Biofilmes base de silicatos naturais e biopolímeros como sistema dispensadores de fármacos

ISBN 978-85-85905-23-1

Área

Materiais

Autores

Souza, G.P. (UFMA) ; Alcantara, A.C.S. (UFMA)

Resumo

Bionanocompositos compõem uma classe de compósitos que tem atraído muita atenção por possuírem uma grande versatilidade sendo amplamente pesquisados por apresentarem melhorias funcionais, melhorias estruturais e por portarem diversas aplicações nas mais diversas áreas, como por exemplo como o foco deste trabalho em sistemas de liberação de fármacos. Os bionanocompositos são constituídos a partir de argilominerais e biopolímeros, as bases biopoliméricas selecionadas foram compostas pela combinação da carboximetilcelulose e da zeína (CMC-Z), para a formação de filmes. As propriedades dos materiais foram determinadas por técnicas físico-químicas, mediante a análises de difração de raio-x (DRX), espectroscopia na região do infravermelho (FTIR) e a liberação controlada do fármaco pelos filmes.

Palavras chaves

Liberação controlada ; biopolímeros; bionanocompósitos

Introdução

A procura por materiais capazes de alterar a cinética, a área de ação e a eficiência da liberação dos fármacos, tem se mostrado crescente nos últimos anos, com esse intuito o foco deste trabalho foi o desenvolvimento de bionanocompositos (LI, GU, GU, 2016; ALCÂNTARA ET AL, 2010), a partir de híbridos de argilominerais, montmorillonita e sepiolita, com o fármaco amoxicilina, um antibiótico β-lactámico, usado por via oral, no tratamento do trato respiratório superior e trato gastrointestinal, inibindo a produção da parede celular bacteriana, (HE, 2013; ALCÂNTARA, DARDER, ARANDA, RUIZ- HITZKY, 2016). Quanto aos argilominerais empregados, a montmorillonita é um argilomineral lamelar natural utilizado no trabalho para intercalação do fármaco, de fórmula (Na)0.33(Al,Mg)2(Si4O10)(OH)2nH2O, com estrutura cristalina 2:1 composta de uma camada central octaédrica entre duas camadas tetraédricas (ALCÂNTARA, DARDER, ARANDA, RUIZ-HITZKY, 2016; RAPACZ-KMITA, STODOLAK-ZYCH, ZIABKA, 2017). Sepiolita é uma argila natural que apresenta morfologia fibrosa utilizada para a imobilização do fármaco com formula celular unitária ideal (Si12O30Mg8(OH)4(H2O)4•8H2O), tratando-se de um silicato de magnésio hidratado com uma estrutura cristalina 2:1 constituída de duas folhas tetraédricas de silício e oxigênio. O biopolimero empregado, foi uma combinação de carboximetilcelulose, um polissacarídeo hidrofílico derivado da celulose, e zeína, a principal proteína do milho, que apresenta alta hidrofobicidade. Ambos biopolímeros possuem caráter não-tóxico, biodegradável e biocompatível. Este trabalho tem como objetivo a preparação e aplicação de materiais híbridos a base de argilas naturais e biopolímeros como nanocarreadores eficazes para liberação controlada de antibióticos.

Material e métodos

Preparação de híbridos de argila - Amoxicilina Na preparação dos híbridos com a amoxicilina, pesou-se 0,5 g do respectivo argilomineral (montmorillonita ou sepiolita), onde a mesma foi dispersa em 25 ml de água deionizada e deixada sob agitação constante por 30 minutos. Posteriormente, foi pesado 0,25 g de amoxicilina em 10 ml de água deionizada e o mesmo foi deixado no banho ultrassom por 30 minutos. Após esse estágio, a mistura de amoxicilina foi adicionada a suspensão de argila, e a mistura foi deixada sob agitação e o pH do sistema foi ajustado para 2,9 com uma solução de 0,1 molar de HCl a mistura foi deixada sob agitação por 24 horas. Em seguida, depois do período de agitação, o material resultante foi lavado 3 vezes, e deixada para secar a temperatura ambiente. Preparação dos biofilmes a base de carboximetilcelulose e zeína Os biofilmes foram feitos com carboximetilcelulose (CMC) e zeína (Z), em proporções CMC-Z: 1:0, 1:1, ou seja, contendo 0 e 50% de zeína em relação ao peso final do biopolímeros, sendo que a concentração total final do biopolímeros é de 1% (m/v). Para o preparo dos biopolímeros diferentes concentrações já conhecidas de zeína foram dissolvidas em 25 ml de uma solução etanol-água 80% (v/v), e em seguida adicionadas as soluções diferentes concentrações de carboximetilcelulose previamente preparadas, essas soluções foram preparadas solubilizando a carboximetilcelulose em 25 ml de água a 60°C, após a adição os sistemas foram mantidos sob agitação magnética até a sua homogeneização(os híbridos são adicionados nesta etapa), e transferidas para placas de poliestireno para secar. Os materiais foram avaliados por análises de difratometria de Raios-X (DRX) espectroscopia de infravermelho (FTIR) e estudos de espectroscopia molecular na região do UV/vis.

