Desenvolvimento e avaliação da atividade e farmacocinética de nanopartículas lipídicas sólidas contendo a associação de quinina e doxiciclina

Abstract

A malária, causada por protozoários intracelulares do gênero Plasmodium, é uma das doenças tropicais mais devastadoras existentes. Mais de 3 bilhões de pessoas vivem em regiões endêmicas para a malária. Cinco espécies de Plasmodium (falciparum, vivax, ovale, malariae e knowlesi) causam doenças em humanos e a infecção com P. falciparum, o mais letal desses parasitas, resulta em mais de 1 milhão de mortes anualmente. O desenvolvimento de resistência aos fármacos antimaláricos tradicionais, leva ao uso de combinações de fármacos como a quinina (QN) e a doxiciclina (DOX). Nesse contexto, os objetivos deste trabalho foram desenvolver e caracterizar formulação de nanopartículas lipídicas sólidas (NLS) contendo a associação de QN/DOX, avaliar sua eficácia em um modelo in vivo de malária berghei, determinar a sua farmacocinética e o coeficiente de partição nos eritrócitos dos fármacos livres e nanoencapsulados. A formulação de NLS contendo QN/DOX (2,0/0,2 mg/mL) foi preparada pela técnica de homogeneização a alta pressão, utilizando polissorbato 80 e Lipoid® como emulsionantes e palmitato de cetila como matriz lipídica. No estudo preliminar de estabilidade, a formulação de NLS contendo QN/DOX apresentou tamanho de partícula adequado (152,8 ± 5,26 nm), índice de polidispersão (0,173 ± 0,006), potencial zeta (-38,6 ± 1,82 mV), alto conteúdo dos fármacos (95,9% ± 0,70/ 94,1% ± 2,41) e adequada eficiência de encapsulação (94,2% ± 1,14/83,0% ± 2,52), após 21 dias de armazenamento em temperatura ambiente. Para a análise do teor um método rápido e específico de cromatografia líquida-acoplada a espectrometria de massa (LC-MS/MS) foi desenvolvido e validado para a determinação simultânea de QN e DOX nas formulações. O método por LC-MS/MS utilizou coluna Waters Sun Fire C18 (50 mm x 3,0 mm de diâmetro) e a fase móvel foi composta de acetonitrila:ácido fórmico 0,1% (75:25, v/v), no fluxo de 0,45 mL/min (split 1:3). O volume de injeção foi de 10 μL. Ratos Wistar infectados por P. berghei foram utilizados para avaliar a eficácia da formulação de NLS contendo QN/DOX utilizando diferentes regimes de dose. As doses efetivas da formulação, i.v. (75/7,5 mg/kg/dia) e oral (105/10,5 mg/kg/dia), representam uma redução de quase 30% em comparação com os fármacos livres utilizados em associação. A farmacocinética foi avaliada após a administração dos fármacos livres ou nanoencapsulados pela vias i.v. (10/1 mg/ kg) e oral (25/2,5 mg/kg) em ratos Wistar infectados. Para a quantificação das amostras de plasma dos ratos, método por LC-MS/MS foi desenvolvido e validado. A QN, a DOX e a cimetidina (padrão interno, PI) foram extraídos do plasma através de precipitação de proteínas e a fase móvel consistiu de metanol/ácido fórmico 0,1% (70:30, v/v), no fluxo de 0,5 mL / min (split 1:3). A detecção foi realizada através da ionização por electrospray positivo, no modo de monitoramento de reações múltiplas, onde foram monitoradas as transições 325,0>307,0, 445,0>428,1 e 252,8>159,0, para QN, DOX e PI, respectivamente. A análise foi realizada em 2,0 min e o método foi linear na faixa de concentração plasmática entre 5-5000 ng/mL. Nenhuma alteração significativa dos parâmetros farmacocinéticos foi observada para ambos os fármacos e vias de administração, após a nanoencapsulação. O coeficiente de partição da QN nos eritrócitos infectados por P. berghei aumentou (5,53 ± 0,28) quando a formulação de NLS contendo QN/DOX foi usada em comparação com os fármacos livres em associação (3,81± 0,23). Nenhuma alteração significativa na penetração intraeritrocitária da DOX foi observada com a nanoencapsulação. Os resultados demonstram que a nanoencapsulação da QN/DOX em NLS diminui a dose efetiva para o tratamento da malária, sendo uma alternativa interessante a ser investigada para o tratamento da malária falciparum resistente.

