High adhesive nanofibers membrane for buccal drug delivery

Orientador: Lucia Helena Innocentini MeiTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia QuímicaAgência de fomento:Resumo: O objetivo deste trabalho foi o desenvolvimento e caracterização de um sistema mucoadesivo de alto desempenho, baseado em membranas de nanofibras eletrofiadas a partir de soluções de polímeros mucoadesivos para liberação bucal de princípios ativos. Seu desenvolvimento deu-se em três fases. A primeira foi dedicada à obtenção de membranas de nanofibras eletrofiadas com os seguintes polímeros mucoadesivos individuais: (Alginato / PEO (Polióxido de Etileno)), Quitosana/PEO) e à eletrofiação de suas misturas (Quitosana/PEO + Alginato/PEO). Membranas de Alginato/PEO, Quitosana/PEO e Acetato de Celulose (CA) foram carregadas com 10 e 20% m/m do fármaco Metronidazol (MTZ), um antibiótico amplamente utilizado no tratamento de periodontites. As membranas de CA foram revestidas com as nanofibras de polímeros mucoadesivos desenvolvidas pela técnica "layer by layer", obtendo-se mais um dispositivo de liberação além das membranas dos polímeros individuais. Todas as nanofibras preparadas não apresentaram defeitos como contas e apresentaram uma distribuição homogênea do diâmetro. Excelentes resultados foram obtidos para reticulação das membranas de nanofibras de SA/PEO e de CA revestida com SA/PEO, pela técnica desenvolvida a seco por atomização de CaCl2 e posterior atomização com solução de quitosana, com uma perda de massa de apenas 41% após 24 horas a 37°C em soluções de simulação de fluido corporal. Na segunda fase do trabalho, confirmou-se por análise microbiológica utilizando-se a bactéria anaeróbica Gram negativa, A. actinomycetemcomitans, que o fármaco não perdeu sua eficácia durante o processo de eletrofiação. Através dos testes de Viabilidade Celular com Trypan Blue verificou-se que todas as membranas com incorporação de até 10% do fármaco MTZ são biocompatíveis. Nos testes de liberação controlada in vitro do fármaco metronidazol, as membranas de SA/PEO e de CA revestida com SA/PEO apresentaram os melhores resultados de liberação do fármaco, onde se obteve o menor efeito burst, em relação às demais membranas testadas. O teste de permeação do fármaco Metronidazol em epitélio oral fresco de suínos mostrou que as duas membranas de CA revestidas apresentaram perfil e valores de Lag Time e Fluxo em estado estacionário menores que as membranas não revestidas. A terceira fase permitiu determinar a membrana de nanofibra com melhores propriedades mucoadesivas para liberação do fármaco, através dos testes in vitro de desempenho de mucoadesão por adsorção de mucina, tempo e força de mucoadesão que simulam as condições reais de aplicação dos dispositivos desenvolvidos na cavidade bucal. As membranas de nanofibras de SA/PEO foram as mais adequadas para aplicação proposta em doenças periodontais. Elas apresentaram nanofibras homogêneas e livres de defeitos, membranas bem formadas. O perfil de liberação do fármaco, com e sem barreira epitelial, foi adequado ao objetivo proposto. Elas são biocompatíveis pelos resultados nos testes citotoxicológicos e apresentaram as melhores performances de Tempo e Força de mucoadesão, superando os resultados das demais membranasAbstract: This project was dedicated to the development and characterization of a mucoadhesive system of high performance adhesion, based on electrospun membranes made of mucoadhesive polymer solutions for oral release of active ingredients. Its development was carried on in three phases. The first was devoted to obtain electrospun nanofibers membranes with individual mucoadhesive polymers, like Alginate/PEO and Chitosan/PEO, and with their their mixtures (chitosan/PEO + Alginate/PEO). Membranes of Alginate/PEO, Chitosan/PEO and also Cellulose Acetate (CA) were loaded with 10 and 20% w/w of drug metronidazole (MTZ), an antibiotic widely used in the treatment of periodontitis. The CA membranes were coated with nanofiber of mucoadhesive polymers by layer-by-layer technique, yielding an additional controlled release device. All nanofibers prepared showed no defects such as beads and presented a homogeneous distribution of the diameter. Excellent results were obtained for crosslinking the nanofiber membranes SA/PEO and CA-coated SA/PEO. These membranes, after the new technique developed of dry crosslinking of SA/PEO by atomization using CaCl2 and subsequent atomization of chitosan solution, showed a weight loss of only 41% after 24 hours at 37 ° C in simulated body fluid solutions. In the second phase, microbiological analysis was carried out to verify the drug efficiency in the membrane after the electrospinning process using anaerobic gram negative bacterium, A. actinomycetemcomitans, a metronidazole sensitive drug and present in periodontal pockets. Through the cell viability tests with Trypan Blue assay was found that the incorporation of 10% MTZ produced biocompatible membranes.The controlled release of Metronidazole in vitro was evaluated and the membranes of SA/PEO and of CA coated with SA/PEO showed the best results of drug release, with the lowest burst effect compared to other membranes tested. The permeation test across the porcine oral mucosa was measured in order to evaluate the barrier function of the membranes and showed that the two CA coated membranes presented similar profiles; Lag time and Steady state flux values were lower than the uncoated membranes. The third phase of the project allowed us to determine the best mucoadhesive membrane for drug release, through the final tests of mucoadhesion performance by adsorption of Mucin, time and mucoadhesion force that simulate the actual conditions of application of the devices developed in the oral cavity. The SA/PEO nanofiber membranes were the most suitable for the proposed application in periodontal diseases. It presented homogeneous nanofiber and free of defects. The release profile was suitable for the drug with and without epithelial barrier. The results of the citotoxic tests showed that the membranes are biocompatible. The membranes had the best results in Time and mucoadhesion Force, surpassing the results of the other membranesDoutoradoEngenharia QuímicaDoutora em Engenharia Quimica2012/11904-5FAPES