Challenges for the self-assembly of poly(Ethylene glycol)-poly(lactic acid) (PEG-PLA) into polymersomes : beyond the theoretical paradigms

We acknowledge support from the State of São Paulo Research Foundation (FAPESP-Brazil, projects 2013/08617-7 (Thematic project) and 2014/10456-4 (Apolinário, A.C. PhD fellowship) and the National Council for Scientific and Technological Development (CNPq- Brazil, project 303334/2014-2).Polymersomes (PL), vesicles formed by self-assembly of amphiphilic block copolymers, have been described as promising nanosystems for drug delivery, especially of biomolecules. The film hydration method (FH) is widely used for PL preparation, however, it often requires long hydration times and commonly results in broad size distribution. In this work, we describe the challenges of the self-assembly of poly (ethylene glycol)-poly(lactic acid) (PEG-PLA) into PL by FH exploring different hydrophilic volume fraction (f) values of this copolymer, stirring times, temperatures and post-FH steps in an attempt to reduce broad size distribution of the nanostructures. We demonstrate that, alongside f value, the methods employed for hydration and post-film steps influence the PEG-PLA self-assembly into PL. With initial FH, we found high PDI values (>0.4). However, post-hydration centrifugation significantly reduced PDI to 0.280. Moreover, extrusion at higher concentrations resulted in further improvement of the monodispersity of the samples and narrow size distribution. For PL prepared at concentration of 0.1% (m/v), extrusion resulted in the narrower size distributions corresponding to PDI values of 0.345, 0.144 and 0.081 for PEG45-PLA69, PEG114-PLA153 and PEG114-PLA180, respectively. Additionally, we demonstrated that copolymers with smaller f resulted in larger PL and, therefore, higher encapsulation efficiency (EE%) for proteins, since larger vesicles enclose larger aqueous volumes.Publisher PDFPeer reviewe

Development and characterization of polymersomes for the release of L-asparaginase

