SÍNTESE DO PEG-CO-PLLA PARA APLICAÇÃO EM NANOPARTÍCULAS. Manoela A. Prado 1, Franciele Hasman 1, Vanusca D.Jahno 1*, Rosane A. Ligabue 1, Sandra Einloft 1. 1* Faculdade de Química/Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul Porto Alegre-RS vanuscadalosto@yahoo.com.br A nanotecnologia é uma área que vem trazendo grandes benefícios para a qualidade de vida das pessoas. Estudos estão se proliferando na produção de nanopartículas poliméricas que podem ser nanocápsulas ou nanoesferas. As nanopartículas podem ser preparadas por vários processos dentre os quais se destacam a nanoprecipitação e a nanoemulção. Para a preparação destas pode-se utilizar polímeros biodegradáveis que possuem boa biocompatibilidade. Neste trabalho foi realizada a preparação de nanopartículas via nanoprecipitação com o copolímero PEG-co-PLLA 80:20 sintetizado por copolimerização. Palavras-chave: Nanopartículas,PEG-co-PLLA, Síntese,Polímero biodegradável. Synthesis of PEG-co-PLLA for application to nanoparticles. Nanotechnology is an area that is bringing great benefits to the quality of life. Studies are proliferating in the production of polymeric nanoparticles that can be nanocapsules or nanospheres. Nanoparticles can be prepared by various processes among them are the nanoprecipitation and nanoemulsion. For the preparation of these can be used biodegradable polymers that have good biocompatibility. In this work the preparation of nanoparticles was through nanoprecipitation using the copolymer PEG-co-PLLA 80:20 synthesized by copolymerization. Keywords: Nanoparticles,PEG-co-PLLA, Synthesis, biodegradable polymer. Introdução Nos últimos anos, houve um aumento na busca de novas tecnologias para melhoria na qualidade de vida das pessoas. Dentre essas novas tecnologias encontramos a nanotecnologia que se refere à tecnologia empregada para manipular estruturas muito pequenas, possibilitando a criação de novas estruturas funcionais. A nanotecnologia nos traz grandes benefícios, pois atua em muitas áreas de conhecimento tais como: química, física, biologia e engenharias 1. Uma das possíveis aplicações da nanotecnologia são as nanopartículas poliméricas para liberação controlada de fármacos. As nanopartículas poliméricas são definidas como sistemas carregadores de fármacos que apresentam diâmetro menor que 1µm 2. Dois tipos de estruturas referem-se à liberação controlada de fármacos, nanoesferas que são sistemas em que o fármaco encontra-se homogeneamente disperso ou solubilizado no interior da matriz polimérica, e nanocápsulas que são sistemas reservatórios onde a substância encontra-se envolvida por uma membrana polimérica isolando o núcleo do meio externo 3. Existem vários métodos para preparação de nanopartículas, dentre os quais se destacam a nanoemulsão que consiste em misturar um solvente miscível e um imiscível ocorrendo assim uma
difusão espontânea do solvente miscível criando uma turbulência interfacial entre as duas fases levando a formação de partículas menores, e a nanoprecipitação que consiste em um solvente orgânico miscível numa fase aquosa onde o solvente não necessita ser extraído ou evaporado para que haja precipitação do polímero 4. Com respeito aos polímeros biodegradáveis, é essencial reconhecer que a degradação é um fenômeno químico e a erosão é um fenômeno físico. A biodegradabilidade pode ser manipulada pela incorporação de uma variedade de grupos instáveis como éster, ortoéster, anidro, carbonato, amida, uréia e uretano na cadeia principal. Isso pode ocorrer por meio enzimático, químico ou microbiano. Essas vias de degradação podem ocorrer separadamente ou de forma simultânea e são muitas vezes influenciadas pela estrutura química e composição do polímero, fatores físicoquímicos, morfologia 5. Os polímeros naturais, ou biopolímeros, são usualmente biodegradáveis e oferecem excelente biocompatibilidade, mas apresentam dificuldade na purificação. Já os polímeros sintéticos estão disponíveis em uma extensa variedade de composições com fácil ajuste das propriedades. Os polímeros sintéticos fazem parte de um grupo de polímeros que apresentam grupos hidrolisáveis, os quais são susceptíveis a biodegradação. A biodegradabilidade pode ser ajustada modificando-se o poli(ácido láctico) e o poli(etilenoglicol) 6. Um dos polímeros utilizados para a produção das nanopartículas é o poli(ácido láctico) (PLLA). Este polímero é relativamente hidrofóbico, instável em condições úmidas e biodegradável a subprodutos atóxicos presentes no metabolismo de animais e microorganismos. Devido ao seu caráter hidrofóbico sua degradação in vivo ocorre predominantemente via processos celulares resultantes de reações inflamatórias locais. Quando modificado quimicamente com poli(etilenoglicol), (PEG), é formado um copolímero anfifílico que é mais susceptível degradar por hidrólise, e apresenta propriedade auto-associativa em meio aquoso, ou seja, forma suspensões coloidais que são dispersões de sólidos com tamanho de micro / nanopartículas em líquidos termodinâmicamente metaestáveis. As micro / nanopartículas deste copolímero podem permanecer no sistema circulatório por um longo período de tempo, maior que as micro / nanopartículas de poli(ácido láctico) devido as suas propriedades 7. O conjunto de informações obtidas com as caracterizações das nanopartículas pode propor modelos que descrevam a organização destas quanto á composição quali-quantitativa das formulações 2. O objetivo deste trabalho é a síntese e caracterização do polímero PEG-co-PLLA 80:20 e a transformação deste em nanopartículas pelo método de nanoprecipitação.
