compÓsitos polimÉricos magnÉticos e ... -...
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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO
Programa de Pós-Graduação de Tecnologia de Processos Químicos e Bioquímicos
Escola de Química
Edson Rodrigo Fernandes dos Santos
COMPÓSITOS POLIMÉRICOS
MAGNÉTICOS E HIPERTÉRMICOS A
BASE DE PLA PARA LIBERAÇÃO
MODIFICADA DE DICLOFENACO DE
POTÁSSIO PARA TRATAMENTO DE
CÂNCER
Tese de Doutorado
Orientadores:
Marcio Nele de Souza
José Carlos Costa da Silva Pinto (COPPE)
Fernando Gomes de Souza Jr (IMA)
RIO DE JANEIRO
Março/2016
ii
Edson Rodrigo Fernandes dos Santos
COMPÓSITOS POLIMÉRICOS MAGNÉTICOS E
HIPERTÉRMICOS A BASE DE PLA PARA
LIBERAÇÃO MODIFICADA DE DICLOFENACO DE
POTÁSSIO PARA TRATAMENTO DE CÂNCER
Tese de doutorado apresentada ao corpo
docente da pós-graduação em Tecnologia de
Processos Químicos e Bioquímicos da Escola de
Química da Universidade Federal do Rio de Janeiro,
como parte integrante para obtenção do título de
Doutor em Tecnologia de Processos Químicos.
Orientadores:
Marcio Nele de Souza
José Carlos Costa da Silva Pinto (COPPE)
Fernando Gomes de Souza Jr (IMA)
RIO DE JANEIRO
Março/2016
iii
Edson Rodrigo Fernandes dos Santos
COMPÓSITOS POLIMÉRICOS MAGNÉTICOS E HIPERTÉRMICOS A BASE DE
PLA PARA LIBERAÇÃO MODIFICADA DE DICLOFENACO DE POTÁSSIO PARA
TRATAMENTO DE CÂNCER
Tese de doutorado apresentada ao corpo
docente da pós-graduação em Tecnologia de
Processos Químicos e Bioquímicos da Escola de
Química da Universidade Federal do Rio de Janeiro,
como parte integrante para obtenção do título de
Doutor em Tecnologia de Processos Químicos.
Aprovada em 09/03/2016
______________________________________________
Dr. Márcio Nele de Souza (EQ-UFRJ)
______________________________________________
Dr. José Carlos Costa da Silva Pinto (COPPE-UFRJ)
______________________________________________
Dr. Fernando Gomes de Souza Jr (IMA-UFRJ)
______________________________________________
Dra. Maria Eugenia Ribeiro de Sena (CCBS-UNIRIO)
______________________________________________
Dr. Claudia Regina Elias Mansur (IMA-UFRJ)
______________________________________________
Dra. Sabrina Calil-Elias (GGP-CAPS-UFF)
______________________________________________
Dr. Ivaldo Itabaiana Jr (EQ-UFRJ)
______________________________________________
Dr. Erika Christina Ashton Nunes Chrisman (EQ-UFRJ)
iv
AGRADECIMENTOS
Este trabalho não poderia ser realizado sem ajuda de várias pessoas:
A Deus, por tudo que fez em minha vida que me tornou capaz em vencer os
desafios e dificuldades desta etapa de formação.
A minha família, por compreender o quanto que um doutorado consome do
nosso tempo, muitas das vezes interferindo na vida pessoal...
Ao Rogério, por ter SEMPRE uma palavra amiga e disposição em me ajudar.
Sua ajuda em vários momentos, tanto intelectual quanto sentimental, foi
crucial para o desenvolvimento deste trabalho. E vários momentos me
incentivou e me deu forças para não desistir, tentando sempre me mostrar o
quanto sou capaz. Tenha certeza que gosto de você como a um irmão...
A Carla, Luciene, Rhana, Ricardo e Bruno por terem me ajudado a manipular
equipamentos, realizar análises e orçar materiais de importância
inquestionáveis para minha pesquisa.
Aos professores do IMA por me acolherem e se mostrarem sempre dispostos
a me ajudar e compreender o mágico mundo dos polímeros.
Aos técnicos do IMA, em especial os técnicos do LAPIN, pela ajuda na
realização das análises, sempre com muita urgência, e ao Eduardo, pelas
análises de RMN.
A meu orientador Prof. Marcio Nele, pela oportunidade oferecida e por
acreditar em meu trabalho, mesmo achando que estava querendo abrir muito
meu leque de pesquisa e que minhas propostas eram muito audaciosas.
A meu co-orientador Prof. Zé Carlos, pela força e ajuda em todos os
momentos que precisei.
A meu co-orientador Prof. Fernando Gomes por estar sempre ao meu lado
como professor e amigo. Foi ele o responsável para abrir as portas do IMA e
colocar a disposição todo conhecimento adquirido por seu grupo de pesquisa
ao longo de todos estes anos. Pagou também grande parte dos reagentes e
testes necessários para a pesquisa desta tese, sem o investimento da compra
do indutor magnético toda a parte de hipertermia magnética não poderia ser
v
feita, assim como o envio das amostras para o LNLS em seu projeto permitiu
a análise de SAXS. Foi à pessoa que me ajudou crescer muito
profissionalmente de diversas formas, como por exemplo, a participação na
pesquisa de diversas áreas do seu grupo, orientações de iniciação científica,
orientações de estágios o que renderam publicações de artigos, congressos e
jornadas de iniciação científica dentre outras coisas. Foi uma pessoa
fundamental como co-orientador em minhas orientações dos alunos de TCC
na Unifeso através de parcerias firmadas entre as duas instituições. Acreditou
no meu potencial e através do projeto MÊS-CUBA me possibilitou uma
possibilidade com importância inquestionável de fazer um período de três
meses de doutorado sanduíche no Instituto de Biomateriais, Biomat, da
Universidade de Havana, onde conheci pessoal que acrescentaram muito no
meu crescimento como profissional e pessoa, algo realmente inesquecível em
minha vida. Foi também alguém que me ajudou de forma vital para a escrita
não só testa tese, mas também do meu exame de qualificação. Em fim me
apresentou não somente seu grupo de pesquisa e a outros pesquisadores,
mas também abriu as portas de sua casa onde fui maravilhosamente acolhido
por sua família, a quem não posso esquecer-me de lembrar-se da sua esposa
Geisa Esperandio que também fez parte importante nesta minha caminhada.
Não posso esquecer-me de agradecer ao Luis Icart que foi, não só um dos
pesquisadores brilhantes que tive oportunidade de conhecer durante esta
caminhada, mas um amigo-irmão que, apesar de Ateu e não acreditar nisto,
me foi dado como presente diretamente das mãos de Deus. Com ele fiz
metade das minhas pesquisas de Tese, publicamos dois artigos juntos, fora
as orientações e trabalhos apresentados. Esteve do meu lado quando eu
mais precisei. Acompanhou-me nos momentos mais difíceis da minha vida
como o falecimento da minha avó Maria Fernandes (pessoa que ajudou
minha mãe em minha criação, a qual eu a amava e me amava de forma linda
e maravilhosa e deixará sempre saudades no meu coração), não saiu do meu
lado um só minuto durante os mais de seis meses de vida de minha vó que
lutamos incansavelmente por sua melhora. Esteve comigo não só aqui no
Brasil, mas em Cuba. Apresentou-me pessoas maravilhosas como sua família
e amigos de trabalho que mudaram muita coisa em minha vida, pessoas que
aprendi a amar muito e que mantenho vínculo até hoje. Responsabilizou-se
vi
integralmente por minha estadia em Cuba e preparou tudo que eu nunca
sonhei que precisaria para poder estar lá.
Ao Prof. Romildo da COPPE que permitiu a que eu usasse as instalações do
LaBest e, que através do seu aluno de doutorado Saulo Rocha, tive
contribuições analíticas que fizeram parte indispensável de minha tese e
publicação de artigo.
A Prof.ª Erika que sempre se colocou em atitude de ajuda quando fui procurá-
la o que ajudou muito na publicação de um artigo fora do âmbito de pesquisa
da tese.
A meus alunos de iniciação científicas e estagiários que me ajudaram a
agilizar a parte experimental.
A todas as demais pessoas que contribuíram, direta ou indiretamente, para
que este trabalho pudesse ser desenvolvido.
Aos membros da banca examinadora, pelo aceite do convite.
vii
Resumo da proposta de pesquisa apresentada à Escola de Química da
Universidade Federal do Rio de Janeiro (EQ/UFRJ) como parte integrante para o
Doutorado.
SANTOS, Edson Rodrigo Fernandes dos. Compósitos poliméricos magnéticos
e hipertérmicos a base de PLA para liberação modificada de diclofenaco de potássio
para tratamento de câncer. Programa de Pós-Graduação em Tecnologia de
Processos Químicos e Bioquímicos, Escola de Química, Universidade Federal do
Rio de Janeiro. Rio de Janeiro, 2015.
A OMS estima mais de 8,2 milhões de mortes por câncer para os próximos
anos. Diversos tipos de tratamentos são usados para o esta doença e a hipertermia
magnética tem sido muito estudada para este objetivo. Neste trabalho foram
estudadas a síntese e modificação de partículas de magnetite e maghemita para
serem usadas como carga com potencialidade hipertérmica em compósitos a base
de PLA carregados também com diclofenaco de potássio, que possui efeito anti-
inflamatório, alívio da dor. As partículas magnéticas foram sintetizadas por co-
precipitação e as modificações para aumentar principalmente a compatibilidade com
a matriz polimérica foi feita com PVA, SiO2, porfirina e glutaraldeído e caracterizadas
por FTIR, FM, DRX, SAXS e microscopia óptica. O PLA foi polimerizado por
policondensação e caracterizado por FTIR, RMN e análise térmica.
Os compósitos foram feitos por fusão com 0,5% de carga magnética e não
magnética (SiO2 e carvão). Foi avaliado o perfil de liberação de diclofenaco em suco
gástrico sintético obtendo-se valor máximo de 3,49 ± 0,98% para o compósito com
carvão, valores menores que o disponível comercialmente 7,64 ± 1,49%. Para os
compósitos magnéticos foram avaliadas a liberações sem campo e com campo
magnético de 4000 GAUSS e o máximo de liberação foi de 4,25 ± 0,14%, tendo um
aumento na liberação entre 0,74 e 0,94 % quando expostos a campos magnéticos. A
hipertermia magnética apresentou variações de temperaturas entre 15,6 e 21,7°C
tendo uma liberação de diclofenaco entre 66,46 e 89,84% do total de fármaco
liberado após 5 horas do teste de liberação controlada. O copolímero magnético
poli(ácido lático)-co-poli(etilenoglicol) (PLA-PEG) obtido via reação de Ugi
apresentou uma variação de temperatura de 38,3°C no teste de hipertermia. Todos
viii
os compósitos apresentaram uma liberação diminuída de diclofenaco e potencial
para uso em tratamento do câncer via hipertermia magnética.
ix
Summary of the research proposal submitted to the School of Chemistry,
Federal University of Rio de Janeiro (EQ/UFRJ) as part for the Doctorate.
SANTOS, Rodrigo Fernandes dos Edson. Magnetic polymer composites and
hyperthermic the PLA basis for modified release diclofenac potassium for cancer
treatment. Graduate Program in Technology of Chemical and Biochemical
Processes, School of Chemistry, Federal University of Rio de Janeiro. Rio de
Janeiro, 2013.
The World Health Organization estimates more than 8.2 million deaths from
cancer in the coming years. Various types of treatments are used for treating this
disease and magnetic hyperthermia has been studied for this purpose. This study
investigated the synthesis and modification of magnetite and maghemite particles to
be used as load with hyperthermic potential in PLA composites also loaded with
diclofenac potassium, which has anti-inflammatory effects and pain. The magnetic
particles were synthesized by coprecipitation and modifications mainly to increase
compatibility with the polymer matrix was made with PVA, SiO2 and porphyrin and
characterized by FTIR, FM, XRD, SAXS and optical microscopy. The PLA was
polymerized by polycondensation and characterized by FTIR, NMR, and thermal
analysis. The composites were made by melting 0.5% of magnetic and non-magnetic
load (SiO2, coal). We evaluated the diclofenaco release profile in synthetic gastric
juice yielding maximum value of 3.49 ± 0.98% for ocompósito with charcoal, values
smaller than the commercially available 7.64 ± 1.49%. For magnetic composites was
evaluated without the release field and magnetic field of 4000 Gauss, the maximum
release was 4.25 ± 0.14% with an increase in the clearance between 0.74 and 0.94%
when exposed to magnetic fields. The magnetic hyperthermia temperature was
varied between 15.6 and 21.7 ° C with a diclofenac clearance between 66.46 and
89.84% of the total drug released after 5 hours of controlled release test. The
magnetic PLA-PEG copolymer obtained via the Ugi reaction showed a temperature
variation of 38.3 ° C in hyperthermia test. All composites showed a decreased
release of diclofenac and potential for use in cancer treatment via magnetic
hyperthermia.
x
"...²humilha teu coração, espera com paciência, dá ouvidos e acolhe as
palavras de sabedoria; não te perturbes no tempo da infelicidade, ³sofre as demoras
de Deus; dedica-te a Deus, espera com paciência, a fim de que no derradeiro
momento tua vida se enriqueça. 4Aceita tudo o que te acontecer. Na dor, permanece
firme; na humilhação, tem paciência.”
Eclesiástico: 2,2-4.
xi
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1 -Nanopartículas de maghemita sob (a) e sem (b) influência de campo
magnético. ................................................................................................................... 4
Figura 2 - Ilustração de multidomínios e monodomínios ............................................. 5
Figura 3 - Ilustração da estrutura de uma parede de 180° de domínios adjacentes
com troca de spin. ....................................................................................................... 6
Figura 4 - Estrutura cristalina de uma célula unitária, cúbica de face centrada do tipo
espinélica. ................................................................................................................... 8
Figura 5 - Exemplos de nanocompósitos. ................................................................. 11
Figura 6 - Imagem de TEM de óxido de ferro tratado com 1000 mg de TEOS para 20
mL de 2-propanol. ..................................................................................................... 14
Figura 7 - Representação hipotética da magnetita recoberta com sílica. .................. 14
Figura 8 - Reação do silanol: 1) hidrólise e 2) condensação ..................................... 15
Figura 9 - Modificação superficial de ferritas com oligômeros de silanos. ................. 16
Figura 10 - Modificação superficial de Ferritas com silanos e álcoois ....................... 17
Figura 11 - Redução de Porfirina a clorina ................................................................ 18
Figura 12- Síntese da magnetita modificada com derivado da diaminoporfirina ....... 19
Figura 13 - Possibilidades de polimerização do ácido lático. .................................... 21
Figura 14 - Imagem de SEM PE películas de PLGA (80:20): (a) antes do ensaio e (b)
após 60 dias 37°C em solução tampão pH 7,4. ........................................................ 22
Figura 15 - Esquema de distribuição de fármacos. ................................................... 24
Figura 16 - Ilustração de um sistema hipotético de liberação de fármaco in vivo. Os
pontos x e y são os tempos necessários parainício e fim da ação farmacológica..... 25
Figura 17 - Ilustração do modelo de liberação de fármacos de matrizes poliméricas.
.................................................................................................................................. 26
Figura 18 - Liberação controlada x administração convencional. .............................. 27
Figura 19 - Esquema da reação multicomponente de Ugi ........................................ 28
Figura 20 - Estruturas dos primeiros AINE ................................................................ 30
Figura 21 - Estrutura espacial comparativa do ácido araquidônico e indomentacina e
a interação da indometacina no sítio ativo proposto. ................................................ 31
Figura 22 - Estrutura do ânion diclofenaco ................................................................ 32
Figura 23 - Efeito da concentração de PG no perfil de permeação do adesivo
transdérmico. ............................................................................................................. 33
xii
Figura 24 - Efeito da concentração de miristato de isopropila em gel de carbopol
contendo 40% de PG em gel transdérmico. .............................................................. 34
Figura 25 - Perfil de liberação de diclofenaco presentes em micropartículas de
compósito de resina acrílica e hidrotalcita. ................................................................ 35
Figura 26 - Exemplo de hipertemia usando fluído magnético ................................... 37
Figura 27 - Resultado da liberação de HSP70 de células de câncer coloretal com
aplicação conjunta ou isolada de hipertermia e radiação de 5 e 10 Gy .................... 39
Figura 28 - Ilustração de como uma nanopartícula magnética ou nanoesfera
polimérica magnética pode atuar no tratamento do câncer ....................................... 40
Figura 29 - Sistema para medir força magnética ....................................................... 58
Figura 30 - Análise de DRX da fita dupla-face. ......................................................... 60
Figura 31 - DRX convencional (a) e DRX em fita dupla-face (b). .............................. 60
Figura 32 - Comparação de difratogramas de H2KTP por métodos diferentes. ........ 61
Figura 33 - Ilustração do dissolutor usado no estudo de dissolutor. A) sistema usado
para dissolução com campo magnético e B) sem campo magnético. ....................... 63
Figura 34 - ilustração do aparelho que será usado para testar o efeito hipertérmico
dos compósitos magnéticos. ..................................................................................... 64
Figura 35 - Sistema reacional para policondensação ................................................ 66
Figura 36 - Sistema de síntese de PLA usando reator com 1000 mL de capacidade.
.................................................................................................................................. 67
Figura 37 - Espectro de FTIR do PLA. ...................................................................... 68
Figura 38 - Espectro de RMN¹³C do PLA em DMSO-D6 ........................................... 69
Figura 39 - Espectro de RMN¹H do PLA em DMSO-D6 ............................................ 70
Figura 40 - Ilustração do crescimento de Ostwald. ................................................... 72
Figura 41 - Ilustração do crescimento por agregação e/ou coalescência. ................. 72
Figura 42 - Imagem da magnetita. Método proposto (esquerda) e método Shengchun
Qu e colaboradores (direita). ..................................................................................... 73
Figura 43 - Comparação visual entre a maghemita (direita) e a magnetita (esquerda).
.................................................................................................................................. 74
Figura 44 – Magnetita e Maghemita sem campo (esquerda) e com alinhamento na
presença de campo magnético (direita). ................................................................... 74
Figura 45 - Força magnética de Fe reduzido, sulfato de cobre e sulfato de cobalto. 76
Figura 46 - Comparação de Força Magnética das maghemitas obtidas pelo método
proposto e pelo método segundo S. Qu. ................................................................... 77
xiii
Figura 47 - Comparação da força magnética entre a maghemita e a magnetita. ...... 78
Figura 48 - Análises de SAXS da maghemita obtida pelo método proposto. ............ 80
Figura 49 - Análises de SAXS da maghemita obtida pelo método Shengchun Qu e
colaboradores. ........................................................................................................... 81
Figura 50 - Comparação entre os espectros de FTIR da maghemita (a), em
vermelho, e da magnetita (b). .................................................................................... 83
Figura 51 - DRX da maghemita. ................................................................................ 84
Figura 52 - Modificação de magnetita (à esquerda) para maghemita (à direita). ...... 85
Figura 53 - Espectro de FTIR de maghemita oxidada em solução aquosa contendo
PVA. .......................................................................................................................... 86
Figura 54 - Difratograma da MagPVA. ...................................................................... 86
Figura 55 - Força magnética da MagPVA ................................................................. 87
Figura 56 - DRX da Mag e MagPVA ......................................................................... 88
Figura 57 - FTIR da Magsil e da Mag ........................................................................ 89
Figura 58 - Força magnética da Magsil. .................................................................... 90
Figura 59 - Imagem de MEV: a) Maghemita; b) SiO2; c) Magsil a; d) Magsil b. ........ 92
Figura 60 - DRX de Mag, Magsil e SiO2 .................................................................... 93
Figura 61 - Soluções de porfirinas para avaliação de maghemita não complexada. . 94
Figura 62 - Espectros de FTIR de H2KTP’s. ............................................................. 96
Figura 63 - dTGA das amostras de H2KTP’s. ........................................................... 97
Figura 64 - DRX da porfirina (H2TKP), Sonicação (H2TKP1), Fusão (H2TKP2),
Impregnação (H2TKP3) e Co-precipitação (H2TKP4). .............................................. 99
Figura 65 - Esquema de preparo dos compósitos contendo PLA ........................... 101
Figura 66 - Espectro de FTIR de PLA, DCP e PLA+DCP ....................................... 103
Figura 67 - Espectros de FTIR dos compósitos ...................................................... 105
Figura 68 - DRX do DCP, PLA, carvão e sílica usados para preparo dos compósitos
................................................................................................................................ 106
Figura 69 - DRX dos compósitos não magnéticos .................................................. 107
Figura 70 - DRX dos compósitos magnéticos ......................................................... 108
Figura 71 - Força magnética dos compósitos magnéticos ...................................... 109
Figura 72 - Curva de calibração de DCP ................................................................. 111
Figura 73 - Perfil de liberação em HCl 0,1 M do DCP comercial e dos compósitos
PLA+DCP, PLA+carvão e PLA+SiO2...................................................................... 112
xiv
Figura 74 - Perfil de liberação, dos valores médios, de DCP em HCl 0,1 M nos
compósitos magnéticos com e sem campo magnético e comparação com o fármaco
comercial ................................................................................................................. 114
Figura 75 - Curvas de liberação de DCP em HCl 0,1 M dos compósitos magnéticos
na presença e ausência de campo magnético ........................................................ 115
Figura 76 - Aumentos de temperaturas obtidas no teste de indução magnética das
cargas magnéticas sintetizadas e modificadas ....................................................... 119
Figura 77 - Aumentos de temperaturas obtidas no teste de indução magnética nos
compósitos magnéticos ........................................................................................... 120
Figura 78 - Comparação dos resultados de indução magnética comparados com os
dados de % DCP após a indução e % DCP no teste de liberação com campo
magnético externo ................................................................................................... 121
Figura 79 - Síntese de PEG bis-amino via cloreto de monocloroacetila .................. 123
Figura 80 - Espectro de FTIR do PEG-Ac e PEG-NH2 ........................................... 125
Figura 81 - Espectros de RMN-1H de PEG-Ac (a) e PEG-NH2(b) .......................... 126
Figura 82 - Espectro de FTIR da Magn (a) e MagAld (b) ........................................ 127
Figura 83 - analise termogravimétrica da Magn (a) e a MagAld (b). ....................... 128
Figura 84 - Mecanismo da reação de Ugi com a UgiMag ....................................... 129
Figura 85 - Estrutura hipotética simplificada do UgiMag ......................................... 129
Figura 86 - Espectro de FTIR do UgiMag ................................................................ 130
Figura 87 - DRX da Magn, MagAld e UgiMag ......................................................... 131
Figura 88 - analise de TGA do PEG, PLA e do UgiMag .......................................... 132
Figura 89 - Resultados de DSC do PLA, PEG e UgiMag ........................................ 133
Figura 90 - Gráfico de Força Magnética da Magnetita (a), Magnetita modificada com
glutaraldeído (b) e Ugi Magnético (c) ...................................................................... 134
Figura 91 - MEV da magnetita e do UgiMag. Magn (a) e (b) e UgiMag (c) e (d) em
duas aproximações diferentes................................................................................. 135
Figura 92 - Resultados de indução magnética no Ugi Magnético (UgiMag) e na
Magnetita (Magn) .................................................................................................... 136
xv
ÍNDICE DE TABELAS
Tabela 1 - Arranjos de íons metálicos em células unitárias de ferritas. ....................... 7
Tabela 2 - Exemplos de NP’s funcionalizadas com ligações com substrato. ............ 13
Tabela 3 - Classificação da hipertermia de acordo com a temperatura usada e tipos
de danos causados ................................................................................................... 38
Tabela 4- Dados de análise de TGA e DSC do PLA. ................................................ 70
Tabela 5 - Resumo dos resultados de SAXS ............................................................ 82
Tabela 6 - dados da deconvolução dos resultados de SAXS .................................... 82
Tabela 7 - Bandas de deformações de alguns óxidos de ferro. ................................ 83
Tabela 8 - Força Magnética da Maghemita e Magsil's. ............................................. 91
Tabela 9 - Bandas características de H2KTP e maghemita. ..................................... 95
Tabela 10 - Resultados de dTGA de H2KTP’s. ......................................................... 98
Tabela 11 - Diâmetros de cristalitos da Mag e maghemita modificada com H2TKP
................................................................................................................................ 100
Tabela 12 - Códigos e quantidades de componentes para preparo dos compósitos
não magnéticos ....................................................................................................... 102
Tabela 13 - Códigos e quantidades de componentes para preparo dos compósitos
não magnéticos ....................................................................................................... 103
Tabela 14 - Resultados de força magnética e de tamanho do cristalito dos
compósitos magnéticos ........................................................................................... 109
Tabela 15 - Absorbâncias dos padrões de DCP usados na construção da curva de
calibração ................................................................................................................ 111
Tabela 16 - Valores de % DCP liberados no teste de dissolução dos compósitos não
magnéticos .............................................................................................................. 112
Tabela 17- Valores de % DCP liberados no teste de dissolução dos compósitos
magnéticos .............................................................................................................. 117
Tabela 18 - Valores de %DCP liberados no teste de indução magnética em relação
ao teste de dissolução ............................................................................................. 122
Tabela 19 - Dados de TGA e DSC do PLA, PEG-NH2 e UgiMag ........................... 134
Tabela 20 - Resultados de Força magnética da Magn, MagAld e UgiMag ............. 134
xvi
LISTA DE ABREVIATURAS
-Fe2O3 Maghemita
Å Angstrom
ADBE Absorção, Distribuição, Metabolismo e Excreção
AG Ácido Glicólico
AL Ácido Lático
ATR Attenuated Total Reflectance (Reflectância Total Atenuada)
DL-PLGA DL-poli(ácido lático)-co-poli(glicólico)
DMSO Dimetilsulfóxido
DNA Ácido Desoxirribonucléico
DRX Difração de Raios X
FDA Food and Drug Administration
Fe3O4 Magnetita
FM Força magnética em mN/g
FT Fourier Transform (Transformada de Fourier)
FTIR Fourie Transform Infra-Red (Espectroscopia de Absorção no
Infravermelho com Transformada de Fourrier)
GPC Cromatografia por Permeação em Gel
H2KTP 5,10,15,20-tetrakis(4-hidroxifenil)–21H,23H-porfirina
Inca Instituto Nacional do Câncer
KBr Brometo de Potássio
LNLS Laboratório Nacional de Luz Sincrontron
MEV Microscopia Eletrônica de Varredura
𝑀 𝑛 Massa Molar Numérica Média
mN/g Mili Newton Divididos Por Grama
MPB’s Matrizes de Poliméricas Biodegradáveis
𝑀 𝑤 Massa Molar Ponderal Média
NNI National Nanotechnology Initiative (Iniciativa Nacional de
Nanotecnologia)
NP Nanopartícula
NP’s Nanopartículas
OMS Organização Mundial de Saúde
PCL Poli(capro-lactona)
xvii
PD Poli dispersão
PDLA DL-poli(ácido lático)
PDS Poli(dioxanona)
PEG Poli(etileno glicol)
PEG-PLA Poli(etileno glicol)-co-Poli(ácido lático)
PG Propilenoglicol
PGA Poli(ácido glicólico)
pH Potencial de Hidrogênio
PLA L-poli(ácido lático)
PLA-PEG Poli(ácido lático)-co-Poli(etilenoglicol)
PLA-PEG-PLA Poli(ácido lático)-co-Poli(etilenoglicol)-co-Poli(ácido lático)
PLGA Poli(ácido lático)-co-Poli(ácido glicólico)
PLLA L-poli(ácido lático)
PSD Sensitive Linear Position (Sensível a Posição Linear)
PVA Poli(álcool vinílico)
RMCI Reações Multicomponentes de Isocianetos
RMCs Reações Multicomponentes
RMN Ressonância Magnética Nuclear
SAXS Espalhamento de raios X a baixo ângulo
SEM Microscopia eletrônica de varredura
Tc Temperatura de Cristalização
TEM Transmission Electron Microscopy (Microscopia Eletrônica de
Transmissão)
TEOS Tetraetóxi-silano
Tg Temperatura de Transição Vítrea
TGA Análise termogravimétrica
Tm Temperatura de Fusão Cristalina
USP United State Parmacopeial (Farmacopéia Americana)
UV Ultra Violeta
UV-Vis Espectroscopia de ultravioleta e no visível
Ʋ (cm-1) Número de Onda em Centímetros elevado a menos um
Xc Porcentagem de cristalinidade obtida a partir do DSC
xviii
ORIENTAÇÕES DURANTE O DOUTORADO
Trabalho de conclusão de curso de graduação Wendy Vázquez Sotolongo. Síntesis y Caracterización del PVA PEGilado con potencialidades para la liberación controlada de Diclofenaco de potasio, 2016. Trabalho de Conclusão de Curso. (Graduação em Química) – Universidad de La Havana.
