LIBERAÇÃO DE ÁCIDO SALICÍLICO UTILIZANDO FILMES DE ACETATO DE CELULOSE EM SISTEMAS RESERVATÓRIO E MATRICIAL: EFEITO DO PLASTIFICANTE E NÃO-SOLVENTE.

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1 LIBERAÇÃO DE ÁCIDO SALICÍLICO UTILIZANDO FILMES DE ACETATO DE CELULOSE EM SISTEMAS RESERVATÓRIO E MATRICIAL: EFEITO DO PLASTIFICANTE E NÃO-SOLVENTE. Rodrigo Cercená 1 *, Larissa Andreani 2, Márcia M. Meier 3, Valdir Soldi 4. Grupo de Estudos em Materiais Poliméricos (POLIMAT) Universidade Federal de Santa Catarina UFSC - 1 *rodrigoqmc@ig.com.br; 2 larissaandreani@gmail.com; 4 vsoldi@qmc.ufsc.br; Release of salicylic acid using cellulose acetate films in matrix and reservoir systems: effect of plasticizer and nonsolvent. In this study, cellulose acetate (CA) films were cast with acetone as a solvent. Poly (caprolactone triol) (PCL-T) was used as a plasticizer and water was added to the polymeric solution as a pore forming agent. The morphology was characterized by scanning electron microscopy (SEM). The in vitro release rates of salicylic acid as a model drug through the membranes were evaluated in phosphate buffer ph 7.4 at 37ºC using two different systems: matrix and reservoir. The addition of poly(caprolactone triol) and water (a non-solvent), increased the film porosity, changing in consequence, the drug-permeation and release profiles of salicylic acid. Introdução Recentemente, filmes de acetato de celulose foram estudados quanto as suas propriedades térmicas, mecânicas e morfológicas, e aplicados como barreiras para controlar a liberação de paracetamol 1-3. Os perfis de permeação mostraram-se dependentes da quantidade de plastificante e água (não-solvente). Neste estudo, ampliamos o uso de filmes de acetato de celulose para a permeação de ácido salicílico, comparativamente ao paracetamol utilizado nos trabalhos anteriores. Membranas e filmes preparados a partir de diferentes polímeros tais como poliestireno, polipropileno e derivados de celulose têm sido usados para controlar a difusão de fármacos em sistemas de liberação transdérmica 4-8. Este sistema, idealmente, é um dispositivo que libera um agente ativo quando e onde ele é necessário e num nível de concentração suficiente para gerar o efeito esperado. De forma geral o sistema de liberação controlada transdérmico pode ser dividido em duas grandes classes: sistemas matriciais e reservatórios. No sistema matricial o agente ativo é homogeneamente disperso na matriz polimérica. Dependendo da afinidade entre o agente ativo e o polímero empregado, pode-se obter um sistema onde o agente ativo encontra-se solúvel na matriz polimérica ou em forma de partículas, influenciando o perfil de liberação do agente ativo. O sistema reservatório é constituído por um reservatório de fármaco envolvido por uma matriz polimérica que regula o processo de difusão. Portanto, a porosidade, a cristalinidade do polímero, a afinidade entre o polímero e o agente ativo podem afetar o perfil de permeação 2, Algumas vantagens em relação à administração oral são atribuídas a sistemas de liberação transdérmica usando filmes poliméricos. A principal é a possibilidade de manter a liberação de um

