📄 chemistry

Development, Hirshfeld surface analysis, DFT calculations and biological evaluation of Neratinib loaded Co-crystals for solubility enhancement

Este estudo desenvolveu e otimizou com sucesso cocristais de neratinibe–ácido 3-hidroxibenzoico utilizando design racional e cálculos de DFT, alcançando melhorias significativas na solubilidade, dissolução e citotoxicidade contra células de câncer de mama HER2-positivas em comparação ao fármaco puro.

Autores originais: Rohit Sonawane, Amol Rakte, Jyotiraditya Fiske, Sanjay Arote

Publicado 2026-07-07

📖 5 min de leitura🧠 Leitura aprofundada

CC BY 4.0

Autores originais: Rohit Sonawane, Amol Rakte, Jyotiraditya Fiske, Sanjay Arote

Artigo original sob licença CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ✨ Esta é uma explicação gerada por IA do artigo abaixo. Não foi escrita nem endossada pelos autores. Para precisão técnica, consulte o artigo original. Ler aviso legal completo

O Problema: O Medicamento "Preso"

Imagine o Neratinibe como um super-herói projetado para combater um tipo específico de câncer de mama (HER2-positivo). Este super-herói é incrivelmente poderoso, mas tem uma falha grave: ele é como uma pedra gordurosa que se recusa a dissolver na água.

Como o corpo humano é composto majoritariamente por água, esse medicamento fica preso no estômago e não consegue entrar na corrente sanguínea para fazer o seu trabalho. O artigo observa que o fármaco é praticamente insolúvel (menos de 0,002 mg/mL se dissolve). É como tentar lavar uma panela engordurada usando apenas um pano seco; o medicamento simplesmente fica parado ali, incapaz de alcançar as células cancerígenas.

A Solução: A "Dança dos Cristais" (Co-cristais)

Em vez de mudar a composição química do super-herói (o que poderia destruir seus poderes), os pesquisadores decidiram dar a ele um par de dança. Eles criaram um co-cristal.

Pense no medicamento (Neratinibe) como um dançarino tímido que não quer sair da pista. Os pesquisadores introduziram um parceiro chamado ácido 3-hidroxibenzoico (um produto químico seguro e comum). Quando os misturaram de uma forma específica, eles formaram uma nova estrutura cristalina estável, onde as duas moléculas dão as mãos através de "ligações de hidrogênio" (como um aperto de mão firme).

Essa nova parceria mudou a personalidade do medicamento. Assim como uma pessoa tímida pode se tornar mais extrovertida quando acompanhada por um amigo confiante, a nova estrutura cristalina tornou-se muito mais disposta a se dissolver na água.

O Trabalho de Detetive: Como Encontraram o Parceiro Certo

Os pesquisadores não apenas adivinharam; eles usaram um processo de investigação em três etapas:

A "Prova de Roupa" Virtual (Docking Molecular): Antes de misturar produtos químicos em um laboratório, eles usaram softwares de computador para simular como diferentes parceiros potenciais segurariam as mãos do Neratinibe. Eles testaram cinco parceiros diferentes em diferentes proporções.
- O Resultado: O ácido 3-hidroxibenzoico foi o vencedor claro. Ele manteve o aperto mais forte (maior energia de ligação) e formou o par de dança mais estável.
O Check-up Eletrônico (Cálculos DFT): Eles usaram matemática avançada (Teoria do Funcional da Densidade) para observar os níveis de energia das moléculas.
- A Analogia: Imagine que o medicamento puro possui uma parede espessa e pesada bloqueando sua energia. Quando pareado com o novo parceiro, essa parede encolheu até quase desaparecer. Esse "hiato de energia" tornou-se minúsculo, o que significa que o novo cristal tornou-se muito mais reativo e pronto para interagir com o corpo.
A Receita Perfeita (Design Fatorial): Eles sabiam que apenas misturá-los não era o suficiente; eles precisavam da receita perfeita. Eles testaram diferentes quantidades do parceiro e diferentes tempos de agitação (como assar um bolo).
- O Vencedor: O melhor lote (chamado PF9) utilizou uma quantidade específica do parceiro e foi agitado por 90 minutos. Isso criou o cristal mais eficaz.