Renato Pereira Coelho. Síntese da resina fenólica glutaraldeído-cardanol com carga magnética com potencial para remoção de petróleo e óleos vegetais, 2013. Trabalho de Conclusão de Curso. (Graduação em Engenharia Ambiental e Sanitária) - Centro Universitário Serra dos Órgãos.
Felipe Luiz da Cunha Costas. Avaliação do uso de pó de mármore na produção de biodiesel, 2013. Trabalho de Conclusão de Curso. (Graduação em Engenharia Ambiental e Sanitária) - Centro Universitário Serra dos Órgãos. Bernardo Kenup. Métodos de dosagem de biodiesel, 2013. Trabalho de Conclusão de Curso. (Graduação em Engenharia Ambiental e Sanitária) - Centro Universitário Serra dos Órgãos. Carlos Eduardo Toste. Síntese e caracterização de compósito magnético de resina cardanol-furfural e avaliação da interferência na inclusão de borra de café para remoção de petróleo, 2013. Trabalho de Conclusão de Curso. (Graduação em Engenharia Ambiental e Sanitária) - Centro Universitário Serra dos Órgãos. Michael Maffucci Gomes. Avaliação do efeito de borra de café em resina fenólica para contenção de petróleo, 2013. Trabalho de Conclusão de Curso. (Graduação em Engenharia Ambiental e Sanitária) - Centro Universitário Serra dos Órgãos. Yasmim Araújo. Extração de clorofila a partir de espinafre (spinaceaoleracea) e avaliação da complexação com cobre e cromo hexavalente, 2013. Trabalho de Conclusão de Curso. (Graduação em Ciências Biológicas) - Centro Universitário Serra dos Órgãos. Alípio Magno Pinto Bon. Visualização de Moléculas com Realidade Aumentada, 2011. Trabalho de Conclusão de Curso. (Graduação em Bacharel em Ciências da Computação) - Centro Universitário Serra dos Órgãos.
Iniciação científica Vítor Corrêa Costa. Síntese de PLGA. 2012. Iniciação Científica - Instituto de Macromoléculas Professora Eloisa Mano. Jéssica Marques da Costa Tostes. Síntese de PLGA. 2012. Iniciação Científica - Instituto de Macromoléculas Professora Eloisa Mano.
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Matheus Moreira Quelha de Sá. Extração de óleo de café assistida por ultrasson. 2012. Iniciação Científica - Instituto de Macromoléculas Professora Eloisa Mano.
Leonardo Amaral Pinto Ramalho. Utilização de poliuréias como fertilizante. 2012. Iniciação Científica - Instituto de Macromoléculas Professora Eloisa Mano. Nathália da Silva do Carmo dos Santos. Síntese de bioresinas a partir de cardanol, furfural e rejeitos vegetais. 2012. Iniciação Científica - Instituto de Macromoléculas Professora Eloisa Mano. Fernanda Veloso de Carvalho. Síntese de bioresinas a partir de cardanol, furfural e rejeitos vegetais. 2012. Iniciação Científica - Instituto de Macromoléculas Professora Eloisa Mano. Nathália da Silva do Carmo dos Santos. Síntese de Bioresina a partir de Cardanol e Furfural. 2012. Iniciação Científica. (Graduando em Gestão Ambiental) - Instituto de Macromoléculas Professora Eloisa Mano. Jéssica Marques da Costa Tostes. Síntese de poliuréias. 2011. Iniciação Científica - Instituto de Macromoléculas Professora Eloisa Mano. Kallebe de Souza Pessôa. Síntese de Poliuréias para Uso como Fertilizante. 2011. Iniciação Científica - Instituto de Macromoléculas Professora Eloisa Mano. Natasha Martins de Melo. Síntese de Poliuréias para Uso como Fertilizante. 2011. Iniciação Científica - Instituto de Macromoléculas Professora Eloisa Mano. Nathali Vieira da Silva. Síntese de Poliuréias para Uso como Fertilizante. 2011. Iniciação Científica - Instituto de Macromoléculas Professora Eloisa Mano. Carlos Eduardo Toste Machado. Síntese de bioresinas a partir de cardanol, furfural e rejeitos vegetais. 2011. Iniciação Científica. (Graduando em Engenharia Ambiental e Sanitária) - Centro Universitário Serra dos Órgãos. Michael Maffucci Gomes. Síntese de bioresinas a partir de cardanol, furfural e rejeitos vegetais. 2011. Iniciação Científica. (Graduando em Engenharia Ambiental e Sanitária) - Centro Universitário Serra dos Órgãos.
Orientações de outra natureza
Wellington Ribeiro Rodrigues. Dosagem de Biodiesel em Diesel nos Postos de Xerém e Santa Cruz da Serra. 2011 (Técnico em Química) - Centro de Integração Objetivo. Viviane do Amaral Pereira. Síntese de poliuréias. 2011 (Técnico em Polímeros) - Centro Vocacional Tecnológico de Saracuruna.
xx
Patrick Clemente de Paula Costa. Nanocompósitos Magnéticos. 2011 (Técnico em Química) - Escola Técnica Rezende-Rammel. Carlos Eduardo Gomes de Almeida. Nanocompósitos Magnéticos. 2011 (Técnico em Química) - Escola Técnica Rezende-Rammel. Leonardo Amaral Pinto Ramalho. Síntese de Poliuréia. 2011 (Técnico em Química) - Escola Técnica Rezende-Rammel.
xxi
PUBLICAÇÕES E PARTICIPAÇÃO DE CONGRESSOS, JORNADAS E
SIMPÓSIOS DURANTE O DOUTORADO
Artigos
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L. P. Icart, E. R. F. dos Santos, E. D. Pereira, S. R. Ferreira, V. Saez, J. A. Ramon, M. Nele, J. C. S. Pinto, R. D. Toledo, D. Z. Silva, F. G. Souza Jr. PLA-b-PEG/magnetite hyperthermic agent prepared by ugi four component condensation. Express Polymer Letters, v. 10, p. 188-203, 2015, doi:10.3144/expresspolymlett.2016.18
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xxiii
UFRJ, 2012, Rio de Janeiro. XXXIV Jornada Giulio Massarani de Iniciação Científica, Tecnológica, Artística e Cultural da UFRJ, 2012.
Mendes, A. M. S.; Ferreira, A. L.; Silva, J. C.; Santos, E. R. F.; Nascimento, R. S.; Souza Jr, F. G.; Carvalhal, D. B.. Pasta de Limpeza de Petróleo Baseada em Bioresina Poliuretana Compósita. In: XXXIV Jornada Giulio Massarani de Iniciação Científica, Tecnológica, Artística e Cultural da UFRJ, 2012, Rio de Janeiro. XXXIV Jornada Giulio Massarani de Iniciação Científica, Tecnológica, Artística e Cultural da UFRJ, 2012.
Silva, J. C.; Santos, E. R. F Dos; Nascimento, R. S.; Souza Jr, F. G.. Bioresina Compósita Para Sorção de Petróleo, Óleos Vegetais e Óleos Graxos. In: XXXIV Jornada Giulio Massarani de Iniciação Científica, Tecnológica, Artística e Cultural da UFRJ, 2012, Rio de Janeiro. XXXIV Jornada Giulio Massarani de Iniciação Científica, Tecnológica, Artística e Cultural da UFRJ, 2012.
SILVA, J. C.; SANTOS, E. R. F.; NASCIMENTO, R. S.; SOUZA JR, F. G.; CARVALHAL, D. B.. Poliuretano Magnético e Verde Útil Para a Sorção de Petróleo e Óleos Vegetais. In: XXXIV Jornada Giulio Massarani de Iniciação Científica, Tecnológica, Artística e Cultural da UFRJ, 2012, Rio de Janeiro. XXXIV Jornada Giulio Massarani de Iniciação Científica, Tecnológica, Artística e Cultural da UFRJ, 2012.
Varela, A. V.; Moreira, A. N.; Nogueira, M. A.; Santos, E. R. F.; Souza Jr, F. G.; Pinto, J. C. C. S.; Ferreira, L. P.. Obtenção de Poli(Succinato de Butileno) Via Esterificação Direta Catalisada Por Ácidos e Preparo de Nanocompósitos com Propriedades de Barreira a Gases. In: XXXIV Jornada Giulio Massarani de Iniciação Científica, Tecnológica, Artística e Cultural da UFRJ, 2012, Rio de Janeiro. XXXIV Jornada Giulio Massarani de Iniciação Científica, Tecnológica, Artística e Cultural da UFRJ, 2012.
Segura, T. C. A.; Santos, E. R. F Dos; Souza Jr, F. G.; Pereira, E. D.; Oliveira, G. E.; Ferreira, A. C.. Enxerto de PLA de Baixa Massa Molar Média em Nanopartículas Magnéticas Para Uso em Hipertermia Magnética. In: XXXIV Jornada Giulio Massarani de Iniciação Científica, Tecnológica, Artística e Cultural da UFRJ, 2012, Rio de Janeiro. XXXIV Jornada Giulio Massarani de Iniciação Científica, Tecnológica, Artística e Cultural da UFRJ, 2012.
Patrick Costa; Noé Martins; Edson Fernandes; Costa, R. M. D.; Oliveira, G. E.; Fernando Gomes. Efeito do Tamanho de Partículas de Maghemita Sobre sua Força Magnética. In: XXXIV Jornada Giulio Massarani de Iniciação Científica, Tecnológica, Artística e Cultural da UFRJ, 2012, Rio de Janeiro. XXXIV Jornada Giulio Massarani de Iniciação Científica, Tecnológica, Artística e Cultural da UFRJ, 2012.
Pereira, G. S.; Costa, V. C.; Edson Fernandes; Fernando Gomes. Correlação Entre o Índice de Acidez e GPC Para Determinação da Massa Molar de PLGA. In: XXXIV Jornada Giulio Massarani de Iniciação Científica, Tecnológica, Artística e Cultural da UFRJ, 2012, Rio de Janeiro. XXXIV Jornada Giulio Massarani de Iniciação Científica, Tecnológica, Artística e Cultural da UFRJ, 2012.
xxiv
SUMÁRIO
1 APRESENTAÇÃO ................................................................................................................ 1
2. REVIÃO BIBLIOGRÁFICA .............................................................................................. 4
2.1 MAGNETISMO: TIPOS E USOS PRÁTICOS ....................................................... 4
2.1.1 Maghemita ......................................................................................................................... 7
2.2 NANOCOMPÓSITOS MAGNÉTICOS ................................................................. 10
2.3 MODIFICAÇÃO SUPERFICIAL DE NANOPARTÍCULAS ................................... 12
2.3.1 Modificação de NP’s com Sílica ..................................................................................... 13
2.4 MODIFICAÇÃO DA MAGHEMITA COM 5,10,15,20 - TETRAKIS (4-
HIDROXIFENIL) - 21H, 23H - PORFIRINA (H2TKP). ............................................... 17
2.5 PLA ..................................................................................................................... 19
2.6 MATRIZ POLIMÉRICA E LIBERAÇÃO CONTROLADA ..................................... 23
2.7 APLICAÇÃO DA REAÇÃO MULTICOMPONENTE DE UGI PARA PREPARO DE
BIOCUNJULGADOS ................................................................................................. 27
2.8 DICLOFENACO DE POTÁSSIO (DCP) .............................................................. 29
2.8.1 Controle da liberação do diclofenaco .............................................................................. 32
2.8.2 Uso conjunto do diclofenaco com quimioterápicos para tratamento do câncer .............. 36
2.9 HIPERTERMIA MAGNÉTICA APLICADA NO TRATAMENTO DO CÂNCER ..... 36
2.9.1 Técnicas e materiais para a indução da hipertermia magnética ....................................... 39
2.9.2 Uso dos polímeros na hipertermia magnética.................................................................. 41
3 OBJETIVO .......................................................................................................................... 43
3.1 OBJETIVO GERAL ............................................................................................. 43
3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ............................................................................... 43
4 ORIGINALIDADE .............................................................................................................. 45
5. MATERIAIS E MÉTODOS .............................................................................................. 47
5.1 REAGENTES E SOLVENTES ............................................................................ 47
5.1.1 Lista de Equipamentos .................................................................................................... 49
5.2 METODOLOGIA .................................................................................................. 50
xxv
5.2.1 Síntese de Magnetita e Maghemita .................................................................................. 50
5.2.2 Modificação da Maghemita com PVA ............................................................................ 52
5.2.3 Modificação da Maghemita com Sílica ........................................................................... 53
5.2.4 Modificação de maghemita com 5,10,15,20-tetrakis(4-hidroxifenil)–21H,23H-porfirina
(H2TKP) ................................................................................................................................... 53
5.2.5. Síntese de Magnetita para reação de Ugi ....................................................................... 54
5.2.6 Modificação da Magnetita com glutaraldeído ................................................................. 54
5.2.7 Síntese de PLA por policondensação autocatalítica ........................................................ 55
5.2.8 Preparo dos compósitos ................................................................................................... 56
5.2.9 Acetilação do PEG........................................................................................................... 56
5.2.10 Aminação do PEG acetilado (PEG-Ac) ........................................................................ 56
5.2.11 Síntese do compósito magnético (PLA-PEG-Magnetita) via Ugi ................................. 57
5.3 MÉTODOS DE ANÁLISE .................................................................................... 57
5.3.1 Força Magnética .............................................................................................................. 57
5.3.2 Espectroscopia de Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR) ....................... 59
5.3.3 Análise Termogravimétrica ............................................................................................. 59
5.3.4 Difração de Raios X ........................................................................................................ 59
5.3.5 Espalhamento de Raios-X a Baixo Ângulo (SAXS) ....................................................... 61
5.3.6 Determinação da Massa Molar dos Polímeros ................................................................ 62
5.3.7 Ressonância Magnética Nuclear (1H-RMN e
13C-RMN) ................................................ 62
5.3.8 Estudo de dissolução de DCP .......................................................................................... 62
5.3.9 Indução magnética ........................................................................................................... 63
6 RESULTADOS E DISCUSSÃO ........................................................................................ 65
6.1 SÍNTESE DO POLI(ÁCIDO LÁTICO) POR POLICONDENSAÇÃO .................... 65
6.1.1 Caracterização do poli(ácido lático) ................................................................................ 67
6.2 SINTESE E MODIFICAÇAO DE PARTICULAS MAGNETICAS. ........................ 71
6.2.1 Síntese de maghemita ...................................................................................................... 71
xxvi
6.2.2 Modificação da maghemita com PVA............................................................................. 85
6.2.3 Modificação da maghemita com SiO2 ............................................................................. 88
6.2.4 Modificação da maghemita com 5,10,15,20-tetrakis(4-hidroxifenil)–21H,23H-porfirina
.................................................................................................................................................. 93
6.3 PREPARO DE COMPÓSITOS A BASE DE PLA E COMPÓSITOS
MAGNÉTICOS E HIPERTERMICOS PARA O TRATAMENTO DO CÂNCER. ....... 101
6.3.1 Preparo de compósitos por fusão ................................................................................... 101
6.3.2 Preparo de compósito magnéticos e hipertérmicos por fusão ....................................... 102
6.3.3 Caracterização dos compósitos ...................................................................................... 103
6.3.4 Estudo do perfil de liberação de Diclofenaco de Potássio nos compósitos. .................. 110
6.3.5 Estudo de indução magnética ........................................................................................ 118
6.4 USO DA REAÇÃO DE UGI PARA SÍNTESE DE NOVOS COMPÓSITOS ....... 122
6.4.1 Síntese de compósito hipertérmico por reação de Ugi .................................................. 123
6.4.2 Caracterização ............................................................................................................... 124
6.4.3 Estudo de indução magnética ........................................................................................ 135
7 CONCLUSÕES .................................................................................................................. 138
8 PERSPECTIVAS FUTURAS ........................................................................................... 140
9 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................................ 142
1
1 APRESENTAÇÃO
O Instituto Nacional do Câncer (INCA) coleta dados gerados pelos Registros
de Câncer de Base Populacional a cada dois anos. Estes dados são de relevância
indiscutível para o sistema de vigilância do câncer. Neste último fascículo foram
reportados 19 tipos diferentes de câncer em todo o Brasil. A estimativa para 2015 foi
equivalente a esperada para o ano retrasado; aproximadamente 576 mil novos
casos de câncer, incluindo o câncer de pele não melanoma. Para o ano de 2030 o
valor aumenta para 21,4 milhões de novos casos e são esperados cerca de 13,2
milhões de mortes em decorrência do câncer. A nível internacional, a Organização
Mundial da Saúde (OMS) e a Agência Internacional para Pesquisa em Câncer (Iarc,
International Agency for Research on Cancer) estimou cerca de 14,1 milhões de
novos casos de câncer, totalizando, por conseqüência, 8,2 milhões de mortes por
causa de algum tipo de câncer somente para o ano de 2014 (INCA, 2014).
De acordo com estudo bibliométrico realizado no Portal Periódicos CAPES,
foram encontrados 1.486.303 artigos científicos relacionados a câncer de 1975 a
2015. Somente nos últimos cinco anos foram 458.761 novos artigos. Esta demanda
crescente de publicações nesta área mostra que cientistas de todo mundo estão
voltados à pesquisa sobre o câncer, o que mostra a relevância no estudo do mesmo.
Dentre os tratamentos utilizados para o câncer estão a intervenção cirúrgica,
quimioterapia, radioterapia, químio-radioterapia e tratamento hormonal (DE IESO et
al., 2015; DY et al., 2009; ERICKSON et al., 2013; GANZER et al., 2015; ISLAM et
al., 2015; LEE et al., 2015; MAASS et al., 2015; PUTS et al., 2015; ROONEY et al.,
2015; SCHERPENHUIZEN et al., 2015; SINGH et al., 2015; SONPAVDE et al.,
2015; WALLNER et al., 2015), a fitoterapia também está gradativamente sendo
usada com sucesso (SINGH et al., 2015). A problemática destes tipos de tratamento
é principalmente o ataque inespecífico de células cancerosas e sãs, assim como os
mecanismos de resistência.
Como os quimioterápicos possuem vasta lista de efeitos adversos, o uso de
uma técnica que minimize tais efeitos é algo promissor como nova terapia contra o
câncer. O uso de hipertermia vem sendo estudado e demonstra resultados
satisfatórios para tratamento de câncer. Esta técnica pode ser usada isoladamente,
porém vários estudos mostram que o uso em conjunto com outras técnicas aumenta
2
a eficiência do tratamento (KUMAR; MOHAMMAD, 2011; MEENACH; HILT;
ANDERSON, 2010).
Este trabalho tem como objetivo a síntese e modificação de partículas
superparamagnéticas como fonte de hipertermia magnética e o uso de PLA para
potencializar a ação hipertérmica das mesmas. Em geral são utilizadas magnetita
e/ou maghemita com ou sem modificação externa. Foram estudadas algumas
formas de modificações como dióxido de silício (SiO2), poli(álcool vinílico) (PVA), e
uma variável da porfirina, a 5,10,15,20 - tetrakis (4-hidroxifenil)–21H,23H-porfirina
comercializada como H2KTP.
A modificação com sílica é efetuada na sua totalidade com tetraetoxi silano
(TEOS) (ALFAYA; KUBOTA, 2002; BERRY; CURTIS, 2003; GUPTA; GUPTA, 2005;
JOSÉ; PRADO, 2005; LIU et al., 2005; LU et al., 2002; MARTINS; TRINDADE, 2012;
MOTTA; DUEK, 2006; SATISH K NUNE; BERKLAND, 2009; WHITE; TRIPP, 2000),
porém foi testada a modificação com SiO2, não reportado anteriormente na literatura.
A modificação com PVA já é conhecida, mas será usada como comparação com as
demais. A H2TKP nunca foi usada para modificação e usada para fins de tratamento
contra o câncer.
Os compósitos estudados foram à base de PLA e tiveram como carga
magnética a maghemita e suas estruturas modificadas que foram usadas como fonte
de geração de calor, por hipertermia magnética, para induzir a apoptose de células
cancerosas. Foi estudado também o potencial da reação multicomponente de Ugi
(CRESCENZI et al., 2003; DE NOOY et al., 2000; DÖMLING; UGI, 2000; ICART,
2015; NOOY; MASCI; CRESCENZI, 1999; WANG, 2010; ZIEGLER; GERLING;
LANG, 2000) para realizar a ligação química entre o PLA e o poli(etileno glicol)
(PEG) com a magnetita e verificar seu potencial hipertérmico.
Os processos inflamatórios e dores são comuns nos pacientes em tratamento
de câncer. Uma das saídas para amenizar estes dois sintomas é a administração
conjunta do quimioterápico com diclofenaco e seus sais, um anti-inflamatório não
esteroidal (AINE) que é capaz de aliviar inflamação e dor (ALBANO et al., 2013; AL-
NIMER; HAMEED; MAHMOOD, 2015; BAHNER; BORDEAUX, 2013; CHO et al.,
2005; DE CONNO et al., 1992; DUAN et al., 2012; KONDO et al., 2015; MINOTTI et
al., 1998; NICHOLSON et al., 2013; RANA et al., 2012; THAKUR; SANYAL, 2010).
3
Como avaliação secundária, será usado o diclofenaco de potássio, como
fármaco modelo, para avaliar o perfil de liberação de fármacos que possam ser
adicionados posteriormente aos compósitos utilizados. Este estudo foi feito por teste
de dissolução em HCl 0,1 N e durante a indução magnética dos compósitos. Com a
ação anti-inflamatória do diclofenaco, pretende-se obter um possível controle de
inflamação existente ou futura durante o tratamento e, com a diminuição da
inflamação e o alívio da dor.
4
2. REVIÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 MAGNETISMO: TIPOS E USOS PRÁTICOS
A palavra magnetismo está associada ao fenômeno pelo qual um ―corpo‖ tem
o poder de atrair e influenciar outro ―corpo‖. Sua origem está ligada ao nome de uma
cidade da região da antiga Turquia, que era rica em minério de ferro, a magnesita
(RIBEIRO, 2000; SCHULZ; YUN; SHANOV, 2009).
Paramagnetismo é a propriedade que uma substância possui de adquirir
campo magnético somente sob a influência de um campo magnético externo. É o
fenômeno que ocorre em materiais que possuem momentos magnéticos intrínsecos
não interagentes entre si. São caracterizados pela ausência de magnetização sem
indução de campo. A aplicação de um campo externo 𝐻 tenderá a alinhar os dipolos
na direção do campo magnético (LU; SALABAS; SCHÜTH, 2007; RIBEIRO, 2000).
A Figura 1 permite a visualização de nanopartículas (NP’s) de maghemita na
presença (a) e ausência do campo magnético (b) (LOPES; SOUZA JR; OLIVEIRA,
2010). Estas características tornam as NP’s superparamagnéticas muito atraentes
para uma ampla gama de aplicações biomédicas, porque existe uma grande
quantidade de materiais paragnéticos de baixa toxicidade e até mesmos aprovados
para uso clínico pela FDA (Food Drug Administration) (LU; SALABAS; SCHÜTH,
2007).
