Development of nanofibrous membranes for localized and controlled release of antibiotics

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Biomédica apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra.Este trabalho tem como objectivo o desenvolvimento de membranas nanofibrosas de base polimérica capazes de actuar como um sistema de libertação controlada e localizada do antibiótico sulfato de gentamicina (GS). Pretende-se que estes sistemas possam ser implantados aquando de uma cirurgia ortopédica, de forma a prevenir ou tratar o desenvolvimento de uma eventual infecção óssea no período pós-cirurgico. A libertação controlada e localizada de fármacos tem como objectivo desenvolver sistemas de entrega de fármacos que possuam a capacidade de controlar, temporal e espacialmente, a concentração de fármaco disponível no organismo. A maioria dos sistemas de libertação controlada (SLC) desenvolvidos é de base polimérica, isto é devido à variedade de propriedades químicas, físicas e biológicas exibidas por este tipo de materiais e à facilidade do seu processamento. Um método de processamento de polímeros considerado bastante atraente para a preparação de SLC é a electrofiação, uma técnica que permite produzir fibras de base polimérica com diâmetros desde alguns micrómetros até algumas centenas de nanómetros. Estas estruturas apresentam uma elevada relação de área superficial por volume, o que é favorável à incorporação e libertação de fármacos. Por outro lado esta característica também favorece uma libertação inicial muito rápida e extensa do fármaco incorporado, o que pode não ser desejável para alguns tipos de terapia. Este problema é mais acentuado quando o fármaco que se pretende encapsular é hidrofílico, como é o caso do antibiótico sulfato de gentamicina. Uma possível solução para este problema vem na forma de nanopartículas de sílica mesoporosa (MSN’s), um material muito investigado para a imobilização e libertação de fármacos. Assim, e numa tentativa de obter membranas nanofibrosas com uma libertação de GS de forma mais controlada e por intervalo de tempo relativamente longo, neste trabalho imobilizou-se GS em nanopartículas de silíca mesoporosa. Estas partículas foram então dispersas numa solução polimérica que posteriormente foi sujeita a electrofiação, obtendo-se dessa forma a incorporação das MSN’s carregadas com a GS nas nanofibras produzidas. Como material poliméricos utilizou-se os polímeros poli(ácido láctico) PLA e poli(ácido láctico-co-glicólico) PLGA, misturados em diferentes proporções. Para comparação, preparam-se também membranas onde o antibiótico foi directamente disperso na solução polimérica, e membranas em que metade da GS incorporada se encontrava imobilizada nas MSN e a outra metade na forma livre. As MSN’s- antes e depois do carregamento com GS- foram caracterizadas do ponto de vista físico através de medidas de adsorção/desorção de azoto, o que permitiu a determinação da área específica, volume de poro e tamanho médio de poro das partículas. Adicionalmente, a quantificação da GS imobilizada nas nanopartículas foi determinada por meio de análises termogravimétricas, tendo-se obtido uma percentagem de carregamento de 30% (p/p). As membranas nanofibrosas produzidas foram caracterizadas por SEM, determinação de ângulos de contacto com a água, testes de libertação in vitro e testes microbiológicos. xii Os resultados dos testes de libertação in vitro demonstraram que as membranas nanofibrosas com a GS imobilizada nas MSN apresentavam uma libertação mais controlada e prolongada do antibiótico, em comparação com as membranas onde a GS se encontrava na forma livre. Também se verificou que a composição polimérica da membrana afecta a cinética de libertação do antibiótico, especialmente nas membranas com MSN. Adicionalmente os testes microbiológicos provaram que a GS manteve a sua capacidade antibacteriana mesmo após ter sido sujeita a vários processos como a encapsulação em MSN’s e posteriormente a electrospinning