Characterization, biocompatibility, permeation profile and anesthetic efficacy of a formulation of lidocaine-loaded poly(epsilon-caprolactone) nanocapsules

Orientadores: Maria Cristina Volpato, Michelle Franz Montan Braga LeiteTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Odontologia de PiracicabaResumo: A lidocaína é o anestésico local padrão ouro, apresentando latência curta e duração moderada quando associada a vasoconstritor. Entretanto, sem vasoconstritor promove anestesia de curta duração na polpa dental e, quando utilizado como anestésico tópico no palato não bloqueia a dor da injeção. Os sistemas de liberação de medicamentos, como as nanoparticulas, tem se mostrado eficazes em diminuir a toxicidade e aumentar a duração da anestesia e a permeação desses fármacos. Desta forma, este estudo teve como objetivos caracterizar uma formulação de lidocaína associada a nanocápsulas de poli(epsilon-caprolactona) (LDC-Nano), avaliar seu efeito citotóxico, a capacidade atravessar a mucosa e a eficácia anestésica em tecido inflamado, comparando com as formulações de lidocaína (LDC) e lidocaína associada à epinefrina (LDC-Epi). Foram avaliados por 120 dias o pH das suspensões, e o tamanho e índice de polidispersão das nanopartículas (técnica de espalhamento da luz dinâmica). Os termogramas das formulações (LDC-Nano e nanocápsulas sem anestésico - Nano), dos componentes (LDC, poli(epsilon-caprolactona) - PCL) e a mistura física destes foram avaliados por calorimetria diferencial de varredura. A eficiência de encapsulação foi analisada por ultrafiltração-centrifugação. A citotoxicidade das formulações foi determinada pelo teste MTT em células HaCaT. A capacidade de permeação da formulação foi determinada in vitro em célula de difusão vertical tipo Franz através de epitélio de esôfago de porco. A eficácia anestésica foi testada in vivo em modelo de inflamação (ferida cirúrgica na pata de ratos) com o analgesímetro de von Frey. Os resultados foram avaliados pelos testes t (diâmetro e polidispersão), regressão não linear (MTT), t com correção de Welch (permeação), ANOVA e comparações múltiplas de Holm-Sidak (duração da anestesia) e Log-Rank Mantel-Cox (sucesso da anestesia), com significância de 5%. As formulações LDC-Nano e Nano apresentaram, respectivamente, tamanho médio de 557,8 ± 22,7 nm e 530,5 ± 9 nm, índice de polidispersão de 0,08 ± 0,01 e 0,16 ± 0,02 e pH 8,1 ± 0,21 e 6,3 ± 0,21, permanecendo estáveis por 120 dias. A eficiência de encapsulação foi de 51, 8 ± 1,87%. O teste de calorimetria mostrou haver interação entre lidocaína e nanocápsulas. A DL50 da LDC-Nano e LDC foi respectivamente 0,47% e 0,48% e ambas diferiram da LDC-Epi (0,57%) (p <0,0001). A LDC-Nano aumentou o fluxo (p<0,0001) e a permeabilidade (p=0,0002) através do epitélio esofágico em relação à LDC. No teste in vivo LDC-Nano aumentou o tempo de anestesia (43 ± 8 min) (p=0,0003) em relação a LDC (24 ± 11 min), porém LDC-Epi apresentou duração maior (118 ± 10 min) (p<0,0001). Concluindo, LDC-Nano apresentou boas características físico-químicas e estabilidade, sem alterar a citotoxidade da lidocaína. Embora a encapsulação tenha aumentado o tempo de anestesia da lidocaína em tecido inflamado, seu efeito foi inferior ao promovido pela associação com epinefrina. O aumento na permeação com a lidocaína encapsulada coloca em perspectiva um possível uso tópico para essa formulaçãoAbstract: Lidocaine is the gold standard local anesthetic, and presents short onset and moderate anesthesia duration when associated to a vasoconstrictor. However, without vasoconstrictor, promotes short duration pulpal anesthesia and, as topical anesthetic, does not block the injection pain. Drug release systems, such as nanoparticles have shown efficacy in decreasing toxicity, and improving anesthesia duration and drug permeation. Therefore, the objectives of this study were to characterize a formulation of lidocaine encapsulated in poly(epsilon-caprolactone) nanocapsules (LDC-Nano) and to evaluate its cytotoxicity and permeation through mucosa and the anesthetic efficacy in inflamed tissue, comparing to the obtained with lidocaine (LDC) and lidocaine with epinephrine (LDC-Epi). The pH of the suspensions, and nanoparticles size and polidispersivity were evaluated for 120 days (dynamic light scattering). The thermograms of the formulations (LDC-Nano, nanocapsules without anesthetic ¿ Nano), components of the formulations (LDC, poly(epsilon-caprolactone) ¿ PCL) and the physical mixture of them were evaluated by differential scanning calorimetry. Encapsulation efficiency was analyzed by ultrafiltration-centrifugation. The cytotoxicity of the formulations to HaCaT cells were determined by MTT. Permeation profiles were evaluated in vitro across pig esophageal epithelium in Franz-type vertical diffusion cells. The anesthetic efficacy was evaluated in vivo in a model of inflammation (surgical wound in the paw of rats) with von Frey anesthesiometer. Data were analyzed by t test (diameter and polydispersivity), nonlinear fit analysis (MTT assay), unpaired t test with Welch correction (in vitro permeation assay), ANOVA and Holm-Sidak's multiple comparisons test (anesthesia duration) and Log-Rank Mantel-Cox test (anesthesia success), with 5% significance. LDC-Nano and Nano presented, respectively, mean diameter nanocapsules of 557.8 ± 22.7 nm and 530.5 ± 9 nm, polidispersivity of 0.08 ± 0.01 and 0.16 ± 0.02 and pH 8.1 ± 0.21 and 6.3 ± 0.21 and remained stable for 120 days. Encapsulation efficiency was 51.8 ± 1.87%. Differential scanning calorimetry showed interaction between lidocaine and Nano. The LD50 of LDC-Nano and LDC was respectively 0.47% and 0.48% and both differed from LDC-Epi (p <0.0001). LDC-Nano increased steady-state flux (p<0.0001) and permeability (p=0.0002) across esophageal epithelium in relation to LDC. In the in vivo essay LDC-Nano increased anesthesia duration (43 ± 8 min) (p=0.0003) in relation to LDC (24 ± 11min), however LDC-Epi provided a higher duration (118 ± 10 min) (p