Micropartículas EROs-responsivas com targeting para macrófagos ativados e liberação cólon-específica de mesalazina como potencial estratégia para tratamento da doença inflamatória intestinal

A doença inflamatória intestinal (DII) é uma patologia crônica inflamatória que acomete o trato gastrointestinal (TGI). O fármaco de primeira linha utilizado na terapia é o ácido 5-aminosalicílico (5-ASA). Sua rápida absorção nas primeiras porções do TGI e chegada em baixas concentrações no cólon requer a administração de altas dosagens, o que ocasiona diversos efeitos colaterais. Dessa forma, tem-se o desenvolvimento de outras terapias para vetorização da liberação do 5-ASA para a região colônica, como sistemas de liberação orais cólon-específicos (SLOCs) baseados em polissacarídeos naturais, como amido retrogradado (AR) e pectina (P). Além disso, a mucosa gastrintestinal de pacientes com DII possui elevada concentração de macrófagos ativados, os quais superexpressam receptores scavenger do tipo classe-A (SR-A) em sua superfície. Isso possibilita a vetorização de carreadores poliméricos para a região inflamada por meio da incorporação de sulfato de dextrana (SD), um ligante específico desses receptores. Somado a isso, uma estratégia promissora para a liberação do fármaco nas áreas inflamadas com excessiva presença de espécies reativas de oxigênio (EROs) consiste no design de micropartículas (MPs) EROs-responsivas, que podem ser desenvolvidas através da reticulação com ácido 1,4-fenilenodiborônico (AFD), um reticulante químico sensível às EROs. Por fim, a fim de minimizar a solubilidade em meio gástrico e melhorar a cólon-especificidade, as MPs podem ser revestidas com alginato de sódio (ALG), um polissacarídeo amplamente utilizado para sistemas de liberação prolongada de fármacos. Sendo assim, o objetivo desse trabalho foi desenvolver MPs cólon-específicas contendo 5-ASA, baseadas em blendas de AR/P/SD e revestidas com ALG, obtidas por dupla reticulação (Al3+ e AFD) e com tripla responsividade, além de avaliar as propriedades físicas, químicas, estruturais, morfológicas e de performance dos sistemas desenvolvidos. O método de geleificação ionotrópica possibilitou a formação de MPs esféricas com superfície rugosa, analisadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV-FEG). Os valores de eficiência de encapsulação (EE%) variaram entre 19% e 76%, sendo influenciado pela concentração de 5-ASA adicionada, tempo e tipo de reticulação. O ensaio de mucoadesão ex vivo indicou que os sistemas desenvolvidos apresentam mucoadesão sítio-específica, tendo 0% de adesão em mucosa gástrica e 100% em mucosa colônica. Somado a isso, foi revelada a atividade antioxidante de 80% nas MPs que possuíam AFD em sua composição. Os espectros de FTIR sugeriram a efetividade do processo de reticulação química por meio de bandas características, enquanto que os termogramas de análise térmica (DSC e TG) evidenciaram que esse mesmo processo promoveu maior estabilidade térmica ao sistema . Os ensaios de liberação in vitro revelaram baixa liberação de 5-ASA no ambiente gástrico (27 a 37% após 120 min), enquanto a maior parte foi liberada no meio colônico (78% após 300 min), com aceleração das taxas de liberação na presença de enzimas colônicas, o que corrobora a cólon-especificidade do sistema e proteção da mucosa gástrica promovida pelo ALG. O ensaio de erosão das MPs frente à EROs revelou que as MPs, quando expostas ao meio colônico contendo H2O2 apresentaram taxas de biodegradabilidade de até 80% e maior liberação do fármaco, confirmando a EROs-responsividade. A viabilidade celular em monocamadas de células Caco-2 revelou que as amostras não são citotóxicas, uma vez que apresentaram taxas de viabilidade superiores à 70%. O ensaio de permeabilidade intestinal in vitro realizado na mesma linhagem celular indicou taxas de permeabilidade até 38%, possibilitando um efeito preferencialmente localizado. Já os estudos de captação celular em macrófagos RAW 264.7 confirmaram o direcionamento ativo mediado pelo SD aos receptores SR-A1 pela fluorescência observada, reforçando a seletividade para regiões inflamadas. Os resultados obtidos sugerem o potencial das MPs duplamente reticuladas e revestidas com ALG como alternativa inovadora para o tratamento mais efetivo das DII´s e com menor incidência de efeitos colaterais.

