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Publication
Development of fucoidan/chitosan nanoparticulate systems for protein administration through mucosal routes
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Abstract(s)
Presently, the administration of therapeutic proteins through non-parenteral routes poses a challenge due to stability problems, mainly attributed to pH and high enzymatic content present in mucosal surfaces. Therefore, the administration of proteins through mucosal routes requires the development of suitable carriers which confer stability and protection against harsh environments of the organism and that further facilitate macromolecule permeation. Polymeric nanoparticles have been proposed as valuable systems to overcome these biological barriers, showing, in some cases, useful properties of controlled release and cellular internalization. In this context, there is also a growing tendency towards the use of natural polymers such as polysaccharides, because of their unique properties and high biocompatibility and biodegradable profile.
In this work, fucoidan/chitosan (FUC/CS) nanoparticles were prepared by polyelectrolyte complexation. The aim lying in the development of these carriers is the expectation that they confer stability and protection to the biomolecules against mucosal environments, such as pH and enzymatic contents, providing a non-parenteral route for the administration of protein-based drugs. In this study, bovine albumin serum, insulin and ovalbumin were used as model proteins. Several FUC/CS mass ratios (4/1 to 1/4) were tested, resulting in nanoparticles with different sizes (338-676 nm) and zeta potentials (+41 a -49 mV). Nanoparticles FUC/CS = 1/4 and 4/1 were proposed for BSA encapsulation and variables such as order of polymer addition over each other and the polymeric solution with which the protein was mixed at first, were tested for their ability to affect the nanoparticles encapsulation efficiency. Efficiencies as high as 100% were registered (FUC/CS = 4/1) and the tested variables were found to have a stronger effect on the formulation FUC/CS = 1/4. The small sizes and high negative and positive charges displayed by the developed nanoparticles, in addition of their ability to associate macromolecules, were considered to hold potential for an application in mucosal delivery.
Presentemente, a administração de proteínas terapêuticas por vias não-parentéricas representa um desafio, devido aos problemas de estabilidade, principalmente atribuídos ao pH e conteúdo enzimáticas em superfícies mucosas. O uso de vias mucosas para a administração de proteínas exige assim, o desenvolvimento de transportadores adequados que confiram estabilidade e proteção contra ambientes agressivos encontrados no organismo e que ainda facilitam a permeação das macromoléculas. As nanopartículas poliméricas surgem então com o fim de ultrapassar estas barreiras biológicas, evidenciando ainda, em alguns casos, propriedades úteis de libertação controlada e internalização celular. Neste contexto, sugere ainda uma tendência crescente para o uso de polímeros naturais, tais como polissacáridos, devido às suas características únicas e propriedades de elevada biocompatibilidade e perfil biodegradabilidade. Neste trabalho, foram preparadas nanopartículas fucoidan/quitosano (FUC/CS) por complexação polieletrolítica. Ao desenvolver estes sistemas a expectativa é de que eles confiram estabilidade e proteção para as biomoléculas contra ambientes das mucosas, tais como o pH e elevados conteúdo enzimáticos, proporcionando uma rota não-parenteral para a administração de medicamentos à base de proteínas.Neste estudo, a albumina de soro bovino, insulina e ovalbumina foram utilizadas como proteínas modelos. Foram testados vários rácios mássicos de FUC/CS (4/1 a 1/4), que resultaram na criação de nanopartículas com diferentes tamanhos (338-676 nm) e potenciais zeta (+41 a -49 mV). As FUC/CS= 1/4 e 4/1, foram propostas para o encapsulamento da BSA, onde as variáveis tais como a ordem de adição de polímeros (protocolo A e B) e a pré-incorporação da proteína, numa das soluções poliméricas, foram testadas pela capacidade de manipular a eficiência de encapsulação (EE) das nanopartículas. Eficiências de encapsulação de 100% foram registadas (FUC/CS= 4/1) e a as variáveis testadas mostraram ter maior influência nas formulações FUC/CS=1/4. Os pequenos tamanhos e as elevadas cargas negativas e positivas das nanopartículas desenvolvidas, foram considerados adequados para a aplicação na administração de macromoléculas pela via mucosa.
Presentemente, a administração de proteínas terapêuticas por vias não-parentéricas representa um desafio, devido aos problemas de estabilidade, principalmente atribuídos ao pH e conteúdo enzimáticas em superfícies mucosas. O uso de vias mucosas para a administração de proteínas exige assim, o desenvolvimento de transportadores adequados que confiram estabilidade e proteção contra ambientes agressivos encontrados no organismo e que ainda facilitam a permeação das macromoléculas. As nanopartículas poliméricas surgem então com o fim de ultrapassar estas barreiras biológicas, evidenciando ainda, em alguns casos, propriedades úteis de libertação controlada e internalização celular. Neste contexto, sugere ainda uma tendência crescente para o uso de polímeros naturais, tais como polissacáridos, devido às suas características únicas e propriedades de elevada biocompatibilidade e perfil biodegradabilidade. Neste trabalho, foram preparadas nanopartículas fucoidan/quitosano (FUC/CS) por complexação polieletrolítica. Ao desenvolver estes sistemas a expectativa é de que eles confiram estabilidade e proteção para as biomoléculas contra ambientes das mucosas, tais como o pH e elevados conteúdo enzimáticos, proporcionando uma rota não-parenteral para a administração de medicamentos à base de proteínas.Neste estudo, a albumina de soro bovino, insulina e ovalbumina foram utilizadas como proteínas modelos. Foram testados vários rácios mássicos de FUC/CS (4/1 a 1/4), que resultaram na criação de nanopartículas com diferentes tamanhos (338-676 nm) e potenciais zeta (+41 a -49 mV). As FUC/CS= 1/4 e 4/1, foram propostas para o encapsulamento da BSA, onde as variáveis tais como a ordem de adição de polímeros (protocolo A e B) e a pré-incorporação da proteína, numa das soluções poliméricas, foram testadas pela capacidade de manipular a eficiência de encapsulação (EE) das nanopartículas. Eficiências de encapsulação de 100% foram registadas (FUC/CS= 4/1) e a as variáveis testadas mostraram ter maior influência nas formulações FUC/CS=1/4. Os pequenos tamanhos e as elevadas cargas negativas e positivas das nanopartículas desenvolvidas, foram considerados adequados para a aplicação na administração de macromoléculas pela via mucosa.
Description
Dissertação de mest., Engenharia Biológica , Faculdade de Ciências e Tecnologia, Univ. do Algarve, 2012