Desenvolvimento de nanopartículas de γ-Fe2O3 revestidas com um híbrido de bicamada de ácido láurico / BSA funcionalizados com carboxilatos de ródio (II)

ISBN 978-85-85905-15-6

Área

Materiais

Autores

Oliveira da Silva, M. (UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA) ; Ribeiro de Souza, A. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS)

Resumo

Uma suspensão coloidal de nanopartículas magnéticas (NPM) de maguemita (γ- Fe2O3) revestidas com bicamada de laurato (LL) foi funcionalizada com os carboxilatos de ródio (II): acetato (AR), propionato (PR) butirato (BR) e succinato de ródio (II) (SR). As suspensões foram revestidas com albumina de soro bovino (BSA). Isotermas de adsorção foram construídas para os complexos com LL as quais mostraram baixas taxas de adsorção (5,6-42%). Os espectros de infravermelho mostraram bandas v_s(OCO) e v_a(OCO) para SR e ν(C=O^…H) e δ(N-H) para BSA. As curvas termogravimétricas para LL- SR e LL-SR-BSA diferem do precursor LL com perdas de massa totais de 34 e 43%, respectivamente. Houve aumento do diâmetro hidrodinâmico após revestimento com BSA, exceto para LL-AR

Palavras chaves

Carboxilatos de ródio(II); Albumina de soro bovino; Maguemita

Introdução

Os carboxilatos de ródio (II), [Rh₂(RCOO)₄] (onde R = grupo alquila), fazem parte da segunda geração de compostos antitumorais de metais de transição do grupo da platina (BURGOS; BELCHIOR; SINISTERRA, 2012). Desde sua descoberta mostraram pronunciada atividade antitumoral. Contudo, a elevada toxicidade se tornou um grande obstáculo em sua utilização.¶ Os primeiros estudos realizados mostraram que, para os complexos da série acetato (R = CH₃) (AR), propionato (R = CH₂CH₃) (PR) e butirato de ródio (II) (R = CH₂CH₂CH₃) (BR), quanto mais lipossolúvel o complexo maior sua atividade antitumoral e maior sua citotoxicidade (HOWARD, et al., 1977). Nos últimos anos o foco do nosso grupo de pesquisa tem sido melhorar as características destes compostos a fim de se contornar os obstáculos relativos a essa grande toxicidade. (CARNEIRO, et al., 2013).¶ O mais novo complexo sintetizado dessa classe de compostos é o SR (R = CH₂CH₂COOH) que surge como promissor agente antitumoral já que se assemelha ao BR quanto a estrutura (SILVA, 2012). O diferencial do SR são os grupos carboxílicos livres (COO^-) nas extremidades da cadeia carbônica aumentando sua solubilidade aquosa e o caráter hidrofílico (os demais compostos apresentam solubilidade aquosa bastante reduzida devido a cadeia alifática). Além do mais, os grupos COO^- criam possibilidade de coordenação com outras moléculas.¶ Diante dos desafios concernentes ao emprego dos carboxilatos de ródio (II) que temos investido, as NPM e BSA representam uma boa alternativa para se melhorar seu índice terapêutico.¶ Atualmente, a albumina tem sido o foco da atenção da comunidade cientifica. Seu sucesso é facilmente explicado pelas vantagens que oferece: biodegradabilidade, falta de toxicidade e imunogenicidade; fácil de purificar, quando metabolizado em vivo produz compostos inócuos, absorção preferencial em tecidos tumorais e inflamados; possui solubilidade aquosa e ampla aceitação na indústria farmacêutica. Além disto, devido seu tamanho e a disponibilidade de sítios de ligação é capaz de interagir e/ou carrear com uma vasta quantidade de entidades químicas desde íons metálicos até fármacos (ELSADEK; KRATZ, 2012). Por isso, a albumina pode ser considerada um carreador versátil para o direcionamento dos carboxilatos de ródio (II).¶ Em se tratando de NPM como carreadores a maioria dos trabalhos encontrados na literatura tem utilizado γ-Fe₂O₃ ou magnetita (Fe₃O₄). Suas vantagens são devido principalmente a sua estabilidade química, facilidade da rota sintética, baixo custo dos reagentes, biocompatibilidade e a possibilidade de funcionalização de sua superfície com uma grande quantidade de agentes terapêuticos, desde moléculas pequenas, como ácidos carboxílicos, até entidades biológicas como aminoácidos, proteínas e anticorpos (LAURENT, et al., 2008).¶ Contudo, as NPM possuem uma tendência natural para se aglomerarem espontaneamente ou quando submetidas a um campo magnético, em meio biológico, já que possuem tamanho nanométrico e elevada energia livre de superfície. A estratégia para se contornar esse problema é modificar suas propriedades de superfície. Isto é alcançado através do revestimento da superfície, realizado durante ou após a síntese das NPM, com vários tipos de moléculas biocompatíveis e biodegradáveis. (DIAS, et al., 2011). Dentre os vários tipos de materiais de revestimento encontrados na literatura optamos pelo ácido láurico (LA) (cadeia carbônica com 12 carbonos) por apresentar as seguintes vantagens: i) biocompatibilidade de suas NPM revestidas com bicamada de laurato (LL), ii) aprovação para uso farmacêutico e na indústria de alimentos, iii) facilidade da síntese das NPM revestidas e iv) por apresentar sítios para posterior associação com drogas hidrofóbicas (SILVA, 2008). Já foi demonstrado o potencial de sistemas similares a este de incorporar em sua estrutura drogas hidrofóbicas e a possibilidade de interação com proteínas (DILNAWAZ, et al. 2010).¶ Dessa forma, a associação dos carboxilatos de ródio (II) com uma suspensão coloidal LL representam uma alternativa promissora para se potencializar os efeitos antitumorais de drogas. O sistema nanoestruturado pode ser usado como plataforma de liberação direcionada dos complexos AR, PR, BR e SR. O conjugado LL-carboxilato de ródio (II) representa assim potencial alternativa no tratamento do câncer. Por fim, a interação deste conjugado com BSA melhora o perfil farmacocinético da droga e cria um sistema altamente biodegradável, biocompatível, atóxico e imunogênico.