Os Resultados: Uma Transformação

Quando testaram este novo cristal "PF9", os resultados foram dramáticos:

Solubilidade: O novo cristal dissolveu-se 12,4 vezes melhor que o medicamento original. Ele passou de "praticamente insolúvel" para realmente dissolver-se bem o suficiente para ser útil.
Velocidade de Dissolução: Em um teste simulando o estômago, o novo cristal liberou 84,6% do fármaco em uma hora, comparado a apenas 18,4% do original. Foi como abrir uma comporta de inundação em vez de um gotejamento.
Combate ao Câncer: Quando testaram este novo cristal em células cancerígenas em uma placa de cultura, ele foi 1,3 vezes mais eficaz em matar as células do que o fármaco puro. Como o medicamento pôde se dissolver melhor, mais dele realmente alcançou as células cancerígenas para realizar seu trabalho.

A "Impressão Digital" e a Estabilidade

Para provar que realmente criaram um novo cristal e não apenas uma mistura, eles utilizaram microscópios e raios-X de alta tecnologia:

Raio-X (PXRD): O medicamento original parecia uma grade cristalina perfeita e nítida. O novo medicamento pareceu um monte amorfo e suave. Essa mudança na estrutura confirmou que a parceria era real.
Microscópio (SEM): Sob o microscópio, o medicamento original parecia pedras lisas e polidas. O novo medicamento pareceu rochas ásperas e irregulares. Essa rugosidade ajuda a dissolver mais rápido.
Estabilidade: Eles deixaram o novo cristal em uma caixa quente e úmida por seis meses (simulando um longo tempo de prateleira). Ele permaneceu estável, não mudou de cor e manteve sua capacidade de dissolução. Era um parceiro resistente e confiável.

O Resumo Final

Os pesquisadores transformaram com sucesso uma "pedra gordurosa" (Neratinibe) em uma "esponja solúvel em água" ao pareá-la com um parceiro químico seguro (ácido 3-hidroxibenzoico).

O que o artigo afirma:

Eles desenvolveram uma nova formulação de co-cristal.
Isso melhora significamente a forma como o fármaco se dissolve e é liberado no corpo.
Demonstra melhores resultados na morte de células cancerígenas em um ambiente de laboratório comparado ao fármaco puro.
É estável ao longo do tempo.

O artigo conclui que este é um passo promissor para fazer o medicamento funcionar melhor para os pacientes, mas afirma explicitamente que estudos futuros em animais vivos (in vivo) são necessários para confirmar esses resultados antes que possa ser usado como tratamento clínico.

Resumo Técnico: Desenvolvimento e Avaliação de Co-cristais de Neratinibe–Ácido 3-Hidroxibenzoico para o Aumento da Solubilidade

Definição do Problema
O neratinibe, um inibidor da tirosina quinase pan-HER utilizado no tratamento do câncer de mama HER2-positivo, é classificado como um fármaco da Classe II do Sistema de Classificação Biofarmacêutica (BCS). Ele sofre de uma solubilidade aquosa extremamente baixa (<0,002 mg/mL em pH fisiológico), o que limita severamente sua biodisponibilidade oral, leva a respostas biológicas heterogêneas e prejudica a eficácia terapêutica. Embora o mecanismo de ligação irreversível do fármaco ofereça vantagens sobre os inibidores reversíveis, suas limitações físico-químicas exigem intervenções farmacêuticas para melhorar seu desempenho biofarmacêutico sem alterar sua estrutura molecular covalente ou atividade farmacológica.

Metodologia
O estudo empregou uma abordagem sistemática de "computação-para-experimental" para projetar, otimizar e caracterizar co-cristais de neratinibe.

