Preparation and characterization of heparin-loaded nanoparticles and its evaluation in animal model of venous thrombosis

A heparina é um anticoagulante amplamente empregado no tratamento e profilaxia da trombose venosa profunda (TVP). Algumas limitações do seu uso são o custo e a via de administração, endovenosa ou subcutânea, às vezes em doses repetidas em 24 horas. Assim, o desenvolvimento de um produto que possa ser administrado por via subcutânea em um menor número de aplicações ou por via oral, torna-se um importante desafio, e de grande aplicabilidade clínica. A utilização de um sistema de liberação sustentada de fármacos pode vir ao encontro desse objetivo, pois permite que o agente seja protegido e liberado gradativamente. Este projeto consistiu na preparação e caracterização de nanopartículas biodegradáveis de poli (e-caprolactona) (PCL) como carreador de heparina de baixo peso molecular, e avaliação de sua atividade anticoagulante e antitrombótica in vivo. As nanopartículas foram preparadas pelo método de dupla emulsão a/o/a e evaporação de solvente. A caracterização das nanopartículas foi realizada por microscopia eletrônica de varredura (MEV), observando-se nanopartículas esféricas e homogêneas. O diâmetro médio das nanopartículas foi de 269 ± 36 nm e o potencial zeta foi de -1,20 ± 1,93 mV, indicando que as mesmas apresentam carga negativa. A eficiência de encapsulação, analisada pelo método Azure II, foi de 80 ± 2,3%. A liberação da heparina in vitro, avaliada pelo método de Azure II, no período de 24 horas foi de 4 ± 1,8%. Após a adição da esterase houve um aumento para 10 ± 1,9% na liberação de heparina, provavelmente pela aceleração da degradação das partículas pela enzima. A liberação in vivo da heparina encapsulada, após aplicação subcutânea em ratos, foi avaliada pela atividade anti-Xa plasmática através do método colorimétrico, e os resultados foram comparados aos obtidos com heparina livre. A dose de heparina encapsulada teve que ser 5 vezes maior que a dose de heparina livre. A heparina encapsulada em nanopartículas apresentou uma liberação sustentada por até 12 horas, por um período significativamente mais prolongado (P<0,01), mas com menor atividade anti-Xa. Esses dados sugerem que as nanopartículas podem permitir que a heparina seja liberada de uma forma mais gradual, e mesmo em dose mais elevada, não parece estar associada a um risco de atividade acima da faixa terapêutica. Quando se comparou a atividade anti-Xa obtida pela injeção subcutânea de nanopartículas com heparina em doses diversas, 800 UI/Kg e 1000 UI/Kg, ficou demonstrado que o efeito e o tempo de ação dependem da dose aplicada. Para avaliação da ação antitrombótica foi padronizado o modelo de TVP por estase em ratos. As doses de nanopartículas empregadas para a avaliação da ação antitrombótica foram calculadas pela atividade anti-Xa semelhante à obtida com a heparina livre, de 0,3 a 0,7 UI/mL. A heparina livre ou encapsulada em nanopartículas foi aplicada em uma única dose, por via subcutânea. Os resultados mostraram que houve diminuição significativa do trombo formado com a utilização de heparina livre, em comparação ao grupo controle (P=0,004). Praticamente não houve a formação de trombose venosa em nenhum dos ratos que receberam a heparina encapsulada em nanopartículas, com uma diferença significativa tanto em relação ao grupo controle (P<0,001) como ao grupo com heparina livre (P<0,001). Em resumo, o método de dupla emulsão a/o/a mostrou-se um método eficiente para o encapsulamento de heparina, proporcionando a obtenção de nanopartículas esféricas e com alta eficiência de encapsulação. Pelos estudos in vivo, a heparina encapsulada não liofilizada mostrou uma liberação sustentada, por um período superior ao obtido com a heparina livre, e com excelente ação antitrombótica. Caso esses resultados se confirmem através da continuidade deste estudo, a utilização de heparina encapsulada em nanopartículas na prática clínica poderá ser uma realidade com grandes vantagens para o pacienteHeparin is an anticoagulant widely used in the treatment and prophylaxis of deep vein thrombosis (DVT). Some limitations of its use is the cost and route of administration, intravenous or subcutaneous, sometimes in repeated doses in 24 hours. Thus, the development of a product that can be administered subcutaneously in a smaller number of applications or orally becomes a major challenge, with interesting clinical applications. The use of a system for sustained release of drugs can come to meeting that goal, because it allows the agent to be protected and released gradually. This project consisted of the preparation and characterization of biodegradable nanoparticles of poly (e-caprolactone) (PCL) as a carrier of heparin of low molecular weight, and its evaluation of anticoagulant and antithrombotic activity in vivo. The nanoparticles were prepared by the method of double emulsion w/o/w and evaporation of solvent. The characterization of nanoparticles was performed by scanning electron microscopy (SEM), which showed homogeneous spherical nanoparticles. The average diameter of nanoparticles was 269±36 nm and zeta potential was -1.20±1.93 mV, indicating negative charge. The encapsulation efficiency, assayed by Azure II, was 80±2.3%. The release of heparin in vitro, at the 24-hour period was 4±1.8%. After the addition of esterase the release of heparin was increased to 10±1.9%, probably by accelerating the degradation of particles by the enzyme. The in vivo release of encapsulated heparin after subcutaneous administration in rats, was assessed by anti-Xa plasma activity and the results were compared with free heparin. The dose of heparin encapsulated had to be 5 times the dose of heparin free. Heparin-encapsulated nanoparticles showed a sustained release for up to 12 hours for a period significantly longer (P<0.01), but with lower anti-Xa activity. These data suggest that nanoparticles may allow heparin to be released in a more gradual, but with lower activity. When comparing the anti-Xa activity obtained by subcutaneous injection of nanoparticles with different doses of heparin, 800 IU/kg and 1000 IU/kg, demonstrated that the effect and duration of action depends on the dose applied. To evaluate the antithrombotic action of nanoparticles with heparin a model of DVT by stasis in rats was used. The doses of nanoparticles used for the evaluation of antithrombotic action were calculated by anti-Xa activity similar to that obtained with free heparin, 0.3 to 0.7 IU/mL. Heparin free or encapsulated in nanoparticles was applied in a single dose subcutaneously. The results showed a significant decrease of thrombus formed with the use of free heparin, compared with the control group (P=0.004). There were virtually no formation of venous thrombosis in any of the rats that received heparin encapsulated in nanoparticles, with a significant difference both in the control group (P<0.001) and the group with free heparin (P