Figura 1 -Nanopartículas de maghemita sob (a) e sem (b) influência de campo magnético.
FONTE: (LOPES; SOUZA JR; OLIVEIRA, 2010)
a) b)
5
Alguns dos materiais paramagnéticos são derivados dos metais de elementos
não magnéticos, em geral, os materiais que contêm subníveis livres ou íons de
elementos dos actinídeos, dentre outros. Por exemplo, o alumínio, o magnésio, o
sulfato de cobre e lantanídeos com carga +3 (exceção dos íons Y+3, La+3 e Lu+3) não
são paramagnéticos (LU; SALABAS; SCHÜTH, 2007; MARTINS; ISOLANI, 2005;
RIBEIRO, 2000).
Existem alguns fenômenos magnéticos como o diamagnetismo (LÜDKE,
2010; NETO et al., 2013), paramagnetismo (LU; SALABAS; SCHÜTH, 2007;
RIBEIRO, 2000) e ferromagnetismo (FRIEDERMANN; SOARES, 2005; GARLIPP;
CILENSE, 2010; JOYA; BARBA-O; PIZANI, 2012; RIBEIRO, 2000; SILVÉRIO;
BARBOSA; PILÓ-VELOSO, 2008). Porém, somente o fenômeno de
superparamagnetismo será abordado devido sua importância da biomedicina.
O superparamagnetismo ocorre quando há monodomínios magnéticos. Desta
forma cada NP é magnetizada individualmente, o que aumenta significativamente a
força magnética. A magnetização do material é sempre determinada pelo balanço de
dois tipos de energia (KLABUNDE, 2001; LABARTA; AMÍLCAR, 2002; RIBEIRO,
2000):
a) a energia magnetostática, associada à criação de pólos magnéticos na superfície
e que se reduz à medida que aparecem domínios magnéticos. Em materiais
paramagnéticos os domínios magnéticos são múltiplos e encontram-se desalinhados
antes da magnetização enquanto o superparamagético apresenta monodomínios
desalinhado de forma isolada (Figura 2).
Figura 2 - Ilustração de multidomínios e monodomínios
FONTE: (MARTINS; TRINDADE, 2012) (adaptado).
6
b) a energia das paredes de domínios, que está associada às diferentes
configurações dos momentos magnéticos ao longo do volume da parede. Dentro de
cada domínio, os movimentos magnéticos se apresentam na mesma direção;
contudo, de um domínio para o outro, os alinhamentos apresentam orientações
diferentes (Figura 3).
Os fenômenos magnéticos são largamente utilizados para o desenvolvimento
de novas tecnologias, incluindo sistemas de geração e distribuição de energia,
sistemas de conversão eletromecânica e produção de artefatos, como balanças
analíticas de um único prato (AFONSO; SILVA, 2004), motores, geradores e
transformadores (BUYS, 2006; GHENO et al., 2005). Na área ambiental, o
magnetismo tem sido explorado para remoção de metais e matéria orgânica da água
(GONÇALVES; OLIVEIRA; GUERREIRO, 2008). O magnetismo encontra uso
também nas áreas de telecomunicações, nos transdutores, no sensoriamento, na
prospecção geológica, na informática, na automação industrial e na medicina
(PASCHOALINO; MARCONE; JARDIM, 2010). Na Engenharia Biomédica, o óxido
de ferro é utilizado em procedimentos de diagnóstico com ressonância magnética
nuclear (RMN), como carreador magnético de fármacos e em tratamentos baseado
na hipertermia magnética (SOUZA; MOHALLEM; SOUSA, 2011).
Figura 3 - Ilustração da estrutura de uma parede de 180° de domínios adjacentes com troca de spin.
FONTE: (CULLITY; GRAHAM, 2008)
7
2.1.1 Maghemita
Entre as NP’s magnetizáveis, as NP’s de maghemita possuem grande
importância por apresentarem biocompatibilidade comprovada em diversos estudos.
NP’s de óxidos de ferro, ɤ-Fe2O3 (maghemita) e Fe3O4 (magnetita), têm sido muito
utilizadas em bioaplicações, como em imagiologia de ressonância magnética,
liberação controlada de fármacos e tratamento de câncer por hipertermia magnética
(CHAN et al., 2012; GRASSET et al., 2008; HUGOUNENQ et al., 2012; LARTIGUE
et al., 2012; LAURENT et al., 2011; LEE et al., 2012; MAHMOUDI et al., 2011;
POLLERT et al., 2009; TASSA; SHAW; WEISSLEDER, 2011).
Na forma macrocristalina, a magnetita e a maghemita possuem estrutura de
espinélica invertida, sendo que a maghemita possui defeitos catiônicos. Ambas as
formas são ferromagnéticas (JEONG et al., 2006). As ferritas possuem estruturas
espinélicas e são por vezes chamados ferroespinélicas, porque a estrutura do cristal
está estreitamente relacionada com a do mineral espinélico, MgO.Al2O3.
A Tabela 1 mostra a relação de estruturas tetraédricas e octaédricas em
unidades de célula de Ferritas.
Tabela 1 - Arranjos de íons metálicos em células unitárias de ferritas.
Ocupantes
Tipo de Sítio N° Disponível N° Ocupado Espinel normal Espinel Inverso
Tetraédrico (A) 64 8 8 M+2 8 Fe+3
Octaédrico (B) 32 16 16 Fe+3 8 Fe+3
8 M+2
FONTE: (CULLITY; GRAHAM, 2008)
Os íons de oxigênio são relativamente grandes (aproximadamente 0,13 nm de
raio) e estão próximos uns dos outros num arranjo cúbico de face centrada. Os íons
metálicos são muito pequenos (aproximadamente 0,07-0,08 nm de raio) e ocupam
os espaços entre eles. No arranjo espinélico há junção de dois tipos de cristais:
tetraédrico e octaédrico. Os vértices são ocupados por íons de oxigênio, Figura 4(A),
e octaédrico os íons de oxigênio ocupam os vértices de um octaedro, Figura 4[B]. Os
conteúdos dos dois octantes do inferior esquerdo na Figura 4c mostram a interação
8
de dois campos tetraédricos e um octraedro central. Os íons de oxigênio são
dispostos da mesma maneira, em tetraedros, em todos os octantes. Nem todos os
locais disponíveis são efetivamente ocupados por íons metálicos. A maghemita
possui forma cristalina espinélica inversa, esta estrutura possui íons de ferro II em
estruturas octaédricas no lugar de íons de ferro III, o que causa vacâncias na
estrutura, Figura 4d. Estas vacâncias permitem que ferritas duplas sejam
sintetizadas ou que outros metais sejam adsorvidos pela maghemita (CULLITY;
GRAHAM, 2008).
Figura 4 - Estrutura cristalina de uma célula unitária, cúbica de face centrada do tipo espinélica.
FONTE: (CULLITY; GRAHAM, 2008; HAHN; LONG; ROLISON, 2013)
As principais vias de síntese para o preparo de NP’s Fe3O4 são (REDDY et
al., 2012):
c)
d
)
d)
9
a) Métodos físicos, tais como a deposição em fase gasosa e de litografia de feixe de
elétrons. Estes métodos permitem o controle da dimensão das partículas até a
escala nano (LEE; LEE; WESTERVELT, 2001; MATHUR et al., 2008).
b) Métodos químicos de preparação por via úmida, tais como: a técnica de sol-gel
(BILECKA et al., 2011); métodos de oxidação (AMEMIYA et al., 2007; HIROYUKI
ITOH, 2003; VEREDA et al., 2008); co-precipitação química (WU et al., 2007);
reações hidrotérmicas (CHEN et al., 2008; KHOLLAM et al., 2002); síntese por
injeção de fluxo (SALAZAR-ALVAREZ; MUHAMMED; ZAGORODNI, 2006); método
eletroquímico (CABRERA et al., 2008; MARQUES et al., 2008); aerossol / fase-vapor
(GONZÁLEZ-CARREÑO et al., 1993; STROBEL; PRATSINIS, 2009); reações de
decomposição sonoquímica (DANG et al., 2009; ENOMOTO; AKAGI; NAKAGAWA,
1996); método de fluido supercrítico (ECKERT; KNUTSON; DEBENEDETTI, 1996;
LAM et al., 2008) e síntese utilizando nano-reatores (BAKAR; TAN; BAKAR, 2007;
BREULMANN et al., 1999).
c) métodos microbianos, que são geralmente simples, versáteis, eficientes e com
controle apreciável sobre a composição e a geometria da partícula do material
resultante (MOON et al., 2007, 2010a; NARAYANAN; SAKTHIVEL, 2010).
O método mais comum de preparação de óxidos ferromagnéticos consiste na
co-precipitação de sais de Fe (II) e Fe(III) em meio alcalino, usando soluções
aquosas de hidróxido de sódio, hidróxido de potássio, amônia ou carbonato de
amônio, como mostra a Equação (1) (APHESTEGUY et al., 2010; LIAN et al., 2004;
LU; SALABAS; SCHÜTH, 2007):
Fe+2 + 2Fe+3 + 8OH- → Fe3O4 + 4H2O (1)
Os íons de Fe+2 e Fe+3 podem ser adicionados de formas diferentes, como
por exemplo, cloretos ferroso e férrico (LIAN et al., 2004; MINCHEVA et al., 2008;
MOHAMMADI; COLE; BERKLAND, 2009) e cloreto férrico e sulfato ferroso
(JACINTHO et al., 2009; LIAN et al., 2004; SCHWERTMANN; CORNELL, 2000;
VALENZUELA et al., 2009). Uma alternativa é a redução parcial dos íons férricos
com auxílio de um agente redutor (por exemplo: Sulfitos, hidrazina, citrato e etc)
10
(BEE; MASSART; NEVEU, 1995; HONG et al., 2008; LOPES; SOUZA JR;
OLIVEIRA, 2010) ou a oxidação de íons ferrosos com nitratos (VALENZUELA et al.,
2009). A adição de ácido oléico (MARTINS; TRINDADE, 2012) ou PVA
(ALBORNOZ; SILEO; JACOBO, 2004; LU; SALABAS; SCHÜTH, 2007; XU; TEJA,
2008) promove a estabilidade coloidal e, no último caso, torna as NP’s compatíveis
com solventes não polares. Para algumas ferritas, como a de cobalto, é necessária a
realização de aquecimento para que o efeito de paramagnetismo seja alcançado
(MARTINS; TRINDADE, 2012; REDDY et al., 2012; SHENGCHUN QU, 1999; XU;
ZHENG, 2006).
2.2 NANOCOMPÓSITOS MAGNÉTICOS
A palavra nano em grego significa "anão". Na escala métrica equivale a 10-9
metros. Para colocar isso em perspectiva, um fio de cabelo humano tem cerca de
75.000 nm de diâmetro. No outro lado do conceito, você precisa de 10 átomos de
hidrogênio alinhados um ao outro para obter-se 1 nm (BOYSEN; MUIR, 2011, p.
360).
As características que definem nanotecnologia foram determinadas pela
Iniciativa Nacional de Nanotecnologia americana (National Nanotechnology Initiative,
NNI) e a convenção européia como (BOYSEN; MUIR, 2011, p. 360; ―Copyright
Information | Nano‖, 2014):
1. A nanotecnologia envolve a pesquisa e desenvolvimento de tecnologia na faixa de
1 - 100nm.
2. Nanotecnologia cria e utiliza estruturas que têm propriedades novas devido ao
seu tamanho reduzido.
3. A nanotecnologia baseia-se na capacidade de controlar ou manipular em escala
atômica.
Por séculos cientistas estudam e trabalham com nanopartículas, porém a
eficiência dos seus trabalhos foi prejudicada pela incapacidade de visualizar a
11
estrutura das nanopartículas. Nas últimas décadas, o desenvolvimento de
microscópios e outros equipamentos capazes de visualizar e caracterizar partículas
tão pequenas permitiu aos pesquisadores verem e entenderem, de fato, com o que
eles estão trabalhando (BOYSEN; MUIR, 2011, p. 360).
Nanocompósitos magnéticos podem ser formados a partir de uma ou mais
fases. A possibilidade de se combinar propriedades de compostos em um único
material é um desafio antigo. O estudo de novas propriedades adquiridas por
nanocompósitos orgânico/inorgânico expandiu este campo de investigações (GEHR
et al., 1996). Os sistemas magnéticos em escala nanométrica apresentam uma
grande variedade de propriedades físicas interessantes e permitem estudar diversos
problemas em física do estado sólido, como o superparamagnetismo (MØRUP;
TRONC, 1994).
A síntese de materiais magnéticos como o óxido de ferro nanoestruturado tem
sido intensamente pesquisado, devido às suas amplas aplicações em biomedicina.
Como estas nanopartículas têm elevada área específica, são muito reativas e
podem facilmente formar agregados. São biodegradáveis quando expostos à
sistemas biológicos (SOUZA; MOHALLEM; SOUSA, 2011). Por este motivo são
aplicados amplamente em nanocompósitos aplicados a biotecnologia e biomedicina.
A Figura 5 ilustra duas matrizes poliméricas, (a) e (b) e seus respectivos
nanocompósitos, (c) e (d). Os nanocompósitos não representam uma mera
dispersão de nanopartículas em uma matriz e sim fazem parte do novo material, é
impossível removê-los sem a destruição do compósito (SOUZA; MOHALLEM;
SOUSA, 2011).
Figura 5 - Exemplos de nanocompósitos.
FONTE: (SOUZA; MOHALLEM; SOUSA, 2011)
12
2.3 MODIFICAÇÃO SUPERFICIAL DE NANOPARTÍCULAS
Os métodos de síntese em solventes tensoativos de elevado ponto de
ebulição resultam em NP’s hidrofóbicas, como resultado da passivação da superfície
com as respectivas moléculas orgânicas. A transferência de fase das NP’s
hidrofóbicas para meios aquosos, com a introdução de funcionalidades químicas
passíveis de interagir com biomoléculas, é um passo importante, por exemplo, para
a aplicação biológica de NP’s. As entidades biológicas são especialmente sensíveis
ao meio, em particular às condições de pH e força iônica de soluções aquosas. Por
outro lado, as NP’s deverão ser suficientemente estáveis em soluções aquosas, para
que sejam compatíveis com os fluídos biológicos. Estes meios revelam-se por vezes
agressivos para as NP’s. Por outro lado, em termos de bioaplicações, os processos
de modificação superficial podem contribuir para limitar efeitos de citotoxicidade que
eventualmente possam existir (BERRY; CURTIS, 2003; GUPTA; GUPTA, 2005;
SATISH K NUNE; BERKLAND, 2009).
A transferência de NP hidrofóbicas para soluções aquosas pode ser efetuada
por modificação prévia da superfície com ligantes hidrofílicos, segundo duas vias
distintas: a substituição dos ligantes originais por moléculas hidrofílicas ou pelo
encapsulamento das NP em revestimentos heterofuncionais, a partir de interações
hidrofóbicas com as moléculas estabilizantes.
Na primeira metodologia, a troca do ligante envolve a substituição das
moléculas estabilizantes nativas, introduzidas durante o processo de síntese, por
moléculas orgânicas compatibilizadas. Estas são moléculas bifuncionais que, por um
lado, se coordenam à superfície da NP’s como bases de Lewis (grupos tiol ou
carboxílicos) e, por outro lado, possuem grupos hidrófilos (por exemplo, grupos
carboxílicos ou amínicos) que apontam para o exterior da superfície da NP e permi-
tem estabilidade coloidal em solução aquosa. A molécula do ligante utilizado para a
substituição apresenta maior afinidade para a superfície da NP do que o ligante
original ou, então, é utilizado em excesso facilitando a substituição por transferência
de massa. Este método também é aplicável a NP sintetizada em solução aquosa
(MARTINS; TRINDADE, 2012).
13
A Tabela 2 ilustra algumas formas possíveis de modificações de NP’s e suas
subsequentes reações. A parte rosada representa uma parte de molécula e que está
ligada a parte reativa e funcionalizada.
Tabela 2 - Exemplos de NP’s funcionalizadas com ligações com substrato.
Ligante Substrato Ligante Ligado ao Substrato
FONTE: (ERATHODIYIL; YING, 2011) (adaptado)
2.3.1 Modificação de NP’s com Sílica
A literatura descreve inúmeros trabalhos sobre a modificação superficial de
NP’s hidrofóbicas com camadas finas de silicatos para uma grande variedade de
materiais como, por exemplo, Fe3O4, Au, Ag e CdSe/ZnS. Nestes casos, o
14
revestimento é realizado por reação de trimetoxi silanos (no lugar do TEOS) com a
superfície das NP’s hidrofóbicas, em fase orgânica, dando origem a um conjugado
NP-silano. Porém, na maioria dos casos o TEOS é o mais utilizado (LU et al., 2002).
A Figura 6 mostra a imagem de TEM de nanopartículas de óxido de ferro
recobertas com sílica.
Figura 6 - Imagem de TEM de óxido de ferro tratado com 1000 mg de TEOS para 20 mL de 2-
propanol.
FONTE: (LU et al., 2002) (adaptada).
A modificação da estrutura da maghemita com silanos é utilizada como forma
de manter o paramagnetismo da maghemita e ao mesmo tempo permitir que a
funcionalidade seja aumentada em relação à quantidade de hidroxilas livres (Figura
7). A sílica permite que novas reações, sem modificação da estrutura da maghemita,
sejam realizadas com intuído de modificar a hidrofilicidade e polaridade da partícula
inicial e também possibilita diagnósticos por imagem devido à possibilidade de
fluorescência (REDDY et al., 2012).
Figura 7 - Representação hipotética da magnetita recoberta com sílica.
Fonte: (REDDY et al., 2012)
15
Os silanos são escolhidos para que a condensação de SiO2 seja iniciada na
superfície. Os trimetoxi silanos podem reagir diretamente com a superfície de NP de
óxidos metálicos (tal como o Fe3O4), em meio básico, devido à presença de
grupamentos hidroxila superficiais (LU et al., 2002; REDDY et al., 2012). As reações
de cordenação que acontecem neste processo convencionalmente são baseadas
em derivados de alcóxi-silano (Figura 8):
(1) Hidrólise do grupo com formação de grupos reativos tipo silanol.
(2) Condensação do silanol
Figura 8 - Reação do silanol: 1) hidrólise e 2) condensação
16
As reações de hidrólise e condensação ocorrem via substituição nucleofílica
bimolecular no átomo de silício. Relacionando os demais alcóxidos metálicos, o de
silício é menos reativo, sendo necessário o uso de catalisadores básicos, ácidos ou
nucleofílicos (fluoreto, metilimidazol, hexametilfosforamida) tanto em reações de
condensação aquosa ou alcoólica.
A utilização de silanos no processo de recobrimento de partículas envolve
variáveis que podem alterar o resultado final de forma drástica, como pH, o tempo e
temperatura de reação, a natureza e concentração do catalisador, a concentração
dos reagentes, a razão molar H2O/Si, o tempo e a temperatura de envelhecimento e
secagem (ALFAYA; KUBOTA, 2002; JOSÉ; PRADO, 2005; WHITE; TRIPP, 2000).
Após a formação dos oligômeros ocorrem ligações hidrogênio com as
hidroxilas da camada superficial da maghemita. Durante o processo de secagem ou
cura das partículas, há perda de água com formação de ligação covalente, como
mostrado na Figura 9 (LIU et al., 2005).
Figura 9 - Modificação superficial de ferritas com oligômeros de silanos.
FONTE: (MAHMOUDIA et al., 2011) (adaptado)
Além da utilização de TEOS, outras substâncias podem ser utilizadas para a
modificação superficial de maghemita e ferritas. A Figura 10 apresenta algumas
modificações possíveis, como discutidos por Laurent e colaboradores (MAHMOUDIA
et al., 2011).
17
Figura 10 - Modificação superficial de Ferritas com silanos e álcoois
FONTE: (MAHMOUDIA et al., 2011)
2.4 MODIFICAÇÃO DA MAGHEMITA COM 5,10,15,20 - TETRAKIS (4-
HIDROXIFENIL) - 21H, 23H - PORFIRINA (H2TKP).
As porfirinas são caracterizadas pelo macrociclo contendo quatro anéis
pirrólicos, a diferenciação destes para as clorinas é a saturação de uma dupla de um
dos quatro anéis que constituem o macrociclo. A Figura 11 mostra como a porfirina
H2TKP pode ser transformada, por hidrogenação, a clorina (CALVETE; MOURA;
GOMES, 2009).
18
Figura 11 - Redução de Porfirina a clorina
FONTE: (CALVETE; MOURA; GOMES, 2009) (adaptado)
A hidrogenação da porfirina causa uma mudança aparentemente sutil na
estrutura. Porém a conjugação da clorina formada torna-se diferente da porfirina de
origem e há perda de simetria na estrutura. As alterações causadas pela
hidrogenação de porfirinas possuem grande importância para Terapia Fotodinâmica
(TFD) (CALVETE; MOURA; GOMES, 2009).
As porfirinas e clorinas possuem extensa conjugação de ligações , exibindo
assim intensa coloração. Estes compostos têm sido utilizados em muitas pesquisas
como potenciais para a TFD de tumores devido à capacidade de geração de
oxigênio singlete que é citotóxico (GAO; GU; XU, 2009; PERUSSI, 2007).
As porfirinas possuem facilidade de complexação de metais (ARAKI; TOMA,
2002). Como a maghemita nunca foi complexada com porfirina, talvez esta possa
tornar a maghemita ―solúvel‖ por complexação. A estrutura da porfirina H2TKP
possui quatro hidroxilas aromáticas, com potencial para utilização como polióis de
oligômeros de poli(ácido lático) (PLA) e poli(ácido lático)-co-poli(ácido glicólico)
(PLGA) através de reações de esterificação.
Gu e colaboradores (2005) descrevem a síntese, caracterização, e a
absorção celular do conjugado de diaminoporfirina e nanopartículas de óxido de
ferro, o que leva a um agente para o tratamento do câncer que pode ser utilizado no
tratamento combinado de TFD e a terapia de hipertermia magnética.
19
A síntese do conjugado da magnetita e da diaminoporfirina é mostrada na
Figura 12 (GU et al., 2005).
Figura 12- Síntese da magnetita modificada com derivado da diaminoporfirina
FONTE: (GU et al., 2005)
Este estudo demonstra ser viável a aplicação conjunta da H2TKP com
maghemita para o tratamento do câncer por hipertermia magnética e TFD.
(CALVETE; MOURA; GOMES, 2009) demonstra que há possibilidade de conjugação
de porfirinas com agentes direcionadores do câncer, como o ácido fólico, que
potencializam o tratamento por TFD do câncer usando fluorimetria de fibra óptica.
2.5 PLA
De acordo com as suas propriedades de biodegradabilidade, os biopolímeros
podem ser classificados em biopolímeros biodegradáveis e não biodegradáveis.
Muitos implantes, tais como materiais de substituição de tecido ósseo, alguns
materiais de fixação óssea e de materiais dentários, devem possuir desempenho em
longo prazo e serem estáveis no organismo. Recentemente a evolução da
engenharia de tecidos, medicina regenerativa, terapia de gene e liberação
Bn=Benzil; i) N-hidroxi succinimida, N,N’-diciclohexil-carbonimida;
ii) CHCl3:MeOH (1:1); iii) H2, Pd/C; iv) hexano, CHCl3, MeOH
20
controlada de fármacos promoveram a necessidade de novos biomateriais com
propriedades de biodegradabilidade e bioabsortividade (KAEDING; C, 2004; TIAN et
al., 2012).
Poliésteres alifáticos, tais como PLA, PGA, poli(capro-lactona) (PCL),
poli(ácido mandélico), poli(dioxanona) (PDS) e os seus copolímeros, têm sido
amplamente investigados para aplicação biomédica por causa da sua
biodegradabilidade, bioabsortividade e biocompatibilidade. Poliésteres alifáticos com
grupos reativos têm atraído atenção por causa da demanda de biopolímeros
sintéticos com propriedades ajustáveis, incluindo características tais como
hidrofilicidade, as taxas de biodegradação, bioadesão fármaco / alvo e (GARLOTTA,
2001; LOU; DETREMBLEUR; JÉRÔME, 2003; TIAN et al., 2012).
Biopolímeros com diversas propriedades específicas são necessários para
aplicações biomédicas, devido à diversidade e complexidade destes ambientes.
Hoje em dia, os biopolímeros sintéticos tornaram-se alternativas atraentes para
aplicações biomédicas, pelas seguintes razões (TIAN et al., 2012):
(1) embora a maioria dos derivados poliméricos biologicamente
biodegradáveis possua boa biocompatibilidade, alguns podem desencadear uma
resposta imunitária1 no corpo humano;
(2) polímeros biodegradáveis dificilmente sofrem modificações químicas em
sistemas biológicos;
(3) modificações químicas em poliméricos biologicamente biodegradáveis
podem causar alteração em suas propriedades, mas sem impossibilitar seu uso.
Os polímeros biodegradáveis, especialmente os que pertencem à família do
PLA e do PGA, desempenham um papel cada vez mais importante em ortopedia.
Estes polímeros degradam por hidrólise e atividade enzimática e têm uma gama de
propriedades mecânicas e físicas, que podem ser modificados para se adequarem a
uma aplicação em particular. As suas características de degradação dependem de
vários parâmetros, incluindo a sua estrutura molecular, cristalinidade, e razão de
1 mecanismos pelos quais um organismo multicelular se defende de invasores externos
21
copolímero. Estes biomateriais estão também ganhando rapidamente
reconhecimento no campo da engenharia de tecidos porque podem ser preparados
na forma de matrizes porosas ou suportes de células, componentes da matriz
extracelular, e os agentes bioativos (ATHANASIOU; AGRAWAL; BARBER, 1998).