2 fármaco por um longo período de tempo mantendo, por conseqüência, uma concentração plasmática constante do fármaco no organismo. Outras vantagens são a diminuição da freqüência de administração, adesão do paciente ao tratamento e diminuição de eventuais efeitos colaterais. O ácido salicílico, utilizado neste estudo, apresenta propriedades analgésicas e antiinflamatórias. Porém ele não é indicado para administração oral por causar irritação no estômago e no trato digestivo, sendo favorável sua administração através de sistemas de liberação transdérmica. Experimental Preparação dos filmes Para o sistema reservatório foram preparados filmes a partir de soluções contendo 10% (m/v polímero/solvente) de AC/ PCL-T nas proporções 100/0 e 80/20 (m/m) dissolvidos em acetona. As soluções permaneceram sob agitação durante 24 h em frascos cuidadosamente vedados. Seis mililitros das soluções foram colocados em placas de teflon e o solvente evaporado a temperatura ambiente dentro de dessecadores, com o objetivo de evitar o contato das soluções com a umidade relativa do ar, permanecendo sob vácuo durante 24 h para retirar resíduos de solvente. Uma segunda e terceira séries de filmes de AC/PCL-T foram preparadas, entretanto neste sistema o solvente utilizado foi uma mistura de acetona/água. As soluções polímeros/acetona/água (5,5/93,0/1,5 m/m/m) e (5,5/90,5/4,0 m/m/m) foram preparadas seguindo o método acima. Os filmes utilizados para o sistema matricial foram preparados conforme descrito acima. Após 24 h sob agitação, foram adicionados 10% do fármaco em relação à massa total do polímero, e essa solução ficou sob agitação por mais 1 h. Seis mililitros das soluções foram colocados em placas de teflon e o solvente evaporado a temperatura ambiente dentro de dessecadores, conforme descrito anteriormente. Análise morfológica As superfícies e respectivas fraturas (fraturadas em N 2 líquido) dos filmes de AC/PCL-T densos e porosos, com adição ou não de ácido salicílico foram fixadas em suportes metálicos e recobertas com uma fina camada de ouro utilizando um metalizador (P-S2 Diode Sputtering System) de amostras. Os filmes foram observados num microscópio eletrônico de varredura (MEV) Philips XL30. Determinação da perda de massa, intumescimento e porosidade Para a determinação da perda de massa, os filmes foram secos em estufa até peso constante, sendo posteriormente colocados sob agitação em solução tampão (ph 7,4) à 37 ºC. Após 12 horas,

3 os filmes foram novamente secos em estufa até peso constante e a perda de massa foi determinada como a diferença entre as massas antes e depois das 12 horas em solução tampão. Para o teste de intumescimento, os filmes foram secos até peso constante e colocados em solução tampão (ph 7,4) a 37 ºC durante 24 horas. Depois deste período, os filmes foram secos com papel absorvente para remover o excesso de água e pesados. A porcentagem de intumescimento foi calculado pela equação 1, onde m i e m f representam a massa do filme seco e após o intumescimento, respectivamente. ( mf mi ) 100 % int = x (1) mi A porosidade (ε) das membranas foi determinada de acordo com a equação 2 2. ( V V ) T M ε = (2) VT O volume aparente das membranas (V T ) foi calculado a partir da espessura e da área superficial da amostra. O volume total das membranas (V M ) foi definido baseado na massa da amostra e na sua densidade correspondente. Liberação in vitro utilizando sistema reservatório Neste experimento será avaliada a permeação do ácido salicílico através da membrana polimérica. Os estudos de permeação foram realizados em triplicata utilizando uma célula de difusão horizontal. O volume de cada compartimento é 7 ml, a área de difusão é 6,8 cm 2 e a espessura média dos filmes, determinados em cinco pontos diferentes da superfície, foi de ~ 75 µm. Os filmes foram mantidos durante 1 hora em solução tampão (ph 7,4) à 37 ºC, sendo posteriormente fixados entre os compartimentos doador e receptor da célula de permeação. Uma solução saturada de ácido salicílico em ph 7,4 foi previamente termostatizada a 37 ºC e usada para preencher o lado doador da célula, enquanto o lado receptor foi preenchido com solução tampão. O sistema foi agitado horizontalmente, e em intervalos de tempo pré-estabelecidos a solução receptora foi substituída por uma nova solução tampão. A concentração de ácido salicílico no lado receptor foi determinada por absorbância a 296 nm (Espectrofotômetro Perkin Elmer, UV-VIS 11/Bio Lambda). Liberação in vitro utilizando sistema matricial Para esse sistema será avaliada a liberação de ácido salicílico a partir do material adsorvido na membrana polimérica. Os estudos de liberação foram realizados em triplicata com amostras de ~75 µm de espessura e 6,8 cm 2 de área superficial. Essas amostras foram fixadas em frascos vedados preenchidos com 120 ml de solução tampão (ph 7,4) e deixados sob agitação horizontal a 37 ºC. Alíquotas foram retiradas do meio de liberação em tempos pré-determinados e tiveram sua absorbância medida a 296 nm (Espectrofotômetro Perkin Elmer, UV-VIS 11/Bio Lambda) para

