Análise das propriedades térmicas e mecânica, de estruturas tridimensionais de quitosana com a inclusão do fármaco curcumina.

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1 Análise das propriedades térmicas e mecânica, de estruturas tridimensionais de quitosana com a inclusão do fármaco curcumina. Milena Costa da Silva 1*, Suelem Sonaly Lima Oliveira 1, Michele Dayane Rodrigues Leite 1, Thiago Bizerra Fideles 1, Marcus Vinícius Lia Fook 1. milecost@hotmail.com 1* 1 Unidade Acadêmica de Engenharia de Materiais Universidade Federal de Campina Grande Rua Aprígio Veloso, 882, Bodocongó, CEP , Campina Grande Paraíba Resumo: Além de apresentar características como alta hidrofilicidade, biocompatibilidade, bioadesão, permeabilidade e não toxicidade, a quitosana tem sido pesquisada como um transportador potencial para administração de fármacos. Diante disto, este trabalho teve como objetivo avaliar as propriedades térmicas por Termogravimetria (TG) e Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC) e mecânica por ensaio de compressão dos scaffolds de quitosana com a introdução do fármaco curcumina. A partir dos resultados de DSC, observou-se que a introdução da curcumina provocou a perca de cristalinidade do arcabouço devido à diminuição da entalpia de fusão e pelas curvas TG verificou-se que as ambas as amostras, com e sem o fármaco, possuem o mesmo perfil térmico, sendo degradadas em três eventos. Já pelo teste de compressão, tem-se que a introdução da curcumina diminui ligeiramente a resistência à compressão, e a deformação em 90%, quando comparado com o arcabouço de quitosana. Palavras-chave: quitosana, estruturas tridimensionais, curcumina. Abstract: Besides presenting characteristics such as high hydrophilicity, biocompatibility, bioadhesion, permeability and non-toxicity, chitosan has been investigated as a potential carrier for drug delivery. Given this, this study aimed to evaluate the thermal properties, by Thermogravimetry (TG) and Differential Scanning Calorimetry (DSC), and by mechanical compression test of chitosan scaffolds with the introduction of curcumin drug. From the DSC results, it was observed that the introduction of curcumin caused the loss of crystallinity of the scaffolds due to the reduced melting enthalpy and, from TG curves, it was found that both samples with and without the drug, have the same thermal profile, being degraded in three events. From the compression test, the introduction of curcumin slightly decreases the compressive strength and the deformation by 90%, when compared to the chitosan scaffolds. Keywords: chitosan, three-dimensional structures, curcumin. 7469

2 INTRODUÇÃO Arcabouços para engenharia de tecidos são, geralmente, feitos de materiais biocompatíveis, biodegradáveis e bioabsorvíveis com estruturas porosas e interligadas para transporte de nutrientes e resíduos. A quitosana é um biopolímero natural, que possui a glucosamina e N - acetilglucosamina, obtido pela desacetilação da quitina. Devido as suas benéficas propriedades físico-químicas, biodegradabilidade, biocompatibilidade, não toxicidade, funcionalidade e capacidade de processamento, a quitosana tem sido pesquisada em várias aplicações biomédicas, tais como: na cicatrização de ferida, curativos, administração de medicamentos, na área de nanobiotecnologia, cirurgia cardiovascular e liberação de drogas (LIU et al., 2007; BALAN & VERESTIUC, 2014; JAYAKUMARA et al., 2010; YUE, 2014). Formulações à base de nanopartículas de quitosana têm sido utilizados para o carreamento e entrega de diferentes medicamentos e vacinas. Portanto neste trabalho utilizou-se a curcumina como fármaco, introduzido nas esferas de quitosana. A curcumina é um componente polifenólico da Curcuma longa L., que pertence à família Zingiberaceae, é uma erva perene que mede até 1 m de altura com um tronco curto, distribuídos pelas regiões tropicais e subtropicais do mundo, sendo amplamente cultivado em países asiáticos, principalmente na Índia e China. Seus rizomas são longos, ovais, piriforme, muitas vezes de curtas ramificações. O princípio corante de açafrão foi isolado no século 19 e foi chamado curcumina, a qual foi extraída a partir dos rizomas de C.longa L., com cor amarela e é o principal componente desta planta (ARAUJO & LEON, 2001). A curcumina possui características anti-inflamatória, antibacteriana, antiparasitários, antioxidante, antimalárica e atividades anticancerígenas (NAKSURIYA et al., 2014). Portanto o presente estudo tem como objetivo avaliar o comportamento térmico e mecânico dos arcabouços de quitosana com a introdução do fármaco, curcumina. 7470