Resumo (inglês)

Inflammatory bowel disease (IBD) is a chronic inflammatory disorder that affects the gastrointestinal tract (GIT). The first-line drug used in therapy is 5-aminosalicylic acid (5ASA). Its rapid absorption in the upper portions of the GIT and arrival at low concentrations in the colon require the administration of high doses, which lead to several side effects. Therefore, alternative therapies have been developed to vectorize the release of 5-ASA to the colonic region, such as colon-specific oral delivery systems (CSODS) based on natural polysaccharides, including retrograded starch (RS) and pectin (P). Furthermore, the gastrointestinal mucosa of IBD patients contains a high concentration of activated macrophages, which overexpress class A scavenger receptors (SR-A) on their surface. This enables the targeting of polymeric carriers to the inflamed region through the incorporation of dextran sulfate (DS), a specific ligand of these receptors. In addition, a promising strategy for drug release in inflamed areas with excessive levels of reactive oxygen species (ROS) consists of the design of ROS-responsive microparticles (MPs), which were developed through crosslinking with 1,4-phenylenediboronic acid (PDBA), a ROS-sensitive chemical crosslinker. Finally, in order to minimize solubility in the gastric environment and improve colon-specificity, the MPs were coated with sodium alginate (ALG), a polysaccharide widely used in sustained-release drug delivery systems. Thus, the objective of this study was to develop colon-specific MPs containing 5-ASA, based on RS/P/DS blends and coated with ALG, obtained by dual crosslinking (Al3+ and PDBA) with triple responsiveness, and to evaluate the physical, chemical, structural, morphological, and performance properties of the developed systems. The preparation method enabled the formation of spherical MPs with a rough surface, as observed by field-emission scanning electron microscopy (FE-SEM). Encapsulation efficiency (EE%) values ranged from 19% to 76%, being influenced by the amount of 5-ASA added, as well as the type and duration of crosslinking. The ex vivo mucoadhesion assay indicated that the developed systems exhibit site-specific mucoadhesion, showing 0% adhesion to gastric mucosa and 100% adhesion to colonic mucosa. In addition, MPs containing PDBA in their composition displayed antioxidant activity of 80%. FTIR spectra suggested the effectiveness of the chemical crosslinking process through characteristic bands, whereas thermal analysis thermograms (DSC and TG) demonstrated that this same process promoted greater thermal stability of the system. In vitro release assays revealed low release of 5-ASA in the gastric environment (37% after 120 min), whereas most of the drug was released in the colonic medium (78% after 300 min), with accelerated release rates in the presence of colonic enzymes, confirming the colon-specificity of the system and protection of the gastric mucosa promoted by ALG. Moreover, the erosion assay of MPs in the presence of ROS showed that, when exposed to colonic medium containing H2O2, the MPs presented biodegradability rates of up to 80% and enhanced drug release, confirming ROS-responsiveness. Cell viability in Caco-2 monolayers revealed that the samples are non-cytotoxic, since they exhibited viability rates higher than 70%. The in vitro intestinal permeability assay performed on the same cell line indicated permeability of up to 38%, thus ensuring a preferentially localized effect. Cell uptake studies in RAW 264.7 macrophages confirmed DS-mediated active targeting to SR-A1 receptors through observed fluorescence, reinforcing selectivity for inflamed regions. Overall, the results suggest the potential of dualcrosslinked and ALG-coated MPs as an innovative alternative for more effective treatment of IBD with a lower incidence of side effects.