Preparation of hydrogels for wound healing dressings

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Química apresentada à Faculdade de Ciências e TecnologiaThe efficacy of controlled drug delivery systems depends on the concentration released at the site to be treated for a suitable period of time. Nowadays, there are already some products available in the market that facilitate wound treatment, minimizing the risk of infections and accelerating the healing process. However, wound cleaning and disinfection has to be done several times a day, with frequent dressing changes, which can interfere with the wound healing process. The use of wound dressings with drug delivery systems is a possible solution, due to prolonged contact with the wound bed and to the high degree of comfort avoiding frequent dressing changes.Throughout this work, some hydrogel films have been developed to be used as a controlled delivery system of an antiseptic agent (poly(hexamethylene biguanide), PHMB), starting from chitosan, by the solvent evaporation method. Only one of the obtained films was selected for characterization and for the PHMB release studies: the chitosan-based film also, contains succinic acid, 1-cyclohexyl-3-(2-morpholinoethyl) carbodiimide met-p-toluenesulfonate (CMC; crosslinker) and glycerol (plasticizer).The swelling capacity of the selected film (141%), the infrared vibrational spectra, the thermogravimetry curve and the SEM images were analyzed. The results showed a swelling capacity of 141%, higher than commercial products, for example XCell® (~71%). The film is easily folded and handled without breaking, has strong adhesion properties and has revealed a rapid water absorption capacity.The PHMB was immobilized/loaded by immersion in the film selected as the most promising. The results of the PHMB controlled release study were performed under sink conditions in three trials. One of the trials highlights from the others because the washing process of the samples used was different. Trial 1 was the one with the highest white absorbencies, which means that the wash was not effective. Thus, a more vigorous washing process was performed in trials 2 and 3. In these two trials, the washing and release study conditions were the same for both, and confirmed the reproducibility of the assays. The release assays were performed for 3 days, however the samples released PHMB for ~0,5 days for trials 2 and 3 and ~1 day for trial 1, the highest amount of PHMB being released in the first 8 h and the equilibrium reached when ~33 – 34 μg of PHMB/mg of dry disk were released. The concentration of released PHMB is above MIC24 h (2 μg/mL) ~10 – 11 h after starting the release assay for the three trials performed. The kinetic model that best suited the release profile was the Korsmeyer-Peppas model, the type of characteristic transport is Fickian diffusion and the diffusional coefficient of 25 × 10-3 mm2/d. Therefore, the FBQ 1 film is suitable for application to wound dressings.A eficácia dos sistemas de libertação controlada de fármacos depende da concentração libertada no local a tratar durante um período de tempo adequado. Nos dias de hoje, já existem alguns produtos disponíveis no mercado que permitem facilitar o tratamento de feridas, minimizando o risco de infeções e acelerando o processo de cicatrização. No entanto, a limpeza e desinfeção das feridas tem de ser feita várias vezes ao dia, com mudas frequentes de pensos, o que pode interferir no processo de cicatrização de feridas. O uso de pensos curativos com sistemas de libertação de fármacos é uma possível solução, devido ao contacto prolongado com o leito da ferida e ao elevado grau de conforto evitando as mudas frequentes de penso.Ao longo deste trabalho foram desenvolvidos alguns filmes de hidrogel para poderem ser usados como sistema de libertação controlada de um agente antissético (poli(hexametileno biguanida), PHMB), partindo do quitosano, através do método de evaporação do solvente. Apenas um dos filmes obtidos foi selecionado para caraterização e para os estudos de libertação de PHMB: o filme à base de quitosano também, contém ácido sucínico, 1-ciclohexil-3-(2-morfolinoetil)carbodiimida meto-p-toluenossulfonato (CMC; reticulante) e glicerol (plastificante).Foi analisada a capacidade de inchaço do filme selecionado (141%), os espetros vibracionais no infravermelho, a curva de termogravimetria e as imagens de SEM. Os resultados revelaram uma capacidade de inchaço de 141%, superior à de produtos comerciais, como por exemplo, XCell® (~71%). O filme é facilmente dobrado e manuseado sem que se quebre, apresenta fortes propriedades de adesão e revelou uma rápida capacidade de absorção de água.A PHMB foi imobilizada/carregada por imersão no filme selecionado como o mais promissor. Os resultados do estudo de libertação controlada de PHMB foram realizados sob condições sink, em três ensaios. Um dos ensaios destaca-se dos outros porque o processo de lavagem das amostras utilizadas foi diferente. O Ensaio 1 foi aquele que apresentou absorvâncias no branco mais elevadas, o que significa que a lavagem não foi eficaz. Assim, foi realizado um processo de lavagem mais vigoroso nos Ensaios 2 e 3. Nestes dois ensaios, as condições de lavagem e do estudo de libertação foram as mesmas para ambos, e confirmaram a reprodutibilidade dos ensaios. Os ensaios de libertação foram realizados durante 3 dias, porém as amostras libertaram PHMB durante ~0,5 dias para os Ensaios 2 e 3 e ~1 dia para o Ensaio 1, sendo a maior quantidade de PHMB libertada nas primeiras 8 h e o equilíbrio atingido quando ~33 - 34 μg de PHMB/mg de disco seco foram libertadas. A concentração de PHMB libertada encontra-se acima dos valores da MIC24 h (2 μg/mL) ~10 – 11 h após começar o ensaio de libertação para os três ensaios realizados. O modelo cinético que melhor se adequou ao perfil de libertação foi o modelo de Korsmeyer-Peppas, o tipo de transporte caraterístico é a difusão Fickiana e o coeficiente difusional de 25 × 10-3 mm2/d. Assim sendo, o filme FBQ 1 é adequado para aplicação em pensos curativos.Outro - Referência do projeto: PTDC/CTM-BIO/3640/2014 Título: Esterilização de hidrogéis clinicamente activos: em busca de estratégias eficazes Fundação para a Ciência e a Tecnologi