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Publicação
Preparation and evaluation of an insulin delivery system sensitive to hyperglycaemia
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Autores
Orientador(es)
Resumo(s)
Diabetes mellitus (DM) represents a world health problem with a current estimated prevalence of 415 million people, characterized by an increased glucose blood concentration. DM type 1 therapy is based on the subcutaneous administration of insulin in accordance to glucose levels, which is associated with patient´s poor compliance. Following this, the aim of this project is to produce an insulin delivery system sensitive to hyperglycaemia, avoiding the need of glycaemia monitoring while promoting a better glucose homeostasis control.
In this work, a glucose sensitive insulin delivery system started to be developed based on poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA) nanoparticles containing insulin and catalase and decorated with glucose oxidase (GOx). The principle for insulin release is based on the conversion of glucose into H2O2 whenever glycaemia levels are high; afterwards the breakdown of H2O2 into H2O and O2 by catalase leads to an increased pressure inside the nanoparticles, causing them to break and to release insulin.
An initial catalase encapsulation study was conducted. Immobilized catalase was not only active but it also showed increased stability in comparison with free catalase. A release profile could be observed in response to the presence of H2O2. Furthermore, GOx immobilization on PLGA surface was also accomplished and a significant enzymatic activity and stability were achieved. Afterwards, insulin and catalase were co-encapsulated within PLGA nanoparticles and the insulin release pattern was evaluated. However, and in contrast with initial results observed for encapsulated catalase, insulin release was not triggered by the presence of H2O2. The optimized immobilization conditions for catalase are not suitable for insulin delivery probably due to the PLGA surface porosity and insulin smaller size in comparison with catalase. Future work may include the encapsulation of insulin linked to polyethylene glycol (PEG), in order to obtain a larger molecule and by this way avoiding its release through PLGA pores and improving the release of insulin.
A Diabetes mellitus (DM) é uma doença que atinge cerca de 415 milhões de pessoas, caracterizada por um aumento da concentração de glucose sanguínea. A terapia da DM tipo 1 é baseada na administração subcutânea de insulina de acordo com os níveis de glicémia, o que contribui para a diminuição da qualidade de vida do doente. Assim, o objectivo deste projecto é produzir um sistema de veiculação de insulina sensível a condições de hiperglicémia, reduzindo a necessidade de monitorização dos níveis de glicémia e melhorando o controlo da homeostase da glucose. Neste trabalho, iniciou-se o desenvolvimento de um sistema de veiculação de insulina sensível à hiperglicémia, usando nanoparticulas de ácido poli láctico/glicólico (PLGA) com vista a co-encapsular catalase e insulina e com derivatização à superfície com glucose oxidase (GOx). O principio da libertação da insulina baseia-se na conversão da glucose em H2O2 quando a glicémia está elevada e por sua vez o H2O2 é cindido em H2O e O2 pela catalase, provocando o aumento da pressão dentro das nanopartículas e consequentemente, a sua ruptura e a libertação da insulina. Inicialmente, a encapsulação da catalase foi estudada e demonstrou-se não só que tinha actividade, mas que também que apresentava maior estabilidade do que a catalase livre. O seu perfil de libertação foi avaliado em resposta à presença de H2O2. A imobilização de GOx à superfície das nanopartículas de PLGA foi conseguida com actividade enzimática e estabilidade significativa. Posteriormente, foi realizada a co-encapsulação de insulina e catalase nas nanoparticulas de PLGA e o perfil de libertação da insulina foi avaliado. No entanto, a libertação da insulina não foi influenciada pela presença de H2O2. Estes resultados demonstram que as condições óptimas de encapsulação da catalase não são as mesmas para a insulina, uma vez que a superfície do PLGA é porosa e a insulina tem um tamanho mais pequeno que a catalase. No trabalho futuro poder-se-á estudar a encapsulação de insulina ligada a polietilenoglicol (PEG), de modo a obter uma molecula maior e a evitar a sua libertação através dos poros na superfície do PLGA, melhorando o perfil de libertação da insulina.
A Diabetes mellitus (DM) é uma doença que atinge cerca de 415 milhões de pessoas, caracterizada por um aumento da concentração de glucose sanguínea. A terapia da DM tipo 1 é baseada na administração subcutânea de insulina de acordo com os níveis de glicémia, o que contribui para a diminuição da qualidade de vida do doente. Assim, o objectivo deste projecto é produzir um sistema de veiculação de insulina sensível a condições de hiperglicémia, reduzindo a necessidade de monitorização dos níveis de glicémia e melhorando o controlo da homeostase da glucose. Neste trabalho, iniciou-se o desenvolvimento de um sistema de veiculação de insulina sensível à hiperglicémia, usando nanoparticulas de ácido poli láctico/glicólico (PLGA) com vista a co-encapsular catalase e insulina e com derivatização à superfície com glucose oxidase (GOx). O principio da libertação da insulina baseia-se na conversão da glucose em H2O2 quando a glicémia está elevada e por sua vez o H2O2 é cindido em H2O e O2 pela catalase, provocando o aumento da pressão dentro das nanopartículas e consequentemente, a sua ruptura e a libertação da insulina. Inicialmente, a encapsulação da catalase foi estudada e demonstrou-se não só que tinha actividade, mas que também que apresentava maior estabilidade do que a catalase livre. O seu perfil de libertação foi avaliado em resposta à presença de H2O2. A imobilização de GOx à superfície das nanopartículas de PLGA foi conseguida com actividade enzimática e estabilidade significativa. Posteriormente, foi realizada a co-encapsulação de insulina e catalase nas nanoparticulas de PLGA e o perfil de libertação da insulina foi avaliado. No entanto, a libertação da insulina não foi influenciada pela presença de H2O2. Estes resultados demonstram que as condições óptimas de encapsulação da catalase não são as mesmas para a insulina, uma vez que a superfície do PLGA é porosa e a insulina tem um tamanho mais pequeno que a catalase. No trabalho futuro poder-se-á estudar a encapsulação de insulina ligada a polietilenoglicol (PEG), de modo a obter uma molecula maior e a evitar a sua libertação através dos poros na superfície do PLGA, melhorando o perfil de libertação da insulina.
Descrição
Tese de mestrado, Ciências Biofarmacêuticas, Universidade de Lisboa, Faculdade de Farmácia, 2016
Palavras-chave
Diabetes mellitus Nanoparticles PLGA Insulin Glucose sensitive delivery system Teses de mestrado - 2016