Triagem Computacional: Cinco potenciais coformadores (nicotinamida, ácido succínico, ácido maleico, ácido fumárico e ácido 3-hidroxibenzoico) foram triados em proporções molares de 1:1, 1:2 e 1:3 utilizando o software SynthonDock. O docking molecular previu afinidades de ligação e energias de interação.
Caracterização Teórica: Cálculos de Teoria do Funcional da Densidade (DFT) foram realizados no nível B3LYP/6-31G(d,p) para analisar as propriedades eletrônicas, as lacunas de energia HOMO–LUMO e as energias de interação do complexo neratinibe–ácido 3-hidroxibenzoico selecionado.
Otimização Experimental: Com base em ensaios preliminares, o ácido 3-hidroxibenzoico foi selecionado como o coformador ideal. Um delineamento fatorial $3^2$ foi utilizado para otimizar a preparação do co-cristal via evaporação de solvente. As variáveis independentes foram a concentração de ácido 3-hidroxibenzoico (24,8–74,4 mg) e o tempo de agitação (30–90 min). As respostas dependentes foram a solubilidade de equilíbrio e a liberação cumulativa do fármaco em 60 minutos.
Caracterização: Os lotes otimizados foram caracterizados por Difratometria de Raios X de Pó (PXRD), Espectroscopia de Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR), Calorimetria de Varredura Diferencial (DSC), Microscopia Eletrônica de Varredura (SEM) e análise de superfície de Hirshfeld.
Avaliação Biológica: A citotoxicidade in vitro foi avaliada contra células de câncer de mama SK-BR-3 (HER2-positivo) por meio de ensaio MTT. Estudos de estabilidade foram conduzidos sob condições aceleradas (40°C/75% UR) por seis meses.

Resultados Principais

Seleção de Coformador: O docking molecular identificou o ácido 3-hidroxibenzoico como o coformador superior, exibindo a energia de ligação mais favorável (−10,05 kcal/mol na proporção 1:3) e a maior pontuação de co-cristal (90,5).
Análise DFT: O complexo neratinibe–ácido 3-hidroxibenzoico demonstrou uma lacuna de energia HOMO–LUMO significativamente reduzida (0,4324 eV) em comparação ao neratinibe puro (3,3072 eV), indicando maior reatividade molecular e interações favoráveis de transferência de carga.
Otimização: O delineamento fatorial $3^2$ revelou que a concentração de ácido 3-hidroxibenzoico foi o fator mais influente tanto para a solubilidade quanto para a liberação do fármaco. O lote otimizado (PF9), preparado com 74,4 mg de coformador e 90 minutos de agitação, apresentou os melhores resultados.
Melhorias Físico-Químicas:
- Solubilidade: O co-cristal otimizado alcançou um aumento de 12,4 vezes na solubilidade de equilíbrio (0,112 mg/mL) em comparação ao neratinibe puro (0,009 mg/mL) em tampão fosfato pH 6,8.
- Dissolução: A liberação cumulativa do fármaco em 60 minutos melhorou de 18,4% (fármaco puro) para 84,6% (co-cristal), representando um aumento de 4,6 vezes.
- Propriedades de Estado Sólido: PXRD e DSC confirmaram a formação de uma nova fase sólida com redução da cristalinidade (caráter parcialmente amorfo) e um deslocamento distinto do ponto de fusão (153–155°C). A SEM revelou uma mudança na morfologia de cristais lisos para partículas agregadas irregulares com superfícies rugosas (1–5 μm).
Atividade Biológica: O co-cristal otimizado (PF9) exibiu atividade anticancerígena in vitro aumentada contra células SK-BR-3, com um valor de IC50 de 18,46 μg/mL comparado a 24,18 μg/mL para o neratinibe puro (uma melhoria de 1,3 vezes). O próprio ácido 3-hidroxibenzoico apresentou baixa citotoxicidade (IC50 > 100 μg/mL).
Estabilidade: A formulação demonstrou estabilidade satisfatória ao longo de seis meses sob condições aceleradas, sem mudanças significativas no conteúdo de fármaco, ponto de fusão, solubilidade ou perfil de dissolução.

Significância e Alegações
O artigo afirma que o desenvolvimento de co-cristais de neratinibe–ácido 3-hidroxibenzoico representa uma estratégia farmacêutica clinicamente relevante para superar as limitações de solubilidade dos fármacos da Classe II do BCS. Ao integrar a seleção racional de coformadores, análise DFT e otimização por delineamento fatorial, o estudo conseguiu aumentar o potencial de biodisponibilidade oral e a eficácia terapêutica do neratinibe. Os autores afirmam que as melhorias observadas na solubilidade e dissolução correlacionam-se diretamente com a atividade citotóxica aumentada observada em células de câncer de mama HER2-positivo. O estudo conclui que esta formulação de co-cristal oferece uma abordagem estável e eficaz para melhorar a adesão do paciente e os resultados terapêuticos para o câncer de mama HER2-positivo, justificando novos estudos de farmacocinética e eficácia in vivo para translação clínica.