O PLA é um polímero termoplástico, de alta resistência, alto módulo
mecânico, que pode ser feito a partir de recursos renováveis. Pode ser utilizado para
produzir artefatos para utilização em qualquer área da embalagem industrial ou para
o mercado dispositivo biocompatível/bioabsorvível médica. É facilmente processado
em equipamento padrão de plásticos, para se obter peças moldadas, películas ou
fibras com massa molar média acima de 98000 g/mol (GARLOTTA, 2001; INKINEN
et al., 2011). A Figura 13 mostra algumas possibilidades de síntese de PLA.
Figura 13 - Possibilidades de polimerização do ácido lático.
FONTE: (GARLOTTA, 2001)
22
Biopolímeros sintéticos têm excelente biocompatibilidade e boas propriedades
mecânicas. Por isso foram liberados pela FDA para aplicações ―in vivo‖, de modo
que estes têm sido os materiais mais utilizados para a engenharia de tecidos
(REZWAN et al., 2006). Muitas pesquisas vêm sendo realizada sobre poli(L-ácido
lático) (PLLA), poli(capro-lactona) (PCL), poli(DL-ácido lático)-co-poli(ácido glicólico)
(DL-PLGA) e poli(ácido glicólico) (PGA) utilizado na Engenharia de tecidual,
incluindo tecidos ósseos (LIU; MA, 2004; REN et al., 2005; REZWAN et al., 2006;
SALGADO; COUTINHO; REIS, 2004), cartilagem (MERCIER et al., 2005;
VENKATRAMAN; BOEY; LAO, 2008), cardiovasculares (VENKATRAMAN; BOEY;
LAO, 2008), arterial (ISENBERG; WILLIAMS; TRANQUILLO, 2006), de válvula do
coração (VESELY, 2005), intestino delgado, para regeneração de nervos (B et al.,
2013; CIARDELLI; CHIONO, 2006; YANG et al., 2004), substitutos dérmicos para a
regeneração da pele (VENUGOPAL; RAMAKRISHNA, 2005), substituição do
ligamento cruzado (COOPER et al., 2005; MATA et al., 2004), genitário-urinário
(ATALA; KOH, 2005) e outros campos. Neste trabalho o foco é o uso em liberação
controlada de fármaco.
Motta e Duek (2006) avaliaram a degradação de filmes do copolímero PLGA,
na razão monomérica de 80 de ácido lático e 20 de ácido glicólico usando uma
solução tampão fosfato pH 7,4 a 37°C por 60 dias. A análise foi feita por Microscopia
Eletrônica de Varredura e é possível observar na Figura 14 a degradação após o
tempo de exposição com a fragmentação superficial da membrana.
Figura 14 - Imagem de SEM PE películas de PLGA (80:20): (a) antes do ensaio e (b) após 60 dias
37°C em solução tampão pH 7,4.
FONTE: (MOTTA; DUEK, 2006)
(a) (b)
23
Metters e colaboradores (2001) utilizaram copolímeros em bloco de poli(ácido
lático)-co-poli(etilenoglicol)-co-poli(ácido lático) (PLA-PEG-PLA) reticulado com
poliacrilato, e conseguiram efetuar o controle da degradação dos copolímeros em
relação à massa de PEG enxertada e a massa molar de PLA. Basicamente quanto
maior a reticulação e a massa molar maior o tempo de degradação.
Não importa se o PLA estará sendo usado como polímero ou copolímero
linear ou ramificado, segundo os dados científicos, o controle de liberação de
fármacos podem ser controlados variando a massa ou reticulação existente na
massa polimérica.
2.6 MATRIZ POLIMÉRICA E LIBERAÇÃO CONTROLADA
A farmacocinética é o estudo da evolução no tempo de um fármaco no
organismo e os processos de Absorção, Distribuição, Biotransformação e Excreção
(ADBE). Os parâmetros farmacocinéticos são obtidos a partir da medição da
concentração do fármaco(WATERBEEMD; GIFFORD, 2003).
A maioria dos fármacos é administrado oralmente, por motivos de
conveniência e comodidade. Tipicamente, um fármaco se dissolve no trato gastro-
intestinal, é absorvido através da parede do intestino e, em seguida, passa pelo
fígado para entrar na circulação sanguínea. De lá, o fármaco é distribuído a vários
tecidos e órgãos no corpo. A porcentagem da dose que alcança a circulação é
chamada de biodisponibilidade. A extensão da distribuição depende das
propriedades estruturais e físico-químicas do composto. Alguns medicamentos
podem chegar ao sistema nervoso central, atravessando a barreira hemato-
encefálica. Finalmente, a fármaco vai ligar ao seu alvo molecular, por exemplo, um
receptor ou enzima, e exerce a sua ação farmacológica (Figura 15)
(WATERBEEMD; GIFFORD, 2003).
24
Figura 15 - Esquema de distribuição de fármacos.
FONTE: (WATERBEEMD; GIFFORD, 2003) (adaptada)
Após estudos no final da década de 90, nos quais a farmacocinética e a
toxicidade foram importantes para a descoberta de falhas no desenvolvimento de
fármacos, estas se tornaram assim áreas muito apreciadas e que devem ser
consideradas o mais cedo possível no processo de descoberta de medicamentos.
No entanto, nos últimos anos, a química combinatória e o rastreamento de fármacos
com alta sensibilidade aumentou significativamente o número de compostos para os
quais os dados iniciais de ADBE e toxicidade são necessários, o qual tem, por sua
vez acionado o desenvolvimento de uma variedade de médio e de alto rendimento
em ADBE ―in vitro‖ (WATERBEEMD; GIFFORD, 2003).
Tecnologia de liberação controlada tem grande potencial para avançar o
tratamento médico, bem como facilitar a investigação científica. Por exemplo,
formulações de liberação controlada feitos a partir de matrizes de polímero
biodegradável (MPB’s) tendo em vista melhorar a segurança de medicamentos
(ROTHSTEIN et al., 2012).
No entanto, o projeto em estudos de liberação ―in vitro” de efetivamente
capturar toda a gama ou a duração da cinética de uma formulação de liberação pode
não ser trivial, por duas razões principais:
25
(1) Nem sempre é claro por quanto tempo um ensaio deve ser realizado,
como formulações de MPB que pode liberar fármaco por dias, semanas ou meses,
dependendo da sua composição (ROTHSTEIN; LITTLE, 2011).
(2) A taxa de liberação do fármaco pode variar dramaticamente durante o
decorrer do ensaio, o que dificulta a obtenção de dados de tempo sem um
conhecimento prévio das alterações que ocorrem na taxa de liberação (ROTHSTEIN
et al., 2012).
Devido a esses problemas, ensaios de liberação frequentemente produzem
resultados que deixa investigadores incertos do máximo de liberação de uma
formulação e as concentrações de fármaco na cuba de teste de dissolução ou a
duração da liberação do fármaco, Figura 16 (ROTHSTEIN et al., 2012).
Figura 16 - Ilustração de um sistema hipotético de liberação de fármaco in vivo. Os pontos x e y são
os tempos necessários parainício e fim da ação farmacológica
FONTE: (PALLASCH, 1988)
26
Na verdade, quatro fases de pesquisas (ruptura inicial, fase de latência,
ruptura secundária e liberação final) são estudadas em liberação de fármacos a
partir de micropartículas de polímeros biodegradáveis. A Figura 17 ilustra o efeito
causado nas matrizes poliméricas (ROTHSTEIN; FEDERSPIEL; LITTLE, 2008;
ROTHSTEIN; LITTLE, 2011).
Figura 17 - Ilustração do modelo de liberação de fármacos de matrizes poliméricas.
FONTE: (ROTHSTEIN; FEDERSPIEL; LITTLE, 2008)
Cada princípio ativo possui uma quantidade mínima para que seu efeito
terapêutico seja alcançado e um nível máximo onde atinge a toxidade. É no intervalo
entre estes dois valores que a concentração plasmática do fármaco deve estar para
garantir o efeito desejado. Doses controladas por horas podem manter a
concentração dentro dos níveis desejáveis, mas, também podem causar acúmulo da
mesma podendo chegar a valores tóxicos. A Figura 18 mostra a diferença entre a
liberação controlada e a administração convencional.
27
Figura 18 - Liberação controlada x administração convencional.
FONTE: (CUDWORTH; GREGGREY, 1998) (adaptado)
2.7 APLICAÇÃO DA REAÇÃO MULTICOMPONENTE DE UGI PARA PREPARO DE
BIOCUNJULGADOS
Reações multicomponentes (RMCs), por definição, consistem em um
procedimento em que três ou mais materiais de partida são reunidos em um único
recipiente para a conversão em um novo produto que reunirá partes principais de
todos os reagentes (NOOY et al., 2000). Esse procedimento distingue-se das
reações químicas clássicas, em que somente um ou dois materiais de partida
formam um produto. As vantagens das reações multicomponentes em relação à
síntese de compostos biologicamente ativos são a simplicidade operacional,
economia de átomos, diversidade estrutural e complexidades dos compostos. Por
esses motivos, as RMCs estão emergindo como uma ferramenta superior para a
síntese de compostos biologicamente ativos (ZIEGLER; GERLING; LANG, 2000).
Uma subclasse de RMCs são as reações multicomponentes de isocianetos
(RMCI), as quais estão baseadas na química dos isocianetos. Os isocianetos
apresentam uma peculiaridade diferencial devido à sua estabilidade, o que confere
28
ao isocianeto uma funcionalidade dupla e uma reatividade excepcional (DÖMLING;
UGI, 2000).
A reação de Ugi, descrita em 1959, é indiscutivelmente uma das mais
importantes RMCs (WANG, 2010). Essa reação ―one-pot‖ envolve a condensação de
quatro componentes: um isocianeto, um componente aldeídico, um ácido carboxílico
e uma amina primária, obtendo como produto uma diamida.
O esquema da reação de Ugi é mostrado na Figura 19.
Figura 19 - Esquema da reação multicomponente de Ugi
FONTE: (ICART, 2015) Adaptada
Na reação de Ugi, os componentes não são convertidos simultaneamente em
um único passo. Nessa reação, ocorre a formação de intermediários até a obtenção
do produto. Na primeira etapa, a amina e o aldeído se condensam para a formação
de um intermediário com função imina. Esse intermediário é, em seguida, protonado
pelo ácido carboxílico formando um íon imínico, causando um aumento da
29
eletrofilicidade da ligação carbono-nitrogênio. O ânion carboxilato adiciona-se ao
carbono do isocianeto, e este se adiciona ao carbono do intermediário. O segundo
intermediário, então formado, pode ser visto como um hetero-análogo de um
anidrido de ácido, que seria uma ―troca‖ de um átomo de oxigênio pelo grupo
amínico primário. Os anidridos são agentes de acilação fortes, assim como os
hetero-análogos formados, que reagem rapidamente com o átomo acilante mais
próximo: o átomo de nitrogênio proveniente da imina inicial. Após a acilação
intramolecular, conhecida como rearranjo de Mumm, é obtido o produto estável da
reação de Ugi (DÖMLING; UGI, 2000; DÖMLING; WANG; WANG, 2012; WANG,
2010).
Aproveitando as vantagens fornecidas pela rota sintética da reação do Ugi,
vários autores estudaram a sua aplicabilidade na síntese de conjugados
macromoleculares (ZIEGLER; GERLING; LANG, 2000). Muitos destes estudos
mostraram a possibilidade de conjugação entre sistemas poliméricos hidrofílicos e
proteínas, peptídeos, polissacarídeos e esteróides (CRESCENZI et al., 2003;
DÖMLING; UGI, 2000; KUBOTA et al., 1996; NOOY et al., 2000; NOOY; MASCI;
CRESCENZI, 1999; WANG, 2010; ZIEGLER; GERLING; LANG, 2000). Também foi
reportada a utilidade desta reação na PEGilação de proteínas, lipoproteínas,
glicoproteínas, e sistemas poliméricos hidrofílicos que ajudam na modificação da
solubilidade e propriedades farmacocinéticas de algumas moléculas biologicamente
ativas (ZIEGLER; GERLING; LANG, 2000).
2.8 DICLOFENACO DE POTÁSSIO (DCP)
O primeiro agente anti-inflamatório não esteroidal (AINE) introduzido após o
ácido salicílico foi fenilbutazona em 1952. Uma década mais tarde, os compostos
competitivos, tais como ácido mefenâmico, ibuprofeno e indometacina (Figura 20)
foram introduzidos. Surgindo assim novos esforços em sintetizar novo medicamento
anti-inflamatório com alta atividade e tolerabilidade (SALLMANN, 1986).
30
Figura 20 - Estruturas dos primeiros AINE
FONTE: (SALLMANN, 1986) (adaptado)
O ácido araquidônico sob ação de ciclo-oxigenase produz prostaglandinas,
as quais (GUND; SHEN, 1977; RAHMAN; MALCOUN, 2014; SCHOLER et al., 1985,
1986; TAKEUCHI et al., 2010).
Gund e Shen (1977) conseguiram associar o sítio ativo do ácido
araquidônico com as possíveis interações da indometacina no mesmo sítio ativo,
visto que quando administrada os processos-inflamatórios e a produção de
prostaglandinas era diminuída (Figura 21). O desenvolvimento de AINE foi baseado
no sítio ativo do ácido araquidônico e com a conformação espacial do mesmo com a
indometacina.
31
Figura 21 - Estrutura espacial comparativa do ácido araquidônico e indomentacina e a interação da indometacina no sítio ativo proposto.
FONTE: (SALLMANN, 1986) adaptado
Scholer e colaboradores (1986) definiram farmacologicamente o diclofenaco de
sódio como um potente agente anti-inflamatório, analgésico e antipirético. Ele atua
por meio de inibição potente da ciclo-oxigenase e modulação da liberação de ácido
araquidônico e captação. A Figura 22 mostra a estrutura do ânion diclofenaco.
32
Figura 22 - Estrutura do ânion diclofenaco
Em 1971, Vane (1971) mostrou que o efeito de analgesia dos AINE é
decorrente ao fato da dor estar comumente associada processos inflamatórios. E
Kantor (1986) demonstrou que o diclofenaco de sódio administrado por via oral ou
intramuscular foi efetivo no tratamento da dor nos casos de cirurgia oral, dores
menstruais, dor lombar, cólica renal ou biliar e condições pós-traumáticas e pós-
operatórias. Outros pesquisadores também descreveram efeitos similares (CANNON
et al., 2006a, 2006b; HERRERA et al., 2007; ODOM et al., 2014; ROTH, 1985;
SCHWAIGER et al., 2004).
Em relação às reações adversas relacionada ao uso de diclofenaco, não
foram reportados efeitos que causassem incômodos ou cautela durante sua
administração, não sendo restrito a praticamente nenhum caso estudado. A irritação
gástrica é a reação adversa mais frequente observada em todos AINE . Em termos
práticos, não se busca um fármaco que seja totalmente livre de efeito adverso e,
quando monitorado diariamente, caso o doente venha a ter este desconforto, o
medicamento pode ser retirado ou o sintoma tratado imediatamente (O’BRIEN,
1986; WARNER et al., 1999).
2.8.1 Controle da liberação do diclofenaco
Como o tempo de meia vida do diclofenaco é de 1,8 horas e como os
benefícios do uso do diclofenaco podem ser amplamente explorados, é de grande
importância avaliar o retardo da liberação desta classe de fármaco (DESJARDINS et
al., 2015; MARQUES FILHO, 2003; RIESS et al., 1978; SALLMANN, 1986).
Arellano e colaboradores (1999) estudaram a interferência do propilenoglicol
(PG) e miristato de isopropila no estudo de liberação de diclofenaco de sódio em gel
de carbopol em adesivo transdérmico. O Carbopol não foi capaz de manter a
33
liberação sustentada durante o estudo realizado por oito horas e o acréscimo da
quantidade de propilenoglicol (PG) (Figura 23) foi capaz de diminuir a liberação
devida este possuir menor afinidade com o fármaco. Tendo uma liberação
consideravelmente diminuída e sustentada com 60 % de PG no gel de carbopol.
Com a quantidade de PG mantida em 40% o aumento de miristato de
isopropila (Figura 24) foi capaz de facilitar a passagem pela barreira transdérmica
devido ao aumento da difusibilidade e/ou do coeficiente de partição do PG, podendo
ser usado para o controle da liberação (ARELLANO et al., 1999).
Figura 23 - Efeito da concentração de PG no perfil de permeação do adesivo transdérmico.
FONTE: (ARELLANO et al., 1999)
34
Figura 24 - Efeito da concentração de miristato de isopropila em gel de carbopol contendo 40% de PG em gel transdérmico.
FONTE: (ARELLANO et al., 1999)
O uso de copolímeros de ácido metacrílico e metil metacrilato, comercializado
como Eudragit® L100 e S100, foi usado em compósito com hidrotalcita,
Mg6(CO3).(Al(OH)6)2(OH)4.4(H2O), para avaliar o perfil de liberação de diclofenaco. A
eficiência de encapsulação foi de cerca de 60% e o estudo de liberação controlada
mostrou que em uma proporção de 1 parte de hidrotalcita para 10 partes de resina
foi capaz de manter uma liberação sustentada em pH retal e intestinal (Figura 25),
mostrando-se promissor para esta nova aplicação (AMBROGI et al., 2008).
35
Figura 25 - Perfil de liberação de diclofenaco presentes em micropartículas de compósito de resina acrílica e hidrotalcita.
FONTE: (AMBROGI et al., 2008)
O diclofenaco administrado em cápsulas entéricas, comercialmente disponível
como Dicloreum®, consegue diminuir a somente uma administração após o café da
manhã em relação à formulação tradicional que necessita de 2 a 3 administrações
diárias (BIASI et al., 1998; CIUREA et al., 2009).
O resinato ou colestiramina, geralmente comercializado como Amberlite e
Duolite®, respectivamente, é utilizado como resina de ancoragem iônica para reduzir
a velocidade de liberação de fármacos em suspensões de uso oral (BHASKAR et al.,
1986; PONGJANYAKUL et al., 2005; SRIWONGJANYA; BODMEIER, 1998;
WILDING et al., 1994). Está disponível no mercado o medicamento na forma de
suspensão oral de DCP com resinato ou colestiramina. Mais indicado para uso em
crianças, devido à facilidade da administração, também pode ser usado como forma
de liberação controlada do DCP.
36
2.8.2 Uso conjunto do diclofenaco com quimioterápicos para tratamento do
câncer
Os quimioterápicos empregados no tratamento de câncer possuem várias
reações adversas. Para diminuir o desconforto e/ou efeito adverso é comum o uso
de coquetéis de medicamentos.
A dor e inflamação causada durante o tratamento é algo que não pode ser
evitado. O diclofenaco de potássio é reportado em diversos casos para alívio da dor
em sistemas conjugados com os quimioterápicos tanto para o tratamento de câncer
como para diversas (ARIAS et al., 2010; BAHNER; BORDEAUX, 2013; BARBARIĆ
et al., 2007; CHO et al., 2005; DE PAZ-CAMPOS et al., 2014; MERCADANTE et al.,
1997; MINOTTI et al., 1998; NICHOLSON et al., 2013; RANA et al., 2012; SAN
ROMÁN et al., 2013; THAKUR; SANYAL, 2010). Franco De Conno e colaboradores
(DE CONNO et al., 1992) mostraram também a associação do diclofenaco com
opióides2, como morfina, como medicamento secundário para o tratamento da dor
em pacientes sob o tratamento de câncer. Seus resultados mostram a melhora do
alívio da dor sem comprometimento da ação da morfina e com o benefício da
diminuição do risco de overdose com a administração conjunta.
Francesco Albano e colaboradores ( 2013) conseguiram mostrar que dentre
os AINE, o diclofenaco é capaz de diminuir a ploriferação de câncer do tipo
melanoma e apoptose induzida devido à disfunção mitocondrial quando
administrado em conjunto com a quimioterapia e/ou radioterapia. Efeitos anti-
proliferativos de aspirina e diclofenaco contra o crescimento de células cancerosas e
de fibroblastos também foram reportados por Al-Nimer e colaboradores (2015).
2.9 HIPERTERMIA MAGNÉTICA APLICADA NO TRATAMENTO DO CÂNCER
O crescimento de números de novos casos de câncer é algo divulgado
internacionalmente, e causa grandes preocupações, visto que dentre os tratamentos
atualmente disponíveis nenhum possui grandes taxas de cura. Dentre as diversas
terapias disponíveis para o tratamento do câncer, sempre existem as que são
preferenciais entre pacientes e médicos. Entre as novas terapias usadas atualmente
para tratamento do câncer ou como coadjuvante das terapias tradicionais se destaca
2 Substâncias derivadas do ópio, usados para alívio de dores intensas
37
a hipertermia magnética (MEENACH; HILT; ANDERSON, 2010; SADHUKHA;
WIEDMANN; PANYAM, 2013; SCHILDKOPF et al., 2011).
Hipertermia é usada para denominar a geração de calor em terapias do
câncer, este efeito proporciona a morte celular programada (apoptose) das células
cancerosas por estas serem mais sensíveis ao aumento de calor que as células
saudáveis (KUMAR; MOHAMMAD, 2011). A Figura 26 ilustra o uso de fluído
magnético para uso da hipertermia.
Figura 26 - Exemplo de hipertemia usando fluído magnético
Fonte: (ASCOM, 2013)
As células cancerosas possuem como característica não sofrerem morte
celular por apoptose, porém quando expostas ao calor este efeito torna-se viável e
causa morte do tumor (KUMAR; MOHAMMAD, 2011).
A hipertermia pode ser classificada de acordo com a temperatura alcançada
durante o tratamento, como mostra a Tabela 3. Porém, qualquer tratamento
envolvendo hipertermia terá resultados diferentes de acordo com as características
das células, duração da exposição ao calor gerado e da temperatura gerada no sítio
alvo (KUMAR; MOHAMMAD, 2011; MEENACH; HILT; ANDERSON, 2010).
A hipertermia é uma terapia que complementa outros tratamentos atualmente
disponíveis, incluindo a radioterapia, a terapia gênica, a quimioterapia, a cirurgia,
técnicas de ultrassom e a imunoterapia para o câncer. A grande vantagem do uso
combinado da hipertermia com outras técnicas é a eliminação de células cancerosas
38
e aumentar a vulnerabilidade destas células resistentes a outros tratamentos
(KUMAR; MOHAMMAD, 2011).
Tabela 3 - Classificação da hipertermia de acordo com a temperatura usada e tipos de danos causados
Temperatura (°C) Nome Efeito
46 - 56 Hipertermia de
alta temperatura
Necrose tecidual; Coagulação ou
Carbonização das células
41 - 46 Hipertermia moderada
Danos celulares; Danos Teciduais.
< 41 Hipertermia
branda
Degradação intra e extracelular; Desnaturação e enrolamento de proteínas;
Agregação e reticulação do DNA.
FONTE: (KUMAR; MOHAMMAD, 2011; MEENACH; HILT; ANDERSON, 2010)
Estudos, em fase pré-clínica, mostram a melhora da eficácia da hipertermia
em produzir toxidade com o acoplamento da radioterapia e/ou quimioterapia
(MEENACH; HILT; ANDERSON, 2010). Por exemplo, o uso da hipertermia acoplada
à radioterapia mostrada nas pesquisas de (SCHILDKOPF et al., 2010) para avaliar a
viabilidade de indução de morte celular em câncer coloretal.
No trabalho de Schildkopf e colaboradores (2011) foi examinado se a
combinação de irradiação (raios-X) e hipertermia ionizante de 41,5°C por 1 hora
poderia induzir a liberação de proteína de choque térmico (HSP) 70 pelas células de
tumor e, assim, levar à ativação de células dendríticas e macrófagos. Foi estudada a
secreção de proteína HSP70 por células de tumor coloretal e a subsequente
ativação de células do sistema imune com o acoplamento das duas técnicas.
Como uma das respostas, foi avaliada, pelo teste de ELISA, a liberação de
HSP70 usando intensidade de radiação GRAU (Gy) de 5 e 10, com e sem a ação da
hipertermia. A Figura 27 mostra que a hipertermia (HT) sozinha aumenta a
quantidade de HSP70 em relação ao teste controle (w/o) e quando em conjunto com
a radiação de 5 ou 10 Gy (SCHILDKOPF et al., 2011).
39
Figura 27 - Resultado da liberação de HSP70 de células de câncer coloretal com aplicação conjunta ou isolada de hipertermia e radiação de 5 e 10 Gy
Fonte: (SCHILDKOPF et al., 2011) (adaptado)
Os resultados do uso da hipertermia são promissores, porém questões como
limitação de penetração de laser, micro-ondas ou ultrasom nos tecidos do corpo,
aquecimento do tecido saudável que resulta em bolhas e queimaduras e
temperaturas ineficazes em áreas mais profundas são uns dos desafios encontrados
no uso da técnica (KUMAR; MOHAMMAD, 2011).
2.9.1 Técnicas e materiais para a indução da hipertermia magnética
Com o aumento das pesquisas voltadas para hipertermia como tratamento do
câncer, vários métodos estão sendo estudados para indução da hipertermia
(ELSHERBINI et al., 2011).
Atualmente a indução de hipertermia pode ser feita por diversas técnicas
como: radiofrequência, ultrassom, micro-ondas, núcleos térmicos magneticamente
excitáveis, radiação infravermelha, e os tubos com água quente. As variações
destas técnicas ocorrem devido às limitações que cada uma apresenta (KUMAR;
MOHAMMAD, 2011).
A técnica de aquecimento mais utilizada no tratamento clínico é o uso de
eletrodos para aquecimento capacitivo com campo elétrico em radiofrequência. O
tamanho do tumor, a posição dos eletrodos e a adesão dos eletrodos para sítios
irregulares são alguns dos fatores que torna esta técnica difícil de ser aplicada
(ELSHERBINI et al., 2011).
