Chemical modification of pullulan and its application on the particles preparation for controlled release systems of Indomethacin

Sistemas carreadores de princípios ativos visam modificar as propriedades físico-químicas limitantes dos fármacos, melhorando, desta forma, a sua farmacodinâmica (potencialização do efeito terapêutico), farmacocinética (controle da absorção e distribuição nos tecidos) e reduzindo os seus efeitos toxicológicos (toxicidade local e sistêmica). A modificação da permeabilidade e solubilidade de um princípio ativo é um fator crucial para melhorar sua administração e aumentar sua biodisponibilidade. Nesse contexto, o principal objetivo deste trabalho consiste no preparo de partículas a partir de copolímeros anfifílicos enxertados, biocompatíveis e biodegradáveis, para favorecer a administração e prolongar a liberação de princípios ativos. Os copolímeros anfifílicos foram obtidos a partir da modificação química da pululana (Pull) com poli(ε-caprolactona) (PCL), ou poli(3-hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato) (PHBHV), via reação de cicloadição 1,3-dipolar entre alcino e azida ou CuAAC. Primeiramente, as hidroxilas da pululana foram parcialmente modificadas com brometo de 2-bromopropanoíla. Em seguida, os átomos de bromo foram substituídos por grupos azida, através da reação com azida de sódio. Em paralelo, a PCL e o PHBHV foram funcionalizados com grupos alcino. Através da reação de cicloadição 1,3-dipolar, a PCL, ou o PHBHV, foram, então, enxertados nas cadeias de pululana. Os polímeros foram caracterizados pelas técnicas de Ressonância Magnética Nuclear (RMN 1H), Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR), Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC), Espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios-X (XPS) e Difratometria de Raio-X (DRX), entre outras, as quais confirmaram a modificação química prevista em cada etapa. A concentração de agregação crítica (CAC) foi avaliada através da análise de fluorescência, obtendo-se um valor igual a 6,6*10-4 mg.mL-1. Finalmente, a pululana-graft-poli(ε-caprolactona) (Pull-g-PCL) foi utilizada para o preparo de partículas poliméricas biodegradáveis, e encapsulação de indometacina, através do método de diálise. As partículas foram avaliadas em termos de diâmetro médio (DP), polidispersidade e morfologia, através das técnicas de Espalhamento Dinâmico de Luz (DLS) e Microscopia Eletrônica de Transmissão (TEM). Foram obtidas partículas com DP de 220,0 e 273,7 nm, com e sem indometacina, respectivamente. A eficiência de encapsulação da indometacina foi de 35,5 %. A cinética de liberação da indometacina foi avaliada in vitro a 37 °C e em pH 7,4, apresentando um perfil de liberação descrito pelo modelo matemático de Korsmeyer-Peppas, com expoente de liberação n igual a 0,8, o que indica uma difusão anômala, ou seja, um mecanismo de difusão não-Fickiano. Quando comparados os valores de constante cinética de dissolução da indometacina livre observa-se a eficiência do copolímero anfifílico no controle da liberação in vitro do fármaco. As partículas preparadas apresentaram potencial para aplicação em sistemas de liberação controlada de princípios ativos hidrofóbicos.The novel active principle delivery systems aim to modify the limiting physicochemical properties of the drugs, thus improving their pharmacodynamics (enhanced therapeutic effect), pharmacokinetics (controlled absorption and distribution in tissues) and reducing their toxicological effects (local and systemic toxicity). The modification of the permeability and solubility of an active principle is a crucial factor to improve its administration and increase its bioavailability. In this context, the main objective of this work is to prepare particles from grafted, biocompatible and biodegradable amphiphilic copolymers to facilitate administration and to prolong the release of active principles. The amphiphilic copolymers were obtained from the chemical modification of pullulan with poly(ε-caprolactone) (PCL), or poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) (PHBHV), via the 1,3-dipolar cycloaddition reaction between alkyne and azide or CuAAC. Firstly, the pullulan hydroxyls were partially modified with 2-bromopropanoate bromide. Then the bromine atoms were replaced by azide groups, by reaction with sodium azide. Meanwhile, PCL and PHBHV were functionalized with alkyne groups. Then PCL, or PHBHV, was grafted onto the pullulan chains through CuAAC reaction. The polymer was characterized by Proton Nuclear Magnetic Resonance (1H NMR), Fourier-Transform Infrared (FTIR), Differential Scanning Calorimetry (DSC), X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) and X-Ray Diffraction (XRD), among others, which confirmed the chemical modification expected in each step. The critical aggregation concentration (CAC) was evaluated by fluorescence analysis, resulting in a critical concentration of 6.6.10-4 mg.mL-1. Finally, pullulan-graft-poly(ε-caprolactone) (Pull-g-PCL) was used for the preparation of biodegradable polymeric particles, and encapsulation of indomethacin, through the dialysis method. The particles were evaluated in terms of mean diameter (DP), polydispersity and morphology, using Dynamic Light Scattering (DLS) and Transmission Electron Microscopy (TEM) techniques. Particles were obtained with DP of 220.0 and 273.7 nm, with and without indomethacin, respectively. Indomethacin encapsulation efficiency was 35.5% Indomethacin release kinetics were evaluated in vitro at 37 ° C and pH 7.4, resulting in a profile release described by the Korsmeyer-Peppas equation, with a release exponent n of 0.8, which indicates an anomalous diffusion, or non-Fickian mechanism. When comparing the constant values of the free indomethacin dissolution kinetic, the efficiency of the amphiphilic copolymer in drug release control was observed. The prepared particles presented potential for application in controlled release systems of hydrophobic active