4 determinação da concentração de ácido salicílico. Após a medida de absorbância as alíquotas foram devolvidas ao meio. Resultados e Discussão Sistema Reservatório Influência da quantidade de não-solvente nas propriedades dos filmes de AC/PCL-T Foram determinados valores de intumescimento para os filmes densos (0% de água) e porosos (1,5% e 4% de água) de AC/PCL-T, e estes valores estão relacionados com o número de poros e canais gerados devido a quantidade de água que foi adicionada durante a preparação do filme. Para filmes AC/PCL-T 80/20 com 0%, 1,5% e 4% de água, os valores de intumescimento foram 2,4 ± 0,9 %, 2,8 ± 1,3 % e 81,9 ± 18,8 %, respectivamente. Estes resultados mostram que o sistema com 4% de água tem uma porosidade maior em relação aos outros sistemas analisados. Este comportamento pode ser explicado pelas micrografias das fraturas de filmes AC/PCL-T 80/20 sem a adição de não-solvente (A), e 4% (B) de adição de água na solução polimérica, mostrados na figura 1. Observa-se que no filme denso a estrutura é bastante compacta, enquanto que no filme com 4% de água observa-se uma rede de poros e canais em sua estrutura. (A) (B) Figura 1. Micrografias obtidas por MEV das fraturas dos filmes de AC/PCL-T 80/20 preparados na ausência de não-solvente (A), e com 4% (B) de água. A figura 2 mostra a porosidade e o perfil de permeação em relação a filmes de AC preparados com diferentes quantidades de água na solução polimérica. Com o aumento da quantidade de água utilizada na preparação dos filmes observa-se um aumento na sua porosidade. A água gera uma estrutura porosa nos filmes de AC, já que é um não-solvente do sistema estudado, promovendo a separação de fases de AC à medida que o processo de evaporação da acetona ocorre.

5 0,40 0,35 2,0 0,30 0,25 1,5 Porosidade 0,20 0,15 0,10 1,0 P (x10-5 cm/s) 0,05 0,5 0,00-0, % de água 0,0 Figura 2. Variação da porosidade e coeficiente de permeação de filmes de AC preparados com diferentes quantidades de água na solução polimérica. O valor de coeficiente de permeação para o filme denso foi baixo, um resultado esperado já que neste sistema não foi adicionado água (agente formador de poros). Apesar do aumento de porosidade, o coeficiente de permeação não aumentou para o filme com 1,5% de água, concordando com o valor de intumescimento determinado. Isso pode ser devido aos poros deste filme, que estão isolados, dificultando a percolação do ácido salicílico. Já para o filme preparado com 4% de água observou-se um valor relativamente alto de P, indicando que este sistema apresenta poros interconectados, resultando em coeficientes de permeação maiores. 15 Influência da quantidade de PCL-T e do não-solvente nas propriedades dos filmes de AC Os perfis de permeação do ácido salicílico através de filmes densos de AC e AC/PCL-T 80/20 estão mostrados na figura 3. Observou-se que o PCL-T influencia a permeação do fármaco, já que a presença do plastificante reduz as interações polímero-polímero e aumenta a mobilidade das cadeias poliméricas, como já citado anteriormente. Este fato leva a um aumento da permeação do ácido salicílico. A adição de PCL-T, portanto, é um fator que modifica a permeação do filme de AC. Além disso, deve ser levado em conta que existe uma dissolução parcial de PCL-T em solução tamponada. Enquanto o filme de AC perdeu apenas 0,2% de sua massa durante 12 h em solução tampão, o filme de AC/PCL-T 80/20 perdeu 12,5% de sua massa total. Portanto, existe uma relação entre a perda de massa dos filmes de AC/PCL-T e os valores de coeficiente de permeação.

