Synthesis and characterization of copolymers based on pullulan to produce self-assembling particles as potential agents for drug encapsulation

O principal propósito de sistemas de liberação controlada de ingredientes ativos é melhorar propriedades físico-químicas limitantes de fármacos, como baixa solubilidade em meio fisiológico, aumentando sua biodisponibilidade ao mesmo tempo em que reduz seus possíveis efeitos colaterais melhorando sua eficiência. O desenvolvimento de novas tecnologias de carreadores que possibilitem aumentar a solubilidade e permeabilidade de fármacos é altamente desejável. A encapsulação em carreadores apropriados permite um maior controle sobre a cinética de liberação do fármaco, uma vez que as estruturas podem ser modificadas de forma a modular a liberação, sendo a modificação por enxertia uma das possíveis rotas. Neste contexto, a modificação de polímeros naturais especialmente polissacarídeos (e seus derivados) como a pululana, que é biodegradável e biocompatível, vêm sendo estudados para aplicação farmacêutica e biomédica. No presente trabalho, foram produzidos copolímeros anfifílicos baseados em pululana via enxertia de PZLL e PEG. Estes copolímeros são capazes de formar partículas do tipo casca hidrofílica/núcleo hidrofóbico por autoagregação em água e que podem ser utilizadas na encapsulação da indometacina. Primeiramente, foram realizadas reações de enxertia de PZLL na pululana via polimerização por abertura de anel para obtenção dos copolímeros anfifílicos PL (Pul-g-PZLL) com diferentes teores de lisina (PL10, PL20, PL30); a seguir, foi realizada a enxertia de PEG tanto na pululana quanto nos copolímeros PL via reações de uretanização formando os copolímeros PE (Pul-g-PEG), PEL e PLE (Pul-g-PEG/PZLL) e PE-PL. As estruturas dos copolímeros foram confirmadas por RMN e FTIR. O caráter anfifílico dos copolímeros foi avaliado pela concentração micelar crítica (variando de 0,066 a 199,9 mg/L conforme enxertia). As partículas dos copolímeros foram produzidas por nanoprecipitação em diálise variando a razão copolímero/solvente (parâmetro A, mg/mL), a estabilidade das partículas (variação do Dh e PDI) foi acompanhada por DLS, bem como sua morfologia foi estudada por AFM. As nanopartículas de PL10 e PL20 (208-338 nm) se mostraram mais estáveis e de morfologia esférica quando secas, porém após encapsulação de indometacina há uma grande variação de tamanho para A>0,5, sendo as formulações com 0,2A0,5 as mais estáveis. Quanto aos copolímeros com PEG, as rotas para obter ambos enxertos (de PEG e PZLL) apresentaram maiores desafios e levaram à obtenção de dois tipos de material: copolímeros em pó e hidrogéis; demonstrando a versatilidade dos sistemas estudados. As análises por UV-Vís e DSC das formulações carregadas com indometacina hidrofóbica encapsulada mostraram alto teor de indometacina presente (43-88%) e queda da cristalinidade do fármaco (para 7-27%) quando incorporado nos copolímeros. Os resultados obtidos neste trabalho indicam que estas rotas de síntese se tratam de uma estratégia promissora para a produção de copolímeros anfifílicos de fonte renovável com interesse na encapsulação de fármacos hidrofóbicos e aplicação potencial na liberação controlada.The main purpose of systems for controlled release of active ingredients is to improve limiting physicochemical properties of drugs, such as low solubility in the physiological environment, increasing their bioavailability while reducing their possible side effects, and improving their efficiency. The development of new carrier technologies to increase the solubility and permeability of drugs is highly desirable. Encapsulation in appropriate carriers allows greater control over drug release kinetics, since the polymer structures can be modified in order to modulate release, with graft modification being one of the possible routes. In this context, the modification of natural polymers especially polysaccharides (and their derivatives) such as pullulan, which is biodegradable and biocompatible, has been studied for pharmaceutical and biomedical application. In the present work, amphiphilic copolymers based on pullulan were produced via grafting of PZLL and PEG. These copolymers can form hydrophilic shell/hydrophobic core particles by selfassembling in water, which can be used in the encapsulation of indomethacin. First, the grafting reactions of PZLL were performed on pullulan via ring opening polymerization to obtain the amphiphilic copolymers PL (Pul-g-PZLL) with different lysine contents (PL10, PL20, PL30). Next, PEG was grafted onto both the pullulan and the PL copolymers via urethanization reactions forming the copolymers PE (Pulg-PEG), PEL and PLE (Pul-g-PEG/PZLL) and PE-PL. The structures of the copolymers were confirmed by NMR and FTIR. The amphiphilic character of the copolymers was evaluated by the critical micelle concentration (ranging from 0.066 to 199.9 mg/L according to grafting). The copolymer particles were produced by nanoprecipitation in dialysis using different copolymer/solvent ratios (parameter A, mg/mL), the stability of the particles (variation of Dh and PDI) was monitored by DLS, as well as their morphology was studied by AFM. The PL10 and PL20 nanoparticles (208-338 nm) were more stable and had a spherical morphology when dry, however, after indomethacin encapsulation, a large size variation was observed for A>0.5, with formulations with 0.2A0.5 being the most stable. As for the copolymers with PEG, the routes to graft both PEG and PZLL onto pullulan presented greater challenges and led to obtaining two types of material: powdered copolymers and hydrogels; demonstrating the versatility of the studied systems. UVVis and DSC analyzes of the formulations with encapsulated hydrophobic indomethacin showed a high level of indomethacin incorporated (43-88%) and a decrease in drug crystallinity (to 7-27%) when incorporated into the copolymers. The results of this project indicate that these synthesis routes are a promising strategy to produce amphiphilic copolymers from a renewable source with an interest in the encapsulation of hydrophobic drugs and potential application in controlled release