Oral delivery systems for peptides and proteins: III. Application to insulin

Revista Brasileira de Ciências Farmacêuticas Brazilian Journal of Pharmaceutical Sciences vol. 39, n. 1, jan./mar., 2003 Administração oral de peptídios e proteínas: III. Aplicação à insulina Catarina Silva1, António Ribeiro2, Domingos Ferreira3 e Francisco Veiga1* Laboratório de Tecnologia Farmacêutica, Faculdade de Farmácia, Universidade de Coimbra, Coimbra, Portugal, 2 Laboratório de Tecnologia Farmacêutica, Instituto Superior da Ciências da Saúde do Norte, Gandra, Paredes, Portugal, 3Laboratório de Tecnologia Farmacêutica, Faculdade de Farmácia, Universidade do Porto, Porto, Portugal 1 * Correspondência: F. Veiga Faculdade de Farmácia Universidade de Coimbra 3000 Coimbra Portugal A insulina é um peptídeo biologicamente ativo, normalmente administrado por via subcutânea, pelos obstáculos que se colocam a sua administração oral. O desenvolvimento de uma forma farmacêutica passível de ser administrada oralmente tem sido razão de uma investigação persistente, acentuada na última década, conforme é descrito. As estratégias utilizadas têm sido muito variadas, a saber, a utilização de inibidores das enzimas proteolíticas, promotores da absorção, modificação química e fórmulas farmacêuticas específicas, como sistemas de partículas, emulsões, sistemas de liberação targeting e sistemas bioadesivos. Embora ainda nenhuma abordagem tenha sido suficientemente eficaz, os resultados são encorajadores. A microencapsulação e, em particular, os métodos que utilizam polímeros naturais, mostram-se promissores neste propósito, pelas características vantajosas que apresentam. Unitermos: • Inibidores das proteases • Insulina oral • Microencapsulação • Polímeros naturais • Promotores da absorção E-mail: INTRODUÇÃO A insulina é um hormônio anabólico secretado pelas células β das ilhotas de Langerhans do pâncreas. Quando a produção de insulina é inadequada ocorre o diabetes mellitus, cujo tratamento com insulina tem como objetivo obter níveis plasmáticos idênticos aos da secreção fisiológica bimodal em indivíduos não diabéticos. A terapêutica normal consiste na administração parenteral de insulina, em especial pela via subcutânea (s.c.). A duração de ação normal é curta, ou seja, 4-8 horas, o que exige 2-4 injeções diárias para um controle apropriado da doença (Chien, 1996; Trehan, Ali, 1998). Embora o prolongamento da atividade insulínica tenha sido alcançado pela investigação tecnológica, a administração crônica por via subcutânea conduz a efeitos secundários de lipoatrofia e lipoipertrofia nos locais de injeção, agravados pelo desconforto causado aos doentes (Chien, 1996; Ramkissoon- Ganorkar et al., 1999). Por outro lado, em termos fisiológicos, a insulina é secretada para a veia pancreática para ser primeiramente transportada para o fígado, onde cerca de metade das moléculas são degradadas e removidas da circulação hepática (Ramkissoon-Ganorkar et al., 1999). Quando a insulina é administrada para a circulação geral, todos os tecidos são expostos a uma concentração igual de insulina, o que implica que o fígado receba apenas uma fração da dose injetada e que os músculos e adipócitos respondam à dose injetada sem que a insulina presente na circulação tenha sido monitorada pelo fígado. A exposição excessiva dos vasos e músculos lisos à insulina (hiperinsulinemia periférica) pode causar superestimulação indesejável das respostas metabólicas, associada às complicações do diabetes (Saffran et al., 1997). Deste modo, para responder aos anseios dos doentes diabéticos e para proporcionar insulina ao fígado por uma via mais fisiológica, tem-se procurado desenvolver um sistema de 22 liberação recorrendo a outras vias de administração (Trehan, Ali, 1998). A obtenção de uma forma farmacêutica oral de insulina com biodisponibilidade adequada (10-20%) seria uma grande contribuição para o tratamento do diabetes e mesmo que não substituísse a terapia parenteral poderia complementá-la (Schilling, Mitra, 1990). Na primeira e segunda partes desta revisão (Silva et al., 2002a; Silva et al., 2002b) foram descritos aspectos associados à administração oral de fármacos peptídicos, em especial, as estratégias possíveis a adotar para alcançar esse fim, com um particular destaque para a microencapsulação. Nesta terceira parte, estes aspectos serão aplicados na administração da insulina por via oral. C. Silva, A. Ribeiro, D. Ferreira, F. Veiga riores a 0,1 mM, a insulina dimeriza. Em soluções neutras ou ligeiramente ácidas (pH 4-8), na presença de íons zinco e para concentrações superiores a 10 mM, ocorre a associação de 3 dímeros para formar um hexâmero de forma esférica ligeiramente achatada e com diâmetro hidrodinâmico de ~5,6 nm, em comparação com o diâmetro de ~2,6 nm do monômero (Figura 1). Para concentrações superiores a 2 mM, o hexâmero forma-se em pH neutro mesmo na ausência íons de zinco (Chien, 1996). PROPRIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS DA INSULINA A insulina é uma proteína formada por duas cadeias de aminoácidos (a.a.), A e B, que contêm 21 e 30 a.a., respectivamente, interligadas por duas pontes de dissulfeto. A massa molecular (MM) é de ~6 KDa. A composição em a.a. é variável para diferentes animais, mas em cada cadeia 10 resíduos são comuns. Na cadeia A existe uma ponte de dissulfeto intra-cadeia (A6-A11). Alguns a.a. da molécula não são essenciais à atividade biológica da insulina, como os resíduos em B30 ou A21. O octapeptídeo terminal da cadeia B (B 23 -B 30) é importante na ação hipoglicêmica, visto que a separação deste segmento conduz à perda de 85% da atividade biológica (Chien, 1996). Os resíduos invariáveis das cadeias A e B são responsáveis pela integridade estrutural da molécula de insulina e ajudam a definir a conformação da mesma (através das pontes de dissulfeto inter- e intracadeias entre os resíduos de cisteína). Os resíduos variáveis interagem no enrolamento da molécula para formar uma estrutura tridimensional. Apesar das diferenças na composição da estrutura primária o enrolamento e o empacotamento das cadeias A e B numa conformação tridimensional são, essencialmente, os mesmos para todas as moléculas de insulina. A estrutura tridimensional da insulina é determinada primariamente pelas pontes de dissulfeto e depende muito de forças de Van der Waals. A conformação estrutural da insulina é essencial para a sua atividade hipoglicemiante (Chien, 1996). A molécula de insulina existe como um monômero apenas em baixas concentrações (<0,1 mM ou ~0,6 mg/mL). Em condições fisiológicas, a insulina é normalmente mantida a concentração inferior a 10-3 mM, para assegurar sua circulação, e exerce sua atividade biológica como molécula monomérica. Para concentrações supe- FIGURA 1 - Tamanhos relativos do monômero, dímero e hexâmero da insulina humana (Adaptado de Chien, 1996) OBSTÁCULOS À ADMINISTRAÇÃO ORAL DE INSULINA Degradação enzimática pré-sistêmica A tripsina e a α-quimotripsina, as principais enzimas proteolíticas secretadas pelo pâncreas para o lúme intestinal, clivam a molécula da (...truncated)