40
Em 1957, pela primeira vez, foi usada a dissipação térmica oriundas da
vibração de nanopartículas magnéticas expostas a campos magnéticos variáveis
externos para o tratamento do câncer. A vantagem desta técnica em relação às
demais está na possibilidade de guiar as nanopartículas magnéticas até o sítio
tumoral, melhorando ainda mais a eficácia do método. Outra vantagem
extremamente importante é o tamanho nanométrico capacitar a passagem entre o
tecido tumoral e se alojar dentro do tumor que possui intervalos celulares na faixa de
380 a 780 nm. Estas partículas também podem atravessar a barreira
hematoencefálica e, portanto, podem ser usadas para o tratamento de tumores
cerebrais (ELSHERBINI et al., 2011; KUMAR; MOHAMMAD, 2011). A Figura 28
ilustra a aplicação de nanopartículas magnéticas e de nanoesferas poliméricas
contendo fármaco e as nanopartículas (GOYA, 2004).
Figura 28 - Ilustração de como uma nanopartícula magnética ou nanoesfera polimérica magnética pode atuar no tratamento do câncer
Fonte: (GOYA, 2004)
Existem diversos materiais com propriedades magnéticas que podem ser
usados, em escala nanométrica, para o tratamento do câncer onde, dentre eles,
estão o ferro, cobalto, níquel e seus óxidos. O mais usado é a maghemita e seus
41
óxidos mistos, conhecidos também como ferritas. As ferritas de cobalto, manganês e
níquel se destacam entre as demais. Estas nanopartículas podem ser estabilizadas
por várias macromoléculas e polímeros, evitando assim a aglomeração de
nanopartículas. As nanopartículas magnéticas a base de óxido de ferro são atóxicas,
excelente biocompatibilidade e mantem a homeostase celular de ferro pelas células,
por ser metabolizada pela hemeoxigenase-1, para formar a hemoglobina. A
aprovação destes óxidos derivados de ferro são aprovados para uso pela FDA
(CLARES et al., 2013; ZHAO; SAATCHI; HÄFELI, 2009).
2.9.2 Uso dos polímeros na hipertermia magnética
Os polímeros biocompatíveis possuem grande versatilidade e podem ser
usados como revestimento de partículas magnéticas, assim estas podem ser
aplicadas com maior segurança e também permite a incorporação de fármacos.
Para alcançar a idealidade para uso os seguintes fatores são importantes (PEREIRA
et al., 2013a, 2013b; PHILIPPOVA et al., 2011; TOMITAKA et al., 2011):
Garantir a biocompatibilidade;
Manter inalterada as funcionalidades dos nanomateriais;
Evitar a aglomeração das nanopartículas no meio biológico;
Minimiza a possibilidade de opsonisação3 das NP’s, promovendo sua remoção a
partir do fluxo sanguíneo;
Garantir a quantidade necessária para que a função principal seja alcançada;
Possibilitar a funcionalização para promover um direcionamento
bioquimicamente seletivo.
Os biopolímeros mais usados para este fim são o PLA, PEG, PGA, PLGA,
gelatina, ácidos graxos, lipossomas, dextran, alginato e quitosana (DANG et al.,
2009; FENG et al., 2008; LAURENT et al., 2011).
O uso do PLA para recobrimento ou matriz polimérica para dispersar a carga
hipertérmica é largamente difundida na literatura. Quando usado copolimerizado
com PEG, o tempo de circulação do compósito contendo a carga hipertérmica e
3 Facilita a açao do sistema imunológico por fixar opsoninas na superfície bacteriana, permitindo a
fagositose.
42
fármaco é relativamente maior devido o sistema imunológico demorar em ―expulsar‖
o compósito como corpo extranho ao corpo. O PEG acaba por aumentar
abiocompatibilidade e é umaproposta viável para conjugação aos biopolímeros
citados na literatura.
43
3 OBJETIVO
3.1 OBJETIVO GERAL
Produzir compósitos poliméricos e compósitos magnéticos e hipertérmicos, à
base de PLA, com potencialidade para o uso em tratamento do câncer e avaliar o
perfil de liberação de um fármaco modelo, no caso o diclofenaco de potássio.
3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
São objetivos específicos deste trabalho:
- Sintetizar PLA por policondensaçao a partir de solução aquosa de ácido
lático a 85%;
- Caracterizar o PLA por FTIR, DRX, TGA, DSC, e RMN1H e 13C;
- Sintetizar partículas de magnetita e maghemita via co-precipitação;
- Modificar a maghemita com dióxido de silício pelo procedimento de
sonicação e co-precipitação;
- Modificar a maghemita com 5,10,15,20-tetrakis(4-hidroxifenil)–21H,23H-
porfirina por técnica de fusão, sonicação, impregnação e co-precipitação;
- Modificar a maghemita com PVA pelo procedimento de oxidação em meio
aquoso;
- Caracterizar a maghemita e as maghemitas modificadas por FTIR, DRX,
SAXS, Força magnética e TGA;
- Produzir compósitos poliméricos com diclofenaco de potássio pelo
procedimento de fusão;
- Produzir compósitos magnéticos e hipertérmicos com diclofenaco de
potássio por fusão;
- Modificar a magnetita com glutaraldeído por sonicaçao para obter a função
aldeídica necessária para reação de Ugi.
- Caracterizar a magnetita modificada com glutaraldeído por FTIR, DRX,
Força magnética e TGA;
44
- Funcionalisar o PEG com grupo amina para reação de Ugi. Para a
funcionalização será cecessáriainicialmente uma acetilaçao com cloreto de ácido
alfa halogenado para posterioe reação com diamina para a oobtençao de aminas
primárias;
- Caracterizar o PEG acetilado e aminado por FTIR, DRX, TGA, DSC, e
RMN1H e 13C;
- Produzir compósitos magnéticos e hipertérmicos com diclofenaco de
potássio mediante a reação multicomponente de Ugi;
- Caracterizar os compósitos obtidos por FTIR, DRX, força magnética, DSC e
TGA;
- Avaliar o perfil de liberação do diclofenaco de potássio, presente nos
compósitos poliméricos, em HCl 0,1 N;
- Avaliar o perfil de liberação do diclofenaco de potássio, presentes nos
compósitos magnéticos, em HCl 0,1 N com e sem aplicação de campo magnético
externo;
- Avaliar a capacidade hipertérmica dos compósitos magnéticos mediante
teste de indução magnética.
45
4 ORIGINALIDADE
A 5,10,15,20-tetrakis(4-hidroxifenil)-21H,23H-porfirina, porfirina H2TKP, nunca
foi utilizada em estudos de modificação da Magnetita e/ou maghemita o que a torna
uma alternativa razoável para estudo desta aplicação. As porfirinas e clorinas são
indicadas em terapias fotodinâmicas para o tratamento de câncer. A utilização da
mesma na modificação das partículas magnéticas permitirá que o compósito
formado possa ser usado tanto no tratamento via hipertermia magnética quanto na
terapia fotodinâmica e, devido os grupamentos fenólicos ligados ao anel porfirínico,
a compatibilidade com a matriz polimérica pode ocorrer de forma mais efetiva.
A modificação de partículas magnéticas com organosilanos é uma linha de
pesquisa muito estudada com diversas vertentes em sua aplicação. O alto grau de
hidroxilas formadas na superfície das partículas não só melhoram a compatibilidade
com matrizes poliméricas como permitem a fixação de cargas específicas em sua
superfície como fármaco ou direcionador biológico. A modificação com dióxido de
silício até o momento não foi explorada e a inserção a partícula magnética in situ por
co-precipitação ou dispersão ultrasônica parecem ser técnicas viáveis para alcançar
a modificação superficial desejada.
O uso de partículas magnéticas é uma ferramenta poderosa para geração de
aumento de calor direcionado através de campo magnético externo oscilante. Esta
técnica pode ser usada isoladamente, porém, é mais eficaz quando aplicada em
conjunto com outras terapias tradicionais. A hipertermia magnética possibilita a
apoptose de células cancerosas que possuem maior susceptibilidade a variação de
temperatura em relação às células normais. O uso do diclofenaco tem sido mostrado
promissor para a aplicação em conjunto no tratamento do câncer para alívio de dor e
inflamação e pesquisas recentes começam a mostrar sua atuação direta em
algumas formas de câncer. A aplicação da hipertermia com o diclofenaco torna-se
assim uma opção com alta viabilidade para o uso em tratamento do câncer ainda
pouco explorada.
Embora os poliésteres biodegradáveis usados nesta pesquisa sejam
amplamente usados para o fim proposto, é a primeira vez que os mesmos são
utilizados em compósitos magnéticos e hipertérmicos com o diclofenaco de potássio.
A reação multicomponente de Ugi é muito usada para funcionalização de
pequenas moléculas e também para desenho de moléculas com radicais
específicos. O uso desta reação em biomoléculas é algo que está sendo cada vez
mais estudado, porém o uso em funcionalização ou acoplamento de cadeias
46
poliméricas é uma área pouco explorada. A partir de funções específicas (amina,
aldeído, ácido carboxílico e ciano) é possível criar novas moléculas de acordo com a
necessidade de aplicação. Para facilitar o magneto-carreamento do compósito
contendo a partícula magnética o PEG que serve como agente de mascaramento
biológico das defesas normais do corpo e carreamento de fármaco, a partícula
magnética será modificada com glutaraldeído, o que permitirá a obtenção de
funcionalização terminal de aldeído. Esta partícula magnética aldeídica será usada
para a reação de Ugi em conjunto com o PEG aminado e o ácido carboxílico do PLA
para ligar a partícula magnética quimicamente ao copolímero de PEG-PLA. Este
compósito tem grande potencial para hipertermia magnética com direcionamento
magnético até o local desejado e micro-encapsulamento de fármacos na matriz
polimérica.
47
5. MATERIAIS E MÉTODOS
5.1 REAGENTES E SOLVENTES
Os reagentes estão listados em ordem alfabética e classificados dentro da
etapa em que foram utilizados.
Para síntese e modificação de partículas de maghemita foram utilizados:
Ácido clorídrico 35 - 37% P. A. - VETEC
Água deionizada – LaBioS/IMA/UFRJ
Álcool etílico 95% U. S. P. – VETEC
Cloreto de ferro III seis águas 97 – 102% P. A. / A. C. S.- VETEC
Cloreto de Metileno 99,5% P. A. Seco – VETEC
Dióxido de silício 99% (Acematt® TS100) – Evonik
Gelatina em pó – VETEC
Heptano P. A. (mistura de isômeros) – VETEC
Hidrazina monocloridrato 99% P. A. – VETEC
Hidróxido de amônio 28 - 30% P. A. / A. C. S. - VETEC
Hidróxido de potássio 85% (em pó) P. A. - VETEC
Hidróxido de sódio micropérolas 98% P. A.– VETEC
iso-Propanol 99,7% UV/HPLC Espectroscópico – VETEC
Poli(álcool vinílico) P. S. – VETEC
Sulfato de ferro II sete águas P. A. - VETEC
Sulfito de sódio anidro 97% P. A. – VETEC
Para síntese PLA e PLGA foram utilizados:
Ácido fosfórico 85,0% - VETEC
Ácido glicólico 57% - VETEC
Ácido lático (mistura de isômeros) 84,5 - 85,5 % - VETEC
Ácido L-lático 85 % - PURAC
48
Ácido sulfúrico 95 – 99% P. A. - VETEC
Cloreto de cálcio duas águas 99,0 – 105,0% P. A. – VETEC
Cloreto de cobalto II seis águas 99 – 102% P. A. – VETEC
Cloreto de ferro III seis águas 97 – 102% P. A. / A. C. S. - VETEC
Cloreto de magnésio seis águas 99 – 102% P. A. – VETEC
Cloreto de Metileno 99,5% P. A. Seco – VETEC
Dilaurato de estanho II 28,0 – 30,0 % como Sn+2 (DABCO T9) – Arinos
Para síntese do produto de Ugi foram utilizados:
Álcool etílico 99% U. S. P. – VETEC
Cianeto de t-butila - Sigma-Aldrich
Cloreto de ferro III seis águas 97 – 102% P. A. / A. C. S. - VETEC
Cloreto de monocloroacetila - Sigma-Aldrich
Clorofórmio P. A. – VETEC
Éter etílico P. A. – VETEC
Etilenodiamina P. S. – VETEC
Glutaraldeído 50% solução – SP-Labor
Hexano mistura de isômeros P. A. – VETEC
Hidróxido de potássio 85% (em pó) P. A. - VETEC
Metanol P. A. – VETEC
Poli(etilenoglicol) 𝑀 𝑤 6000 - Sigma-Aldrich
Sulfato de ferro II sete águas P. A. – VETEC
Para o preparo dos compósitos foram utilizados:
Carvão Ativado – VETEC
Diclofenaco de potássio - Nortec
Dióxido de Silício - Acemat® TS100
Para as análises de caracterização foram utilizados:
Brometo de potássio espectroscópico – Sigma-Aldrich
49
Clorofórmio deuterado – Sigma-Aldrich
Dimetilsulfóxido deuterado – Sigma-Aldrich
Tetrahidrofurano HPLC – Sigma-Aldrich
5.1.1 Lista de Equipamentos
Os equipamentos utilizados, disponíveis em sua grande maioria no IMA-UFRJ e EQ-
UFRJ - Rio de Janeiro – RJ, são listados a seguir.
Análise Termogravimétrica STA6000 Perkin Elmer (IMA-UFRJ)
Cromatógrafo de exclusão por tamanho (SEC) Waters 515 HPLC Pump com
detector de índice de refração Waters 2414 (Engepol)
Difratômetro de raios X, Rigaku Inc., Modelo Miniflex (IMA-UFRJ)
Difratômetro de raios X, Rigaku Inc., Modelo Ultima IV (IMA-UFRJ)
Dissolutor de comprimidos e cápsulas, Ethktechnology (LaBioS-IMA-UFRJ)
Espectrômetro de ultravioleta-visível (UV-Vis) monocromador, bioespectro modelo
SP 220 (LaBioS-IMA-UFRJ)
Espectrômetro de ultravioleta-visível (UV-Vis) Varian modelo Cary 100 (IMA-UFRJ)
FTIR Varian modelo 3100 FTIR Excalibur Series (IMA/UFRJ)
FTIR-ATR NICOLET iN10 (LaBioS-IMA-UFRJ)
Gaussímetro TEMPT-HALL-02 (LaBioS-IMA-UFRJ)
Indutor Magnético Easy Heat LI da Ambrell Workhead série 800S (LaBioS-IMA-
UFRJ)
Liofilizadora Liotop modelo L 101 (LaBioS-IMA-UFRJ)
Microscópico Eletrônico de Varredura Hitachi TM 3000 (LaBest/PEC/COPPE/UFRJ)
Microscópio óptico BEL PHOTONICS Telecamera DV1300 (LADEQ/EQ/UFRJ)
Mufla FORNITEC IND-E-COM.LTDA No. 3582 (LaBioS-IMA-UFRJ)
Multímetro ICEL Manaus MD-6450 (LaBioS-IMA-UFRJ)
RMN Varian Mercury VX-300 NMR (IMA-UFRJ)
Sonicador DES500 (LaBioS-IMA-UFRJ)
Voltímetro ICEL Manaus PS4100 (LaBioS-IMA-UFRJ)
50
O seguinte equipamento, disponível no Laboratório Nacional de Luz
Sincrontron, Campinas- SP foi utilizado:
Fonte de luz Síncrontron-Linha de Espalhamento de raios X a baixo ângulo
(SAXS) projeto Uso do SAXS para a caracterização da super estrutura de
compósitos magnetizáveis de maghemita em PLGA número SAXS1-11596 e projeto
Caracterização morfológica usando SAXS das nanopartículas com a superfície
modificada quimicamente pela inserção de molécula lipofílica número D11A-SAXS1-
11597.
5.2 METODOLOGIA
5.2.1 Síntese de Magnetita e Maghemita
5.2.1.1 Método de Qu e Colaboradores
Para síntese da maghemita foi utilizado o método de Qu e colaboradores
(1999), para isto foram preparadas duas soluções. A primeira delas foi preparada
com 84 mL NH4OH 28% e água o suficiente para 900 mL de solução (hidróxido de
amônio 1,4 M) e foi transferida para um béquer de 2000 mL com agitador mecânico
com capacidade de agitação de 2000 rpm. A segunda foi preparada em um bécher
de 250 mL, provido de agitação magnética, onde foram adicionados 30,0 mL de
cloreto férrico 2,0 M em ácido clorídrico 2,0 M (54,06 g FeCl3·6H2O / 100 mL HCl 2,0
M), 20 mL de água deionizada e 20,0 mL de sulfito de sódio 1,0M (12,6 g Na2SO3 /
100 mL). A coloração da solução ficou escura. Após o desaparecimento da
coloração escura a solução ficou amarela levemente esverdeada, indicando redução
parcial de íons férricos para ferrosos. A solução foi vertida lentamente sob a primeira
solução. A agitação foi mantida por 30 minutos e passado este tempo desligada.
Com auxílio de um imã, a decantação das partículas foi acelerada. Foi descartado o
sobrenadante e adicionado 900 mL de água deionizada. O meio foi agitado por mais
30 minutos e a operação repetida por mais duas vezes. O precipitado preto de
magnetita foi filtrado à pressão normal e seco inicialmente a 100°C por 90 minutos e
posteriormente a 150-200°C por 60 minutos, para oxidação da magnetita a
51
maghemita. Em uma segunda etapa, a escala da síntese foi aumentada em 20
vezes em relação à escala original.
5.2.1.2 Método Adaptado
Esta síntese teve como objetivo variar a polaridade do solvente durante a
lavagem para diminuir o processo de aglomeração dos cristais. Em um béquer de
500 mL, provido de agitação magnética foi adicionado 150 mL de água deionizada e
borbulhado nitrogênio. Adicionou-se 81,09 g de FeCl3·6H2O e 3,2 mL de ácido
clorídrico 37%. A solução ficou sob agitação até dissolução completa dos sais. Em
outro sistema semelhante adicionou-se 250 mL de água deionizada e borbulhou-se
nitrogênio. A este novo sistema foi adicionado 12,6 g de sulfito de sódio e aguardou-
se a dissolução completa do sal. A solução de sulfito de sódio foi vertida sobre a
solução de cloreto férrico. O fluxo de nitrogênio só foi removido quando a coloração
da solução passou de escura para amarela levemente esverdeada. A solução foi
utilizada em no máximo 10 minutos.
Em um sistema composto por um béquer de 4000 mL e agitador mecânico
com capacidade de agitação de 2000 rpm, foi vertido 420 mL de hidróxido de
amônio 28% e 1652 mL de água deionizada (que continha 2 g de PVA). A agitação
foi ligada e adicionou-se lentamente a solução preparada anteriormente. A agitação
foi mantida por 30 minutos, depois de decorrido o tempo a mesma foi desligada e
com auxílio de um imã, acelerou-se a decantação das partículas. Foi descartado o
sobrenadante e as partículas foram lavadas por três vezes com 1000 mL de solução
de PVA aquosa a 0,1% por 30 minutos a 1000 rpm. Após este processo foi efetuada
nova lavagem com etanol hidratado por três vezes durante 10 minutos a 1000 rpm.
Lavar por duas vezes com iso-propanol por 10 minutos a 1000 rpm. A lavagem das
partículas foi finalizada com 500 mL de hexano e agitação de 1000 rpm por 10
minutos. Todas as decantações foram auxiliadas por um imã e o sobrenadante
descartado. Aqueceram-se os cristais sob agitação mecânica para retirada do
excesso de solvente e posteriormente os mesmos foram secos por 2 horas a 200°C.
52
5.2.2 Modificação da Maghemita com PVA
Em um béquer de 500 mL, provido de agitação magnética foi adicionado 150
mL de água deionizada e borbulhado nitrogênio. Adicionou-se 81,0 9g de
FeCl3·6H2O e 3,2 mL de ácido clorídrico 37%. A solução ficou sob agitação até
dissolução completa dos sais. Em outro sistema semelhante adicionou-se 250 mL de
água deionizada e borbulhou-se nitrogênio. A este novo sistema foi adicionado 12,6
g de sulfito de sódio e aguardou-se a dissolução completa do sal. A solução de
sulfito de sódio foi vertida sobre a solução de cloreto férrico. O fluxo de nitrogênio só
foi removido quando a coloração da solução passou de escura para amarela
levemente esverdeada. A solução foi utilizada em no máximo 10 minutos.
Em um sistema composto por um béquer de 4000 mL e agitador mecânico
com capacidade de agitação de 2000 rpm, foi vertido 420 mL de hidróxido de
amônio 28% e 1652 mL de água deionizada (que continha 2 g de PVA). A agitação
foi ligada e adicionou-se lentamente a solução preparada anteriormente. A agitação
foi mantida por 30 minutos, depois de decorrido o tempo a mesma foi desligada e
com auxílio de um imã, acelerou-se a decantação das partículas. Foi descartado o
sobrenadante e as partículas foram lavadas por duas vezes com 1000 mL de
solução de PVA aquosa a 0,1% por 30 minutos a 1000 rpm. Em seguida foi
adicionado 1000 mL de solução aquosa de PVA a 1% para realização da
modificação. A solução foi aquecida a 80°C com agitação e borbulhando de oxigênio
durante cerca de 4 horas. Esta etapa foi interrompida após a coloração da
suspensão passar de negra para marrom. Após este processo foi efetuada nova
lavagem com 500 mL etanol hidratado por três vezes durante 10 minutos a 1000
rpm. Posteriormente foi repetido por duas vezes o procedimento com 500 mL nas
mesmas condições. A lavagem das partículas foi finalizada com 500 mL de hexano e
agitação de 1000 rpm por 10 minutos. Todas as decantações foram auxiliadas por
um imã e o sobrenadante descartado. Aqueceram-se os cristais sob agitação
mecânica para retirada do excesso de solvente e posteriormente os mesmos foram
secos por 2 horas a 200°C.
53
5.2.3 Modificação da Maghemita com Sílica
Foram utilizadas duas formas de preparo da maghemita modificada com sílica
(Magsil):
O primeiro procedimento foi realizado de forma semelhante ao do método
Shengchun Qu adaptado (1999). A diferença foi que na solução de hidróxido de
amônio foram adicionados 50 g de sílica seca a 300ºC e não foi adicionado PVA.
O segundo procedimento foi realizado em um béquer de 100 mL onde foram
adicionados 1,0 g de sílica e 1,0 g de maghemita. O béquer foi posto em banho de
gelo e sonicado com potência de 450 W por 27 minutos com 40 mL de cloreto de
metileno. Após o processo o solvente foi descartado e o material seco a 200°C.
5.2.4 Modificação de maghemita com 5,10,15,20-tetrakis(4-hidroxifenil)–
21H,23H-porfirina (H2TKP)
a) Método por sonicação: em um béquer de 50 mL foram adicionados 50 mg
de porfirina, 17,5 mg de maghemita e 6 mL de etanol 95%. A mistura foi sonicada
com potência de 450 W por três períodos de nove minutos. O álcool foi evaporado a
50°C sob fluxo de nitrogênio. Foram adicionados 20 mL de metanol e o processo de
sonicação foi repetida por dez períodos de nove minutos. O metanol foi evaporado a
50°C sob nitrogênio e seco a 50°C.
b) Método por fusão: em um cadinho de porcelana de 30 mL foram
adicionados 50 mg de porfirina e 17 mg de maghemita. A mistura foi levada à mufla
a 300°C (ponto de ebulição superior de 300°C) por trinta minutos.
c) Método por impregnação: em um béquer de 25 mL foram dissolvidos 50
mg de porfirina em 5 mL de metanol. Em um almofariz de ágata foram adicionados
17 mg de maghemita. Com auxílio de um conta-gotas, a solução foi adicionada a
maghemita até que a mesma adquirisse aspecto pastoso e macerada até a
obtenção de uma mistura sólida homogênea. O almofariz foi levado à estufa a 50°C
para evaporação do metanol. O processo foi repetido até o término da solução de
porfirina.
54
d) Método por precipitação: em um tubo de ensaio de 10 mL foram
adicionados 300 µL de cloreto férrico 2,0 M em ácido clorídrico 0,25 M, 200 µL de
solução de sulfito de sódio 1,0 M e 3 mL de água. Após a solução adquirir coloração
amarelada foram adicionados 50 mg de porfirina (a cor da porfirina mudou de azul
para verde). Foram adicionados 500 µL de hidróxido de amônio e observou-se a
formação de precipitado preto. O precipitado foi lavado com água e seco a 100°C.
5.2.5. Síntese de Magnetita para reação de Ugi
O procedimento adaptado de RuizMoreno e colaboradores (2012) foi utilizado
devido à formação de menor quantidade de subprotudos inorgânicos e requerer
menos quantidade de lavagens para remoção dos mesmos. Em um béquer de 650
mL provido de agitação magnética, foi adicionados cerca de 100 mL de água
deionizada, 3,775 g de FeCl3.6H2O e 3,475 g de FeSO4.7H2O. Após a dissolução
completa foi adicionado gota a gota HCl 37% até que a solução ficar transparente.
Em outro béquer de 650 mL foi adicionado 500 mL de água e dissolvido por agitação
magnética 5,61 g de KOH. A agitação magnética da solução com sais de ferro foi
substituída por uma agitação mecânica e mantida em cerca de 800 rpm. A solução
de potassa foi vertida em cima da solução de sais de ferro rapidamente. A
suspensão negra de magnetita formada manteve sob agitação por 1 minuto, depois
de decorrido o tempo à mesma foi desligada e com auxílio de um imã, acelerou-se a
decantação das partículas. As partículas foram lavadas três vezes com água e
secas no liofilizador.
