Nanotransportadores Lipídicos Nanoestruturados Híbridos Verapamil-Dextrana: Formulação Otimizada Estatisticamente para Aumento da Captura Celular e Liberação Sustentada

Resumo

O verapamil, um bloqueador dos canais de cálcio usado para hipertensão, angina e arritmias, sofre de baixa biodisponibilidade oral (20-35%) devido ao extenso metabolismo de primeira passagem. Este estudo apresenta o desenvolvimento de nanotransportadores lipídicos nanoestruturados híbridos verapamil-dextrana (HVD-NLCs) visando aumentar a captura celular e melhorar a biodisponibilidade. As formulações foram produzidas por homogeneização de alto cisalhamento e otimizadas através de um delineamento fatorial completo 2⁴. A formulação líder (VER-9) alcançou tamanho de partícula de 192,3 ± 3,0 nm, índice de polidispersão de 0,553 ± 0,075 e eficiência de encapsulação de 93,3 ± 2,7%. A inclusão de sulfato de dextrana prolongou a liberação (~85% após 48 h) tanto em meio gástrico simulado (pH 1,2) quanto intestinal (pH 6,8). A calorimetria exploratória diferencial confirmou ausência de interação química entre fármaco e excipientes, enquanto a dispersão de raios X de grande ângulo mostrou que o fármaco existia em estado amorfo na matriz do NLC. Microscopia eletrônica de transmissão e varredura revelaram nanopartículas esféricas uniformes. Em células Caco-2, o VER-9 superou marcadamente a solução livre de verapamil e um complexo verapamil-dextrana, entregando concentrações intracelulares 10,9 e 135 vezes maiores, respectivamente. Armazenamento refrigerado (5 ± 3 °C) manteve a estabilidade por 6 meses. Coletivamente, os HVD-NLCs representam um sistema de transporte promissor que aumenta significativamente a captura celular de verapamil e proporciona liberação sustentada, potencialmente resultando em eficácia terapêutica aprimorada.

Introdução

O verapamil, um bloqueador dos canais de cálcio do tipo L e antagonista α-adrenérgico, é uma terapia fundamental para hipertensão, taquiarritmias supraventriculares, angina e cefaleia em salvas. Classificado como Classe I do BCS, é bem absorvido (≤90%), mas apenas 20-35% de uma dose oral alcança a circulação sistêmica devido ao pronunciado metabolismo hepático de primeira passagem. Aumentar sua absorção intestinal é, portanto, um desafio crítico de formulação.

Os nanotransportadores lipídicos nanoestruturados (NLCs) surgiram como nanotransportadores baseados em lipídios superiores em comparação com nanopartículas lipídicas sólidas, oferecendo maior carga de fármaco, estabilidade física aprimorada e liberação controlada. Sua matriz lipídica promove a formação de quilomícrons, potencialmente elevando a biodisponibilidade oral. No entanto, encapsular fármacos hidrofílicos como o verapamil em NLCs é difícil. Por isso, projetamos NLCs híbridos complexando verapamil com o polímero aniônico sulfato de dextrana, formando um complexo de contra-íon que pode ser aprisionado na matriz lipídica, e estudamos o impacto das variáveis de formulação nos atributos das partículas usando um delineamento fatorial.

Métodos

Materiais

Cloridrato de verapamil, Compritol 888 ATO®, ácido oleico, Tween 80®, Poloxamer 188, trealose e outros reagentes foram obtidos de fornecedores comerciais. Células Caco-2 foram obtidas da ATCC.

Preparação dos HVD-NLCs

A fase lipídica (Compritol + ácido oleico) foi fundida a 85 °C. O verapamil dissolvido em uma mistura 1:1 p/p de Tween 80® e Poloxamer 188 foi aquecido a 85 °C e adicionado gota a gota à fase lipídica sob homogeneização de alta velocidade (24.000 rpm). A solução de sulfato de dextrana (1:1 p/p em relação ao verapamil) foi incorporada durante a homogeneização. A mistura foi resfriada à temperatura ambiente e depois liofilizada usando trealose como crioprotetor.

Otimização Estatística

Um delineamento fatorial completo 2⁴ variou o tempo de homogeneização (A), concentração de lipídio sólido (B), concentração de lipídio líquido (C) e concentração de surfactante (D). As respostas dependentes foram tamanho de partícula (PS), índice de polidispersão (PDI), potencial zeta (ZP) e eficiência de encapsulação (%EE). O software Design-Expert® gerou modelos polinomiais e funções de desejabilidade; formulações com desejabilidade >0,85 foram selecionadas.