Material e métodos

Síntese dos carboxilatos de ródio (II)¶ A preparação das amostras e as análises foram feitas no Instituto de Química na UFG. Os complexos AR, PR e BR foram sintetizados a partir da reação dos sais acetato, propionato e butirato de sódio com o sal RhCl₃.3H₂O em etanol. Os sistemas foram submetidos a agitação magnética sob refluxo a 70 ºC por um período de 2- 4 horas (rendimento: 30 – 53%) (CHIFOTIDES; DUNBAR, 2005). O SR foi sintetizado a partir do trifluoroacetato de ródio (II) (SILVA, 2012).¶ Síntese da suspensão coloidal de nanopartículas magnéticas de maguemita e revestimento com bicamada de ácido láurico¶ As NPM foram sintetizadas utilizando o método da coprecipitação em meio alcalino dos íons ferroso e férrico (KANG, et al., 1996). A oxidação foi feita borbulhando-se gás oxigênio na suspensão de Fe3O4. O revestimento da suspensão coloidal de γ- Fe₂O₃ com LA foi feito conforme descrito na literatura (SILVA, 2008).¶ Estudo de adsorção e preparação de suspensões funcionalizadas com os carboxilatos de ródio (II) e revestidas com BSA¶ Volumes das soluções aquosas dos complexos AR, PR, BR e SR foram adicionados a 0,5 mL da suspensão LL, conforme razão de adsorção (R_adc) expressa em mmol do complexo por mol de γ-Fe₂O₃, variando de 4 a 30. O experimento foi feito em triplicata. As amostras foram colocadas em um banho termostatizado em agitação a 25 ºC por 24 horas. As NPM foram sedimentadas com 200 µl de NaCl 1mol/L e o sobrenadante separado para quantificação de ródio. Na preparação das amostras com BSA primeiramente foram preparadas amostras de LL com os complexos (R_adc = 20). Em seguida foram adicionados volumes de uma solução de BSA 560 ppm (R_adc = 2 mmol_BSA/mol_γ-Fe2O3). As amostras ficaram sob agitação por tombamento por 24 horas. Os sobrenadantes foram coletados em célula de ultrafiltração para quantificação de ródio e BSA.¶ Determinação do teor de ferro, ródio e BSA¶ A quantificação de Fe e BSA das suspensões foi realizada em um espectrofotômetro Lambda 45 (Perkin Elmer) com λ = 515 e 279 nm, respectivamente. Para o Fe utilizou-se o método colorimétrico da o-fenantrolina. O teor de Rh foi obtido em um espectrofotômetro de absorção atômica Analyst 400 (Perkin Elmer) utilizando λ = 343,5 nm.¶ Espectroscopia na região do infravermelho, análise termogravimétrica e diâmetro hidrodinâmico¶ Os espectros de infravermelho foram obtidos em um espectrofotômetro Spectrum 400 (Perkin Elmer). A curvas termogravimétricas foram obtidas em um equipamento DTG-60 (Shimadzu), a 10 °C/min, cadinho de platina e fluxo de N₂. Foram analisadas as amostras LL, LL-SR (secas a 100 °C por 5 horas) e LL-SR-BSA (secas a 50 °C por 5 horas). As suspensões foram avaliadas quanto ao diâmetro hidrodinâmico (D_H) por meio de espalhamento de luz dinâmico (DLS) em um equipamento Zetasizer (Malvern)