Resultado e discussão

Nos difratogramas apresentados (Fig. 1) observa-se que no híbrido MTM-AMX a reflexão (001) em 7,4˚ de 2θ é deslocada a menores ângulos de 2θ, indicando a intercalação do fármaco amoxicilina entre as galerias do argilomineral lamelar, aparecendo uma nova reflexão em 6,25˚ de 2θ. Aplicando a equação de Bragg, podemos observar que a distância interlamelar da MTM aumenta de 1,24 nm para 1,47 nm no material MTM-AMX preparado em 24 horas. Por outro lado, no difratograma da SEP-AMX é possível observar que as principais reflexões da sepiolita são mantidas após a formação do material híbrido, o que indica que a estrutura cristalina do argilomineral se manteve durante o processo de imobilização do fármaco. As análises de espectroscopia na região do infravermelho dos materiais híbridos a base de montmorillonita são mostradas na Fig. 2. No espectro do híbrido MMT-AMX (Fig 2c), são observadas bandas nas quais podem ser atribuídas ao fármaco intercalado. A banda em 1680 e 1480 cm-1 referente ao grupo CO correspondente a amida I, é evidenciada nos materiais híbridos em 1634 e 1441 cm-1, o que poderia sugerir uma possível interação entre ambas entidades. Com o objetivo de avaliar a liberação da amoxicilina que foi incorporada na montmorillonita(MTM-AMX) e na sepiolita(SEP-AMX), presente nos filmes de carboximetilcelulose-zeína, foi realizado um estudo de liberação do fármaco em um meio tamponado (pH 7.0). A partir da figura 3 foi observado que tanto a presença do material híbrido, como a incorporação de zeína no sistema favoreceram a um maior controle na liberação dos do antibiótico, apresentando neste caso CMC-Z50/MTM-AMX uma liberação mais sustentada compara ao sistema análogo a base de sepiolita (CMC-Z50/SEP-AMX).

Fig. 1. Difratogramas de raios X para os materiais híbridos resultantes da combinação de (a) montmorillonita e (b) sepiolita com amoxicilina.


Fig.2a. FTIR (400-4000 cm-1) da: (a) amoxicilina, (b) montmorillonita e (c) montmorillonita- amoxicilina. Fig.2b. Perfil de liberação da amoxicilina.

Conclusões

No trabalho foi possível preparar com sucesso, materiais biohíbridos, entre um fármaco (amoxicilina) em argilas inorgânicas (montmorillonita e sepiolita) incorporados por uma base biopolimérica, composta pela combinação de carboximetilcelulose e a zeína. Mediante a incorporação dos materiais híbridos montmorillonita-amoxicilina e sepiolita-amoxicilina, em filmes de carboximetilcelulose-zeína, foi possível apurar que os materiais que contem zeína e os materiais híbridos na sua composição, foram mais eficazes no processo de retardo da liberação da amoxicilina.

Agradecimentos

Os autores agradecem a FAPEMA, projeto UNIVERSAL-01118/16, à Central Analítica de Química (CCET-UFMA), ao LIM-Bionanos (UFMA) e à Central de Materiais (CCET- UUFMA-Fís

Referências

AKHTER, H.; SAIGAL, N.; BABOOTA, S. A two pulse drug delivery system for amoxicillin: An attempt to counter the scourge of bacterial resistance against antibiotics.Acta Pharmaceutica, v. 61, n. 3, p.313-322, 2011.
ALCÂNTARA, A. C S; DARDER, M.; ARANDA, P. RUIZ-HITZKY. Bionanocomposites based on alginate–zein/layered double hydroxide materials as drug delivery systems. Journal of Materials Chemistry, v. 20, n. 42, p.9495-9504, 2010.
ALCÂNTARA, Ana C S; DARDER, M.; ARANDA, P. RUIZ-HITZKY, E. Effective intercalation of zein into Na-montmorillonite: role of the protein components and use of the developed biointerfaces.Beilstein Journal Of Nanotechnology,, v. 7, p.1772-1782, 2016.
BARKHORDARI, S.; YADOLLAHI, M. Carboxymethyl cellulose capsulated layered double hydroxides/drug nanohybrids for Cephalexin oral delivery.Applied Clay Science, v. 121-122, p.77-85, mar. 2016.
He, J. Des (bio)nano-composites utilis´es dans le traitement d’eaux contamin´ees par de l’arsenic/gentamicine ou pour des applications m´edicales. Sciences de la Terre. Universit´e de Grenoble-França. THÈSE Pour obtenir le grade de DOCTEUR DE L’UNIVERSITÉ DE GRENOBLE). p. 165, 2013.
LI, L.; GU, Z.; GU, W. Efficient drug delivery using SiO 2 -layered double hydroxide nanocomposites.Journal Of Colloid And Interface Science, v. 470, p.47-55, 2016.
RAPACZ-KMITA, A.; BUĆKO, M. M.; STODOLAK-ZYCH, E. MIKOŁAJCZYK, M, DUDEK, P, TRYBUS M.. Characterisation, in vitro release study, and antibacterial activity of montmorillonite-gentamicin complex material. Materials Science and Engineering: C, v. 70, p.471-478, 2017.
. SHLYAPNIKOV, Y.; M.; SHLYAPNIKOVA, E. A.; MOROZOV, V. N. Carboxymethyl Cellulose Film as a Substrate for Microarray Fabrication. Analytical Chemistry, v. 86, n. 4, p.2082-2089, 2014.