Malaria is one of the most devastating tropical diseases caused by intracellular protozoan parasites of the genus Plasmodium. More than 3 billion people live in malarial endemic regions. Five species of Plasmodium (falciparum, vivax, ovale, malariae and knowlesi) cause disease in humans and infection with P. falciparum, the most deadly of these parasites, results in more than 1 million deaths annually. The development of resistance to traditional antimalarial drugs leads to the use of drug combinations such as quinine (QN)/doxycycline (DOX). In this context, the aims of this work were to develop and characterize solid lipid nanoparticles (SLN) loaded with QN/ DOX, to evaluate their efficacy in an in vivo model of berghei malaria, and to determine their pharmacokinetics and erythrocyte partition coefficient compared to the non-encapsulated (free) drug association. The SLN were prepared by high pressure homogenization technique using polysorbate 80 and Lipoid® as emulsifiers and cetyl palmitate as lipid matrix. In the preliminary stability study, QN/DOX-loaded SLN (2.0/0.2 mg/mL) presented adequate particle size (152.8 ± 5.26 nm), polydispersion index (0.173 ± 0.006), zeta potential (-38.6 ± 1.82 mV), high drug content (95.9% ± 0.70/94.1% ± 2.41) and appropriate encapsulation efficiency (94.2% ± 1.14/83.0% ± 2.52) after 21 days of storage at room temperature. For the assay analysis, a fast and specific liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LC-MS/MS) method was developed and validated for the simultaneous determination of QN and DOX. The LC-MS/MS method was carried out on a Sun Fire Waters C18 column (50 mm x 3.0 mm I.D.) and the mobile phase consisted of acetonitrile:0.1% formic acid (75:25, v/v), run at a flow rate of 0.45 mL/min (split 1:3). The injection volume was 10 μL. Plasmodium berghei infected Wistar rats were used to evaluate the efficacy of QN/DOX-loaded SLN using different dosing regimens. The effective QN/DOX-loaded SLN i.v. (75/7.5 mg/kg/day) and oral (105/10.5 mg/kg/day) doses represent an almost 30% reduction compared to the free drugs in association. Plasma pharmacokinetics was evaluated after administration of free or nanoencapsulated QN/DOX by i.v. (10/1 mg/kg) and oral (25/2.5 mg/kg) routes to infected Wistar rats. For the quantification of the rat plasma samples, a fast, sensitive and specific LC-MS-MS method was developed and validated for the determination of QN and DOX. QN, DOX and cimetidine (internal standard, IS) were extracted from the plasma by protein precipitation and the mobile phase consisted of methanol/formic acid 0.1% (70:30, v/v), run at a flow rate of 0.5 mL/min (split 1:3). Detection was carried out by positive Electrospray Ionization in multiple reaction monitoring mode, monitoring the transitions 325.0>307.0, 445.0>428.1 and 252.8>159.0, for QN, DOX and IS, respectively. The analysis was carried out in 2.0 min and the method was linear in the plasma concentration range of 5-5000 ng/mL. No significant alteration of pharmacokinetic parameters was observed for both drugs and routes of dosing after nanoencapsulation. QN partition coefficient into P. berghei infected erythrocyte was increased (5.53 ± 0.28) when the QN/DOX-loaded SLN was used in comparison with the free drugs in association (3.81 ± 0.23). No significant alteration on DOX erythrocyte partition coefficient was observed. In summary, the results showed that QN/DOX nanoencapsulation into SLN allows the reduction of the effective antimalarial dose being an interesting alternative to be investigated for the treatment of falciparum resistant malaria.