Resultado e discussão

Isotermas de adsorção¶ As curvas de adsorção foram obtidas plotando-se a quantidade do complexo adsorvida ás NPM (Q_ads), expresso em mmol_complexo/mol_γ-Fe2O3, em função da concentração do complexo em equilíbrio (Ceq) (figura 1). O perfil das isotermas para os sistemas LL-AR, LL-PR, LL-BR e LL-SR mostra que há adsorção física entre os carboxilatos de ródio (II) e as NPM revestidas com bicamada de LA, o que já era esperado. De modo geral as curvas se assemelham pelo baixo teor de adsorção observado, variando de 5,6 a 42%, mesmo em elevadas concentrações do adsorvato adicionado.¶ A tabela 1 mostra a média de adsorção para os complexos em relação a quantidade adicionada (R_adc). As maiores taxas de adsorção foram obtidas com R_adc na faixa de 16 - 30. Abaixo desse valor ou a adsorção é muito baixa ou é nula. Os sistemas que mostraram as maiores e menores taxas de adsorção foram LL-PR e LL-BR, respectivamente. Apesar das baixas taxas de adsorção para todos complexos, ainda sim, espera-se que os sistemas sejam muito efetivos levando-se em conta sua aplicação biológica uma vez que possuem elevada citotoxicidade.¶ Espectroscopia na região do infravermelho¶ Na figura 2 estão os espectros para BSA, LL-SR e LL-SR-BSA. Para o LL foram observadas bandas oriundas de estiramento C-H, de grupos CH₂ e CH₃, bem como do grupo COOH. O grupo CH₂ possui uma banda de estiramento assimétrico em 2920 cm^-1, ν_a(C-H). O grupo CH₃ possui uma banda de estiramento em 2850 cm^-1, ν(C-H) (LI, et al., 2010). A banda em 1710 cm^-1 pode ser atribuída ao estiramento do grupo carboxila, ν(C=O), devido a segunda camada do surfactante.¶ Em se tratando das amostras funcionalizadas com os carboxilatos de ródio (II), LL-AR, LL-PR, e LL-BR, os espectros permaneceram inalterados já que adsorvato e adsorvente possuem os mesmos grupos responsáveis pelos modos de vibração, CH₂ e CH₃. Contudo, para LL-SR, as bandas de estiramento simétrico em 1430 cm^-1, ν_s(OCO), e assimétrico, 1583 cm^-1, ν_a(OCO), do complexo, se sobrepõem as bandas do LA (SILVA, 2012).¶ Com respeito ao LL-SR-BSA foram observadas bandas referentes a albumina. A banda em 1650 cm^-1, pode ser atribuída ao estiramento da carbonila (C=O) fazendo uma ligação de hidrogênio com um grupo amida (N-H), ν(C=O^… H). A banda em 1395 cm^-1 é atribuída ao estiramento simétrico de um grupo carboxilato livre, v(OCO). A banda em 1527 cm^-1, apesar de estar sobreposta a uma banda do LL-SR, pode ser atribuída a deformação angular do grupo amida, δ(N-H). Não foram observadas neste espectro as bandas características do SR o que pode ser devido a sobreposição das bandas da proteína.¶ Análise termogravimétrica¶ A curva termogravimétrica do LL apresenta duas perdas de massa sucessivas, 165–251 °C e 251–360 °C, com perda de massa total de 25,6%. Estes eventos térmicos são atribuídos a decomposição térmica do revestimento orgânico das NPM. As curvas termogravimétricas dos sistemas funcionalizados apresentaram perfis diferentes comparados àquela vista para LL (apenas a curva para o sistema com SR foi obtida). As curvas termogravimétricas estão na figura 3. O sistema LL-SR apresentou três eventos térmicos bem distintos, 165–285 °C, 285–380 °C e 380–675 °C, com perda de massa total de 34%. A maior perda de massa, comparada com LL, é devido a presença do complexo na bicamada de laurato. Para o sistema LL-SR-BSA houve dois eventos térmicos distintos, 145– 450 °C e 450–683 °C. A perda total de massa foi de 43%, ainda maior do que seus precursores mostrando uma estrutura de revestimento mais robusta na superfície da NPM devido a presença da proteína, do complexo e da bicamada.¶ Diâmetro hidrodinâmico¶ Foram avaliados os sistemas LL-AR, LL-PR, LL-BR e LL-SR antes e logo após a adição de BSA. A tabela 2 mostra os valores do D_H e o índice de polidispersão (PDI) obtidos para os sistemas. A análise do teor de BSA nos sobrenadantes mostrou que houve adsorção da proteína acima de 93% em todos as suspensões. Com exceção do LL-AR todos as suspensões apresentaram aumento do D_H após o revestimento com BSA. Não ficou claro a diminuição do D_H para LL-AR.

