Orientador: Laura de Oliveira Nascimento

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Ciências Farmacêuticas

Resumo: As infecções pulmonares, como a pneumonia adquirida na comunidade (PAC), são a maior causa de mortalidade e morbidade no mundo, podendo ser causadas por vírus, bactérias ou fungos. A PAC de origem bacteriana geralmente é tratada por antibióticos ?-lactâmicos, macrolídeos, tetraciclina e/ou...

Resumo: As infecções pulmonares, como a pneumonia adquirida na comunidade (PAC), são a maior causa de mortalidade e morbidade no mundo, podendo ser causadas por vírus, bactérias ou fungos. A PAC de origem bacteriana geralmente é tratada por antibióticos ?-lactâmicos, macrolídeos, tetraciclina e/ou fluorquinolonas, como levofloxacino (LV). LV possui amplo espectro e é eficaz contra PAC, mas alguns eventos adversos raros, como tendinite e risco de ruptura de tendão tornam seu uso cauteloso. Idealmente, o tratamento da PAC deve combater não apenas o agente etiológico, mas a inflamação alveolar exacerbada decorrente da doença. Nesse contexto, o objetivo desta tese foi desenvolver carreadores lipídicos nanoestruturados (NLCs) para carrear LV por via pulmonar, no intuito futuro de tratar infecções pulmonares localmente, com potencial de reduzir a concentração sistêmica de LV e seus eventos adversos. Para tal, foi realizado estudo de pré-formulação incluindo a solubilidade do fármaco nos excipientes e compatibilidade LV-excipiente, caracterizados por análise termogravimétrica, calorimetria de varredura diferencial, difração de raios-X e espectroscopia no infravermelho. Para otimização da formulação foram avaliados seus parâmetros críticos e de seu processo por análise multivariada, buscando um sistema estável e com alta eficiência de encapsulação (EE) do fármaco. NPLLV_033 foi a formulação otimizada que atingiu as características desejadas (tamanho < 200 nm, polidispersão ? 0,3, potencial zeta cerca de ?20 mV, EE > 71% e um nível aceitável de produtos de degradação de LV (0,37-1,13%). Porém, a presença das impurezas de LV após a produção do NLC levou ao estudo de outros tensoativos (NPLLV_034, com poloxamer 407 e NPLLV_035, com poloxamer 188). Os três NLCs apresentaram características físicas adequadas, sendo NPLLV_034 e NPLLV_035 com menor degradação de LV. Nos testes biológicos, valores de concentração inibitória mínima (MIC) dos três NLCs foram similares a LV livre, indicando a manutenção da potência do fármaco nas nanoestruturas contra as bactérias testadas (K. pneumoniae and S. aureus). A viabilidade celular da Calu-3 (linhagem pulmonar) mostrou que LV e NPLLV_034 não reduziram viabilidade em 50 ug/mL. No sistema de transwell, com Calu-3 diferenciada, NPLLV_034 foi capaz de reduzir a produção de IL-8 após estímulo de lipopolissacarídeo comparada com LV livre, indicando uma potencial atividade anti-inflamatória da formulação. A determinação da atividade hemolítica das NLCs indicou diferentes concentrações seguras, em ordem de segurança NPLLV_034 > NPLLV_033 > NPLLV_035, podendo ser consideradas seguras para a via de administração pulmonar. A NPLLV_034 destacou-se nos ensaios físico-químicos (maior estabilidade do fármaco) e biológicos, apresentando-se a mais segura e menos citotóxica para Calu-3, com potencial redução da inflamação exacerbada, sendo vantajoso no tratamento de infecções pulmonares

Abstract: Lung infections, such as community-acquired pneumonia (CAP), are the leading cause of mortality and morbidity worldwide and can be caused by viruses, bacteria, or fungi. Bacterial CAP is usually treated with ?-lactam, macrolides, tetracycline, and/or fluoroquinolones antibiotics such as...

Abstract: Lung infections, such as community-acquired pneumonia (CAP), are the leading cause of mortality and morbidity worldwide and can be caused by viruses, bacteria, or fungi. Bacterial CAP is usually treated with ?-lactam, macrolides, tetracycline, and/or fluoroquinolones antibiotics such as levofloxacin (LV). LV has a broad spectrum and is effective against CAP, but some rare adverse events such as tendinitis and risk of tendon rupture make its use cautious. Ideally, the treatment of CAP should not only target the etiological agent but also the exacerbated alveolar inflammation resulting from the disease. Therefore, the aim of this thesis was to develop nanostructured lipid carriers (NLCs) to deliver LV via pulmonary route, with the future intention of locally treating lung infections, potentially reducing the systemic concentration of LV and its adverse events. A pre-formulation study was conducted, including drug solubility in excipients and LV-excipient compatibility, characterized by thermogravimetric analysis, differential scanning calorimetry, X-ray diffraction, and infrared spectroscopy. The formulation step involved determining and evaluating critical formulation and process parameters using multivariate analysis for formulation optimization, aiming for a stable system with high drug entrapment efficiency (EE). NPLLV_033 was the optimized formulation that achieved the desired characteristics (size < 200 nm, polydispersity ? 0.3, zeta potential around -20 mV, EE > 71%, and an acceptable level of LV degradation products (0.37-1.13%). However, the presence of LV impurities after NLC production led to the search for alternatives to reduce them, resulting in NLCs produced with other surfactants (NPLLV_034, with poloxamer 407, and NPLLV_035, with poloxamer 188), as surfactants play a crucial role as coating agents for nanoparticles, affecting their physicochemical and biological characteristics. The three NLCs exhibited similar physicochemical characteristics as described above, with NPLLV_034 and NPLLV_035 showing lower LV degradation. In the biological assays, the minimum inhibitory concentration (MIC) values of the three NLCs were similar and did not differ from free LV, indicating that the NLC-incorporated drug remained effective against the tested bacteria (Klebsiella pneumoniae and Staphylococcus aureus). The cell viability of Calu-3 (lung model) showed that NPLLV_034 did not reduced viability at 50 µg/mL.In the transwell system, with differentiated Calu-3 cells, NPLLV_034 was able to reduce the production of IL-8 after lipopolysaccharide stimulation compared to free LV, indicating a potential anti-inflammatory activity of the formulation. Haemolytic activity determination of the NLCs indicated different safe concentrations, in order of safety: NPLLV_034 > NPLLV_033 > NPLLV_035, making them considered safe for pulmonary administration. NPLLV_034 stood out in the physicochemical (greater drug stability) and biological assays, being the safest and least cytotoxic to Calu-3 cells, with the potential to reduce exacerbated inflammation, making it advantageous in the treatment of lung infections

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