Development of 'patches' containing the association of Artemether - Lumefantrine for the treatment of malaria caused by 'Plasmodium falciparum'

Orientador: Mary Ann Foglio Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia Resumo: Este trabalho teve como objetivo desenvolver sistemas terapêuticos transdérmicos contendo a associação dos fármacos arteméter (Art) e lumfantrina (Lum), com o propósito de ampliar o acesso ao tratamento da malária em áreas endêmicas afastadas, sem acesso a hospitais. Art-Lum são considerados os fármacos de primeira linha para o tratamento da malária (WHO, 2018), nos quais o Art possui rápida e potente ação, diminuindo a parasitemia nas primeiras horas de administração e a Lum atua mais lentamente, eliminando os parasitas residuais. A via de liberação transdérmica é uma via alternativa favorável, com vantagens em relação à via oral, que incluem evitar o metabolismo da primeira passagem, prevenir a degradação gastrointestinal e, adicionalmente, melhorar a adesão de crianças - principais vítimas da malária no mundo e muitas vezes são resistentes à via oral ou parenteral - ao tratamento. Dentre os sistemas desenvolvidos, encontram-se filmes, sistemas líquidos cristalinos (LCs), membranas obtidas pela técnica de eletrofiação (ME) e também microagulhas (MNs) contendo nanosuspensões (NNs) de fármacos. As formulações de Art e Lum foram desenvolvidas separadamente e em associação. Os perfis de liberação dos fármacos foram realizados em célula de Franz e quantificados por UPLC/MS. As MNs de Lum apresentaram o melhor resultado de permeação para Lum com 217 µg/cm2/24 hrs e os filmes de Art, com o maior perfil de liberação para Art com 6000 µg/cm2/24 hrs. Para selecionar os sistemas de liberação de escolha, foram realizados estudos in vitro com Plasmodium falciparum 3D7. Nestes estudos, verificou-se que a cultura celular não evoluiu na presença de LCs, ME e bioadesivos. Foi possível testar in vitro apenas as formulações de MNs, prosseguindo-se, assim, para os estudos de biodisponibilidade e avaliação da atividade antimalárica in vivo em modelo murino de infecção por Plasmodium yollei com as MNs desenvolvidas. Para os experimentos com in vivo, foram utilizados camundongos C57BL/6J. Os estudos de biodisponibilidade foram realizados em animais sadios (sem infecção), onde avaliou-se dois esquemas de tratamento: a) dose única, sendo aplicada 1 MN Art-Lum no 1° dia de tratamento e removida após 72 hrs e b) 1x/dia/3dias, que incluiu a troca diária de MNs nos 3 dias de tratamento. Nestes estudos, observou-se o Cmax de Lum a 4?g/mL de plasma, no tempo de 72 hrs, quando utilizou-se esquema de aplicação das MNs 1x/dia/3dias. O Cmax de Art foi de 375?g/mL e diidroartemisinina, metabólito ativo de Art, de 3125?g/mL, ambos no tempo de 6 hrs, indicando que as MNs são capazes de prolongar o tempo de permanência do fármaco no organismo. Nos estudos de atividade antimalárica, os camundongos foram infectados com 106 eritrócitos Plasmodium yoelii 17XNLe foram tratados com MNs Art-Lum a partir do dia 0 da infecção no esquema de aplicação das MNs por 1x/dia/3dias, tendo demonstrado uma redução da parasitemia de 99,5% até o dia 12 pós infecção. Os presentes resultados sugerem que o tratamento utilizando MNs Art-Lum mantém os animais tratados abaixo de 0,5% de parasitemia, ou seja, são capazes de abolir a infecção Abstract: Herein we report the development of transdermal drug delivery systems containing an association of artemether (Art) and lumefantrine (Lum)-loaded, with the focus on expanding the options to malaria treatment in communities isolated from the cities, without access to hospitals. Art-Lum are considered standard golden for malaria treatment (WHO, 2018). Art has fast onset action, reducing the parasitemia in a few hours after administration. Lum acts more slowly, eliminating the residual parasites. The transdermal delivery route is a favorable alternative pathway with advantages over oral or parenteral routes that include avoiding first passage metabolism, preventing gastrointestinal degradation and, additionally, increase the children¿s adhesion, which are the main victims from malaria around the world. Among the developed systems, there are liquid crystalline systems (LCs), electrospinning membranes (EM) and microneedles (MNs) nanosuspensions (NNs) loaded arteméter (Art) ¿ lumefantrine (Lum). The formulations of Art and Lum were developed separately and in the association. The permeation profiles of the drugs were studied and quantified by UPLC/MS. The best results for Lum were achieved with MNs (217 µg/cm2/24 hrs). For Art films, the best permeation profile was (~6000 µg/cm2/24 hrs). To select the suit drug delivery system, in vitro studies with Plasmodium falciparum 3D7 were performed. In these studies, it was verified that the cell culture did not evolve in the presence of LCs, ME and bioadhesives. Only formulations of MNs were possible to be tested in vitro, and thus, the bioavailability and evaluation studies of the antimalarial activity in vivo in a murine model of Plasmodium yoleii infection with the MNs developed were carried out. For the in vivo experiments, C57BL / 6J mice were used. The bioavailability studies were performed in healthy animals (without infection), in which two treatment regimens were evaluated: a) single dose, in which 1 MN Art-Lum was applied on the 1st day of treatment and removed after 72 hrs and b) 1x /day /3 days, which included the daily exchange of MNs during the 3 days of treatment. In these studies, the Cmax of Lum was observed at 4?g / mL of plasma, during the period of 72 hrs, when the application scheme of the MNs 1x / day / 3 days was used. Art Cmax was 375 ?g / mL and the Cmax of dihydroartemisinin, Art's active metabolite, was 3125 ?g / mL, both at 6 hrs, indicating that the MNs are able to prolong the time the drug stays in the blood. In the antimalarial activity studies, the mice were infected with 106 Plasmodium yoelii 17XNL erythrocytes and treated with Art-Lum MNs from day 0 of the infection in the MNs application scheme 1x/day/3 days, which demonstrated a 99.5% reduction in parasitemia by day 12 post-infection. The present results suggest that the treatment using Art-Lum MNs keeps the treated animals below 0.5% of parasitemia, that is, they are able to abolish the infection Doutorado Fármacos, Medicamentos e Insumos para Saúde Doutora em Ciências FAPESP 2014/16008-3; 2016/18384-8