Figura 1. Isotermas de adsorção para os sistemas LL-AR, LL-PR, LL-BR e LL-SR Figura 2. Espectros de infravermelho para LL-SR, LL-SR-BSA e BSA.


Figura 3. Curvas termogravimétricas obtidas. Tabela 1. Taxas de adsorção obtidas. Tabela 2. Diâmetro hidrodinâmico para sistemas funcionalizados.

Conclusões

NPM de maguemita foram sintetizadas e revestidas com bicamada de LA. A análise termogravimétrica de LL mostrou dois eventos térmicos confirmando a presença da bicamada do surfactante. A isoterma de adsorção foi construída para os sistemas LL-AR, LL- PR, LL- BR e LL-SR. A taxa de adsorção para todos sistemas foi considerável apenas em quantidades maiores do adsorvato adicionado, com razão de adsorção entre 16 e 30. Os espectros de infravermelho para LL-SR e LL-SR-BSA mostraram bandas características do SR e BSA. As curvas termogravimétricas tanto para LL-SR quanto para LL-SR-BSA diferem da curva do LL com respeito a quantidade de eventos térmicos e a perda de massa total evidenciando dessa forma uma estrutura de recobrimento distinta de seu precursor. Houve aumento do diâmetro hidrodinâmico das amostras após revestimento com BSA, exceto para LL-AR onde houve ligeira diminuição. As suspensões de maguemita revestidas com LA e com BSA funcionalizadas com os carboxilatos de ródio (II) propostas neste trabalho podem ser considerados sistemas antitumorais promissores. A elevada toxicidade dos complexos pode ser consideravelmente diminuída pela associação com plataformas de liberação nano estruturadas magnéticas com revestimento apropriado para sua aplicação biológica.

Agradecimentos

Agradeço a CAPES pelo suporte financeiro e pelo Instituto de Química (UFG)

Referências

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