5.2.6 Modificação da Magnetita com glutaraldeído
Esta modificação foi efetuada especificamente para uso de na reação de Ugi
como fonte de grupos funcional aldeído. Segundo procedimento adaptado de
RuizMoreno (2012), em um béquer de 650 mL provido de agitação magnética, foi
adicionados cerca de 100 mL de água deionizada, 3,775 g de FeCl3.6H2O e 3,475 g
de FeSO4.7H2O. Após a dissolução completa foi adicionado gota a gota HCl 37% até
que a solução ficar transparente. Em outro béquer de 650 mL foi adicionado 500 mL
55
de água e dissolvido por agitação magnética 5,61 g de KOH. A agitação magnética
da solução com sais de ferro foi substituída por uma agitação mecânica e mantida
em cerca de 800 rpm. A solução de potassa foi vertida em cima da solução de sais
de ferro rapidamente. A suspensão negra de magnetita formada manteve sob
agitação por 1 minuto, depois de decorrido o tempo à mesma foi desligada e com
auxílio de um imã, acelerou-se a decantação das partículas. Foram adicionados 75
mL de água e 10 mL de glutaraldeído a 50% as partículas e sonicado por 9 minutos
com potência de 450 W. Após a sonicação o sistema foi mantido com agitação
magnética por uma noite. As partículas foram decantadas, com auxílio de um imã,
lavadas com 100 mL de etanol e secas a vácuo a 40°C por cerca de 6 horas.
5.2.7 Síntese de PLA por policondensação autocatalítica
Em um balão tritubular de 500 mL, provido de agitação magnética, fluxo de
nitrogênio, destilação a cerca de -500 mmHg, termômetro e manta de aquecimento,
foram adicionados 250 mL de ácido lático 85%. O sistema foi aquecido a 150°C por
10 horas. A água removida do meio reacional foi recolhida em balão imerso em
banho de gelo. Para evitar que vapor de água fosse arrastado para bomba foi
utilizado um trap com nitrogênio líquido.
5.2.7.1 Aumento de escala da síntese de PLA por policondensação autocatalítica
Em um reator de 1000 mL com tampa tritubular, provido sistema de destilação
a cerca de -500 mmHg, forno que aquecimento controlado através de um termostato
ligado a um display digital, foram adicionados 750 mL de ácido L-lático 85%. O
sistema foi aquecido inicialmente a 80°C por 2 horas, 120°C por 4 horas e a 180°C
por 10 horas. A água removida do meio reacional foi recolhida em balão imerso em
banho de gelo. Para evitar que vapor de água fosse arrastado para bomba foi
utilizado um trap com nitrogênio líquido. O polímero foi purificado através da
solubilização em clorofórmio e precipitação com etanol frio.
56
5.2.8 Preparo dos compósitos
Para o preparo do sistema via fusão, amostras de PLA foram aquecidas, com
auxílio de um banho de silicone a 150°C, até completa fusão para incorporação do
fármaco, concentração a ser estudada, e de 0,5% de maghemita sem e com
modificação superficial e cargas não magnéticas (Carvão e SiO2). Para a
homogeneização do fármaco ao polímero foi agitado manualmente com um bastão
de vidro. Em seguida o polímero foi resfriado à temperatura ambiente, voltando a
sua forma sólida, triturado e vertido para frasco âmbar. O método de preparo dos
compósitos por fusão foi baseado em trabalhos anteriores do grupo de pesquisa
(PEREIRA et al., 2013a, 2014).
5.2.9 Acetilação do PEG
Em um balão monotubular de 250 mL provido de agitação magnética e fluxo
de nitrogênio foram dissolvidos 5 g de PEG 𝑀 𝑤 6000 g/mol em 100 mL de uma
mistura de hexano:diclorometano (1:1). Foram adicionados 0,4 mL de cloreto de
monocloroacetila (6 equivalentes ) e manteve-se a reação sob agitação por 8 horas.
Ao balão foi adicionado 14 mL de etanol e acoplado um sistema de aquecimento e
refluxo. O aquecimento foi ligado e o sistema mantido sob refluxo por 30 minutos. O
meio reacional foi concentrado em rota evaporador a 50°C sob pressão reduzida. O
polímero modificado foi precipitado com cerca de 250 mL de éter etílico gelado,
filtrado e seco em estufa a vácuo por 6 horas a 60°C.
5.2.10 Aminação do PEG acetilado (PEG-Ac)
Em um balão monotubular de 250 mL provido de agitação magnética e fluxo
de nitrogênio foram dissolvidos 1 g de PEG-Ac em 50 mL de uma mistura de
hexano:diclorometano (1:1). Ao meio reacional foram adicionados 0,11 mL de
etilenodiamina (10 equivalentes). O meio reacional foi mantido sob agitação por 48
horas. O PEG Aminado (PEG-NH2) foi precipitado com 200 mL de éter etílico
gelado, filtrado e seco a vácuo a 40°C por 6 horas.
57
5.2.11 Síntese do compósito magnético (PLA-PEG-Magnetita) via Ugi
Em um balão monotubular de 50 mL provido de agitação magnética foram
adicionados 80 mg de magnetita modificada com glutaraldeído (Magn-Ald), 2 mL de
uma mistura de clorofórmio:metanol (1:2) e 0,15 µmol de PEG-NH2. O sistema foi
mantido a baixa temperatura em atmosfera de nitrogênio e agitação por 24 horas.
Após a formação da imina foi adicionado 0,029 µmol de PLA e 0,15 µmol de cianeto
de t-butila e a reação foi mantida sob agitação e atmosfera inerte por 72 horas a
baixa temperatura. O produto foi decantado com auxílio de imã, lavado com etanol
gerado e seco a 40°C sob vácuo. As razões molares dos reagentes são Magn-
Ald:PEG-NH2-PLA:cianeto de t-butila foi de 1:5:5:1.
5.3 MÉTODOS DE ANÁLISE
5.3.1 Força Magnética
O sistema utilizado para obtenção da força magnética como função do campo
magnético foi desenvolvido pelo LaBioS, Laboratório de Biopolímeros e Sensores
(SOUZA JR et al., 2013). Consistem em um sistema simples composto por uma
balança analítica, um porta-amostra, uma fonte de tensão, um amperímetro, um
gaussímetro e um eletroímã (Figura 29).
58
Figura 29 - Sistema para medir força magnética
A primeira etapa da análise consiste em fazer a calibração das medidas de
campo magnético em função da variação de corrente. Essa medida é feita utilizando
o medidor de campo magnético, que possui uma haste inserida ao suporte utilizado
para receber a amostra. Para tal calibração a corrente elétrica é variada entre 0,00 e
0,80 A em intervalos de 0,05 A e para cada variação de corrente é anotado o campo
magnético correspondente. Estes registros são feitos ao longo de diversos ciclos de
aumento e de diminuição da corrente aplicada. Os dados obtidos permitem construir
a curva analítica corrente versus campo magnético.
O próximo passo consiste em estudar as amostras aplicando a mesma
variação de corrente. Para isso, o porta-amostra é tarado e carregado com as
amostras, massa ideal entre 0,15 e 0,2 g. É pesado novamente o sistema para
determinar a massa de amostra com exatidão. Após cobrir o porta-amostra com
59
filme de vidro e prendê-lo, o suporte foi inserido sobre o prato da balança analítica e
submetido à variação de corrente (campo magnético) previamente mencionada.
Para cada valor de campo magnético ajustado é anotado a massa aparente
correspondente da amostra. Conforme se aumenta ou diminui-se a corrente, o valor
da massa total do sistema suporte-amostra varia.
5.3.2 Espectroscopia de Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR)
Cerca de 1mg das amostras foram pesadas e misturadas a 300 mg de KBr
para preparo da pastilha. A análise de FTIR foi realizada em um equipamento Varian
modelo 3100 FTIR Excalibur Series com resolução de 4 cm-1, 20 varreduras de 4000
a 400cm-1.
5.3.3 Análise Termogravimétrica
As amostra foram levadas para a análise termogravimétrica (TGA) pelo
método rampa de aquecimento, em atmosfera inerte de nitrogênio e temperaturas
entre 25°C e 700°C com taxa de aquecimento de 20°C / min e isoterma de 3 minutos
a 800°C. O gás de purga foi utilizado com vazão de 20 mL / min.
5.3.4 Difração de Raios X
As amostras foram levadas à análise de difração de raios X no equipamento,
marca Rigaku, modelo Ultima IV em ângulo 2θ de 2° a 80° pelo método FT (tempo
fixo), sob passo de 0,05° por segundo. A análise foi feita em temperatura ambiente,
usando um equipamento ajustado com diferença de potencial de 40kV no tubo e
corrente elétrica de 20mA. A radiação utilizada foi de CuKα (1,5418 Å).
Devido os testes de modificação com porfirina terem sido feitos com apenas
50 mg de amostra, não foi possível realizar a análise de DRX de forma trivial, sendo
necessário o desenvolvimento de uma técnica para expor quantidades pequenas de
amostra sob a área do porta amostra. Para isto foi utilizada fita dupla-face para
aderir o analito. Para avaliar se a fita dupla-face não apresenta sinal no
60
difratograma, a mesma foi analisada e, como mostra a Figura 30, não houve picos
com intensidades consideráveis que viessem a interferir na análise das amostras.
Figura 30 - Análise de DRX da fita dupla-face.
Para tal foi comparado o difratograma do padrão (H2KTP) de forma
convencional (Figura 31a) e em fita dupla-face (Figura 31b).
Figura 31 - DRX convencional (a) e DRX em fita dupla-face (b).
(a) (b)
61
Como mostra a Figura 32 os difratogramas são idênticos e por este motivo as
demais amostras foram realizadas em fita crepe para comparação dos resultados.
Figura 32 - Comparação de difratogramas de H2KTP por métodos diferentes.
5.3.5 Espalhamento de Raios-X a Baixo Ângulo (SAXS)
As amostras foram levadas para análise de SAXS no laboratório Nacional de
Luz Sincrontron (LNLS)-Campinas, Brasil. Esta linha é equipada com um detector de
corte assimétrico e um monocromador de comprimento de onda λ igual a 1,7556 Å
que produz um feixe de raios-X focalizado horizontalmente. Um detector de raios-X
sensível a posição linear (PSD) e um analisador multicanal foram usados para
determinar a intensidade do SAXS, I (q), como função do módulo do espalhamento
de vetor q = (4π / λ). Senθ, 2θ sendo o ângulo de espalhamento. Todos os padrões
de espalhamento foram corrigidos para a intensidade de espalhamento parasita
produzida pelas fendas de colimação, para a sensibilidade não constante do PSD,
para a intensidade com variação do tempo do feixe de luz síncrontron direto e para
as diferenças de espessura da amostra. Assim, a intensidade SAXS foi determinada
62
para todas as amostras nas mesmas unidades arbitrárias, de modo que elas podem
ser diretamente comparadas umas às outras (SOUZA et al., 2009).
5.3.6 Determinação da Massa Molar dos Polímeros
As amostras foram dissolvidas em THF (1 mg/mL), filtrado em filtro de
porosidade de 0,45 µm e passada pela coluna de cromatografia de permeação em
gel WATERS ULTRASTYRAGEL lineal 500A com bomba WATERS SEC
MILLIPORE 515 HPLC pump, dotado de detector de índice de refração WATERS
2414 à temperatura ambiente. A calibração foi realizada utilizando padrões de
poliestireno.
5.3.7 Ressonância Magnética Nuclear (1H-RMN e 13C-RMN)
As análises de ressonância magnética nuclear de hidrogênio e de carbono 13
foram feitas para caracterização dos polímeros sintetizados. Cerca de 80 mg das
amostras foram pesadas e solubilizadas em clorofórmio deuterado. Em alguns casos
foi usado dimetilsulfóxido deuterado. O equipamento utilizado foi um Varian Mercury
VX-300 NMR spectrometer operando a 300 MHz (¹H) e 75 MHz (¹³C).
5.3.8 Estudo de dissolução de DCP
Os compósitos contendo o fármaco foram usados para o estudo do perfil de
dissolução. Para isso, amostras do mesmo tipo foram colocadas nas três cestas
(aparato 1 da United States Pharmacopeia – USP; cada uma contendo cerca de 200
mg do compósito) do dissolutor. Seguindo o método da Farmacopéia Americana
USP, as cestas foram mergulhadas nas cubas que continham cada uma 900 mL de
solução de ácido clorídrico 0,1M. Por sua vez, essas cubas estão inseridas em
banho de água circulante, termostatizado a 37°C (UNITED STATES
PHARMACOPEIA, 2014).
Os ensaios foram feitos na ausência e na presença de campo magnético.
Para este último, imãs de Nd foram presos a cada cesta, criando um campo de
63
aproximadamente 4000 Gauss sobre a amostra. Para que os imãs não tivessem
contato com o meio de dissolução foram revestidos com teflon (Figura 33).
Figura 33 - Ilustração do dissolutor usado no estudo de dissolutor. A) sistema usado para dissolução com campo magnético e B) sem campo magnético.
Alíquotas de 20 mL foram tomadas nos tempos de 0,25; 0,5; 0,75; 1; 1,5; 2;
2,5; 3; 4 e 5 horas (ODOM et al., 2014). As alíquotas foram filtradas e analisadas
com o auxílio de um espectrômetro UV-Vis. Para a construção da curva analítica
foram usadas soluções com concentrações de 1 a 40 µg/mL. O espectrofotômetro
da Varian foi utilizado para as leituras das amostras no comprimento de onda de 276
nm como indicado pela USP 2014.
5.3.9 Indução magnética
Os estudos de indução magnética foram realizados na concentração de 20
mg/mL das amostras. Foi usada uma bobina de cobre de três voltas
A
B
64
correspondentes a uma freqüência ressoante de 218 Hz no indutor Easy Heat
(Figura 34). Foi testa a corrente de 400A em intervalo de 500 e medida a variação
da temperatura para cada teste. Para as medidas de temperaturas foi usado um
termômetro digital nas amostras dentro da bobina após as induções executadas e a
temperatura inicial para os testes foi de 25,0°C.
Figura 34 - ilustração do aparelho que será usado para testar o efeito hipertérmico dos compósitos
magnéticos.
65
6 RESULTADOS E DISCUSSÃO
6.1 SÍNTESE DO POLI(ÁCIDO LÁTICO) POR POLICONDENSAÇÃO
Esta técnica de polimerização produz polímeros de massa molecular média
acima de 10000 g/mol, mas com impurezas catalíticas consideráveis, devido aos
elevados níveis necessários para velocidades de reação aceitáveis. Este catalisador
residual pode causar muitos problemas durante o processamento, tais como a
degradação indesejada, taxas de hidrólise não controladas ou não reprodutíveis, ou,
no caso de aplicações médicas, a toxicidade do catalisador. O catalisador pode ser
desativado pela adição de ácido fosfórico ou pirofosfórico, e de preferência dois
equivalentes de ácido para cada equivalente de catalisador de estanho divalente são
usados. Isto proporciona um polímero com uma melhor resistência às condições
atmosféricas e ao calor e com maior estabilidade de armazenamento. O catalisador
também pode ser precipitado por meio da adição de ácidos fortes tais como o ácido
sulfúrico e removido por filtração. Níveis de catalisador podem ser reduzidos para 10
ppm ou menos (GARLOTTA, 2001).
Para eliminar os problemas com resíduos de catalizador a policondensação
voi realizada por autocatálise, devido a possibilidade de auto-protonaçao do
monômero pela dissociação do hidrogênio hionizável do mesmo.
A síntese preliminar do biopolímero de PLA foi realizada a partir de solução
racêmica de ácido lático para avaliar o sistema de polimerização usado devido o
custo reduzido em relação ao enantiomericamente puro. A temperatura do meio
reacional mantido sob vácuo foi de 160ºC. O sistema reacional é mostrado na Figura
35.
66
Figura 35 - Sistema reacional para policondensação
A Massa Molar Numérica (𝑀 𝑤 ) do PLA sem uso de catalisador foi de 3292
g.mol-1 e a ponderal (𝑀 𝑤 ) de 4641g.mol-1, com Polidispersão, 𝑀 𝑛 𝑀 𝑤 , (PD) de 1,41.
A Massa Molar encontrada foi baixa, mesmo após cerca de 10-12 horas de reação,
sendo o PLA produzido um oligômero e não polímero. Para utilização no preparo do
compósito, o ideal seria Mn entre 5000-10000 g/mol, já que massas molares muito
altas estão correlacionadas a uma liberação muito lenta do fármaco (GUTERRES et
al., 1995).
Durante o procedimento inicialmente utilisado foi observado que o sistema de
aquecimento se mostrou ineficiente e não homogênio, o que pode ter sido
responsável pela massa molar abaixo de 5.000 daltons.
A síntese do PLA foi refeita com maior quantidade de ácido lático para evitar
usar mistura de matrizes poliméricas para obtenção da massa necessária para o
preparo dos compósitos, as caracterizações e os testes de dissolução e hipertermia.
Nesta etapa foi usado ácido L-lático, visto que o isomérico não era racêmico e não
há intuito de avaliar a diferença de razões isomérica nesta pesquisa.
A mudança do sistema mostrado na Figura 35 para o da Figura 36 foi
necessária para garantir aquecimento homogêneo e impedir que a temperatura
67
externa causasse flutuação da temperatura na parte superior do reator, causando
precipitação do vapor de água que está sendo expulso do meio reacional.
Foi montado um forno elétrico com controle digital e um termopar para ser
inserido dentro do meio reacional. Desta forma a temperatura pode ser controlada
mais facilmente e com eficiência a temperaturas altas como 180°C. Um reator de
1000 mL foi usado e acoplado um sistema de destilação a vácuo, Figura 36.
Figura 36 - Sistema de síntese de PLA usando reator com 1000 mL de capacidade.
Como na síntese prévia de PLA foi observada à cristalização de oligômeros
na parede do condensador, para esta síntese a temperatura foi aumentada
gradativamente. Desta forma foi possível remover toda água contida no ácido lático
e alcançar a temperatura de 180°C sem que o mesmo fenômeno fosse observado.
Após a síntese, o PLA foi todo dissolvido em clorofórmio e cristalizado com
etanol gelado.
6.1.1 Caracterização do poli(ácido lático)
Os dados de Massa Molar encontrados foram de 𝑀 𝑛 6576 e 𝑀 𝑤 11006 g/mol
com polidispersão (𝑀 𝑤 𝑀 𝑛) de 1,6, ou seja, dentro da faixa desejada para preparo
dos compósitos. O aumento da 𝑀 𝑛 e 𝑀 𝑤 , mesmo no sistema que possibilitou o uso
68
de maior quantidade de monômero, mostra que o segundo sistema se mostrou mais
eficiente que o primeiro.
O PLA sintetizado foi analisado estruturalmente através de espectroscopia na
região do infravermelho, apresentando as seguintes bandas de absorção (ʋ, cm-1):
3500 (O-H terminal), 2997 e 2946 (CH, CH3), 1753 (C=O), 1464 e 1455 (CH
3), 1183
(C-C=O), 1129, 1086 e 1044 (C-O), 1046 (O-H), 871 e 756 (C-C) e 689 (O-H
terminal), que caracterizam o PLA (Figura 37) (GARLOTTA, 2001; ZHU; LIU;
ZHANG, 2012).
Figura 37 - Espectro de FTIR do PLA.
O espectro de RMN13C, Figura 38, mostra os seguintes deslocamentos
químicos (DMSO,
δ, ppm): 16,64 (CH3); 68,89 (CH) e 169,32 (C=O), que
caracterizam o PLA (SELUKAR et al., 2012).
69
Figura 38 - Espectro de RMN¹³C do PLA em DMSO-D6
O espectro de RMN1H, Figura 39, mostra os seguintes deslocamentos
químicos (CDCl3,
δ, ppm): 1,50 (3H, CH3), 5,20 (1H, CH) e 4,21 (OH) que só foi
possível de ser observado devido à baixa massa molar polimérica. O espectro
apresenta também sinal de água do solvente em 3,30 ppm (KİREMİTÇİ-
GÜMÜŞDERELİOĞLU; ANKARA-TURKEY; DENİZ, 1999; QIU et al., 2004;
SELUKAR et al., 2012).
70
Figura 39 - Espectro de RMN¹H do PLA em DMSO-D6
A análise de TGA sob atmosfera de nitrogênio foi usada para avaliar qual a
temperatura que o polímero poderia ser manipulado para produção de compósitos
por fusão, sem ocorrência de degradação do mesmo e verificar a faixa de análise de
DSC sem que a amostra sofresse degradação. A Tabela 4 mostra os valores obtidos
a partir das análises térmicas.
Tabela 4- Dados de análise de TGA e DSC do PLA.
Amostra Tg (°C) Tc (°C) Tm (°C) Td (°C)
PLA 59,8 98,6 168,8 301,8
O valor de Tg de 59,8°C garante que o compósito pode ser manipulado com
facilidade à temperatura ambiente e que o compósito não irá ficar fluído durante o
teste de dissolução feito a 37°C. O início da degradação térmica ocorre em cerca de
71
200°C, o que garante que os compósitos possam ser produzidos a 150 °C sem
degradação da matriz polimérica.
6.2 SINTESE E MODIFICAÇAO DE PARTICULAS MAGNETICAS.
6.2.1 Síntese de maghemita
Para a síntese da maghemita foi utilizado o método segundo Qu e o
tratamento térmico segundo Lopes para oxidação da magnetita a maghemita
(LOPES; SOUZA JR; OLIVEIRA, 2010; SHENGCHUN QU, 1999).
Inicialmente é realizada a redução parcial dos íons férricos com sulfito de
sódio. A reação ocorre com a formação de um complexo que se decompões
gerando íons ferrosos. Posteriormente com a adção de base é formada a magnetita
de coloração negra (Equação 2 a 4).
2𝐹𝑒𝐶𝑙3 + 𝑁𝑎2𝑆𝑂3 → 𝐹𝑒2 𝑆𝑂3 𝐶𝑙4 + 2𝑁𝑎𝐶𝑙 (2)
𝐹𝑒2 𝑆𝑂3 𝐶𝑙4 + 𝐻2𝑂 → 2𝐹𝑒𝐶𝑙2 + 𝑁𝑎2𝑆𝑂4 + 2𝐻𝐶𝑙 (3)
𝐹𝑒𝐶𝑙2 + 2𝐹𝑒𝐶𝑙3 + 8𝑁𝐻4𝑂𝐻 → 𝐹𝑒3𝑂4 + 8𝑁𝐻4𝐶𝑙 + 4𝐻2𝑂 (4)
A lavagem com água após o preparo da magnetita é muito importante para
que possam ser removidos todos os sais inorgânicos solúveis em água formados
como subprodutos. A lavagem ineficiente pode favorecer a formação de cristais de
NaCl, Na2SO4 e NH4Cl. Durante o processo de lavagem pode ocorrer crescimento
dos cristais por dois mecanismos distintos de forma isolada ou simultânea:
Crescimento de Ostwald: esta forma de crescimento de cristais está
relacionada diretamente ao raio termodinamicamente estável dos nanocristais.
Basicamente o que ocorre é a dissolução dos nanocristais com raios inferiores ao
termodinamicamente estável e, devido à saturação da solução, os cristais com raio
igual ou maior aos de estabilidade crescem a custa da dissolução dos menores
(Figura 40). Este fenômeno ocorre espontaneamente, decorrente da maior
estabilidade termodinâmica dos nanocristais maiores em relação aos menores,
72
embora não seja um processo cineticamente favorável (SUSAN L. BRANTLEY,
2008).
Figura 40 - Ilustração do crescimento de Ostwald.
Agregação: esta forma de crescimento está correlacionada ao potencial Zeta
das partículas e solução. Em meio aquoso, as nanopartículas de magnetita
apresentam ―hidroxilas‖ livres devido à adesão de água em sua superfície. Estas
―hidroxilas‖ são quimicamente reativas e, devido à presença de água, causam a
aglomeração das partículas. Há favorecimento da atração quando o potencial Zeta
está abaixo de 30 mV (Figura 41), este efeito pode causar floculação ou até mesmo
mudança morfológica da magnetita (JOLIVET, 2000).
Figura 41 - Ilustração do crescimento por agregação e/ou coalescência.
Para facilitar a secagem e diminuir o processo de agregação durante a
lavagem, filtração e/ou secagem, foi proposto lavagens sucessivas com solventes
para diminuir a polaridade e evitar que a água presente no meio reacional aglutine
as partículas.
Com o intuído de minimizar o crescimento das nanopartículas foi usado PVA
1%, evitando também a formação de agregados de partículas.
Outra vantagem observada durante a obtenção da maghemita é a diferença
durante o tratamento térmico. Como o último solvente é o heptano, é necessário
retirar o excesso do mesmo na capela em placa de aquecimento com agitação para
que não haja risco de explosões, quando este for levado à estufa ou mufla, devido à
resistência da estufa, ou mufla quando em menor quantidade. Para este processo
73
utilizou-se de uma placa de aquecimento e um agitador mecânico. Percebe-se
nitidamente na Figura 42 a diferença entre as duas técnicas: A esquerda encontra-
se a mistura de maghemita e magnetita após a evaporação do heptano e em
seguida a maghemita após secagem a 150-200ºC. A direita é possível visualizar que
a magnetita encontra-se aglomerada e necessitará de posterior moagem para que
sejam desfeitos os aglomerados da mesma, esta foi obtida pelo método Shengchun
Qu e colaboradores
O método segundo Shengchun Qu e colaboradores se mostra viável e eficaz,
porém o produto final obtido é muito aglomerado, necessitando de moagem. Se
preparado em quantidades maiores à moagem fica prejudicada e torna-se
inapropriada, visto que a mesma é realizada em almofariz de ágata.
O método proposto, embora seja mais demorado, por várias lavagens.
Apresenta algumas vantagens. Os solventes da lavagem podem ser reaproveitados,
o material obtido já está em pó
Após tratamento térmico a 200°C, o precipitado, inicialmente negro,
correspondente a magnetita, adquiriu coloração marrom-avermelhada característica
da maghemita (HIROYUKI ITOH, 2003).
