Development of an innovative formulation that associates polymeric nanocapsules and pectin for topical application

This work aimed to developed and characterize a pectin hydrogel containing polymeric nanocapsules. This hydrogel was characterized in terms of rheological properties, drug release profile, adhesiveness, and permeation and penetration into the skin layers. For these experiments, imiquimod was used as a model drug. A pectin hydrogel without the nanocapsules and carbopol hydrogels (containing polymeric nanocapsules or not) were used as controls for the nanotechnological formulation developed. Regarding the rheological properties, the pectin hydrogel presented pseudoplastic behavior, which is suitable for topical application. The release profile study showed a more controlled drug release from the pectin hydrogel containing the nanoencapsulated imiquimod than from the other hydrogels. The adhesiveness was measured by two techniques: washability study and tensile stress study. By both techniques, the pectin hydrogel containing the polymeric nanocapsules presented as the most adhesive formulation. The penetration and permeation studies showed that the nanoencapsulated drug incorporated into the pectin hydrogel was able to penetrate the deeper layer of skin and to permeate the skin more effectively than the drug incorporated in the other formulations

Desenvolvimento de hidrogel de pectina contendo nanocápsulas poliméricas de imiquimode visando ao tratamento do melanoma

O melanoma é um tipo de câncer de pele que, apesar de apresentar baixas taxas de incidência, é altamente agressivo e letal devido ao seu potencial metastático. Estudos da literatura têm indicado o imiquimode, um imunomodulador de uso tópico, como um candidato eficaz para o tratamento do melanoma. No entanto, o uso deste fármaco está relacionado com o aparecimento de efeitos adversos intensos, como: coceira, irritação, dor, vermelhidão e edema. Além disso, uma limitação que o uso de formulações tópicas pode apresentar é a baixa (ou insuficiente) penetração do ativo na pele. Neste sentido, este trabalho teve o objetivo de desenvolver e avaliar o desempenho de uma formulação inovadora que associa imiquimode, nanocápsulas poliméricas e pectina, como uma nova abordagem para o tratamento do melanoma. As nanocápsulas poliméricas foram utilizadas como estratégia para potencializar a ação do fármaco e controlar sua liberação, e a pectina foi empregada para a produção de um veículo semissólido (hidrogel) capaz de modular a penetração do imiquimode na pele. A suspensão de nanocápsulas poliméricas contendo imiquimode (NCimiq) foi capaz de diminuir a viabilidade celular (linhagem tumoral SK-MEL-28) de forma tempo-dependente (79% de células viáveis em 24 h e 55% em 72 h), o que não foi observado nas células tratadas com a solução do fármaco (Imiq) (99% em 24 h e 91% em 72 h). O estudo de liberação in vitro mostrou que 63% de fármaco foi liberado a partir do hidrogel de pectina contendo Imiq (PEC-imiq) em 2 horas. Em comparação, 60% de fármaco foi liberado a partir do hidrogel de pectina contendo NCimiq (PEC-NCimiq) em 8 horas. O estudo de permeação in vitro mostrou que 2,5 μg de imiquimode permeou a pele após 8 horas de contato quando PEC-NCimiq foi aplicado, enquanto que apenas 2,1 μg de imiquimode permeou a pele após 12 horas de contato quando PEC-imiq foi aplicado. Os hidrogéis de pectina possibilitaram a penetração do fármaco em todas as camadas da pele, principalmente na derme (PEC-NCimiq = 6,8 μg e PEC-imiq = 4,3 μg). Esses resultados demonstraram que a nanoencapsulação do imiquimode proporcionou maior efeito citotóxico do fármaco frente à linhagem de células de melanoma testada, e a incorporação do imiquimode nanoencapsulado em um veículo a base de pectina proporcionou maior permeação do fármaco através da pele. Em paralelo com a realização da parte experimental desta pesquisa, a revisão da literatura sobre dois temas centrais deste projeto foi realizada: o uso da pectina em aplicações farmacêuticas e o uso de nanopartículas como sistemas carreadores de fármacos. Esta revisão da literatura resultou em um artigo publicado na forma de short communication e três capítulos de livro, os quais fazem parte do corpo desta dissertação e foram essenciais para a interpretação e discussão dos resultados experimentais obtidos.Melanoma is a type of skin cancer that, despite presenting low incidence rates, is highly aggressive and lethal due to its metastatic potential. Studies in the literature have indicated imiquimod, a topically applied immune response modifier agent, as an effective candidate for the treatment of melanoma. However, the use of this drug is associated with intense side effects, for example: itching, burning, pain, erythema, and edema. Besides that, a limitation that the use of topical formulations may present is the low (or insufficient) drug penetration into the skin. In this regard, this study aimed to develop and evaluate the performance of an innovative formulation that associates imiquimod, polymeric nanocapsules, and pectin as a new therapeutic scheme for melanoma treatment. Polymeric nanocapsules were used as a strategy to enhance drug action and control drug release, and pectin was applied to produce a semisolid vehicle (hydrogel) capable of modulating the penetration of imiquimod into the skin. Imiquimod-loaded polymeric nanocapsules suspension (NCimiq) was capable of decreasing cell viability (SK-MEL-28 tumor cell line) in a time-dependent manner (79% viable cells in 24 h and 55% in 72 h), which was not observed in cells treated with the solution of the drug (Imiq) (99% viable cells in 24 h and 91% in 72 h). In vitro drug release study showed that 63% of imiquimod was released from the pectin-based hydrogel containing the drug (PEC-imiq) after 2 h. In comparison, 60% of the drug was released from pectin-based hydrogel containing NCimiq (PEC-NCimiq) after 8 h. The in vitro permeation study showed that 2.5 μg of imiquimod permeated the skin within 8 h when PEC-NCimiq was assayed, whereas only 2.1 μg of drug permeated after 12 h of contact when PEC-imiq was assayed. Pectin-based hydrogels enabled drug penetration in all skin layers, especially the dermis (PEC-NCimiq = 6.8 μg and PEC-imiq = 4.3 μg). These results demonstrated that the nanoencapsulation provided higher cytotoxic effect of imiquimod in the melanoma cell line tested. Also, the incorporation of the nanoencapsulated imiquimod into pectin-based vehicle increased drug permeation through the skin. In parallel with the experimental part of this work, the review of the literature on two main themes of this project was carried out: pectin in pharmaceutical applications and the use of nanoparticles as drug carrier systems. This research resulted in one short communication and three book chapters, which are described in this thesis and were essential for the interpretation and discussion of the experimental data obtained