Synthesis and analysis of mesoporous silica SBA-15 for incorporation of molecules

Neste trabalho estudou-se a encapsulação de proteínas com diferentes pesos moleculares na sílica mesoporosa ordenada SBA-15 para avaliar sua aplicação como adjuvante imunológico. Para tanto, as proteínas IgG (150 kDa) e BSA (66,5 kDa) foram incorporadas à sílica mesoporosa com poros expandidos. Primeiramente estudou-se a dilatação dos poros utilizando-se um agente dilatador de estrutura no processo de síntese, através da preparação de amostras com diferentes quantidades de triisopropilbenzeno (TIPB). Resultados de isoterma de adsorção de nitrogênio (NAI) e espalhamento de raios X a baixo ângulo (SAXS) revelaram um aumento no diâmetro médio de poros da ordem de 23% e uma rede de poros mais desordenada. Para se ter uma estimativa das dimensões das proteínas, medidas de SAXS foram feitas e indicaram que ambas têm dimensões que permitiriam sua incorporação nos poros da SBA-15. As amostras com poros dilatados foram então utilizadas para a incorporação das proteínas IgG e BSA em solução tampão fosfato salina (PBS). Os resultados indicaram o preenchimento dos microporos pela solução de PBS com valor superior a 95%. Quanto ao preenchimento de mesoporos, observou-se maior variação no volume de poros e área superficial, para o material com maior diâmetro médio de poros, atingindo valores em torno de 80 % e 90%, respectivamente. Não houve diferença significativa nestas porcentagens entre a incorporação das duas proteínas, indicando que as proteínas devem estar encapsuladas na macroporosidade da sílica, obstruindo a entrada dos mesoporos. Um modelo teórico foi utilizado para analisar as medidas de SAXS e ele confirmou o preenchimento dos microporos e a presença da proteína nos mesoporos da sílica. Utilizando a técnica analítica de Particle Induced X-ray Emission (PIXE), o conteúdo de silício em fezes de camundongos isogênicos foi avaliado em função do tempo, com o intuito de analisar a liberação de sílica pelo organismo dos camundongos. Observou-se que após a primeira administração de sílica os camundongos inoculados por via oral liberaram uma quantidade de silício similar à liberada pelos camundongos controle, que receberam apenas a solução de PBS. Após a segunda administração os camundongos inoculados com sílica por via oral liberaram uma quantidade de silício superior à dos camundongos controle, devido à morte dos macrófagos e outras células que atuam na resposta imunológica, evidenciando a eliminação de silício pelo organismo. Um estudo paralelo de controle de qualidade foi realizado em amostras de SBA-15 preparadas pela Cristália Produtos Químicos Farmacêuticos Ltda. a fim de garantir a reprodutibilidade deste material, que será comercialmente utilizado para a formulação de vacina oral contra Hepatite B, produzida pelo Instituto Butantan. Os resultados mostraram propriedades texturais reprodutíveis das amostras produzidas pela Cristália indústria farmacêutica.In this work we studied the encapsulation of proteins with different molecular weights into SBA-15 ordered mesoporous silica to evaluate its application as immunological adjuvant. Hence, the IgG protein (150 kDa) and BSA (66.5 kDa) were incorporated into the mesoporous silica with expanded pores. First we studied the expansion of the pores using a structure swelling agent in the synthesis process, by preparing samples with different amounts of triisopropylbenzene (TiPB). Results of Nitrogen Adsorption Isotherm (NAI) and Small Angle X-Ray Scattering (SAXS) showed an increase in average pore diameter of the order of 23% and a more disordered pore network. To provide an estimate of the size of proteins, SAXS measurements were performed and indicated that both have dimensions that allow its incorporation in the pores of SBA-15. These samples were used for the incorporation of IgG and BSA proteins in phosphate buffered saline (PBS) solution. The results indicated a filling of the micropores by PBS solution larger than 95%. Concerning the filling of mesopores, we observed a larger variation in pore volume and surface area for the material with highest average pore diameter, reaching values around 80% and 90%, respectively. There was no significant difference in these percentages between the incorporation of the two proteins, indicating that the proteins could be encapsulated in the silica macroporosity, blocking the entry of mesopores. A theoretical model was used to analyze the SAXS measurements and it confirmed the filling of micropores and the presence of protein in the silica mesopores. Using the analytical technique \"Particle-Induced X-ray Emission\"(PIXE), the silicon content in mice feces was evaluated as a function of time, in order to analyze the release of silica from the organism of the mice. We observed that after the first silica administration the isogenic mice inoculated by oral administration released a similar amount of silicon compared with the amount released by the isogenic control mice, which received only PBS solution. After the second oral administration, the mice inoculated with silica released a higher amount of silicon than the control mice, due to the death of macrophages and other cells that act on the immune response, indicating the elimination of silicon by the organism. A parallel study about quality control was performed on SBA-15 samples prepared by Cristália Produtos Químicos Farmacêuticos Ltda., to ensure the reproducibility of this material which will be used commercially for the formulation of an oral vaccine against hepatitis B, produced by the Butantan Institute. The results showed reproducible textural properties of the samples produced by the Cristália pharmaceutical industry