Elaboração de nanocompósito de quitosana magnética para liberação controlada de 5-hidroxitriptofano

Abstract

A elaboração e o refinamento de sistemas de liberação controlada têm sido extensivamente estudados a fim de se aprimorar as terapias com fármacos convencionais e aumentar a adesão do paciente ao tratamento. Para esses fins, vários polímeros biodegradáveis – como a quitosana – conjugados com outros materiais que trazem respostas estímulo-responsíveis ao compósito – como magnetismo – têm sido usados na pesquisa de transporte e liberação de fármacos. Nesse tipo de formulação, o comportamento físico-químico do biopolímero permite a incorporação do princípio ativo na sua estrutura e as estruturas magnéticas agem como sondas para conduzir magneticamente o compósito a uma região específica e/ou, por meio de suas propriedades físicas, causar uma hipertermia magnética que pode controlar a liberação de determinado fármaco pela aplicação de um campo magnético externo. Assim, nesse trabalho, nanoestruturas de quitosana de ~100 nm, incrustradas com até 25% de nanopartículas magnéticas de óxidos de ferro (magnetita/maguemita) de ~5 nm foram produzidas por precipitação em meio homogêneo, pela decomposição da ureia. Nessa mesma, e única etapa de síntese, o 5-hidroxitriptofano foi incorporado ao compósito, com uma eficiência de até 80 %. A caracterização química, morfológica e estrutural foi feita por XRD, TEM, FTIR, TGA, medidas de magnetização e de potencial zeta, enquanto a eficiência de incorporação e o perfil de liberação foram estudados por UV-vis. A cinética de liberação mostrou que trata-se de um sistema de liberação controlada pH-sensitivo governada pelo entumescimento e/ou dissolução da fase polimérica, sendo mais efetiva em meio ácido. O difratograma revela que há coexistência entre a fase polimérica e a magnética; por outro lado a espectroscopia no infravermelho confirma a interação entre quitosana e magnetita. O nanocompósito apresentou uma magnetização de saturação de 11 emu/g enquanto que a do material magnético foi de 50 emu/g; comparável à das ferritas; em função da análise termogravimétrica o nanocompósito apresentou um percentual de 24,6% de nanopartículas magnéticas. ________________________________________________________________________________ ABSTRACT

Design and tailoring of controlled release systems have been extensively studied in order to enhance drug therapy and increase patient compliance. For these purposes, various biodegradable polymers – such as chitosan – conjugated with another material which brings stimuli-responsive features – such as magnetism – to the composite have been used in drug delivery research. In this formulation, the physical-chemical behavior of biopolymer allows incorporation of pharmaceuticals in its structure and opens the possibility for applications in drug delivery. Here, the nanomagnets act as probes to magnetically drive the composite to a specific region and/or, through their magneto-thermal properties, can control a drug release with an external magnetic field. Thus, in this work, ~100 nm sized nanoparticles of chitosan embedded with 25 % (w/w) of iron oxide magnetic nanoparticles (magnetite/maghemite) and with a loading efficiency of about 80% for 5-hydroxytryptophan were synthesized, using homogeneous precipitation by urea decomposition, in an efficient one-step procedure. Characterization of morphology, structure and surface were performed by XRD, TEM, FTIR, TGA, magnetization and zeta potential measurements, while drug loading and drug releasing were investigated using UV-vis spectroscopy. Kinetic drug release experiments under different pH conditions revealed a pH-sensitive controlled-release system, ruled by polymer swelling and/or particle dissolution, and that drug release is more efficient in an acidic medium. he XRD pattern reveals that there is coexistence between the polymer phase and magnetic; On the other hand the infrared spectroscopy confirms the interaction between chitosan and magnetite. The nanocomposite showed a saturation magnetization of 11 emu / g while that of the magnetic material was 50 emu / g; comparable to ferrites; depending on the thermal analysis the nanocomposite showed a percentage of 24.6% of magnetic nanoparticles.