3 MATERIAIS E MÉTODOS Materiais Quitosana em pó, de médio peso molecular, com grau de desacetilação entre 75 85%; Curcumina Longa; Tampão de Fosfato Salino (PBS); Ácido Acético P.A., a Gelatina Porcina todos adquiridos pela Sigma-Aldrich. Sulfato de Sódio; adquirido pela Nuclear (Na 2 SO) e o Etanol Glacial, adquirido pela Neon. Métodos Preparação dos Arcabouços Preparou-se a solução de quitosana (2%), com ácido acético (1%) sobre agitação constante com temperatura ambiente por 24 horas. Para se obter a solução de quitosana/curcumina, o pó de curcumina, foi dissolvido em metanol (10mg/mL). Em seguida, a solução de curcumina foi incorporada à solução de quitosana. Posteriormente obteve-se as esferas a partir do método de gelificação ionotrópica, por meio de uma seringa com agulha de dimensões 0,45mm x 13mm (26G x ½ ), em uma solução coagulante de sulfato de sódio (5%), em seguida as esferas foram neutralizadas com PBS. Para obtenção das estruturas tridimensionais, as esferas foram acondicionadas em tubos falcons, para ocorrer uma maior adesão entre as partículas utilizou-se uma solução de gelatina (5%), em seguida foram congeladas a aproximadamente -20 o C e liofilizadas por 48 horas. CARACTERIZAÇÕES Termogravimetria (TG) A análise de termogravimetria foi utilizada com o objetivo de avaliar a estabilidade térmica dos arcabouços, e o comportamento da quitosana quando adicionado a curcumina. Utilizou-se para a realização das análises o equipamento TG modelo Q600 (TA Instruments), com uma taxa de aquecimento 10 ºC/min, utilizando atmosferas de ar. 7471

4 Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC) Utilizou-se a análise o DSC, modelo Q20 (TA Instruments), com o objetivo de observar as transições de fases, e avaliar se ocorreram interações químicas entre a quitosana e a curcumina. Propriedades Mecânicas de Compressão Os arcabouços foram ensaiados por compressão, no equipamento de ensaio universal INSTRON As matrizes cilíndricas com dimensões de 20 mm de diâmetro e 10 mm de altura foram submetidas ao ensaio, utilizando uma célula de carga de 500 N, com velocidade de 1,3 mm/min. Resultados Calorimetria Exploratória Diferencial - DSC A Figura 01 mostra os resultados obtidos pelas análises da curva de DSC da quitosana pura, do arcabouço de quitosana, da curcumina pura e arcabouços de quitosana/curcumina. A partir da curva DSC da quitosana pura verifica-se um pico endotérmico em 120,5 C referente a evaporação de substâncias voláteis, e um exotérmico em 305,8 C correspondente à degradação da quitosana. Para os arcabouços de quitosana observa-se os picos endotérmicos em 146,9 C; 235,5 C; e 285,53 C, sendo o primeiro pico atribuído à perda de componentes voláteis, o segundo a clivagem das interações eletrostáticas entre o polímero e os íons do sulfato, e o terceiro referente a degradação do material, respectivamente. O termograma da curcumina, apresenta um pico agudo endotérmico a 172,74 o C indicando a natureza cristalina do fármaco puro, e um pico exotérmico em aproximadamente 199,5 ºC, indicando o início da sua decomposição térmica, corroborando com Buzanello, Na curva de DSC do arcabouço de quitosana/curcumina, como no termograma do arcabouço de quitosana tem-se a presença de três picos endotérmicos, em 138,7 C, 234,4 C e 278,8 C respectivamente e em 310,44 C tem-se o início da degradação. Verifica-se também o desaparecimento do pico característico da curcumina. Indicando assim, que esta foi encapsulada na quitosana no estado amorfo, conforme relatado por BUZANELLO, 2013). 7472

5 Fluxo de Calor (mw) 21º CBECIMAT - Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais Figura 01: Termograma da quitosana pura, do arcabouço de quitosana, da curcumina pura e arcabouços de quitosana/curcumina. Quitosana Pura Arcabouço Quitosana Curcumina Pura Arcabouço Quitosana/Curcumina Endotérmico Temperatura ( 0 C) Análise Termogravimétrica TG Na Figura 02 estão apresentadas as curvas de análise termogravimétrica da quitosana pura, do arcabouço de quitosana, da curcumina pura e do arcabouço quitosana/curcumina. Na curva de TG para quitosana pura, tem-se o primeiro evento de 29,3 a 177,5 o C, com perda de massa de 9,7%, corresponde ao processo de desidratação. Já no segundo evento observa-se uma perda de massa de 53,2% entre 207,4 a 446,5 o C, referente a decomposição do polímero. Para a curva TG dos arcabouços de quitosana, o primeiro evento ocorre de 24 a 148 o C, com perda de massa de 7,7%, característico da perda de moléculas de água. No segundo evento a perda de massa foi de 22,5% entre 235 a 301,2 o C, corresponde a evaporação da água ligada internamente. O último evento ocorre entre 301,2 a 598 o C, com perda de massa de 33,3% sendo referente a decomposição da amostra. Na curva TG da curcumina pura, verifica-se que toda a decomposição ocorre em três eventos, o primeiro de 180,8 o C a 197,2 o C onde a perda de massa foi de 1,1% e o segundo com 39,7% de perda de massa de 230,0 o C até 425,4 o C e o terceiro de 425,4 o C a 588,8 o C, com 59,2% de perda de massa. 7473