Uma forma simples de distinguir a magnetita de outros óxidos de ferro é
através da sua coloração preta, enquanto que os demais variam de castanho-escuro
a avermelhado. Na Figura 43 são apresentada as pastilhas de KBr da maghemita e
da magnetita (VALENZUELA et al., 2009).
Figura 42 - Imagem da magnetita. Método proposto (esquerda) e método Shengchun Qu e
colaboradores (direita).
74
Figura 43 - Comparação visual entre a maghemita (direita) e a magnetita (esquerda).
A Figura 44 mostra as fotografias tiradas sob ação de campo magnético, é
possível visualizar o alinhamento das partículas frente ao campo magnético
(LOPES; SOUZA JR; OLIVEIRA, 2010).
Figura 44 – Magnetita e Maghemita sem campo (esquerda) e com alinhamento na
presença de campo magnético (direita).
Para quantificar a força magnética foi usado o sistema desenvolvido pelo
LaBioS para medir a força magnética em relação ao campo exercido pelo eletroímã,
foram usados três substâncias (SOUZA JR et al., 2013). A avaliação da
sensibilidade e a capacidade de medição de força magnética do sistema foram
utilisados substâncias com baixo, alto e sem campo magnético. Segundo Martins e
Magnetita
Maghemita
75
Isolani, o cobre e seus sais não são paramagnéticos, por este motivo o sulfato de
cobre penta hidratado foi escolhido para avaliar se o sistema detectaria alguma força
magnética de zero a 540 Gauss. Segundo Lu, Salabas e colaboradores (LU;
SALABAS; SCHÜTH, 2007) o cobalto metálico e seus óxidos são paramagnéticos,
sabendo-se que o sulfato de cobre provavelmente possui uma quantidade muito
pequena de óxido de ferro devido à formação de óxidos mesmo em pH ácido, cerca
de 4, o sulfato de cobalto foi utilizado para medir a sensibilidade do sistema. O ferro
reduzido foi usado como padrão de força magnética (LU; SALABAS; SCHÜTH,
2007; MARTINS; ISOLANI, 2005; RIBEIRO, 2000). As amostras de sulfato de cobre
e sulfato de cobalto foram trituradas por causa do tamanho de cristais irregulares e,
para manter a distribuição média entre as substâncias, todas foram classificadas
granulometricamente utilizando peneira de 100 mesh.
A Figura 45 mostra a força magnética das substâncias escolhidas para
avaliação do sistema. É possível verificar que o sistema manteve-se inalterado com
o sulfato de cobre, como já era previsto. O sistema mostrou-se sensível o suficiente
para detectar forças magnéticas baixas 0,09 ± 0,01 mN/g, quando utilizado o sulfato
de cobalto. Para o ferro reduzido o sistema se demonstrou robusto o suficiente para
determinações na ordem de 758 ± 25,9 mN/g.
76
Figura 45 - Força magnética de Fe reduzido, sulfato de cobre e sulfato de cobalto.
A força magnética do método proposto em relação ao método segundo
Shengchun Qu apresentaram 780,00 ± 0,03 mN/g e 667,08 ± 7,07 mN/g
respectivamente (Figura 46). Um valor 16,7 % maior que o valor encontrado no
método da literatura. Este resultado pode estar relacionado a menos aglomeração
de cristalitos ou de partículas em relação ao método da literatura, visto que o método
proposto já fornece a maghemita em pó. O súperparamagnetismo surge quando há
formação de monodomínios magnéticos porém, mesmo que estes monodomínio
seja criado, se ocorrerem formação de aglomerados, cada aglomerado se
77
comportará como multidomínio e terá sua força magnética diminuída. Este pode ter
sido o fenômeno observado nas partículas de maghemitas produzidas plo método de
Qu e colaboradores.
Figura 46 - Comparação de Força Magnética das maghemitas obtidas pelo método proposto e pelo método segundo S. Qu.
A magnetita foi isolada após as lavagens e seca à 50ºC. Como mostrado na
Figura 47, pode-se observar que embora sejam similares os perfis da força
magnética das partículas, a maghemita apresentou valores maiores do que da
magnetita, chegando a cerca de 176,0 % mais forte que a magnetita (em 792,5
Gauss). Esse aumento potencializa o uso da maghemita em aplicações dentro da
área de nanomedicina e está de acordo com os valores encontrados pelo grupo do
LaBioS (GRANCE et al., 2012; SOUZA JR et al., 2013). A diferença de forças
magnéticas entre a magnetita e maghemita levaram a desenvolver as pesquisas
preferencialmente com a maghemita.
78
Figura 47 - Comparação da força magnética entre a maghemita e a magnetita.
As amostras foram levadas a análise de SAXS no Laboratório Nacional de
Luz Sincrontron (LNLS)-Campinas, Brasil pelo grupo de pesquisa do professor
Fernando Gomes.
A técnica de SAXS foi escolhida por permitir a investigação de estruturas
morfológicas que possuam dimensões entre 0,5 e 200nm. A maior vantagem desta
técnica reside na possível obtenção de resultados estatisticamente significativos,
como áreas, os tipos de superfície, os tamanhos dos centros espalhantes, etc
(SOUZA et al., 2009).
As análises de SAXS foram realizadas para avaliação do raio de giro das
partículas em pó e em suspensão. Para tal, foram comparadas as amostras
sintetizadas segundo Qu e colaboradores (lavagem com água seguido de secagem)
e o desenvolvido no LaBioS (lavagens seguidas com os solventes água, etanol, iso-
propanol e heptano). Tais lavagens foram feitas para diminuir a polaridade do meio e
evitar que as partículas aglomerassem (QU et al., 1999).
As análises não fornecem um resultado absoluto das partículas da substância
analisada (análises em suspensão e em pó). Apesar de ser uma técnica de
79
espalhamento de raios-X de baixo ângulo utilizando elétrons de alta potência, a
mesma não consegue distinguir aglomerados de monodomínios, todos os cristalitos
são medidos. Por este motivo, uma das formas utilizadas para tentar minimizar o
efeito de aglomeração de nanopartículas é a realização de análises em suspensão,
as quais têm como princípio que as forças atrativas entre os clusters diminuem ao
serem dispersos, causando menor probabilidade de sinterização (LOPES; SOUZA
JR; OLIVEIRA, 2010).
São apresentadas na Figura 48 as análises de SAXS da maghemita obtida
pelo método proposto, enquanto que na Figura 49, as obtidas pelo método
Shengchun Qu e colaboradores.
A partir dos gráficos gerados dos dados de raio de giro e intensidade obtidos
por ambas as técnicas (em pó e em suspensão) foi possível observar que os
mesmos apresentam similaridade entre as duas técnicas para maghemita
sintetizada pelo método proposto, o que sugere menos dispersão entre os tamanhos
de raio de giro detectados. O mesmo não pode ser afirmado para a sintetizada pelo
método Shengchun Qu e colaboradores.
Quanto ao raio de giro das partículas sintetizadas obtidos por SAXS, pela
metodologia Shengchun Qu e colaboradores, é possível a visualização de uma
dispersão bimodal de raio de giro em ambos os tipos de análises, enquanto que no
método proposto, um distribuição aparentemente unimodal, porém com a análise de
deconvolução é possível observar um comportamento trimodal em ambos os tipos
de análises.
Levando-se em consideração que não foi necessário triturar as partículas, a
qual é necessária no método Shengchun Qu e colaboradores, foi possível afirmar
que o número de monodomínios aglomerados era menor, assim como a distribuição
bimodal deveu-se provavelmente a forma de maceração, fornecendo quebras dos
aglomerados de forma heterogênea (LOPES; SOUZA JR; OLIVEIRA, 2010; QU et
al., 1999).
80
Análise em pó
Análise em suspensão
Figura 48 - Análises de SAXS da maghemita obtida pelo método proposto.
81
Análise em pó
Análise em suspensão
Figura 49 - Análises de SAXS da maghemita obtida pelo método Shengchun Qu e colaboradores.
82
Na Tabela 5 é apresentado um resumo dos resultados obtidos por SAXS.
Tabela 5 - Resumo dos resultados de SAXS
Método
Análise em pó Análise em suspensão
Raio de giro
(nm) Erro
Raio de giro
(nm) Erro
Shengchun Qu 22,7 0,427 16,0 0,632
Proposto 15,3 0,048 16,1 0,069
Os resultados obtidos pelo SAXS, utilizando o programa Gnome para
tratamento dos dados, não mostrou diferença entre os métodos (VARELA et al.,
2013). Por este motivo a análise de deconvolução dos gráficos da análise de SAXS
foi feita pelo software Fityk (SOUZA et al., 2008). O parâmetro usado para
determinar o número de gaussianas foi à correlação do modelo matemático criado
(R²) em relação aos dados utilizados fossem maiores ou iguais a 0,96. Os valores
encontram-se na Tabela 6.
Tabela 6 - dados da deconvolução dos resultados de SAXS
Método Análise em pó Análise em suspensão
Centros (nm) R² Centros (nm) R²
Shengchun Qu 6,4 e 20,3 0,99723 7,3; 13,5 e 22,4 0,99610
Proposto 6,4; 13,0 e 22,9 0,99837 6,6; 13,6 e 24,9 0,99793
A Figura 50 apresenta a comparação dos espectros de infravermelho da
magnetita e da maghemita sintetizadas. Ambos os espectros apresentaram bandas
características disponíveis na literatura para ambos os compostos, como mostrado
na Tabela 7.
83
Tabela 7 - Bandas de deformações de alguns óxidos de ferro.
Óxido Bandas (cm-1)
magnetita 590
maghemita 630, 590, 570, 450
hematita 540, 470
ferroxihita 1110, 920, 790, 670
lepidocrocita 1026, 1161, 753
goetita 890, 797
akaganeita 840, 640
FONTE: (ANDRADE et al., 2009; CAVALCANTE; LAGE; FABRIS, 2008)
Figura 50 - Comparação entre os espectros de FTIR da maghemita (a), em vermelho, e da
magnetita (b).
A Figura 51 mostra o difratograma de raios-x da maghemita. A presença dos
picos em valores de 2θ iguais a 30,3º; 35,7º; 43,3º; 57,3º; 63,0º e 53,9º no
difratograma da maghemita comprovou que a estrutura do cristal corresponde à
estrutura do tipo espinélico característica da substância, estando de acordo com a
literatura (ROCA et al., 2007; SCHIMANKE; MARTIN, 2000; XU; ZHENG, 2006).
84
Figura 51 - DRX da maghemita.
O monodomínio das partículas de maghemita foi determinado a partir da
Equação de Sherrer (XU; ZHENG, 2006):
𝐿𝑐 =𝐾∙𝜆
𝛽∙𝑐𝑜𝑠𝜃 (5)
Onde:
Lc é o comprimento de correlação, descrito como o diâmetro médio das
partículas;
K é a constante que depende da forma das partículas (para esfera = 0,94);
𝜆 é o comprimento de onda da radiação eletromagnética;
β é a largura a meia altura do pico de difração no ângulo de 2θ;
θ é o ângulo de difração do feixe incidente
Com base nos resultados de análises mostrado na Figura 51, foram obtidos
os valores do pico (311) e obtidos os seguintes valores: sabendo-se que a fonte
geradora era de cobre (Cu-Kα) o valor de 𝜆 é igual a 0,154060 nm, o valor de β
encontrado foi de 1,22474 e o θ exato foi de 35,7032. Utilizada a Equação (5) para
calcular o monodomínio, o valor de Lc obtido é igual a 8,3 ± 0,4 nm.
85
6.2.2 Modificação da maghemita com PVA
A modificação de magnetita em maghemita não foi feita com a partícula seca,
como descrita na literatura (LOPES; SOUZA JR; OLIVEIRA, 2010). Para a
modificação em solução, foi borbulhado ar com aquecimento a 85ºC por 4 horas. A
mudança pode ser demonstrada visualmente, como mostrada na Figura 52. Este
tipo de modificação permitiu que as modificações fossem feitas ainda com a
magnetita em solução, evitando que as partículas se aglomerem.
Figura 52 - Modificação de magnetita (à esquerda) para maghemita (à direita).
Para confirmar a modificação foi retirada uma amostra, lavada com água,
etanol e posteriormente seca em dessecador sob vácuo, para garantir que a
temperatura não mascarasse a avaliação do processo oxidativo da magnetita
realizado em solução. A Figura 53 mostra as bandas característica da maghemita
(468, 560, 580 e 635 cm-1) e ao contrário da amostra que não foi aquecida sob fluxo
de ar, pode-se observar a presença das bandas características do PVA (1469, 2852
e 2922 cm-1). Isto leva a sugerir que houve oxidação da maghemita e modificação
externa da nanopartícula com PVA e que a banda em 1635 seja a interação do PVA
com a maghemita (MANSUR et al., 2008; REIS et al., 2006).
86
Figura 53 - Espectro de FTIR de maghemita oxidada em solução aquosa contendo PVA.
A análise de DRX mostrou que o padrão de difração de raios-X corresponde
ao descrito na literatura (ROCA et al., 2007; SCHIMANKE; MARTIN, 2000; XU;
ZHENG, 2006), Figura 54.
Figura 54 - Difratograma da MagPVA.
87
Como mostrado na Figura 55, pode-se observar que embora sejam similares
os perfis da força magnética das partículas, a MagPVA apresentou forca magnética
de 629,59 ± 4,71 mN/g e a maghemita 725,95 ± 2,62 mN/g, tendo cerca de 14% (em
680 Gauss) a menos de força magnética em relação a maghemita. Este fenômeno
deve-se a presença do PVA presente na MagPVA. Este decréscimo de força
magnética já era esperado e está de acordo à literatura (ROCA et al., 2007;
SCHIMANKE; MARTIN, 2000). Mesmo com a perda da força magnética a
modificação da maghemita com PVA é de extrema importância para avaliar a
interferência do recobrimento da maghemita com PVA e sem recobrimento nas
análises que serão realizadas.
Figura 55 - Força magnética da MagPVA
Através da análise de TGA foi possível observar uma perda de massa de
14,1%, o que corrobora o valor de perda magnética encontrada.
88
A análise de DRX mostrou que os padrões de difração de raios-X que
caracterizam a maghemita foram mantidos no MagPVA (Figura 56).
Figura 56 - DRX da Mag e MagPVA
Como efetuado no capítulo 4.2.1 o diâmetro do cristalito calculado para o
MagPVA foi de 8,0 ± 0,6 nm. Resultado similar ao da Mag, mostrando que o PVA
não conseguir diminuir o tamanho do cristalito, porém permitiu que se mantivesse
estável após o processo de oxidação e modificação simultânea da Magnetita pelo
processo em solução aquosa.
6.2.3 Modificação da maghemita com SiO2
A modificação da maghemita com sílica não foi feita com compostos
organosilanos (AMBROGIO et al., 2011; FERREIRA et al., 2009; GE; YIN, 2008;
HODGKINS et al., 2007; HUI et al., 2011; JOKERST; GAMBHIR, 2011; LEE et al.,
2011; REDDY et al., 2012; SARKAR; BISWAS; P., 2010; SCHLENOFF, 2010;
SOUZA; MOHALLEM; SOUSA, 2011; ZHOU et al., 2012), como descrito na
89
literatura, para esta foi utilizada sílica seca a 300ºC, comercialmente vendida como
Acematt® TS100. Este procedimento foi feita com óxido de silício, este foi escolhido
por ser mais barato e permitir a avaliação se a partícula de maghemita seria envolta
em sílica ou somente dispersa.
A modificação foi efetuada por dois métodos: a) ativação da sílica em meio
alcalino e co-precipitação com a magnetita e b) sonicação.
No método (a), foi dispersa a sílica na solução de hidróxido de amônio 1,4 M
e a mistura de Fe+2/Fe+3 foi vertida sob a solução (BARDHAN et al., 2011). Desta
forma houve a co-precipitação da magnetita com a sílica dispersa. A magnetita-sílica
foi tratada termicamente para oxidação a maghemita-sílica (Magsil). Enquanto o
método (b) a sílica e maghemita foram sonicadas em meio orgânico.
A caracterização por FTIR permitiu a visualização das bandas características
da sílica (1076 cm-1) sem sobreposição com as bandas de maghemita (641, 582 e
432 cm-1), possibilitando a confirmação da modificação da maghemita (FERREIRA et
al., 2009), Figura 57.
Figura 57 - FTIR da Magsil e da Mag
90
Com intuito de comparar as forças magnéticas da maghemita em relação à
Magsil obtidas pelo método a e b, foi feita a análise de força magnética como
descrito anteriormente. Os resultados são mostrados na Figura 58. Como o
campomagnético gerado pelo eletroímã depende da corrente elétrica fornecida pela
fonte de tensão. Esta fonte fornece valores máximos diferentes para cada conjunto
de análise e, consequentimente, o campo magnético máximo gerado também sofre
variações. Para evitar que não seja possível a comparação das forças magnéticas
entre as amostras, todo comjunto de amostras a serem comparados devem ser
analisados em uma única batelada, mesmo que isto signifique refazer novamente o
teste de força magnética.
Figura 58 - Força magnética da Magsil.
Como descrito na literatura (AMBROGIO et al., 2011; FERREIRA et al., 2009;
GE; YIN, 2008; HODGKINS et al., 2007; HUI et al., 2011; JOKERST; GAMBHIR,
2011; LEE et al., 2011; REDDY et al., 2012; SARKAR; BISWAS; P., 2010;
SCHLENOFF, 2010; SOUZA; MOHALLEM; SOUSA, 2011; ZHOU et al., 2012) já
era esperado que a força magnética da maghemita modificada com sílica fosse
91
menor que a da maghemita. Se for descontado a massa de sílica a força magnética
do método b comparável com o da maghemita. As forças magnéticas são mostradas
na Tabela 8.
Tabela 8 - Força Magnética da Maghemita e Magsil's.
Amostra FM (mN/g) FM Relativa
Maghemita 783,991 ± 0,029 -
Magsil a 428,862 ± 0,774 54,7 %
Magsil b 85,153 ± 0,027 10,9 %
Sabendo-se que a Magsil possui cerca de 50% de sílica, se for recalculada a
força magnética em relação a sua massa correspondente a maghemita, a força seria
de 857,724 mN/g. Esta força é superior a da Mag (783,991 mN/g) a 695 Gauss.
A partir das imagens obtidas pelo MEV (Figura 59), é possível observar que o
método b (Figura 59d) somente dispersou a maghemita na sílica de forma
heterogênea enquanto o método a (Figura 59c) mostrou uma mudança uniforme das
partículas obtidas, alterando a superfície ―lisa‖ da Maghemita (Figura 59a)para uma
superfície mais ―aveludada‖(Figura 59b), semelhante à superfície observada na
sílica.
92
Figura 59 - Imagem de MEV: a) Maghemita; b) SiO2; c) Magsil a; d) Magsil b.
Como a Magsil b não teve o dispersão uniforme da maghemita no dióxido de
silício nenhuma outra análise foi realizada para sua caracterização.
Nos difratogramas da Figura 60 é possível verificar os halos amorfos da sílica.
Os picos característicos da maghemita aparecem no difratograma da Magsil, da
mesma forma que uma parte amorfa referente à sílica ainda é perceptível
(FERREIRA et al., 2009).
a b
c d
93
Figura 60 - DRX de Mag, Magsil e SiO2
Utilizando a Equação de Scherrer (2) foi encontrado um tamanho de partícula
de 11,6 ± 1,0 nm para a Magsil b. Sabendo-se que inicialmente a partícula
sintetizada de maghemita mediu 8,3 ± 0,4 nm, a análise de DRX mostrou um
aumento do tamanho do cristalito. Embora o tamanho do cristalito esteja maior a
sílica pode ter, de certa forma, diminuído a aglomeração dos cristalitos, isto poderia
estar relacionada a este pequeno aumento na força magnética.
6.2.4 Modificação da maghemita com 5,10,15,20-tetrakis(4-hidroxifenil)–
21H,23H-porfirina
Foi avaliada a possibilidade de complexação de maghemita por quatro
técnicas distintas: sonicação (H2KTP1), fusão (H2KTP2), impregnação (H2KTP3) e
co-precipitação (H2KTP4).
Com exceção da H2KTP2, as soluções contendo 1mg de analito em 50 mL de
metanol, não mostraram inicialmente nanopartículas de maghemita depositadas no
fundo ao serem expostas a campo magnético. Após 24 horas de repouso, somente a
Inte
nsid
ade
94
H2KTP4 não mostrou nanopartículas de maghemita. Esta apresentou uma
quantidade muito pequena somente após cerca de 5 dias (isto foi identificado com a
junção das nanopartículas quando foi colocado o ímã nos frascos). Isto não confirma
a formação de complexo entre a porfirina e a maghemita, porém demonstra que é
possível preparar uma mistura solúvel, que proporcionará um compósito polimérico
mais homogêneo e com menor probabilidade de aglomerações de maghemita. A
Figura 61 mostra a visualização da maghemita decantada por ação magnética da
H2KTP2 (fusão).
Figura 61 - Soluções de porfirinas para avaliação de maghemita não complexada.
Para confirmação estrutural das estruturas das amostras foi feito teste de
FTIR com pastilha de KBr (cerca de 1mg de analito em 300 mg de KBr), cujo
espectros são mostrados na Figura 62. As bandas características que comprovam a
estrutura das amostras encontram-se na Tabela 9.
De acordo com a Figura 62 é possível visualizar que a H2KTP2 (fusão) que
as bandas características da porfirina não foram apresentadas, o que indica possível
degradação da porfirina. Outra forma de confirmação que pode ser utilizada é que as
bandas que o espectro apresenta são as que caracterizam a maghemita.
95
Tabela 9 - Bandas características de H2KTP e maghemita.
Substância Função Bandas (cm-1)
H2KTP
anel fenólico 3369; 1602; 1500; 803ª
anel pirrólico 3326; 1463; 1264;
1234;1170; 967bc
Maghemita -
H2KTP1
(sonicação)
anel fenólico 3400; 1606; 1509; 801ª
anel pirrólico 3400; 1469; 1263;
1233;1170; 968bc
Maghemita 637; 599; 563; 430d
H2KTP2
(fusão)
anel fenólico -
anel pirrólico -
Maghemita 641; 583; 561; 450d
H2KTP3
(impregnação)
anel fenólico 3378; 1608; 1512; 805ª
anel pirrólico 3378; 1463; 1266;
1234;1170; 968bc
Maghemita 635; 599; 556; 429d
H2KTP4
(co-precipitação)
anel fenólico 3398; 1605; 1481; 819ª
anel pirrólico 3398; 1278; 1229;1175;
968bc
Maghemita 635; 595; 564; 445d
a(SILVERSTEIN; WEBSTER; KIEMLE, 2006)
b (DIAS; PEREZ; SANTANA, 2004)
c (FAGADAR-COSMA et al., 2007)
d (ANDRADE et al., 2009; CAVALCANTE; LAGE; FABRIS, 2008)
96
Figura 62 - Espectros de FTIR de H2KTP’s.
Para avaliar a fração de do H2KTP com a maghemita foi feita a Análise
Termogravimétrica (TGA) na amostra padrão e nas amostras modificadas com
rampa de aquecimento de 10°C/min até 800°C sob atmosfera inerte. A Figura 63
mostra os gráficos da derivada da análise térmica (dTGA).
É possível observar mudanças no padrão de dTGA das amostras. Como visto
nos resultados anteriores à amostra H2KTP1 mostra apresenta pouca perda de
massa, o que corrobora para afirmativa de calcinação da amostra.
Tra
nsm
itância
(%
)
97
Figura 63 - dTGA das amostras de H2KTP’s.
De acordo com a Tabela 10 pode-se dizer que a temperatura de 800°C em
atmosfera inerte não foi o suficiente para que toda amostra fosse degradada. Como
a perda não foi de 100% não é possível correlacionar a porcentagem residual da
análise com a quantidade de maghemita presente na amostra, mesmo sendo de
conhecimento que o resíduo das amostras modificadas possuem óxido de ferro.
As temperaturas de perda de massa mostrada na Tabela 10 na H2TKP e na
H2TKP2 (impreguinação) sugerem que a perda em 61 e 62 °C respectivamente
pode estar relacionada a resíduo de solvente orgânico usado na purificação. A perda
em 496 °C na H2TKP pode estar relacionada a algum tipo de subproduto ou forma
enantiomérica da porfirina.
Dentre as amostras somente a H2KTP3 (impregnação) e H2KTP4 (co-
precipitação) mostraram maior variação e aparecimento de novas perdas mássicas
98
(além da correspondente a H2TKP em 505 °C), o que sugere que a estrutura sofreu
mudança química e não física. O H2KTP também apresenta picos de perda mássica
diferentes do padrão (H2KTP), porém somente a perda em 706°C parece ser
provavelmente a equivalente a modificação química da estrutura.
Tabela 10 - Resultados de dTGA de H2KTP’s.
Amostra Perda mássica (°C) Resíduo (%)
H2KTP
61
496
505
51,86
H2TKP1 (Sonicação)
502
684 55,91
H2TKP2 (Fusão)
568 64,62
H2TKP3 (Impregnação)
62
503
706
49,58
H2TKP4 (Co-precipitação)
673 44,52
Os difratogramas das amostras são mostrados na Figura 64.
99
Figura 64 - DRX da porfirina (H2TKP), Sonicação (H2TKP1), Fusão (H2TKP2), Impregnação (H2TKP3) e Co-precipitação (H2TKP4).
O difratograma da H2KTP mostra a cristalinidade da amostra antes dos testes
de complexação. Com exceção da H2KTP2 (fusão) que não apresentou o pico (422)
característico da maghemita, em todas as amostras foi possível observar os picos
característicos da maghemita, como este pico é de pequena intensidade há
possibilidade do mesmo não ter sido detectado devido à pequena quantidade
utilizada. É perceptível também a perca da cristalinidade da porfirina. Sendo esta
mais acentuada no método de co-precipitação (H2KTP4).
A Tabela 11 mostra o tamanho dos cristalinos calculados através das análises
de DRX.
