MICROPARTÍCULAS DE POLI(3-HIDROXIBUTIRATO-CO-3- HIDROXIVALERATO) PARA A LIBERAÇÃO MODIFICADA DA DEXAMETASONA

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1 MICROPARTÍCULAS DE POLI(3-HIDROXIBUTIRATO-CO-3- HIDROXIVALERATO) PARA A LIBERAÇÃO MODIFICADA DA DEXAMETASONA Manoela Klüppel Riekes 1, Josiane Padilha de Paula 1, Sônia Faria Zawadzki 2, Paulo Vitor Farago 1 * 1 * Universidade Estadual de Ponta Grossa UEPG, Campus Uvaranas, Ponta Grossa PR pvfarago@uepg.br 2 Universidade Federal do Paraná UFPR, Departamento de Química, Curitiba PR A dexametasona (DEX) tem sido amplamente utilizada para o tratamento da colite ulcerativa. O objetivo deste estudo foi obter micropartículas de poli(3-hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato) (PHBV) contendo DEX, preparadas pelo método de emulsão simples/evaporação do solvente. O teor de fármaco e a eficiência de encapsulação foram determinados por UV (233 nm), previamente validado. Análises morfológicas, espectroscópicas e de dissolução também foram desenvolvidas. As micropartículas (formulações F#, F#1 e F#2) foram obtidas com sucesso como pós quase-brancos. Um teor de DEX de 92,27 mg.g 1 e 218,54 mg.g 1, que corresponde a uma eficiência de encapsulação de 93,96 % e 87,43 %, foi observado para F#1 e F#2, respectivamente. As partículas mostraram aspecto esférico e rugoso por MEV. As análises de difração de raio-x demonstraram que a encapsulação reduziu a cristalinidade do fármaco. Os espectros de IVTF revelaram que nenhuma ligação química foi formada entre o PHBV e a DEX. As micropartículas contendo o fármaco mostraram perfis de liberação modificada, quando comparadas a DEX pura. Palavras-chave: Colite ulcerativa, dexametasona, liberação modificada, micropartículas, PHBV Dexamethasone-loaded poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) microparticles for controlled release Dexamethasone (DEX) has been widely used for the treatment of ulcerative colitis. The aim of the present study was to obtain DEX-loaded poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate (PHBV) microparticles prepared by simple emulsion/solvent evaporation method. The drug loading and the encapsulation efficiency were determined by a previously validated UV method at 233 nm. Morphological, spectroscopical and dissolution analyses were also performed. The microparticles (formulation F#, F#1 and F#2) were successfully obtained as off-white powders. A drug loading of mg.g 1 and mg.g 1 and an encapsulation efficiency of % and % were respectively observed for F#1 and F#2. Particles showed spherical and rough aspect by SEM. X-ray diffraction analysis demonstrated that the encapsulation reduced the drug crystallinity. FTIR spectra showed that no chemical bonding occurred between PHBV and DEX. Drug-loaded microparticles revealed controlled release profiles compared to pure DEX. Keywords: Controlled release, dexamethasone, microparticles, PHBV, ulcerative colitis Introdução As doenças inflamatórias intestinais são patologias crônicas, normalmente tratadas com glicocorticóides e outros agentes antiinflamatórios não-esteroidais. Entre os glicocorticóides de uso clínico, a dexametasona (Figura 1) é um potente antiinflamatório esteroidal utilizado amplamente no tratamento da colite ulcerativa. Entretanto, por ser um derivado fluorado da prednisolona, a dexametasona é absorvida rapidamente pelo trato gastrintestinal, o que dificulta a sua utilização no tratamento de inflamações colônicas. Além disso, em torno de 25 % dos pacientes com colite ulcerativa que fazem uso de antiinflamatórios esteróides tornam-se esteróide-dependentes depois de um ano de uso, e todos desenvolvem algum tipo de reação adversa de gravidade variável relacionada ao medicamento (Greca, ). Por esses motivos, os sistemas de liberação cólon-

