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

DEXAMETASONA

Manoela Klüppel Riekes1, Josiane Padilha de Paula1, Sônia Faria Zawadzki2, Paulo Vitor Farago1*

1* Universidade Estadual de Ponta Grossa – UEPG, Campus Uvaranas, Ponta Grossa–PR – pvfarago@uepg.br 2Universidade 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#0, 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#0, F#1 and F#2) were successfully obtained as off-white powders. A drug loading of 92.27 mg.g–1 and 218.54 mg.g–1 and an encapsulation efficiency of 93.96 % and 87.43 % 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, 2000). Por esses motivos, os sistemas de liberação cólon-

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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. (2008) 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. (2005), 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. (2008), no qual a liberação

de dexametasona é mediada por eritrócitos e por Kim et al. (2003), 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., 2005). 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,

2005; Kumar,2000). 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, 2006; Kumar, 2000; 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).

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CH CH2 C

O

O

R

n

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® 80), 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#0, 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#0 F#1 F#2

orgânica

DEX – 0,2 g 0,5 g PHBV 2,0 g 1,8 g 1,5 g

clorofórmio 40 mL 40 mL 40 mL Span® 80 0,25 g 0,25 g 0,25 g

aquosa PVA 2 % 200 mL 200 mL 200 mL

A fase orgânica foi emulsionada na fase aquosa, ambas a 402 ºC, utilizando agitador

mecânico, durante 5 min, a 3000 rpm. Após, durante 4 h, a emulsão foi mantida em agitação

mecânica a 800 rpm até a completa evaporação do clorofórmio. Transcorrido o tempo para a

evaporação do solvente orgânico, as micropartículas foram separadas por centrifugação

R = etila = 3-hidroxivalerato R = propila = 3-hidroxibutirato

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(5000 rev.min–1, 10 min) e lavadas, por 2 vezes, com água destilada. Os produtos foram secos em

estufa a vácuo a 402 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 190 a 280 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.

100)(

(%) xDEXdeteóricainicialmassa

culasmicropartínasDEXdemassaãoencapsulaçdeEficiência

Avaliação granulométrica

O tamanho de partícula das formulações F#0, F#1 e F#2, foi avaliado por espectrometria de

difração a laser, utilizando o aparelho Cilas 920 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 10 % de fármaco, em massa) foram examinadas em

difratômetro de raio-X Shimadzu XRD-6000, scan de 2o min–1 e 2 de 5 a 50 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 3500GX, Bio-Rad Laboratories,

32 scans.min–1, resolução de 4 cm–1.

Avaliação morfológica por microscopia eletrônica de varredura

A morfologia das micropartículas F#0, F#1 e F#2 foi observada por microscopia eletrônica

de varredura (Smimizu SS-550). Previamente, as amostras foram depositadas em stubs, usando fita

adesiva dupla face e recobertas com ouro (350 Å) em Polaron E-5000.

(Equação 1)

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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, 2005) por período de 10 horas. O aparato consistiu em sistema de

agitação magnética, com rotação de 100 rev.min–1, acoplado a um banho-maria com água em

temperatura controlada de 37 ºC. Como meio de dissolução foi usado o HCl 0,1 mol.L–1 e a massa

de fármaco, puro ou microencapsulado, equivalente a 100 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#0, 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#0, 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.

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1 10 1000

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100

Análise Granulométrica para a amostra PHBV 0(30 classes, de 0,30 m a 400,00 m)

His

togr

ama

(% x

14)

Valo

res

cum

ulat

ivos

(%)

Diâmetros (m)

1 10 100

0

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30

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50

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90

100

Análise Granulométrica para a amostra PHBV 1(30 classes, de 0,30 m a 400,00 m)

His

togr

ama

(% x

13)

Val

ores

cum

ulat

ivos

(%)

Diâmetros (m)

1 10 100

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Análise Granulométrica para a amostra PHBV 2(30 classes, de 0,30 m a 400,00 m)

His

togr

ama

(% x

15)

Val

ores

cum

ulat

ivos

(%)

Diâmetros (m)

Figura 3. Análise granulométrica das partículas F#0 (A), F#1 (B) e F#2 (C)

10 20 30 40 50

Difratograma da DEXAMETASONA(40 mA e 40 kV)

Inte

nsid

ade

(u.a

.)