Caracterização

PS, PDI e ZP foram medidos por espalhamento dinâmico de luz. A eficiência de encapsulação foi determinada após separação do fármaco livre por coluna Sephadex G-25 e quantificação por HPLC. Ensaios de liofilização empregaram trealose (razões 1:1 e 1:2 lipídio:crioprotetor). A liberação in vitro foi avaliada em SGF (pH 1,2) e SIF (pH 6,8) usando bolsa de diálise (corte de 12.000 Da). DSC e WAXS avaliaram compatibilidade fármaco-excipiente e estado cristalino. TEM e SEM examinaram a morfologia. A captura celular em Caco-2 foi quantificada após 6 h de incubação e lise passiva, seguida de análise por HPLC.

Estabilidade

O VER-9 liofilizado foi armazenado a 5 ± 3 °C, 25 ± 2 °C/60% UR e 40 ± 2 °C/75% UR por 6 meses; PS, PDI, ZP e %EE foram monitorados.

Resultados e Discussão

Resultados do Delineamento Fatorial

Todos os quatro fatores influenciaram significativamente PS, PDI, ZP e %EE (p < 0,05). O aumento do tempo de homogeneização, lipídio líquido e concentrações de surfactante reduziu o tamanho das partículas, enquanto níveis mais altos de lipídio sólido e surfactante aumentaram o potencial zeta. %EE diminuiu com homogeneização prolongada, mas aumentou com a concentração de surfactante. Termos de interação (AC, BD, CD) modularam ainda mais esses efeitos.

Formulaçao Otimizada (VER-9)

O VER-9 exibiu tamanho de 192,3 ± 3,0 nm, PDI de 0,553 ± 0,075, ZP de -46,8 ± 1,2 mV e %EE de 93,3 ± 2,7%. A liofilização com trealose (razão 1:1) preservou esses atributos após reconstituição.

Liberação In Vitro

O VER-9 liberou ~85% de verapamil em 48 h tanto em SGF quanto em SIF, enquanto o fármaco livre dissolveu >95% em 4 h. A liberação sustentada é atribuída ao complexo eletrostático com sulfato de dextrana e à matriz lipídica.

DSC e WAXS

Curvas de DSC mostraram perda do pico de fusão do verapamil no VER-9, confirmando seu estado amorfo. Padrões de WAXS exibiram desaparecimento dos picos cristalinos do verapamil, apoiando a dispersão amorfa nos NLCs.

Morfologia

Imagens de TEM revelaram partículas esféricas <200 nm. Imagens de SEM do VER-9 liofilizado mostraram morfologia intacta quando a trealose estava presente, confirmando seu papel protetor.

Captura Celular

O VER-9 entregou 10,9 vezes mais verapamil intracelular que a solução livre e 135 vezes mais que o complexo verapamil-dextrana (p < 0,01). A captura aprimorada provavelmente deve-se ao transporte mediado por quilomícrons aprimorado e à capacidade do transportador lipídico de fundir com membranas celulares.

Estabilidade

A 5 ± 3 °C, o VER-9 permaneceu estável por 6 meses com mudanças insignificantes em PS, PDI, ZP e EE. Amostras armazenadas a 25 °C/60% UR ou 40 °C/75% UR agregaram em 1 mês e não puderam ser quantificadas.

Conclusão

Os NLCs híbridos verapamil-dextrana (VER-9) representam uma plataforma robusta e liofilizável que proporciona liberação sustentada, alta encapsulação e captura celular marcadamente aprimorada de verapamil. Sua estabilidade em temperaturas de refrigeração sugere adequação para desenvolvimento clínico, potencialmente resultando em biodisponibilidade oral aprimorada e desfechos terapêuticos.

Abreviações

%EE

Porcentagem de eficiência de encapsulação

DMEM

Meio modificado de Eagle de Dulbecco

DSC

Calorimetria exploratória diferencial

FBS

Soro fetal bovino

HVD-NLCs

Nanotransportadores lipídicos nanoestruturados híbridos verapamil-dextrana

ICH

Conselho Internacional para Harmonização de Requisitos Técnicos para Farmacêuticos para Uso Humano

IDL

Lipoproteína de densidade intermediária

LDL

Lipoproteína de baixa densidade

NLCs

Nanotransportadores lipídicos nanoestruturados

PBS

Salina fosfatada tamponada

PDI

Índice de polidispersão

PS

Tamanho de partícula

UR

Umidade relativa

SEM

Microscópio eletrônico de varredura

TEM

Microscópio eletrônico de transmissão

VLDL

Lipoproteína de densidade muito baixa

WAXS

Dispersão de raios X de grande ângulo

ZP

Potencial zeta