2 específico de fármacos, contendo a dexametasona, constituem alternativas no tratamento de doenças que se desenvolvem localmente no cólon, como a síndrome do intestino irritável, as doenças inflamatórias intestinais, incluindo a doença de Crohn e a colite ulcerativa, os carcinomas de cólon e as doenças infecciosas bacterianas, virais e amebianas (Hu, 1998). Figura 1. Estrutura química da dexametasona A literatura tem indicado o desenvolvimento de alguns sistemas de liberação modificada contendo dexametasona, com o objetivo de otimizar a terapêutica e de reduzir os efeitos colaterais. Kumar et al. (8) realizaram a avaliação de comprimidos matriciais contendo dexametasona, com liberação controlada pela presença de goma guar. A liberação controlada desse fármaco também foi descrita por Galeska et al. (5), em um estudo baseado no desenvolvimento de microesferas de poli(ácido lático-co-glicólico) contendo dexametasona, na presença de poli(álcool vinílico). Outros tipos de sistema de liberação modificada são descritos por Bossa et al. (8), no qual a liberação de dexametasona é mediada por eritrócitos e por Kim et al. (3), com o desenvolvimento de membranas de policarbonato-poliuretano que retardam a liberação do fármaco. As micropartículas poliméricas têm sido amplamente investigadas como sistemas de liberação de compostos bioativos, tais como agentes terapêuticos de baixa massa molar ou macromoleculares, antígenos e DNA (Freitas et al., 5). Esses sistemas de liberação oferecem numerosas vantagens, comparados às formas farmacêuticas convencionais, que incluem o aumento da eficiência, a redução da toxicidade e o aumento da adesão e conveniência do paciente (Aulton, 5; Kumar,). Polímeros naturais, semi-sintéticos e sintéticos têm sido utilizados na elaboração de materiais microestruturados com características particulares, visando emprego em sistemas de liberação sítio-específica de fármacos (Ghosh, 6; Kumar, ; Deasy, 1984). O poli(hidroxibutirato-co-hidroxivalerato) (PHBV) (Figura 2) é um polímero biodegradável, isostático semi-cristalino e oriundo da fermentação da cana-de-açúcar. Esse polímero tem sido amplamente utilizado em aplicações biomédicas, inclusive na obtenção de sistemas de liberação controlada de fármacos devido às suas características de degradação por erosão da superfície (Poulton, 1996). Anais do 1 o Congresso Brasileiro de Polímeros Foz do Iguaçu, PR Outubro/9

3 R O CH CH 2 C O n R = etila = 3-hidroxivalerato R = propila = 3-hidroxibutirato Figura 2. Estrutura química do PHBV Dessa forma, considerando a restrição de informações sobre a elaboração de micropartículas poliméricas de PHBV contendo dexametasona, o objetivo do presente estudo foi desenvolver e avaliar os sistemas microparticulados poliméricos de PHBV, visando utilizá-los como sistemas de liberação modificada de dexametasona para o tratamento de inflamações colônicas, a fim de promover a otimização da terapêutica e a redução dos efeitos colaterais característicos desse fármaco. Experimental Obtenção das micropartículas poliméricas As micropartículas foram obtidas por meio do método de emulsão simples/evaporação do solvente orgânico. O sistema foi composto por uma fase orgânica, constituída de uma solução clorofórmica de PHBV a 5 %, contendo monooleato de sorbitano (Span ), e por uma fase aquosa, uma solução aquosa de PVA a 2 %, como sumarizado na Tabela 1. Foram obtidos três sistemas diferentes, de acordo com a massa de dexametasona empregada: F#, representando o controle negativo (sem o fármaco), F#1 e F#2, com diferentes proporções fármaco:polímero. As formulações foram desenvolvidas em triplicata. Tabela 1. Composição das micropartículas poliméricas contendo dexametasona fase composição micropartículas F# F#1 F#2 DEX,2 g,5 g orgânica PHBV 2, g 1,8 g 1,5 g clorofórmio ml ml ml Span,25 g,25 g,25 g aquosa PVA 2 % ml ml ml A fase orgânica foi emulsionada na fase aquosa, ambas a 2 ºC, utilizando agitador mecânico, durante 5 min, a 3 rpm. Após, durante 4 h, a emulsão foi mantida em agitação mecânica a rpm até a completa evaporação do clorofórmio. Transcorrido o tempo para a evaporação do solvente orgânico, as micropartículas foram separadas por centrifugação Anais do 1 o Congresso Brasileiro de Polímeros Foz do Iguaçu, PR Outubro/9