Experimental Síntese do polímero PEG-co-PLLA 80:20 O polímero PEG-co-PLLA 80:20 foi sintetizado através de uma reação de copolimerização. Para a produção deste foi utilizado 80% de PEG e 20% do pré-polímero poli(ácido láctico) (PLLA) com aquecimento de 60 C durante 4 horas sob pressão reduzida. Logo após foi adicionado o catalisador octoato de estanho sob atmosfera inerte e elevou-se o aquecimento a 100 C. Caracterização do polímero PEG-co-PLLA Os espectros de IV foram obtidos em um espectrofotômetro Perkin Helmer (célula de seleneto de zinco acessório HATR) em valores de transmitância. Através do GPC obteve-se a massa molar numérica média (Mn) e a massa molar ponderal média (Mw) em um cromatógrafo equipado com uma bomba isocrática 1515 e detector de índice de refração 2414 da Waters Instruments, utilizando clorofórmio como eluente. As amostras foram solubilizadas em clorofórmio. Através do aparelho DSC (Calorimetria Exploratória Diferencial) da TA Instruments modelo Q20, foi feita uma análise com rampa de 10 C por minuto de -80 C a 200 C para a visualização da temperatura de transição vítrea (Tg) e temperatura de fusão (Tm). Preparação das nanopartículas de PEG-co-PLLA 80:20 Foram realizadas três reações para a produção das nanopartículas. Primeira reação de nanoprecipitação: A solução orgânica foi feita misturando 300 mg de PEG-co-PLLA 80:20 com 25 ml de acetonitrila sob agitação magnética durante 10 minutos. Em seguida foi preparada uma solução com 250 mg de PVA e 50 ml de água sob agitação magnética por 24 horas. A solução orgânica foi vertida diretamente sobre a solução de PVA com água mantendo a agitação magnética moderada nesse processo. Segunda reação de nanoprecipitação: Foram utilizados os mesmos reagentes e suas respectivas quantidades diferenciando a adição da solução orgânica que foi realizada por gotejamento (40 gotas/minuto) e a agitação magnética moderada nesse processo.
Terceira reação de nanoprecipitação: Foram utilizados os mesmos reagentes e a solução orgânica foi gotejada durante 10 minutos na solução de PVA com água sob agitação mecânica de 1000rpm. Durante a adição da solução orgânica nas três reações, observou-se que a solução resultante ficou turva, caracterizando a presença de nanopartículas 8, 9. As soluções resultantes foram mantidas sob agitação magnética e colocadas sob pressão reduzida originando soluções com volume final de 10 ml nas soluções que correspondem as reações 1, 2 e 3. Caracterização das nanopartículas Das soluções resultantes de nanopartículas descritas acima, foi possível analisar a distribuição das partículas e seus tamanhos, pelo equipamento LUMISizer a 25 C, 4000 rpm, utilizando célula retangular sintética de policarbonato. Resultados e Discussão Análise dos Espectros de Infravermelho Os espectros de IV do pré-polímero PLLA, do PEG e do PEG-co-PLLA 80:20, que foi sintetizado por reação de coplimerização com catalisador octoato de estanho, estão representados na figura 1 abaixo:
Figura 1. Espectros de IV do pré-polímero PLLA, PEG e PEG-co-PLLA 80:20 obtido por copolimerização com o catalisador octoato de estanho. vácuo. Tabela 1. representação das bandas de valência do pré-polímero PLLA, PEG e PEG-co-PLLA Pré-polímero PLLA (cm- 1 ) PEG (cm- 1 ) PEG-co-PLLA 80:20 (cm- 1 ) 3498 (OH) 3450 (OH) 3493 (OH) 2992 (CH) 2884 (CH) 2881 (CH) 1744 (C=O) 1637 (C=O) 1754 (C=O) O copolímero PEG-co-PLLA 80:20 apresentou uma diminuição no estiramento da banda de OH com a copolimerização. Através das bandas de CH e C=O, foi possível observar que houve incorporamento do pré-polímero com o PEG formando o copolímero PEG-co-PLLA 80:20. Análise de Cromatografia por Permeação a Gel O valor de Mw obtido por GPC para o PEG-co-PLLA 80:20 foi de 21046Da. Comparando com o trabalho de Nguyen C. A., Allémann E., Schwach G et al que utilizaram como monômeros de partida o lactide e o metóxi-peg e obtiveram um valor para Mw igual a 16600Da, pode-se observar que mesmo utilizando o pré-polímero PLLA, o valor de Mw foi mais elevado que a literatura referida, onde foi usado lactide 10.
