Microesferas de pectina contendo nanoestruturas de TiO2 e/ou Fe3O4 para liberação controlada de amoxicilina

Abstract

RESUMO: Este trabalho teve por objetivo o desenvolvimento de um sistema de administração oral de amoxicilina baseada em microesferas magnéticas de pectina para o tratamento de úlceras gástricas. Esta nova abordagem baseia-se no conceito de biodispositivos inteligentes, que mostra um perfil de liberação sustentada em local específico, com o qual o antibiótico desempenha um papel como agente terapêutico local. Microesferas magnéticas de pectina com diferentes composições e com um tamanho médio na ordem de 1 ?m foram formadas através da reação de polimerização / reticulação de pectina modificada, na presença de TiO2 e Fe3O4. Uma abordagem covalente foi desenvolvida para incorporação de TiO2 na microesfera de pectina. A inserção de grupos vinílicos sobre as nanopartículas de TiO2 e na estrutura da pectina foi demonstrada por análises espectroscópicas. Titânio e ferro foram detectados por espectroscopia de EDS, mesmo depois das microesferas terem sido centrifugadas a 7000 rpm e lavadas repetidamente. As nanoestruturas de TiO2 e Fe3O4 foram observadas nas microesferas de pectina por imagens de TEM. Estudos de liberação foram realizados tanto em pH 2 para aplicação no ambiente ácido do estômago como em pH 8 para utilização no cólon. A amoxicilina foi encapsulada nas microesferas utilizando processo in situ para o carregamento da droga. Nas soluções em pH 8, as microesferas mostraram uma taxa de liberação mais lenta de amoxicilina do que em pH 2. Além disso, a taxa de liberação de antibióticos tornou-se mais lenta, com a introdução de nanoestruturas TiO2 e Fe3O4 nas microesferas (comparativamente as microesferas de pectina pura). O mecanismo de liberação de amoxicilina da microesfera de pectina pura é governada pelo relaxamento macromolecular. Nas microesferas estruturadas, a liberação de antibiótico também é impulsionado por um relaxamento macromolecular das cadeias de pectina, no entanto, há uma tendência para o transporte anômalo. Em tal caso, a liberação é perturbada tanto por uma redução no movimento das cadeias do polímero que afeta o mecanismo de relaxação como pelo efeito de tortuosidade. Com um campo magnético aplicado, a liberação de amoxicilina tornou-se mais dependente do transporte anômalo devido a uma diminuição adicional no movimento na estrutura da rede do polímero. As microesferas obtidas apresentam potencial aplicação enquanto sistema de liberação controlada de amoxicilina em meio ácido, o que demonstra que elas sejam adequadas para aplicações de materiais no ambiente estomacal. Em adição, a liberação de antibiótico pode ser modulada por meio da exposição das microesferas a um campo magnético externo

ABSTRACT: This work aimed at developing an oral amoxicillin delivery system based on magnetic pectin microspheres for treatment of gastric ulcers. This new approach is based on the concept of smart biodevices that shows a sustained release profile in the specific site in which the antibiotic plays a role as local therapeutic agent. Magnetic pectin microspheres with an average size of 1 ?m were prepared by polymerization / crosslinking reaction of modified pectin in the presence of TiO2 and Fe3O4. A covalent approach was developed for incorporation of TiO2 to the pectin microspheres. The insertion of vinyl groups on TiO2 and pectin was demonstrated by spectroscopic analyses. Titanium and iron were detected by EDS spectroscopy, even after the microspheres were centrifuged at 7000 rpm and washed repeatedly. Nanostructures of TiO2 and Fe3O4 were observed in the pectin microsphere by TEM images. Release studies were performed both in pH 2 for application in the acid stomach environment and in pH 8 for use in the colon. The amoxicillin was encapsulated into the microspheres using an in situ drug loading process. In the solutions with pH 8, the microspheres showed an amoxicillin release rate slower than in pH 2. Furthermore, the antibiotic release rate became slower with the introduction of TiO2and Fe3O4 nanostructures to the microspheres (comparatively to pure pectin microspheres). The amoxicillin release mechanism of the pure pectin microspheres is governed by macromolecular relaxation. In the structured microspheres, the antibiotic release is also driven by macromolecular relaxation of the pectin chains, however, there is a tendency to anomalous transport. In such a case, the release is disturbed by both a reduction in the polymer motion that affects the relaxation mechanism and a tortuosity effect. With an applied magnetic field, the amoxicillin release became more dependent on the anomalous transport because of an additional decrease in the polymer motion of the network structure. The proposed microspheres were found to be a sustained release system of amoxicillin in the acid medium, demonstrating them to be appropriate materials for applications in the stomach environment. Furthermore, the antibiotic release may be modulated by exposition of the microspheres to a external magnetic field