, A.; VEIGA, F.; FERREIRA, D. Development and characterization of new insulin containing polysaccharide nanoparticles. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, v 53, p. 193-202, 2006.; CASETTARI, L; ILLUM, L. Chitosan in nasal delivery systems for therapeutic drugs. JournalofControlled Release, v. 190, p. 189-200, 2014).

[008] Nanopartículas produzidas a partir da combinação de biomateriais, tais como, alginato, quitosana, sulfato dextrano e albumina foram capazes de proteger a insulina das barreiras químicas (pH e enzimas) presentes no trato gastrointestinal, além de melhorar a sua absorção na mucosa intestinal, combinando a absorção das nanopartículas e a liberação de insulina no local de absorção. Esta proteção garantiu a atividade biológica da insulina e aumentou a disponibilidade farmacológica da mesma (WOITISKI, C.B.; NEUFELD, R.J.; RIBEIRO, A.J.; VEIGA, F. Colloidalcarrierintegratingbiomaterials for oral insulin delivery: Influenceofcomponentformulationonphysicochemicalandbiologicalparameters. Acta Biomaterialia, v. 5, p. 2475-2484, 2009).

[009] As gomas naturais são polissacarídeos que geralmente são produzidos por plantas superiores como resultado de um mecanismo de proteção após uma lesão no tronco ou nos ramos da árvore. Elas representam uma das matérias-primas industriais mais abundantes e têm sido objeto de intensa investigação devido à sua sustentabilidade, biodegradabilidade e biossegurança. Suas características permitem aplicações na indústria farmacêutica como agentes espessantes, ligantes, emulsionantes, estabilizantes e como matrizes poliméricas em sistemas de liberação controlada. (PRAJAPATI, V.D.; JANI, G.K.; MORADIYA, N.G.; RANDERIA, N.P. Pharmaceutical applications of various natural gums, mucilages and their modified forms. CarbohydratePolymers, v.92, p.1685-1699, 2013).

[010] A goma extraída da árvore Sterculiastriata é um heteropolímerocomposto por cadeias parcialmente acetiladas e uma alta concentração de ácido urônico, galactose, rhamnose e xilose. O caráter polianiônico deste polissacarídeo surge da presença de grupos urônicos e estes, tal como no alginato, possui a capacidade de gelificar na presença de cátions multivalentes, como por exemplo, o cloreto de cálcio, um agente gelificante bastante estudado devido à sua biocompatibilidade.(ZAMPA, M. F.; BRITO, A.C.F.; KITAGAWA, I.L.; CONSTANTINO, C.J.L.; OLIVEIRA, O.N.; CUNHA, H.N.; ZUCOLOTTO, V.; SANTOS, J.R.S.; EIRAS, C. Natural Gum-AssistedPhthalocyaninelmmobilization in ElectroactiveNanocomposites: PhysicochemicalCharacterizationandSensingAppIications. Biomacromolecules. v. 8, n. 11, p. 3408-3413, 2007).

[011] Nanopartículas obtidas por meio da complexaçãopolieletrolitica de goma Sterculiastriata com quitosana apresentaram uma liberação controlada durante 12h de cloroquina indicando que esta formulação possui potencial para ser empregada em sistemas de administração oral de fármacos. Apesar de ser bastante promissora, a goma Sterculiastriata ainda é pouco explorada, o que favorece a possibilidade de obtenção de novos materiais com um grande potencial de aplicação na indústria farmacêutica (MAGALHÃES JR., G. A., MOURA NETO, E„ SOMBRA, V. G„ RICHTER, A. R„ ABREU, C. M. W. S., FEITOSA, J. P. A., DE PAULA, R. C. M. Chitosan/Sterculia striata polysaccharides nanocomplex as a potential chloroquine drug release device. International Journal of BiologicalMacromolecules, v. 88, p. 244-253, 2016).

[012] Diante do exposto, um sistema à base de biopolímeros, tais como goma natural - preferencialmente a goma Sterculiastriata, sulfato dextrano, quitosana e albumina é capaz de proteger fármacos proteicos durante o preparo da formulação e da degradação proteolítica no trato gastrointestinal, além de melhorar a permeabilidade no epitélio intestinal, dessa forma a “COMPOSIÇÃO DE UM SISTEMA BIOPOLIMÉRICO PARA VEICULAÇÃO ORAL DE FÁRMACOS PROTEICOS” apresenta-se como uma alternativa para aumentar a biodisponibilidade de proteínas, preferencialmente a insulina, após a administração oral.