Análise de Cromatografia Exploratória Diferencial A tabela 2 apresenta os valores de DSC do PEG, pré-polímero PLLA e do PEG-co-PLLA 80:20. Tabela 2. Valores de análise térmica do pré-polímero PLLA, do PEG e do PEG-co-PLLA 80:20. Polímero Temperatura de transição vítrea (Tg) C Temperatura de fusão (Tm) C Pré-PLLA 54,50 164,54 PEG - - PEG-co-PLLA 80:20-41,73 54,79 Analisando a tabela é possível observar a temperatura de transição vítrea (Tg) do pré-polímero PLLA em 54.50 C e a temperatura de fusão (Tm) em 164.54 C. Para o PEG-co-PLLA 80:20 observou-se a temperatura de transição vítrea (Tg) em -41,73 C e a temperatura de fusão (Tm) em 54,79 C. Com a faixa de temperatura analisada não foi possível visualizar a Tg e a Tm do PEG. Segundo Drumond, W. S. et al 2004, o PEG apresenta uma temperatura de transição vítrea (Tg) igual a -70 C e o PLA apresenta em 65 C. Estes autores trabalharam com o PLA lactide e obtiveram o copolímero PEG-co-PLA que apresentou uma Tg igual a -40 C e uma Tm igual a 56 C 7, e neste estudo foi utilizado o pré-polímero PLLA e obteve-se o copolímero PEG-co-PLLA 80:20, com sua Tg e sua Tm próximas aos valores referidos na literatura. Análise do tamanho de partícula Foram analisadas as amostras da reação 1, 2 e 3 e obteve-se a distribuição das partículas e seus tamanhos.
Figura 2. Distribuição de partículas na reação 1 Figura 3. Distribuição de partícula na reação 2. Figura 4. Distribuição de partícula na reação 3
Tabela 3. Dados de tamanho de partícula Reação Tamanho de partícula (nm) Span 1 85 0,93 2 227 1,16 3 62 3,89 O Span foi calculado usando a fórmula (90% - 10%) / 50%, onde os dados 90, 50 e 10% correspondem aos valores de tamanho de partícula nessas porcentagens. O Span nos mostra a polidispersidade das partículas, onde nos gráficos acima, podemos visualizar que quando altera-se parâmetros na produção destas, o Span varia. Na reação três, que obtivemos os menores tamanhos de nanopartículas, obtivemos o maior valor de Span. Podemos verificar pelos gráficos acima que houve uma ampla distribuição de partículas. Esta distribuição pode ter variações quando são modificados os parâmetros de temperatura, agitação, adição da solução polimérica (solução orgânica) entre outros fatores. Na reação 1 a solução orgânica foi vertida completamente sobre a solução de PVA sob agitação magnética moderada, a reação 2 foi feita por gotejamento durante uma hora (40 gotas/minuto), sob agitação magnética moderada e na reação 3 a solução orgânica foi gotejada em 10 minutos sobre a solução de PVA sob agitação mecânica de 1000rpm. Pode-se concluir destes três diferentes modos de preparo das soluções, que quando é alterada a agitação e a forma de adição da solução orgânica sobre a solução de PVA, ocorre uma diminuição no tamanho das nanopartículas, passando de 227 à 62nm, com a diminuição no tempo de adição. Conclusões Com este trabalho podemos constatar como é possível a produção de nanopartículas de polímeros biodegradáveis, neste caso foi usado um copolímero, pelo método de nanoprecipitação por três diferentes processos de produção, o que resultou numa diferença no tamanho médio das respectivas partículas. Para a seqüência do trabalho sugere-se a aplicação de diferentes técnicas no preparo das nanopartículas. Também buscar mais técnicas de caracterização das mesmas e fazer os testes in vitro das nanopartículas feitas com PEG-co-PLLA 80:20. Agradecimentos À PUCRS e ao CNPq ao apoio financeiro.
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