6 0,55 0,50 AC/PCL-T 100/0 AC/PCL-T 80/20 0,45 0,40 Q (mg/cm 2 ) 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0, Figura 3. Perfil de permeação de ácido salicílico através de filmes de AC puro e AC/PCL-T 80/20 preparados sem adição de água na solução polimérica. A presença de um não-solvente e do plastificante afeta o perfil de permeação dos filmes de AC, e por esta razão estas duas variáveis foram combinadas. Os perfis de permeação do ácido salicílico através de filmes de AC/PCL-T 80/20 e AC na presença de 1,5% e 4% de água na solução polimérica são mostrados na figura 4. Após 24 h, menos ácido salicílico foi permeado através dos filmes com 1,5% de água quando comparados com os filmes com 4%. No entanto, o efeito do PCL-T foi maior nos filmes preparados com 1,5% de água. Por exemplo, após 24 h, a permeação dos filmes com 20% de PCL-T aumentou 60% para os sistemas com 1,5% de água e apenas 17% para os sistemas com 4% de água. Estes resultados sugerem que a presença de 1,5% de água nos filmes de AC/PCL-T gera um filme poroso, conforme observado pelo aumento da porosidade e pelo intumescimento. No entanto, os poros deste filme estão isolados, mostrando que 1,5% de água é uma quantidade insuficiente para gerar poros ou canais interconectados com a superfície dos filmes. Por outro lado, considerando que mais fármaco é permeado através destes filmes quando comparados com os filmes densos, podemos sugerir que as moléculas de ácido salicílico podem percolar através dos poros internos destes filmes. Aparentemente, neste filme o fármaco é parcialmente permeado por difusão através da matriz densa de AC/PCL-T (já que a quantidade de PCL-T influencia a permeação de fármaco através dos filmes preparados com 1,5% de água) e parcialmente por percolação via a rede de poros interna. Nos filmes com 4% de água, a percolação através dos poros e canais é o principal fator na permeação do fármaco, já que a quantidade de PCL-T não influenciou significativamente a permeação de ácido salicílico através das membranas.

7 0,6 AC/PCL-T 100/0 AC/PCL-T 80/20 1,2 1,0 0,4 0,8 Q (mg/cm 2 ) 0,2 Q (mg/cm 2 ) 0,6 0,4 AC/PCL-T 100/0 AC/PCL-T 80/20 0,2 0, , (A) Figura 4. Perfil de permeação de ácido salicílico através de filmes de AC puro e AC/PCL-T 80/20 preparados com adição de 1,5% (A) e 4% (B) de água na solução polimérica. (B) Sistema Matricial Influência da quantidade de PCL-T e não-solvente nas propriedades dos filmes de AC Na figura 5 são apresentados os perfis de liberação de ácido salicílico a partir de filmes densos de AC e AC/PCL-T 80/20. Estes filmes liberaram no tempo total de 24 h 17,7 ± 0,04% (3,12 mg) e 18,3 ± 1,47% (3,29 mg), respectivamente, da quantidade total (18,00 mg) de fármaco incorporado. Na primeira hora, as curvas demonstram uma liberação rápida de 56% (1,77 mg) e 99% (3,25 mg) do total de fármaco liberado para os filmes de AC e AC/PCL-T, sendo que a liberação do restante do fármaco ocorreu em 23 h. Este comportamento inicial está associado à quantidade de fármaco exposto ao líquido receptor (tampão fosfato). Como mostrado na figura 6, existe uma pequena quantidade de ácido salicílico no estado cristalino distribuído sobre a superfície do filme que foi, portanto, rapidamente solubilizado e liberado ao meio receptor. Também podemos observar que a presença de PCL-T influencia no perfil de liberação dos filmes de AC.

8 Quantidade de AS liberado (%) AC/PCL-T 100/0 denso AC/PCL-T 80/20 denso Figura 5. Perfil de liberação do ácido salicílico nos filmes densos de AC e AC/PCL-T 80/20. (A) Figura 6. Micrografias obtidas por MEV das superfícies dos filmes de AC (A) e AC/PCL-T 80/20 (B) com adição de ácido salicílico. (B) A maior parte do ácido salicílico, porém, encontra-se disperso molecularmente na matriz polimérica, como mostrado pelas curvas de DSC na figura 7. Vemos que na curva do filme de AC com adição de ácido salicílico não há a presença do pico de fusão do fármaco, porém observa-se uma diminuição do valor de T g para o filme de AC, indicando que moléculas de ácido salicílico estão entre as cadeias de AC facilitando a sua mobilidade.