[013] Versando sobre o estado anterior da técnica, várias patentes reivindicam a propriedade da composição de uma formulação para veiculação oral de proteínas terapêuticas, no entanto nenhuma delas apresentam a mesma composição desta invenção, é importante destacar também que nenhuma delas relatam o uso de goma Sterculiastriata como componente em formulação oral de fármacos proteicos.

[014] A patente WO 2007068311 A1, requerida por The core operationsoftheJordanianPharmaceutical Manufacturing CoPlc, propõe um novo método de encapsulação de fármaco, preferencialmente um fármaco peptídico e/ou proteico em um complexo biodegradável, que compreende: um polímero biodegradável que contém grupos amina primários, tais como a quitosana, um ácido carboxílico orgânico, tal como o ácido oleico e opcionalmente, um agente emulsionante, tal como plurol (glicerol-6-dioleato).

[015] A patente US2016193154 A1, que possui como cessionário a novo nordisk®, refere-se a uma composição sólida de insulina oral compreendendo um sal de ácido cáprico que aumenta a biodisponibilidade e/ou a absorção da insulina em combinação com um copolimero aniônico como revestimento, que é resistente à dissolução a pH abaixo de 5,0 e dissolvem-se a pH acima de 5,0.

[016] A patente US5824638 proporciona uma formulação farmacêutica que compreende uma emulsão água-óleo, preferencialmente uma microemulsão, contendo uma fase oleosa (tal como um ácido carboxílico de cadeia longa ou um éster ou álcool), um agente tensoativo (tal como o poloxâmero) e uma fase aquosa contendo a insulina.

[017] A patente W02008051101 A1, desenvolvida pelo presente grupo de pesquisa, assegurou os direitos da utilização de uma formulação semelhante à descrita neste invento, propõe um sistema submícron para administração oral de proteínas composto por alginato, sulfato dextrano, cloreto de cálcio, quitosana, polietilenoglicol e albumina.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[018] O produto desta invenção é uma formulação oral para proteínas terapêuticas, preferencialmente a insulina, composta por goma natural -preferencialmente a goma Sterculiastriata, sulfato dextrano, quitosana -preferencialmente de baixa massa molecular, albumina de soro bovino, cloreto de cálcio, polietilenoglicol 4000 e poloxâmero 188.

[019] A formulação é preparada a partir da gelificaçãoionotrópica por meio da adição de uma solução de cloreto de cálcio em uma solução polimérica contendo um fármaco proteico (preferencialmente a insulina), gomanatural, sulfato dextrano e poloxâmero seguido da complexaçãopolieletrolítica através da adição de uma solução contendo quitosana e polietilenoglicol e por fim, um revestimento com albumina.

[020] É objeto desta invenção a formulação contendo biopolímeros (goma natural - preferencialmente a goma Sterculiastriata, sulfato dextrano, quitosana - preferencialmente de baixa massa molecular e albumina de soro bovino), cloreto de cálcio e agentes estabilizantes (polietilenoglicol 4000 e poloxâmero 188) como também a forma de combinação entre estes na concentração adequada para a utilização como sistema para administração oral de fármacos proteicos, preferencialmente a insulina.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO Formulação

[021] A formulação consiste na combinação de goma natural -preferencialmente goma Sterculiastriata, sulfato dextrano, quitosana -preferencialmente de baixa massa molecular (50000 a 190000 Da), albumina de soro bovino, cloreto de cálcio, polietilenoglicol 4000, poloxâmero 188 e uma proteína terapêutica, preferencialmente a insulina humana.

[022] O preparo da formulação envolve a técnica de gelificaçãoionotrópica seguida da complexaçãopolieletrolítica de biomateriais com cargas opostas sob condições de pH controladas. Durante o preparo deve ser realizada a homogeneização da formulação, preferencialmente com um agitador magnético a uma rotação entre 100 e 2000 rpm, preferencialmente em 800 rpm à temperatura ambiente (20 a 30 °C, preferencialmente 25 °C).