A enzima L-Asparaginase (ASNase) é um biofámaco utilizado no tratamento da leucemia linfoblástica aguda, no entanto, a evolução da produção da ASNase como um medicamento desde o final da década de 1970 resultou em apenas quatro alternativas disponíveis no mercado farmacêutico, com relatos de graves reações imunogênicas e toxicidade. Desse modo, a nanotecnologia é uma plataforma que pode ser explorada para administração dessa enzima diminuindo a exposição da mesma a proteases e aumentando a sua meia-vida aparente. Os polimerossomos (PL) são opções que pela nanoestrutura vesicular poderiam encapsular a ASNase em seu core aquoso e pela presença de uma membrana polimérica, são mais robustos que os lipossomos. Assim, neste trabalho objetivou-se desenvolver PL para encapsulação da ASNase como uma alternativa às formulações deste biofármaco existentes. Foram desenvolvidos PL de PEG-PLA, PMPC-PDPA, PEG-PDPA e Pluronic® L-21. Foram estudados fatores relacionados à composição dos copolímeros (fração hidrofílica, responsividade a fatores externos tais como pH e temperatura) e métodos de elaboração (hidratação do filme polimérico, troca de pH e temperatura) bem como foi feita a caracterização dos PL obtidos (tamanho, índice de polidispersão, espessura de membrana, formação de excessivo bulk polimérico, obtenção de micelas). Também foi feito um planejamento racional para encapsulação da ASNase (hidratação direta do filme polimérico e encapsulação por eletroporação, autoagregação com encapsulação por troca de pH ou de temperatura). Para os PL preparados com PEG-PLA, a extrusão resultou em distribuição de tamanhos mais estreitos correspondentes aos valores de PDI de 0,345, 0,144 e 0,081 para PEG45-PLA69, PEG114-PLA153 e PEG114-PLA180, respectivamente. Foi demonstrado que copolímeros com menor fração hidrofóbica resultam em maior eficiência de encapsulação para proteínas, já que possuem volumes aquosos maiores. Com o PMPC25-PDPA72 foi possível encapsular em média três unidades de ASNase por vesículas através da eletroporação ou troca de pH, sendo que no primeiro método houve formação de túbulos e no último método as micelas não foram completamente removidas. Para PEG100-PDPA80, grandes agregados permaneceram após a purificação levando a um PDI alto, mas não foi observada a formação de túbulos, já a troca de pH para este copolímero resultou em maior perda de copolímeros como bulk polimérico precipitado. Para o copolimero tribloco Pluronic® L-121, foi observado que as vesículas eram estáveis durante uma semana à temperatura ambiente, contrariando o que era descrito na literatura. Nesses sistemas, quando preparados por hidratação do filme, a encapsulação da ASNase foi realizada por eletroporação mas a proteína não foi detectada dentro das vesículas. Atribuímos a não-encapsulação à organização da bicamada Pluronic® L-121 sem conformação definida das cadeias poliméricas, dificultando a reorganização do bloco hidrofílico na porção interna do poro durante eletroporação. Por troca de temperatura, cerca de 5 % de ASNase foi encapsulada e o método resultou em total recuperação da atividade da enzima. Desse modo foram obtidos diferentes PL com diferentes características nanoestruturais de acordo com os copolímeros utilizados para carreamento da ASNase.The enzyme L-Asparaginase (ASNase) is a biopharmaceutical used in the treatment of acute lymphoblastic leukemia, still the industrial production of ASNase as a marketable drug since the late 1970s has resulted in only four alternatives available in the pharmaceutical market, with reports of severe immunogenic reactions and toxicity. In this sense, nanotechnology is a platform that can be exploited to administer this enzyme by decreasing its exposure to proteases and increasing its apparent half-life. Polymerosomes (PL) are interesting routes which by its intrinsically vesicular nanostructure could encapsulate the ASNase in its aqueous core and by the presence of a polymeric membrane, being more robust than the liposomes. Thus, in this work it was intended to develop PL for ASNase encapsulation as an alternative to existing formulations of this biopharmaceutical. PL of PEG-PLA, PMPC-PDPA, PEG-PDPA and Pluronic® L-21 were developed. It was studied the copolymers composition (i.e. hydrophilic fraction, responsiveness to external factors such as pH and temperature), PL design (i.e. polymer film hydration, pH change and temperature) and PL characterization (i.e. size, polydispersity index - PDI, membrane thickness, formation of excessive polymer bulk, micelles production). A suitable experimental planning for ASNase encapsulation (i.e. direct hydration of the polymeric film and encapsulation by electroporation, self-aggregation with encapsulation by pH or temperature change) was also performed. For the PL prepared with PEG-PLA, the extrusion resulted in narrower size distribution corresponding to the PDI values of 0.345, 0.144 and 0.081 for PEG45-PLA69, PEG114-PLA153 and PEG114-PLA180, respectively. It has been shown that copolymers with lower hydrophobic fraction result in higher encapsulation efficiency for proteins, since they have larger aqueous volumes. With PMPC25-PDPA72 PL, it was possible to encapsulate three units of ASNase per vesicles through electroporation or pH change. In the first method, tubules were formed and in the latter one the micelles were not completely removed. For PEO100-PDPA80 PL, large aggregates remained after purification leading to a high PDI value, nevertheless no tubule formation was observed, since the pH change for this copolymer resulted in greater loss of copolymers as a precipitated polymer bulk. For the Pluronic® L-121 triblock copolymer PL, it was observed that the vesicles were stable for one week at room temperature, contrary to what was described in the literature. These PLs were prepared by film hydration method and ASNase encapsulation was performed by electroporation, nonetheless the protein was not detected within the vesicles. It is attributed the non-encapsulation to the organization of the Pluronic® L-121 bilayer without defined conformation of the polymer chains, making it difficult to reorganize the hydrophilic block in the internal portion of the pore during electroporation. By temperature change, about 5% of ASNase was encapsulated and the method resulted in complete recovery of enzyme activity. In conclusion, several PLs with a vast range of differential nanostructural characteristics were obtained according to the copolymers used for ASNase loading

POLIMEROSSOMOS VERSUS LIPOSSOMOS: A EVOLUÇÃO DA “BALA MÁGICA”

Polymeric vesicles known as polymersomes are formed by the self-assemble of amphiphilic block copolymers and have structural organization similar to liposomes. However, polymersomes present higher physicochemical stability and structure versatility due to their polymeric nature. In this review we describe the main aspects related to the structure and applications of these systems for drug delivery

Uso de cosméticos por mulheres do município de Esperança, Paraíba, Brasil

O aumento de vendas de produtos cosméticos e de higiene pessoal deve ser atentamente acompanhado pelos setores regulatórios competentes, uma vez que mais de oito mil matérias-primas são usadas na formulação destes produtos e muitas podem ocasionar efeitos adversos tóxicos ou mesmo alergias. Assim, este trabalho visou investigar quais as finalidades do uso de cosméticos entre mulheres, conhecer os mais utilizados e saber os locais de aquisição destes produtos. Tratouse de um estudo transversal, descritivo e exploratório, tendo como instrumento de coleta de dados um questionário com perguntas objetivas, aplicado entre 102 mulheres. A higiene (65,7%) foi respondida como a principal finalidade de uso. Os produtos com maior frequência de utilização foram os perfumes e desodorantes (90,2%), maquiagens (74,5%), produtos para depilação (74,5%) e tinturas de cabelos (41,2%). A maior parte das mulheres (63,7%) relatou comprar os cosméticos em revistas. Diante dos resultados expostos, pode-se inferir que as mulheres utilizam variados tipos de cosméticos, com diferentes finalidades, o que pode implicar em risco para saúde