Hidrogéis pH responsivos como potenciais sistemas de liberação para administração de bevacizumabe - Ferreira, Natália Noronha [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2015)
O processo de angiogênese desempenha um papel importante no desenvolvimento de tumores, invasão e metástase. O fator de crescimento vascular endotelial (VEGF) apresenta-se como peça chave em patologias que envolvem neovascularização, como o câncer. O bevacizumabe (BVZ), que tem como alvo o VEGF, é um anticorpo monoclonal (mAbs) que atua impedindo o processo de angiogênese tumoral, resultando na inibição do suprimento sanguíneo necessário ao desenvolvimento das células tumorais. No entanto, o elevado peso molecular, hidrofilia e a complexa estrutura tridimensional dos mAbs dificultam sua passagem pelas barreiras biológicas. Além disso, eles apresentam baixa estabilidade físico-química nas formulações e nos fluídos biológicos, bem como baixa biodisponibilidade e potencial imunogênico, fatores que requerem a busca por estratégias capazes de contornar esses problemas. A terapia localizada, além de possibilitar altas concentrações locais do fármaco, pode contornar os problemas tecnológicos referentes à estabilidade desses agentes terapêuticos, reduzir efeitos adversos e a necessidade de altas doses e altas frequências de administração. Hidrogéis de alginato de cálcio são sistemas biocompatíveis, capazes de interagir ionicamente com BVZ, especialmente em pH ácido, como o microambiente de diversos tumores. Desta maneira, a utilização destes sistemas pode fornecer um perfil de liberação adequado ao fármaco frente às condições fisiológicas da região tumoral. O objetivo do presente trabalho foi a obtenção e caracterização de hidrogéis de alginato de cálcio pH responsivos para aplicação localizada e liberação modificada de BVZ. Dispersões aquosas de alginato de sódio (27 mg/mL) contendo BVZ (3 mg/mL) e cloreto de cálcio (5 mg/mL) foram utilizadas para a obtenção de hidrogéis de alginato quimicamente reticulados com cálcio. Os estudos de pré-formulação demonstraram que a co-injeção entre cloreto de cálcio e alginato de sódio nessas concentrações produzem hidrogéis estáveis, com alta eficiência de associação polímero: proteína, especialmente em pH ácido. As análises de dicroísmo circular, espectroscopia de fluorescência e microcalorimetria exploratória diferencial demonstraram a estabilidade proteica em diferentes valores de pH e na presença do alginato de sódio, que pode conferir, ainda, estabilidade adicional ao BVZ. Os sistemas produzidos são capazes de absorver grandes quantidades de líquidos em diferentes valores de pH. O conjunto de dados reológicos sugerem que os hidrogéis desenvolvidos podem apresentar uma organização estrutural diferenciada frente aos valores de pH da microrregião tumoral. O estudo morfológico utilizando microscopia eletrônica de varredura demonstrou que os hidrogéis possuem uma superfície rugosa, contendo poros de tamanhos e formas variadas. A atividade antiangiogênica de hidrogéis contendo BVZ foi avaliada utilizando modelo membrana carioalantóica de embrião de galinha (CAM). Posteriormente, avaliou-se a inibição do crescimento tumoral de microtumores implantados na CAM. Os resultados evidenciam que os hidrogéis contendo BVZ são capazes de promover a redução da densidade vascular de maneira mais significativa que o medicamento comercial. Além disso, esses sistemas tendem a promover a redução da vascularização, área e perímetro de micro tumores implantados na CAM. Desta maneira, o sistema de liberação desenvolvido neste estudo será de potencial utilidade para o controle da liberação de fármacos proteicos, podendo, ainda, melhorar as suas propriedades terapêuticas.

Angiogenesis plays an important role in tumor growth, invasion and metastasis. Vascular endothelial growth factor (VEGF) appears to be a key element in pathological situations involving neovascularization. Bevacizumab (BVZ), which targets VEGF, is a monoclonal antibody (mAbs) that acts against tumoral angiogenesis, resulting in inhibition of the necessary supply for tumor growth. However, the high molecular weight, hydrophilicity and the complex tridimensional structure of mAbs hinder their ability to cross biological barriers. Furthermore, they exhibit low physicochemical stability in formulations and biological fluids, low bioavailability and immunogenic potential, factors that require new strategies to overcome these problems. Site-specific therapy may allow high drug local concentrations and avoid technical problems related to the stability of these agents in addition to reduce side effects and administration frequencies. Calcium alginate hydrogels are biocompatible systems able to interact ionically with BVZ, especially in acidic pH, as found on tumor microenvironments. Thus, the use of these systems may provide an appropriate drug release profile across pathological condition at the region. The aim of the present work was the developing and characterization of pH responsive systems for localized therapy able to promote bevacizumab release. Aqueous dispersions of sodium alginate (27 mg/mL) containing BVZ (3 mg/mL) and calcium chloride (5 mg/mL) were used to obtain chemically cross-linked calcium alginate hydrogels. Pre-formulation studies have shown that co-injection system of calcium chloride and sodium alginate, in these concentrations, produced stable hydrogels with high efficiency association between polymer and protein (± 60%), especially at acidic pH values. Circular dichroism, fluorescence spectroscopy and exploratory microcalorimetry demonstrated protein stability at different pH values and also, against sodium alginate polymer, which can also confer additional drug stability. Hydrogel systems are able to absorbing large amounts of liquids at different pH values. Rheological data suggest that developed hydrogels may have a different structural organization against pH values found on tumor microenvironment. Morphology studies using scanning electron microscopy (SEM) showed that the hydrogels have a rough surface containing pores of varying sizes and formats. The effectiveness of bevacizumab release was evaluated in the angiogenic process, using the chick chorioallantoic membrane (CAM) assay. The effect of tumor inhibition was assessed using CAM bearing glioma microtumors. Our results showed that hydrogels containing BVZ could promote further reduction on vascular density compared to commercial anti-VEGF therapy (BVZ) alone. Furthermore, the developed system tends to promote reduction of blood vessels, tumor area and tumor perimeter in CAM implanted glioma tumors. Overall, the drug release system developed here will be broadly useful for controlling release rates of protein drugs in addition to provide improvements on therapeutic effect.
Hidrogéis pH responsivos como potenciais sistemas de liberação para administração de bevacizumabe
Keywords: Hidrogéis de alginato de cálcio; Hidrogéis pH responsivos; Sistemas de liberação modificada; Bevacizumabe; Calcium alginate hydrogels; pH responsive hydrogels; Drug delivery system; Bevacizumab