[023] A pré-gelificaçãoionotrópica envolve a adição gota a gota de uma solução contendo cerca de 0,2% (m/v) de cloreto de cálcio em uma solução a pH 4,0 contendo cerca de 0,03% (m/v) de goma Sterculiastriata, 0,02% (m/v) de sulfato dextrano, 0,04% de poloxâmero 188 e 0,006% (m/v) de insulina.

[024] A complexaçãopolieletrolítica envolve a adição gota a gota de uma solução a pH 4,6 contendo cerca de 0,07% (m/v) quitosana de baixa massa molecular (50000 a 190000 Da) e cerca de 0,35% (m/v) de polietilenoglicol 4000.

[025] Um revestimento é feito por meio da adição gota a gota de uma solução contendo cerca de 1% de (m/v) albumina de soro bovino a pH 5,1.

Eficiência de encapsulação (E.E.)

[026] A E.E. foi calculada com base na diferença entre a quantidade de insulina total usada no preparo da formulação e a quantidade de insulina livre. A insulina foi extraída por dissolução em tampão fosfato (PBS) a pH 7,4, após a dissolução o meio foi centrifugado e a massa de insulina no sobrenadante foi quantificada por cromatografia líquida de alta performance (HPLC). A eficiência de encapsulação (E.E.) de insulina na formulação é cerca de 70%.

Liberação in vitro

[027] O estudo de liberação in vitro foi realizado a partir da adição da formulação em membrana de diálise. A liberação da insulina foi verificada através da imersão da membrana de diálise em fluido gástrico simulado a pH 1.2 durante 120 minutos, em seguida o meio foi substituído por fluido gástrico intestinal simulado a pH 7,4. Alíquotas foram recolhidas em tempos específicos durante o experimento e o volume retirado foi substituído por fluido simulado pré-aquecido, mantendo o volume constante. O teste foi realizado sob agitação (cerca de 100 rpm) e a temperatura de 37°C. As alíquotas recolhidas foram analisadas por cromatografia líquida de alta performance (HPLC) para quantificar a insulina liberada ao longo do tempo.

[028] Durante o ensaio de liberação in vitro a formulação liberou cerca 36% de insulina em fluido gástrico simulado a pH 1,2 durante 120 minutos, logo cerca de 64% da insulina foi protegida da degradação ácida e enzimática no ambiente gástrico (Figura 1).

[029] A goma Sterculiastriata apresenta em sua cadeia o grupo funcional ácido carboxílico, este aceita ou libera prótons em resposta a mudanças do pH do meio. Em ambiente muito ácido esse grupo começa a protonar, o que reduz a carga negativa e promove a contração da cadeia polimérica, portanto a liberação do fármaco em pH gástrico é reduzida. O efeito oposto é observado em pH mais elevado, os grupos ácidos carboxílicos começam a desprotonar levando a formação de grupos negativamente carregados, este aumento da carga negativa promove a expansão da cadeia do polissacarideo devido a repulsão eletrostática, permitindo a liberação do fármaco incorporado no meio intestinal (Bazban-Shotorbani, S. et al.Revisiting structure-property relationship of pH-responsive polymers for drug delivery applications. Journal of Controlled Release, v. 253, p. 46-63, 2017).

[030] A carga da proteína também pode influenciar na liberação. Em pH 1,2 a carga da insulina é altamente positiva e, assim, as interações com a goma Sterculiastriata e sulfato dextrano, que possuem carga negativa, impediram a liberação de insulina, no entanto, quando o pH aumentou para 7,4, que é um pH mais elevado que o ponto isoelétrico da insulina, a insulina teve a carga positiva alterada para negativa e ocorreu uma repulsão com a goma Sterculiastriata e o sulfato dextrano, isso permitiu que a insulina protegida fosse liberada após a passagem para condições intestinais até 760 minutos de ensaio (Lopes, M. et al.Dual chitosan/albumin-coated alginate/dextran sulfate nanoparticles for enhanced oral delivery of insulin. J. Control. Release, v.232, p. 29-4, 2016)