4 (5 rev.min 1, 1 min) e lavadas, por 2 vezes, com água destilada. Os produtos foram secos em estufa a vácuo a 2 ºC por 24 h. As micropartículas foram armazenadas na temperatura ambiente, sob vácuo. Determinação da eficiência de encapsulação O teor de fármaco nas micropartículas foi determinado por espectofotômetro UV-VIS HP 8452-A diode array, com varredura de absorção na faixa de 19 a 2 nm, utilizando cubetas de quartzo de 1 cm de caminho ótico. Os valores de absorvância obtidos no λ de 233 nm permitiram a determinação do teor de fármaco incorporado e o cálculo da eficiência de encapsulação, conforme a Equação 1. (%) massa de DEX nas micropartículas Eficiência de encapsulação massa inicial ( teórica) de DEX x (Equação 1) Avaliação granulométrica O tamanho de partícula das formulações F#, F#1 e F#2, foi avaliado por espectrometria de difração a laser, utilizando o aparelho Cilas 9 L, em meio aquoso, com sonicação prévia de 1 min. Difração de raio-x As micropartículas que compõem os sistemas poliméricos, o fármaco DEX, o PHBV e a mistura física PHBV:DEX (contendo 1 % de fármaco, em massa) foram examinadas em difratômetro de raio-x Shimadzu XRD-, scan de 2 o min 1 e de 5 a 5 o. Avaliação por espectroscopia na região do infravermelho O fármaco DEX, o polímero de partida, as micropartículas e a mistura física foram analisados em pastilha com KBr, empregando 4 mg de cada amostra e 196 mg de KBr grau espectroscópico (2 % m/m), no equipamento Excalibur Series FTS 35GX, Bio-Rad Laboratories, 32 scans.min 1, resolução de 4 cm 1. Avaliação morfológica por microscopia eletrônica de varredura A morfologia das micropartículas F#, F#1 e F#2 foi observada por microscopia eletrônica de varredura (Smimizu SS-55). Previamente, as amostras foram depositadas em stubs, usando fita adesiva dupla face e recobertas com ouro (35 Å) em Polaron E-5. Anais do 1 o Congresso Brasileiro de Polímeros Foz do Iguaçu, PR Outubro/9

5 Perfil de dissolução in vitro Os perfis de dissolução da DEX e das micropartículas F#1 e F#2 foram determinados pelo método do béquer (Aulton, 5) por período de 1 horas. O aparato consistiu em sistema de agitação magnética, com rotação de rev.min 1, acoplado a um banho-maria com água em temperatura controlada de 37 ºC. Como meio de dissolução foi usado o HCl,1 mol.l 1 e a massa de fármaco, puro ou microencapsulado, equivalente a mg. As amostras foram coletadas em tempos pré-determinados e em volume de 5 ml, promovendo a reposição do volume retirado, com meio de dissolução recentemente preparado. A determinação quantitativa do fármaco em função do tempo de dissolução foi feita por método espectrométrico (UV, = 233 nm), permitindo plotar os perfis de dissolução para a DEX pura e para as micropartículas F#1 e F#2. Resultados e Discussão Foram obtidos valores de rendimento adequados, de 93,32, 89,64 e 88,51 %, respectivamente para as formulações F#, F#1 e F#2. O teor de fármaco incorporado foi de 92,27 mg.g 1 (F#1) e de 218,54 mg.g 1 (F#2), o que corresponde a valores respectivos de 93,96 % e de 87,43 % para a eficiência de encapsulação. Dessa forma a incorporação do fármaco, considerando o método de microencapsulação empregado, foi considerada elevada. A menor encapsulação verificada para a formulação F#2, em relação a F#1, pode ser explicada pela maior quantidade de fármaco utilizada nesse caso. A Figura 3 sumariza os histogramas relativos à distribuição granulométrica das amostras analisadas (F#, F#1 e F#2). Os materiais revelaram perfis de distribuição de tamanho semelhantes, indicando, apenas, diferenças relativas aos valores de diâmetro médio. Considerando esses resultados, foi possível propor, ainda, que a presença do fármaco proporcionou a diminuição do diâmetro médio das micropartículas. Com relação à difração de raio-x (Figuras 4 e 5), foi observado que os materiais microparticulados revelaram padrões de difração cristalina semelhantes ao polímero de partida. Entretanto, as micropartículas contendo o fármaco, especialmente a formulação F#2, apresentaram alguns picos de cristalinidade atribuídos a DEX. Isso permite estabelecer que o fármaco foi incorporado, em sua maioria, como dispersão molecular no sistema F#1, enquanto que, no material F#2, ele forma domínios cristalinos, resultando em um sistema comparativamente mais heterogêneo. Anais do 1 o Congresso Brasileiro de Polímeros Foz do Iguaçu, PR Outubro/9

6 Valores cumulativos (%) Análise Granulométrica para a amostra PHBV (3 classes, de,3 m a, m) Histograma (% x 14) Valores cumulativos (%) Análise Granulométrica para a amostra PHBV 1 (3 classes, de,3 m a, m) Histograma (% x 13) Valores cumulativos (%) Análise Granulométrica para a amostra PHBV 2 (3 classes, de,3 m a, m) Histograma (% x 15) Diâmetros ( m) Diâmetros ( m) Diâmetros ( m) Figura 3. Análise granulométrica das partículas F# (A), F#1 (B) e F#2 (C) Difratograma da DEXAMETASONA ( ma e kv) Difratograma do PHBV ( ma e kv) Difratograma da mistura física (PHBV + DEXAMETASONA) ( ma e kv) Figura 4. Difratogramas da DEX (A), do PHBV (B) e da mistura física binária DEX:PHBV 1:1 (C) Difratograma da amostra PHBV ( ma e kv) Difratograma da amostra PHBV 1 ( ma e kv) Difratograma da amostra PHBV 2 ( ma e kv) Figura 5. Difratogramas das micropartículas F# (A), F#1 (B) e F#2 (C) A análise por IVTF (Figuras 6 e 7) não revelou a presença de alterações nas posições das bandas de absorção, quando comparados os espectros das micropartículas contendo a DEX e o espectro obtido para a mistura física. Assim, foi possível sugerir que nenhuma ligação química entre o fármaco e o polímero foi estabelecida, quando do processo de microencapsulação. A microscopia eletrônica de varredura (Figura 8) revelou micropartículas esféricas, rugosas e com poros, o que pode influenciar a liberação do fármaco. As fotomicrografias revelaram ainda, a diferença de granulometria das micropartículas, sendo que a formulação F# apresentou o maior diâmetro médio e a F#2, o menor valor. Anais do 1 o Congresso Brasileiro de Polímeros Foz do Iguaçu, PR Outubro/9