2 10 20 30 40 50

Difratograma do PHBV(40 mA e 40 kV)

In

tens

idad

e (u

.a.)

2 10 20 30 40 50

Difratograma da mistura física (PHBV + DEXAMETASONA)(40 mA e 40 kV)

Inte

nsid

ade

(u.a

.)

2 Figura 4. Difratogramas da DEX (A), do PHBV (B) e da mistura física binária DEX:PHBV 1:10 (C)

10 20 30 40 50

Difratograma da amostra PHBV 0(40 mA e 40 kV)

Inte

nsid

ade

(u.a

.)

2 10 20 30 40 50

Difratograma da amostra PHBV 1(40 mA e 40 kV)

Inte

nsid

ade

(u.a

.)

2 10 20 30 40 50

Difratograma da amostra PHBV 2(40 mA e 40 kV)

Inte

nsid

ade

(u.a

.)

2 Figura 5. Difratogramas das micropartículas F#0 (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#0 apresentou o maior

diâmetro médio e a F#2, o menor valor.

A B C

A B C

A B C

Anais do 10o Congresso Brasileiro de Polímeros – Foz do Iguaçu, PR – Outubro/2009

4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500

0

20

40

60

80

100

Espectro de IVTF da dexametasona(4000 a 400 cm-1, 4 cm-1, pastilha de KBr)

Tran

smitâ

ncia

(%)

número de onda (cm-1)

4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500

50

60

70

80

90

100

Espectro de IVTF de PHBV(4000 a 400 cm-1, 4 cm-1, pastilha de KBr)

Tran

smitâ

ncia

(%)

número de onda (cm-1)4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500

20

40

60

80

100

Espectro de IVTF da mistura física 1:10(4000 a 400 cm-1, 4 cm-1, pastilha de KBr)

Tran

smitâ

ncia

(%)

número de onda (cm-1) Figura 6. Espectro de IVTF da DEX (A), do PHBV (B) e da mistura física binária DEX:PHBV 1:10 (C)

4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500

0

20

40

60

80

100

Espectro de IVTF do PHBV 0(4000 a 400 cm-1, 4 cm-1, pastilha de KBr)

Tran

smitâ

ncia

(%)

número de onda (cm-1)

4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 5000

20

40

60

80

100

Espectro de IVTF do PHBV 1(4000 a 400 cm-1, 4 cm-1, pastilha de KBr)

Tran

smitâ

ncia

(%)

número de onda (cm-1)

4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500

0

20

40

60

80

100

Espectro de IVTF do PHBV 2(4000 a 400 cm-1, 4 cm-1, pastilha de KBr)

Tran

smitâ

ncia

(%)

número de onda (cm-1) Figura 7. Espectros de IVTF das micropartículas F#0 (A), F#1 (B) e F#2 (C)

Figura 8. Microscopia eletrônica de varredura das micropartículas F#0 (A), F#1 (B) e F#2 (C), em aumentos de 1000x, 2000x e 1000x,

respectivamente.

A B C

A B C

A

B

C

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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.

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.

0

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30

40

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0 100 200 300 400 500 600 700

DEXA

PHBV1

PHBV2

tempo (min)

cc

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Referências Bibliográficas 1. C. W. Poulton; S. Akhtar. Advanced Drug Delivery Reviews. 1996, 18, 133-62. 2. D.H. Kim et al. Journal Korean Radiology Society, 2003, 48, 7-11 3. F. Bossa et al. The American Journal of Gastroenterology, 2008, 103, 2509-2516 4. G. Kumar et al. The Pharma Review, 2008, 171-192 5. I. Galeska et al. AAPS Journal, 2005, 7, 231-240 6. L.D. Hu; Y. Liu; X. Tang; Q. Zhang European Journal of Pharmaceutics and

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