Estabilidade

[031] O potencial zeta é uma medida que pode estar relacionada à estabilidade das partículas a curto e a longo prazo. Partículas com valores de potencial zeta de ± 0-10 mV, ± 10-20 mV, ± 20-30 mV e > ± 30 mV são consideradas altamente instáveis, relativamente estável, moderadamente estável e altamente estáveis, respectivamente. O potencial zeta da formulação foi monitorado durante um período de 30 dias de armazenamento (Figura 2). Durante os primeiros 5 dias o potencial zeta variou de -32,9 a -31,1 mV, do 7o dia ao 15° dia o potencial zeta variou de -30,5 a -30 mV, no 20° e 30° dia aumentou para -26,0 e -20,6, respectivamente. De um modo geral, a formulação apresenta uma estabilidade moderada ao longo de 30 dias de armazenamento (BHATTACHARJEE, S. DLS and zeta potential - What they are and what they are not? Journal of Controlled Release235, 337-351, 2016).

Mucoadesão ex vivo

[032] A mucoadesãoex vivo foi avaliada em mucosa intestinal de porco por meio de um analisador de textura (TA-XT plus/ Stable Micro Systems). Durante o ensaio, a formulação foi fixada com fita dupla face a uma sonda cilíndrica, enquanto seções de mucosa do intestino delgado de suíno foram fixadas sobre um suporte inferior específico para teste de mucoadesão, a sonda foi colocada em contato com a mucosa com uma força de 0,5 N, mantida por 60s. Os ensaios foram realizados em triplicata.

[033] A formulação apresentou força de adesão de 92,46 mN. A mucoadesão se dá devido à presença de grupos (carboxilos, hidroxilos, aminos ou sulfatos) na formulação que favorecem a mucoadesão, pois os mesmos podem formar ligações de hidrogênio com a camada mucosa e ligações iônica. No caso dos grupos aminos, que são carregados positivamente, podem interagir também eletrostaticamente com a mucosa intestinal que é carregada negativamente (MANSURI, Shakir et ai Mucoadhesion: A promising approach in drug delivery system. Reactive and Functional Polymers, v. 100, p. 151— 172, 2016).

[034] A invenção poderá ser melhor compreendida por meio da descrição detalhada em consonância com as figuras em anexo, onde:

[035] A FIGURA 1 apresenta o perfil de liberação in vitro de insulina em meio gástrico simulado pH 1,2 por 120 minutos, em seguida o meio foi substituído por fluido gástrico intestinal simulado a pH 7,4.

[036] A FIGURA 2 apresenta a estabilidade da formulação durante 30 dias de armazenamento por meio da análise do potencial zeta.

Claims (9)

1. Composição de um sistema biopolimérico para veiculação oral de fármacos proteicos, caracterizado por compreender pelo menos um biopolímero natural, agentes reticulante e estabilizante, associados a fármacos proteicos.
2. Composição de um sistema biopolimérico para veiculação oral de fármacos proteicos, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por compreender pelo menos uma goma natural como biopolimeros natural, preferencialmente goma de Sterculia striata, sulfato dextrano, quitosana e albumina.
3. Composição de um sistema biopolimérico para veiculação oral de fármacos proteicos, de acordo com a reivindicação 1 e 2, caracterizada por ser preferencialmente a quitosana de baixa massa molecular (50000 a 190000 Da).
4. Composição de um sistema biopolimérico para veiculação oral de fármacos proteicos, de acordo com a reivindicação 1 e 2, caracterizada por compreender pelo menos o sulfato dextrano como biopolímero.
5. Composição de um sistema biopolimérico para veiculação oral de fármacos proteicos, de acordo com a reivindicação 1 e 2, caracterizada por compreender pelo menos a albumina de soro bovino como biopolímero.
6. Composição de um sistema biopolimérico para veiculação oral de fármacos proteicos, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por compreender pelo menos o cloreto de cálcio como agente reticulante.
7. Composição de um sistema biopolimérico para veiculação oral de fármacos proteicos, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por compreender pelo menos o poloxâmero 188 como agente estabilizante.
8. Composição de um sistema biopolimérico para veiculação oral de fármacos proteicos, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por compreender pelo menos o polietilenoglicol 4000 como agente estabilizante.
9. Composição de um sistema biopolimérico para veiculação oral de fármacos proteicos, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por a proteína ser preferencialmente a insulina.

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