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Título : Sistemas de liberação controlada de medicamentos : efeitos da geometria de dispositivos encapsulados porosos nas taxas de difusão de fármacos
Autor : Costa, Jangley Bahia
Orientador(es):: Barbosa, Marco Aurélio Alves
Assunto:: Sistemas de liberação controlada de medicamentos
Simulação in silico
Monte Carlo, Método de
Modelos em rede
Fecha de publicación : 25-ene-2021
Citación : COSTA, Jangley Bahia. Sistemas de liberação controlada de medicamentos: efeitos da geometria de dispositivos encapsulados porosos nas taxas de difusão de fármacos. 2020. 57 f., il. Dissertação (Mestrado em Ciências de Materiais)–Universidade de Brasília, Brasília, 2020.
Resumen : A simulação computacional e a modelagem matemática de liberação de fármacos são campos de estudo de enorme potencial na inovação científica e, em particular, na pesquisa e desenvolvimento de novas drogas. O desenvolvimento de fármacos demanda intensos esforços experimentais dos fenômenos de liberação, difusão, absorção e farmacocinética, cujos custos e tempo de execução podem ser substancialmente reduzidos com o uso de modelos computacionais. Ainda, a segurança e a eficácia, particularmente de drogas potentes e de estreita janela terapêutica, podem ser mais bem asseguradas por meio da utilização de mecanismos otimizados de liberação controlada, onde, portanto, contextualizam-se especialmente os Sistemas de Liberação Controlada (SLC) de fármacos. Neste trabalho revisamos a literatura acerca da modelagem computacional da liberação controlada de fármacos, incluindo trabalhos de Takeru Higuchi, Nicholas A. Peppas, Kosmas Kosmidis, J. Siepmann, Peppas, Rafael Villalobos, Gomes Filho, dentre outros. Realizamos investigações computacionais sobre estes sistemas usando simulações de Monte Carlo de modelos em rede, ajustados especificamente para dispositivos de liberação fármacos com membranas porosas. As curvas de liberação destes sistemas foram ajustadas à distribuição de Weibull. Nosso estudo dá continuidade às investigações realizadas anteriormente por Gomes Filho, onde a relação entre os parâmetros da função de Weibull e algumas características físicas do sistema (tamanho, porosidade, dimensionalidade) foram observadas em cápsulas porosas unidimensionais, quadradas e cúbicas. Prosseguimos o estudo, entretanto, modelando computacionalmente o comportamento da liberação controlada em dispositivos encapsulados com membranas porosas e em geometrias distintas, avaliando o efeito de distorção em cápsulas em duas e em três dimensões, com o objetivo de verificar os efeitos da distorção sobre os parâmetros de liberação. Verificamos que nos dispositivos simulados há um comportamento característico de liberação, com formato análogo resultante das simulações para diferentes tamanhos de cápsulas, independentemente da dimensionalidade. A modificação da porosidade também não altera a forma das curvas de liberação. Foram avaliados ainda os efeitos da variação da porosidade sobre os parâmetros τ e b do ajuste de Weibull em cápsulas bidimensionais e tridimensionais distorcida, bem como o comportamento dos parâmetros τ e b do ajuste de Weibull, onde nas varreduras de distorção de cápsula de dispositivos simulados em que restou constatado que o parâmetro τ apresenta um comportamento de possível convergência mediante o aumento da distorção, ao passo que o parâmetro b pouco varia, com flutuação basicamente na segunda casa decimal. É importante ressaltar que este trabalho contribui para a consolidação dos processos de modelagens mais detalhados, podendo ser utilizado como arcabouço teórico inicial em modelagens que permitam, futuramente, prever se dispositivos farmacêuticos encapsulados porosos atendem às janelas terapêuticas necessárias para seu uso medicinal.
Abstract: Computer simulation and mathematical modeling of drug delivery systems are fields with enormous potential in scientific innovation and for researching and development of new drugs. The development of drugs demands intense experimental efforts on the phenomena of release, diffusion, absorption and pharmacokinetics, whose costs and execution time can be substantially reduced by using computational modeling. In addition, the safety and efficacy, particularly of potent medicines with narrow therapeutic windows, can be better assured using Controlled Drug Delivery Systems In this Thesis we review the literature on computational modeling of controlled drug release, including works from Takeru Higuchi, Nicholas A. Peppas, Kosmas Kosmidis, J. Siepmann, Peppas, Rafael Villalobos, Gomes Filho, among others. We performed computacional investigations on these system using Monte Carlo simulations of lattice models that were designed to describe drug release from capsule devices with porous membrane. Our study continues the previous investigations by Gomes Filho, where the relationship between Weibull function parameters and some physical characteristics of the system (size, porosity, dimensionality) were observed in one-dimensional, square and cubic porous capsules. We continued the study, however, computationally modeling the behavior of controlled release for encapsulated devices with porous membranes and in different geometries, evaluating the effect of distortion in capsules in two and in three dimensions, in order to verify the effects of distortion on the parameters release. We found that for simulated devices there is a characteristic release behavior, with a similar curve shape resulting from the simulations for different capsule sizes, regardless of dimensionality. Porosity changes also does not change the shape of the release curves. We also evaluated the effects of the variation of porosity on the τ and b parameters of the Weibull adjustment in distorted two-dimensional and three-dimensional capsules, as well as the behavior of the τ and b parameters of the Weibull adjustment, where in the capsule distortion scans of simulated devices in which it remains that the τ parameter presents a behavior of possible convergence by increasing the distortion, while the parameter b varies little, with fluctuation basically centesimal. It is important to highlight that this work consolidates a detailed modeling processes, and can be used as a an initial theoretical framework that may allow, in the future, predictions on feasibility of using certain porous encapsulated pharmaceutical devices to meet the therapeutic windows necessary for their medicinal use.
metadata.dc.description.unidade: Faculdade UnB Planaltina (FUP)
Descripción : Dissertação (mestrado)–Universidade de Brasília, Faculdade UnB de Planaltina, Programa de Pós-Graduação em Ciências de Materiais, 2020.
metadata.dc.description.ppg: Programa de Pós-Graduação em Ciências de Materiais
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