6 Perda de Massa (%) 21º CBECIMAT - Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais Figura 02: Curva TG da quitosana pura, do arcabouço de quitosana, da curcumina pura e do arcabouço quitosana/curcumina. 100 Quitosana pura Arcabouço de quitosana Curcumina pura Arcabouço quitosana/curcumina Temperatura ( 0 C) Nas curvas TG dos arcabouços de quitosana e quitosana/curcumina, observa-se que ambas amostras possuem o mesmo perfil, e que o processamento diminui a estabilidade térmica dos arcabouços, quando comparada com a quitosana pura. A curva TG do arcabouço de quitosana/curcumina também apresenta três eventos sendo o primeiro em 24,3 a 138,2 o C, o segundo de 219,1 a 302,4 o C e o terceiro de 302,4 a 596,1 o C com perda de massa de 7,7; 22,3 e 37,7%, para o primeiro, segundo e terceiro evento respectivamente. Análogo a descrição das etapas do arcabouço de quitosana, a primeira etapa refere-se a decomposição da água residual, e o segundo a água ligada na estrutura interna da amostra, porém o terceiro evento refere-se a degradação do polímero e do fármaco. Portanto, não houve alterações térmicas significativas com a adição do fármaco na quitosana, devido provavelmente ao fármaco esta disperso a nível molecular interagindo com a quitosana pelas pontes de hidrogênios (PARIZE 2009). Corroborando com os resultados obtidos pelo DSC. Ensaios de Compressão A Figura 03 (a) apresenta o gráfico da tensão máxima dos arcabouços de quitosana que foi de 0.37MPa ± e do arcabouço de quitosana/curcumina de 0.33MPa ± Observa que a introdução do 7474

7 fármaco no arcabouço diminui a resistência a compressão, quando comprado com o arcabouço de quitosana. Figura 03: Gráfico da Tensão máxima dos arcabouços da quitosana e qutosana/curcumina (a), deformação máxima dos arcabouços de quitosana e quitosana/curcumina (b). (a) (b) Quitosana Quitosana/Curcumina Tensao ~ Maxima (MPa) 0 Quitosana Deformaçao ~ Maxima (%) Quitosana/Curcumina O mesmo ocorre para a deformação (Figura 03 (b)), a presença do fármaco diminui de forma discreta a deformação dos arcabouços, porém se observamos o desvio, esta diferença torna-se insignificante. Sendo o valor da deformação máxima para a amostra de quitosana de 0.72% ± e para o arcabouço de quitosana/curcumina de 0.71% ± Portanto as boas propriedades mecânicas, observadas pelo ensaio de compressão dos arcabouços de quitosana e quitosana/curcumina, pode ser atribuída a boa ligação entre as esferas, a partir da utilização da solução gelatina. CONCLUSÃO A partir da obtenção dos resultados das propriedades térmicas e mecânica pode-se concluir, para os scaffolds de quitosana com a inclusão do farmaco, que a presença do fármaco não provocou mudanças significativas nas estabilidades térmica dos mesmos. E pelo ensaio de compressão tem-se que a inclusão do fármaco nos scaffolds diminui de forma pouca significativa a tensão e deformação máxima. 7475

8 AGRADECIMENTOS Os autores agradecem, ao apoio financeiro da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior/CAPES, Hospital Samaritano de São Paulo e ao Ministério da Saúde do Brasil. REFERÊNCIAS ARAUJO, C. A. C.; LEON, L. L. Biological Activities of Curcuma Longa L. Memórias do Instituto Oswaldo Cruz, Rio de Janeiro, v. 96, n. 5, p , BALAN, V.; VERESTIUC, L. Strategies to improve chitosan hemocompatibility: A review. European Journal Polymer. v. 53, p , BUZANELLO, R. A. da S. Nanoencapsulação de curcumina em polímeros biodegradáveis/biocompatíveis. Dissertação. Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Campo Mourão JAYAKUMAR, R. ; PRABAHARAN, M. ; KUMAR, P.T. S.; NAIR, S.V. ; TAMURA, H. Biomaterials based on chitin and chitosan in wound dressing applications. Biotechnology Advances. v. 29, n.3, p , LIU, C.; XIA, Z.; CZERNUSZKA, J. T. Design and development of threedimensional scaffolds for tissue engineering. Chemical Engineering Research and Design. V.85, n. 7, p NAKSURIYA, O.; OKONOGI, S.; SCHIFFELERS, R. M.; HENNINK, W. E. Curcumin nanoformulations: A review of pharmaceutical properties and preclinical studies and clinical data related to cancer treatment. Biomaterials. v. 35, n. 10, p , PARIZE, A. L. Desenvolvimento de Sistemas Microparticulados e de Filmes a Base de Quitosana e Corante Natural Cúrcuma. Florianópolis SC Tese (Doutorado). Pós-Graduação em Química da Universidade Federal de Santa Catarina YUE, W. Prevention of browning of depolymerized chitosan obtained by gamma irradiation. Carbohydrate Polymers v p

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