7 Espectro de IVTF da dexametasona ( a cm -1, 4 cm -1, pastilha de KBr) Espectro de IVTF de PHBV ( a cm -1, 4 cm -1, pastilha de KBr) Espectro de IVTF da mistura física 1:1 ( a cm -1, 4 cm -1, pastilha de KBr) Figura 6. Espectro de IVTF da DEX (A), do PHBV (B) e da mistura física binária DEX:PHBV 1:1 (C) Espectro de IVTF do PHBV ( a cm -1, 4 cm -1, pastilha de KBr) Espectro de IVTF do PHBV 1 ( a cm -1, 4 cm -1, pastilha de KBr) Espectro de IVTF do PHBV 2 ( a cm -1, 4 cm -1, pastilha de KBr) Figura 7. Espectros de IVTF das micropartículas F# (A), F#1 (B) e F#2 (C) A B C Figura 8. Microscopia eletrônica de varredura das micropartículas F# (A), F#1 (B) e F#2 (C), em aumentos de x, x e x, respectivamente. Anais do 1 o Congresso Brasileiro de Polímeros Foz do Iguaçu, PR Outubro/9

8 A análise dos perfis de dissolução (Figura 9) dos materiais microparticulados (formulação F#1 designada como PHBV 1 e F#2 indicada como PHBV 2) permitiu verificar que a utilização do PHBV foi capaz de promover a diminuição da liberação do fármaco em função do tempo, particularmente quando comparada com a DEX pura. Ainda assim, a formulação F#1, com maior quantidade de polímero em relação a DEX, resultou em uma menor dissolução, se comparada com a F#2. Esses resultados sugerem a possível aplicação dos sistemas microparticulados desenvolvidos no tratamento da colite ulcerativa e da doença de Crohn c DEXA PHBV1 PHBV tempo (min) Figura 9. Perfil de dissolução do fármaco DEX e dos sistemas microparticulados F#1 e F#2 Conclusões No presente trabalho, micropartículas poliméricas contendo a DEX foram obtidas com sucesso. As micropartículas de PHBV, preparadas pelo método de emulsão simples/evaporação do solvente orgânico resultaram em materiais de baixa granulometria, elevada eficiência de encapsulação, com o fármaco fisicamente disperso na matriz polimérica. Além disso, os perfis de dissolução dos sistemas poliméricos revelaram uma liberação modificada em relação ao fármaco puro, com potencial aplicação como sistemas de liberação modificada do glicocorticóide avaliado. Agradecimentos Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico pelo suporte financeiro (bolsa de IC). À Universidade Estadual de Ponta Grossa e à Universidade Federal do Paraná pelo suporte técnico e infra-estrutura de pesquisa. Anais do 1 o Congresso Brasileiro de Polímeros Foz do Iguaçu, PR Outubro/9

9 Referências Bibliográficas 1. C. W. Poulton; S. Akhtar. Advanced Drug Delivery Reviews. 1996, 18, D.H. Kim et al. Journal Korean Radiology Society, 3, 48, F. Bossa et al. The American Journal of Gastroenterology, 8, 13, G. Kumar et al. The Pharma Review, 8, I. Galeska et al. AAPS Journal, 5, 7, L.D. Hu; Y. Liu; X. Tang; Q. Zhang European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics, 6, 64, M.E. Aulton. Delineamento de formas farmacêuticas, Ed.; Artmed, Porto Alegre, 5, 2.ed. 8. M. N. V. R. Kumar. Journal of Pharmacy & Pharmaceutical Sciences,, 2, P.B. Deasy in Microencapsulation and related drug process, Ed.; Marcel Dekker, New York, 1984; S. Freitas; H. P. Merkle; B. Gander. Journal of Controlled Release. 5, 12, S.K. Ghosh in Functional coatings by polymer microencapsulation, Ed.; Wiley-VCH, Weinheim, 6; 371. Anais do 1 o Congresso Brasileiro de Polímeros Foz do Iguaçu, PR Outubro/9