9 A 191 B 171 endo endo A - AC/PCL-T 100/0 denso B - AC/PCL-T/AS 100/0/10 denso Temperatura (ºC) Temperatura (ºC) (A) Figura 7. Curvas de DSC obtidas para o ácido salicílico (A) e filmes de AC e AC com adição de ácido salicílico (B). (B) Na figura 8 são mostrados os perfis de liberação para filmes com adição de 1,5% de água (A) e 4% de água (B). Observa-se que mais fármaco é liberado dos filmes com adição de 4% de não-solvente. Os filmes de AC e AC/PCL-T 80/20 liberaram no tempo total de 24 h 37,6 ± 3,4% (3,30 mg) e 38,6 ± 1,3% (3,38 mg), respectivamente, da quantidade total de fármaco incorporado. Na primeira hora, as curvas demonstram uma liberação rápida de 76% (2,51 mg) e 96% (3,24 mg) do total de fármaco liberado para os filmes de AC e AC/PCL-T 80/20, sendo que a liberação do restante do fármaco ocorreu em 23 h. Já os filmes com 1,5% de não-solvente liberaram em 24 h 35,0 ± 2,3% (3,10 mg) e 25,5 ± 0,8% (2,24 mg), respectivamente, sendo que 47% (1,45 mg) e 98% (2,20 mg) foram na primeira hora de liberação. Nos filmes AC/PCL-T 80/20 para os três sistemas analisados quase todo o fármaco é liberado nas primeiras horas de estudo. Isto ocorre porque a liberação é influenciada pela presença de PCL-T, já que o ácido salicílico interage com maior intensidade com a PCL-T do que com o AC por meio de ligações de hidrogênio. Portanto, quando a PCL-T é solubilizada na solução tampão (já discutido anteriormente) o ácido salicílico é levado para o meio receptor, juntamente com a PCL-T. Analisando-se apenas os filmes de AC com 1,5% de água e 4% de água, sem a adição de PCL-T, vemos que a liberação é influenciada pela quantidade de água presente no sistema, ou seja, o filme de AC com 4% de não-solvente libera uma quantidade maior de fármaco durante o mesmo período de liberação. Nos filmes AC e AC/PCL-T 80/20 com adição de 4% de água a liberação é influenciada principalmente pela adição de água, e o efeito do PCL-T não é significativo. Já nos filmes com 1,5% de água, a liberação é influenciada tanto pelo efeito da água quanto pelo efeito do PCL-T.

10 50 40 Quantidade de AS liberado (%) AC/PCL-T/AS 100/0/10 1,5 %água AC/PCL-T/AS 80/20/10 1,5 %água Quantidade de AS liberado (%) AC/PCL-T/AS 100/0/10 4% água AC/PCL-T/AS 80/20/10 4% água (A) Figura 8. Perfil de liberação de ácido salicílico através de filmes de AC puro e AC/PCL-T 80/20 preparados com adição de 1,5% (A) e 4% (B) de água na solução polimérica. Conclusões Os resultados acima sugerem que o perfil de permeação e liberação do ácido salicílico através dos filmes de AC podem ser modulados pelo uso de água como agente formador de poros e poli(caprolactona triol) como plastificante. Efeitos tais como, a redução das interações polímeropolímero e a formação de pequenos poros e canais gerados pela dissolução parcial de PCL-T, são responsáveis pelo processo de permeação e liberação do ácido salicílico. Agradecimentos Os autores agradecem a CAPES, CNPq e UFSC pelo apoio financeiro. Referências Bibliográficas 1. M. M. Meier; K. A. Kanis; J. C. Lima; A. T. N. Pires; V. Soldi Polym. Adv. Tehn., 2004, 15, M. M. Meier; K. A. Kanis; V. Soldi. Int. J. Pharm. 2004, 278, M. M. Meier; A. T. N. Pires; V. Soldi Revista Matéria 2005, 10, G. Imanidis; S. Helbing-Strausak; R. imboden; h. Leuenberg J. Control. Release 1998, 51, S. N. Murthy; S. R. R. Hiremath AAPS Pharm. Sci. Tech. 2001, 2, A. T. Florence; D. Atwood Creative Print and Design, Great Britain, S. K. Jain; S. P. Vyas; V. K. Dixit J. Control Release 1992, 22, L. A. Kanis; M. Generoso; M. M. Meier; A. T. N. Pires; V. Soldi. Eur. J. Pharm. Biopharm 2005, 60, E. Shen; R. Pizsczek, B. Dziadul; B. Narasimham Biomaterials 2004, 22, P. R. Rao; P.V. Diwan Pharm. Acta Helv. 1997, 72, J. Siepmann; F. Lecomte; R. Bodmeier J. Control. Release 1999, 60, S. Narisawa; H. Yoshiro; Y. Hirakawa; K. Noda Chem. Pharm. Bull. 1993, 41, S. Narisawa; H. Yoshiro; Y. Hirakawa; K. Noda Chem. Pharm. Bull. 1994, 42, W. L. Lin; C. H. Lu J. Membr. Sci. 2002, 198, R. A. Siegel, R. Langer J. Control. Release 1990, 14, (B)