Inte
nsid
ad
e
100
Tabela 11 - Diâmetros de cristalitos da Mag e maghemita modificada com H2TKP
Amostra Diâmetro do Cristalito (Lc)
Mag 8,3 ± 0,4 nm
H2TKP1 11,8 ± 1,0 nm
H2TKP2 9,3 ± 0,8nm
H2TKP3 10,6 ± 0,9 nm
H2TKP4 14,8 ± 1,3 nm
A modificação por fusão (H2TKP1) apresentou um pequeno aumento do
diâmetro cristalino durante o processo, sem nenhuma justificativa na literatura que
justifique este efeito. A modificação por co-precipitação (H2TKP4) pode ter causado
esta modificação devido o ferro estar complexado com a porfirina, ou pela falta de
agitação durante o processo de adição de base.
Com base, principalmente nos dados TGA, somente a H2TKP4 foi sintetizada
em maior escala. Após a síntese foi efetuado o teste de força magnética. Antes não
foi possível devido às modificações terem sido feitas em 50 mg de porfirina.
A força magnética da H2TKP4 sintetizada em maior quantidade foi de 271,69
± 0,07 mN/g a 660 Gauss. A força magnética é 62,6% menor quando comparada
com a Mag. Como na análise de TGA com fluxo de N2 não apresentou baixo resíduo
para a H2TKP, o cálculo teórico de Maghemita presente na amostra modificada fica
prejudicada, não podendo assim comparar a força magnética com a massa de
maghemita contida na amostra.
As partículas de Maghemita e as modificações feitas com PVA, dióxido de
silício e porfirinas possuem potencialidade para uso em hipertermia magnética
aplicada no tratamento do câncer. Para avaliar a comparação entre a maghemita
sem e com modificações estas foram usadas no preparo de compósitos poliméricos
e estudadas em função do teste de liberação de diclofenaco com e sem campo
magnético externo e o teste de indução magnética.
101
6.3 PREPARO DE COMPÓSITOS A BASE DE PLA E COMPÓSITOS
MAGNÉTICOS E HIPERTERMICOS PARA O TRATAMENTO DO CÂNCER.
A Figura 65 mostra um esquema simplificado do preparo dos compósitos
magnéticos e não magnéticos.
Figura 65 - Esquema de preparo dos compósitos contendo PLA
6.3.1 Preparo de compósitos por fusão
Como é de interesse que o diclofenaco possua liberação lenta devido o tempo
de meia-vida ser de cerca de duas horas (AMBROGI et al., 2008; ARELLANO et al.,
1999; BHASKAR et al., 1986; BIASI et al., 1998; CIUREA et al., 2009;
PONGJANYAKUL et al., 2005; SRIWONGJANYA; BODMEIER, 1998; WILDING et
al., 1994), foram testados vários sistema a base de PLA para avaliar o perfil de
liberação de DCP.
Foi preparado um compósito somente com o PLA e o DCP. Os demais foram
preparados com PLA, DCP e carga (Tabela 12). A quantidade de fármaco foi
mantida igual em todos os casos para que, posteriormente, o teste de dissolução
pudesse ser comparado.
102
Tabela 12 - Códigos e quantidades de componentes para preparo dos compósitos não magnéticos
Amostra Sigla Componentes do Compósito (%)
Carga DCP PLA
Com DCP PLA+DCP - 25 75
Com Sílica PLA+SiO2 0,5 25 74,5
Com carvão PLA+carvão 0,5 25 74,5
O SiO2 foi usado por ser inerte e ter sido um dos reagentes usado para
modificação da maghemita, e o carvão por ser inerte, possuir capacidade de sorção
e desorção de diversos compostos orgânicos por equilíbrio químico que possibilita
seu uso não só na sorção de pesticidas mas no controle de liberação de herbicidas e
ser usado para tratamento de algumas feridas e na desintoxicação por ingestão de
diversos produtos químicos, não apresentando desta forma toxidade quando
ingerido (BORTOLETTO-SANTOS; RIBEIRO, 2014; MOREIRA et al., 2012;
QUEIROZ; FONSECA; SILVA, 2011).
6.3.2 Preparo de compósito magnéticos e hipertérmicos por fusão
Os compósitos magnéticos que foram produzidos com a Mag, MagPVA,
Magsil (obtida por co-precipitação) e H2TKP4 serão usados para avaliar a liberação
do DCP e a potencialidade do uso dos mesmos para hipertermia magnética no
tratamento do câncer (Tabela 13).
A quantidade de fármaco foi mantida igual em todos os casos para que,
posteriormente, o teste de dissolução pudesse ser comparado sem que houvesse
variáveis nos compósitos. A quantidade de partículas modificadas com maghemita
foi baseada na quantidade total da carga, isto foi necessário por não conhecer a
quantidade de maghemita contida em todas as partículas modificadas.
103
Tabela 13 - Códigos e quantidades de componentes para preparo dos compósitos não magnéticos
Amostra Sigla Componentes do Compósito (%)
Carga DCP PLA
Mag PLA+Mag 0,5 25 74,5
MagPVA PLA+MagPVA 0,5 25 74,5
Magsil PLA+Magsil 0,5 25 74,5
H2TKP4 PLA+H2TKP4 0,5 25 74,5
6.3.3 Caracterização dos compósitos
Os compósitos foram caracterizados por DRX, força magnética e indução
magnética.
Para análise dos compósitos por FTIR foi realizado análises individuais de
PLA e DCP por que contém maior percentual nos compósitos. Posteriormente foi
realizada a análise da mistura de PLA+DCP para avaliar quais seriam as bandas de
DCP visíveis na mistura. A Figura 66 mostra o espectro de FTIR do PLA, DCP e
PLA+DCP.
Figura 66 - Espectro de FTIR de PLA, DCP e PLA+DCP
Tra
nsm
itâ
ncia
(%
)
104
As bandas que caracterizam o PLA já foram discutidas no item 4.1.3. As
bandas que caracterizam o DCP são (ʋ, cm-1): 3259 (N-H, amina secundária), 1579
((C=O)O-), 1557 e 1504 (C=C anel aromático), 1454 e 1469 (CH2), 1383 (C-N), 766 e
743 (C-H aromático) (SILVERSTEIN; WEBSTER; KIEMLE, 2006).
Após a formação do compósito PLA+DCP por fusão, algumas bandas não
foram observadas. Porém, foram identificadas as bandas referentes ao PLA e ao
DCP. As bandas identificadas do PLA foram (ʋ, cm-1): 1761 (O-(C=O), 1375 (CH3),
1270, 1215 e 1188 (C(C=O)C-O), 1135, 1093 e 1047 (C-O de éster) e 691 (OH). As
bandas identificadas do DCP foram (ʋ, cm-1): 1578 ((C=O)-O-) e 1386 (C-N). As
demais bandas sofreram efeito das bandas mais intensas entre o PLA e DCP. Uma
das duas bandas de C=C de anel aromático não foi observada devido à banda em
cerca de 1557 cm-1 ter se fundido com a banda de carboxilato, permitindo ser
observado somente a de 1507 cm-1. O mesmo fenômeno foi observado para as
bandas referentes à CH2 do DCP e CH3 do PLA, as bandas sofrerão fusão e só foi
observada uma única banda em 1456 cm-1 referente ais C-H alifáticos presentes no
compósito. Duas bandas são características de C-C para o PLA (871 e 755 cm-1) e
duas para o C-H do anel aromático do DCP (1557 e 1504 cm-1), porém, devido à
proximidade da segunda banda de C-C do PLA (755 cm-1) e das bandas de C-H
aromático do DCP foi observado somente uma banda larga em 871 cm-1.
A Figura 67 mostra os espectros de FTIR dos compósitos na faixa de 2000 a
400 cm-1 por apresentarem as bandas de maior importância quanto à caracterização.
105
Figura 67 - Espectros de FTIR dos compósitos
Como discutido por Pereira e colaboradores (PEREIRA et al., 2013b) as
bandas referentes à maghemita não aparecem em compósitos poliméricos devido
sua baixa intensidade, o mesmo foi observado nos espectros dos compósitos, com
exceção do PLA+SiO2 que apresentou uma banda em cerca de 480 cm-1 que não é
referente à maghemita sem a sílica. O compósito PLA+carvão não era esperado
novas bandas, visto que o carvão não possui bandas de 4000 a 400 cm-1 no FTIR.
Não foi possível fazer a identificação das cargas pelo FTIR. A análise de DRX
foi utilizada para verificar padrão de picos referentes às cargas utilizadas nos
compósitos.
O PLA e o DCP foram analisados separadamente por DRX para verificar o
padrão de difração dos mesmos, com o intuito de tentar identificá-los nos
compósitos (Figura 68).
Tra
nsm
itâ
ncia
(%
)
106
Figura 68 - DRX do DCP, PLA, carvão e sílica usados para preparo dos compósitos
O DCP apresenta um pico intenso em 24,7°, 27,1° e um sequência de picos
entre 31,9° e 36,9°. O PLA apresenta um pico em 15,3°, 17,1° (correspondente a
cristalinidade do mesmo), 19,4° e 22,8° (SANTOS; TAVARES, 2013; SOUZA et al.,
2014). O carvão e a sílica apresentaram somente halos amorfos.
A Figura 69 mostra o DRX dos compósitos não magnéticos.
Sílica
107
Figura 69 - DRX dos compósitos não magnéticos
O DRX dos compósitos não magnéticos mostra que o difratograma de
PLA+DCP apresenta o pico de cristalinidade do PLA em e o pico de 27,1° e a
sequência de picos entre 31,9° e 36,9°, sendo possível, identificar a presença do
PLA e do DCP no compósito. No PLA+carvão os mesmos picos foram observados e
a presença do halo amorfo do carvão não interferiu nos picos referentes ao PLA e
DCP no difratograma. Em relação ao PLA+SiO2 a característica amorfa da sílica
interferiu no compósito, impedindo a visualização do pico característico do PLA
(17,1°) e do de 27,1° observado nos dois outros compósitos. Foi possível observar
somente o padrão de ruídos entre 31,9° e 36,9° característico do DCP.
A Figura 70 mostra o DRX dos compósitos magnéticos.
108
Figura 70 - DRX dos compósitos magnéticos
Nos difratogramas não foi possível observar o pico característico da
cristalinidade do PLA. Em relação ao DCP só foi possível identificar as interferências
entre 31,9° e 36,9°. Em relação aos picos característicos da maghemita, já era
esperado que não fossem visualizados todos os picos devido à pequena carga
magnética adicionada ao compósito, porém foi possível identificar os três picos mais
intensos (35,7°, 62,9° e 55,7°).
A força magnética não foi feita nos compostos não magnéticos por não
apresentarem nenhuma partícula magnética.
A Figura 71 mostra os gráficos de força magnética dos compósitos
magnéticos que mostram uma grande queda na força magnética de todos os
compósitos avaliados devido cerca de 99,5% da massa da amostra ser orgânica
enaomagnética.
109
Figura 71 - Força magnética dos compósitos magnéticos
Se compararmos o tamanho dos diâmetros cristalinos das partículas
magnéticas modificadas e do Mag calculados a partir da análise de DRX dos
mesmos antes do preparo do compósito, a explicação da diferença da força
magnética inicialmente parece ter correlação entre o tamanho do cristalito (Tabela
14), porém não há correlação linear entre o tamanho do cristalito e a forma
magnética do compósito. Este efeito leva a sugerir que pode ter ocorrido menor
formação de aglomerado de cristalitos durante a modificação da maghemita, porém
para que possa ser afirmado, uma análise por TEM é sugerida para esta verificação.
Tabela 14 - Resultados de força magnética e de tamanho do cristalito dos compósitos magnéticos
Compósito Força magnética (mN/g) Lc (nm)
PLA+Mag 21,14 ± 0,01 8,3 ± 0,4 nm
PLA+MagPVA 23,19 ± 0,07 8,0 ± 0,4 nm
PLA+Magsil 40,61 ± 0,10 11,6 ± 1,0 nm
PLA+H2TKP4 13,82 ± 0,06 14,8 ± 1,3 nm
110
6.3.4 Estudo do perfil de liberação de Diclofenaco de Potássio nos compósitos.
O teste de liberação foi feito com intuito de avaliar o perfil de liberação e a
influência do uso de campo magnético nos compósitos com cargas de Maghemita
(PLA+Mag) e maghemitas modificadas com PVA (PLA+MagPVA), dióxido de silício
(PLA+Magsil) e porfirina (PLA+H2TKP4).
No mercado já existe uma formulação de diclofenaco que é usada para uso
em crianças e quando é necessária uma liberação mais lenta do fármaco. Este é
comercializado como diclofenaco colestiramina. O que foi usado para testes
comparativos foi o Flotac comercializado pela Novartis que possui uma dosagem de
diclofenaco de 70mg equivalente a DCP por cápsula.
O teste de liberação, conhecido também como teste de dissolução, foi
efetuado de acordo com as especificações da USP (UNITED STATES
PHARMACOPEIA, 2014), reconhecida mundialmente como referência para análise
de fármacos e princípios ativos. Para avaliar se os compósitos possuem capacidade
de uma liberação sustentada o tempo de análise foi estendido para 5 horas.
Como o diclofenaco de potássio, assim como os derivados do diclofenaco,
possui tempo de meia visa de 1,8 horas (RIESS et al., 1978; SALLMANN, 1986),
foram produzidos compósitos do DCP somente com PLA e para avaliação de cargas
não magnéticas foram usados SiO2 e carvão ativo.
Para avaliar a concentração de DCP liberado nas alíquotas retiradas do teste
de liberação foi construída uma curva analítica usando DCP dissolvido em água na
faixa de 1 a 40 µg/mL de DCP usando valor fixo de leitura em 276 nm como descrito
pela literatura (UNITED STATES PHARMACOPEIA, 2014). Esta faixa foi escolhida
por estar dentro da faixa de linearidade da curva analítica. Considerando que fosse
liberado todo fármaco a concentração de DCP máxima na alíquota seria de 77,8
µg/mL, sendo necessária efetuar a diluição da amostra para que a absorbância seja
colocada dentro dos valores reportados na curva analítica. Durante os testes de
liberação Os valores de Absorbância e o gráfico da curva de calibração são
apresentados na Tabela 15 e na Figura 72.
111
Tabela 15 - Absorbâncias dos padrões de DCP usados na construção da curva de calibração
[DCP] (µg/mL) Absorbância
1 0,03678 ± 0,00008
5 0,15952 ± 0,00019
10 0,31866 ± 0,00029
20 0,63826 ± 0,00057
40 1,23214 ± 0,00027
Figura 72 - Curva de calibração de DCP
As leituras de absorbância mostraram uma variação muito pequena entre as
leituras, mostrando que as triplicatas foram reprodutíveis.
A correlação dos pontos da curva analítica foi feita através do programa
OringPro 8 e mostraram uma correlação linear ótima de R2 de 0,9999.
A Figura 73 mostra o perfil de liberação dos compósitos não magnéticos e do
fármaco comercial e a Tabela 16 mostra o percentual de DCP liberado no decorrer
de 5 horas.
112
Tabela 16 - Valores de % DCP liberados no teste de dissolução dos compósitos não magnéticos
Amostra % de DCP liberado
Comercial 7,64 ± 1,49
PLA+DCP 2,72 ± 0,55
PLA+carvão 3,49 ± 0,98
PLA+SiO2 1,84 ± 0,36
Figura 73 - Perfil de liberação em HCl 0,1 M do DCP comercial e dos compósitos PLA+DCP, PLA+carvão e PLA+SiO2
O resultado do teste de liberação mostrou que os três compósitos não
magnéticos apresentaram uma liberação sustentada e inferior a do fármaco de
liberação lenta de DCP disponível no mercado. Este resultado mostra que somente
a presença do PLA já é suficiente para diminuir o percentual de DCP liberado e
manter a liberação sustentada.
113
Estatisticamente o carvão ativo usado como carga apresentou o mesmo perfil
de liberação do compósito somente com PLA e DCP (PLA+DCP) não afetando o
perfil de liberação. Este resultado mostra que, na concentração da carga de carvão
estudada, provavelmente não ocorre o fenômeno de sorção-desorção por difusão e
equilíbrio químico entre carvão e o fármaco em estudo o que pode justificar a
inalteração do perfil de liberação comparado com o PLA+DCP (BORTOLETTO-
SANTOS; RIBEIRO, 2014). O dióxido de silício conferiu ao PLA+SiO2 uma liberação
mais lenta, quando comparada com o PLA+DCP e PLA+carvão. Este efeito pode
estar relacionado ao aumento da área superficial porosa da matrícula MagSiO2
devido à presença da sílica. Esta característica proporciona maior sorção do
fármaco e o alto número de hidroxilas pode causar também melhor interação entre
carga-fármaco (REDDY et al., 2012). Estes efeitos podem ser responsáveis pela
menor liberação. Todos os compósitos não magnéticos estudados mostram a
capacidade de uma liberação sustentada do fármaco.
Os testes de liberação dos compósitos magnéticos foram avaliados com
campo magnético (4000 GAUSS) e sem campo magnético. Como mostrado no
trabalho de (PEREIRA et al., 2014) os compósitos magnéticos na presença de
campo apresenta um fenômeno denominado de constricção magnética. Este
fenômeno causa uma compactação da matriz polimérica forçando que o fármaco
seja liberado mais rápido.
Para as análises do teste de liberação sem o campo magnético foram
inseridas as letras sc (sem campo) e para as análise com campo magnético foram
usadas cc (com campo) aos códigos dos compósitos.
A Figura 74 mostra que em todos os casos, na presença e ausência de
campo magnético os compósitos magnéticos apresentaram uma liberação de DCP
menor que a do fármaco comercial.
114
Figura 74 - Perfil de liberação, dos valores médios, de DCP em HCl 0,1 M nos compósitos magnéticos com e sem campo magnético e comparação com o fármaco comercial
A Figura 75 apresenta o perfil de liberação dos compósitos magnéticos,
individualmente, na ausência e na presença de campo magnético.
Dentro do intervalo de 5 horas de liberação é possível verificar que cada
carga adicionada ao compósito teve uma interferência diferenciada em relação ao
PLA+DCP.
A inclusão da Mag conferiu ao compósito PLA+Mag uma característica que
não havia sido observado nos demais compósitos. A liberação de DCP ocorreu de
forma crescente, não foi observada uma liberação sustentada como visto nos
demais compósitos magnéticos e não magnéticos.
115
Figura 75 - Curvas de liberação de DCP em HCl 0,1 M dos compósitos magnéticos na presença e ausência de campo magnético
116
Os autores mostram que há uma liberação sustentada usando 5% de carga
de Mag, porém este efeito não foi observado no compósito PLA+Mag.Apenas o
aumento da liberação do DCP quando o PLA+Mag é submetido a campo magnético
(PEREIRA et al., 2013b, 2014).
De acordo com (ROTHSTEIN; FEDERSPIEL; LITTLE, 2008) o que pode ter
ocorrido no caso do compósito com maghemita não modificada (PLA+Mag) é a
presença de uma quantidade maior de DCP mais externo na matriz polimérica,
causando uma fase de liberação inicial, conhecida como ruptura inicial, de forma
mais prolongada.
O perfil de liberação de PLA+H2TKP4 mostra um perfil diferenciado. Dentro
do intervalo de 5 horas é provável que a ruptura inicial alcançou seu limite e o inicio
do aumento da concentração de DCP pode estar relacionada a fármaco ocluso, que
são responsáveis pela liberação da fase de latência (ROTHSTEIN; FEDERSPIEL;
LITTLE, 2008).
Em relação ao PLA+MagPVA o que parece favorável é assumir que o PVA
conseguiu compatibilizar de forma eficiente a partícula magnética à matriz
polimérica, visto que, quando comparado com o PLA+Mag, a liberação observada se
comporta de forma sustentada. De alguma forma o PVA conseguiu ocluir mais o
DCP na matriz polimérica. Este efeito também pode estar correlacionado a maior
compatibilidade do DCP com PVA devido à solubilidade serem parecidas.
O PLA+Magsil também mostrou uma liberação sustentada de DCP, através
de um perfil parecido com o PLA+MagPVA.
117
Tabela 17- Valores de % DCP liberados no teste de dissolução dos compósitos magnéticos
Compósito % DCP liberado Variação %DCP*
PLA+Magsc 3,41 ± 0,15 0,88
PLA+Magcc 4,25 ± 0,14
PLA+MagPVAsc 1,14 ± 0,28 0,74
PLA+MagPVAcc 1,88 ± 0,13
PLA+Magsilsc 0,94 ± 0,07 0,94
PLA+Magsilcc 1,88 ± 0,03
PLA+H2TKPsc 2,07 ± 0,21 0,82
PLA+H2TKPcc 2,89 ± 0,37
*Variação calculada pela diferença da %DCP da liberação com campo e sem campo
A Tabela 17 mostra que os percentuais de DCP liberados em 5 horas, sem
campo, estão abaixo do que foi encontrado para o compósito não magnético de PLA
e fármaco (PLA+DCP) que teve 2,72 ± 0,55 % de DCP liberado. Em relação às
liberações com campo magnético mesmo com uma porcentagem muito pequena de
carga usada, 0,5%, a liberação foi afetada pela constricção magnética e teve um
aumento na liberação que variou de 0,74 a 0,94% a mais de DCP liberado. Assim
como o perfil de liberação diferenciado do PLA+Mag, o percentual de liberação
dentro do intervalo de tempo estudado também foi maior que os demais. Há uma
possibilidade da má eficiência da compatibilização da Mag na matriz polimérica. Em
geral os trabalhos apresentados na literatura mostram a liberação de fármacos com
presença ou ausência de campo magnético externo sem comparação com o
compósito sem a presença das partículas. Outra forma de comparação realizada é a
do fármaco livre, não levando em consideração a interferência do polímero. Porém
como o DCP é bem solúvel em água, a liberação alcançaria o máximo em pouco
tempo.
Se for comparado à liberação de DCP no compósito a base de SiO2 e com
Magsil, é possível perceber que nos dois casos a liberação retardada de DCP em
relação aos outros meios estudados. Este efeito pode estar ligado à melhor
interação do SiO2 com o PLA e também a provável interação do DCP com o mesmo.
Neste caso a interação do DCP com SiO2 pode ser responsável pelo baixo teor de
DCP liberado no decorrer das cinco horas (LU et al., 2002; REDDY et al., 2012).
118
As liberações encontradas retardam a liberação de DCP que pode ser útil
para aumentar o tempo de presença de diclofenaco no corpo, visto que o tempo de
meia vida é muito curto.
6.3.5 Estudo de indução magnética
Nesta etapa da pesquisa torna-se necessária a avaliação do potencial
hipertérmico dos compósitos magnéticos e também a avaliação da % de DCP
liberado durante a análise de indução magnética.
As análises de indução magnética foram efetuadas em água como meio
dispersante do calor. Inicialmente foram testadas as partículas magnéticas antes de
serem incorporadas ao sistema polimérico.
A Figura 76 mostra a temperatura máxima alcançada durante a exposição de
um campo magnético externo oscilante gerado com uma corrente elétrica de 400
amperes durante o tempo de 500 segundos.
Os resultados confirmam a propriedade hipertérmica das partículas (KUMAR;
MOHAMMAD, 2011; MEENACH; HILT; ANDERSON, 2010; SADHUKHA;
WIEDMANN; PANYAM, 2013; SCHILDKOPF et al., 2010).
119
Figura 76 - Aumentos de temperaturas obtidas no teste de indução magnética das cargas magnéticas sintetizadas e modificadas
O resultado de indução magnética mostra que a Magn possui 10,3% a menos
de capacidade de aquecimento do fluido aquoso em relação à Maghemita (Mag).
Este valor corrobora os encontrados no teste de força magnética, onde a Magn
apresenta 22,8% a menos de força magnética em relação a Mag. Estes resultados
se complementam quando correlacionamos a hipertermia com a força magnética da
Mag e Magnetita (Magn). Estes resultados são inéditos e podem ser usados para
justificar a preferência do uso de Mag, preferencialmente, nos novos compósitos a
serem estudados.
Em relação às maghemitas modificadas, todas mostram valores de
temperatura superiores as da Mag. Isto mostra que quando modificada a Mag tende
a possuir maior capacidade hipertérmica. Se for comparado o percentual encontrado
na MagPVA de 13% e os teóricos da Magsil de 50% e da H2TKP4 de 74% de
modificação, embora a força magnética seja drasticamente reduzida à capacidade
hipertérmica é aumentada. A modificação permite não só uma maior
compatibilização polimérica, mas promove a possibilidade de ligar quimicamente a
partícula ao fármaco ou até mesmo a matriz polimérica. Esta possibilidade mostra
um grande avanço na pesquisa de compósitos e nanocompósitos a base de Mag.
59,9
66,8
68,5
70,0
71,7
54
56
58
60
62
64
66
68
70
72
74
Magn Mag MagPVA Magsil H2TKP4
ΔTem
pe
ratu
ra (
°C)
120
Se comparado os dados de tamanho do cristalito mostrados na Tabela 14, é
possível especular que a capacidade hipertérmica não está relacionada diretamente
ao tamanho do cristalito somente, mas com a forma de distribuição sem
aglomeração das cargas.
Para avaliar a relação de tamanho dos aglomerados de nanocristalitos é
necessário que seja feito uma análise que meça o tamanho real dos aglomerados.
Sem estes dados não é possível que seja feita uma discussão entre o tamanho da
partícula e sua capacidade hipertérmica com os compostos usados neste trabalho.
A Figura 77 mostra os valores de acréscimo de temperatura alcançado para
os compósitos nas mesmas condições usadas para as partículas magnéticas.
Os resultados encontrados são comparáveis aos das partículas quando
comparado a capacidade hipertérmica com a modificação das partículas.
Figura 77 - Aumentos de temperaturas obtidas no teste de indução magnética nos compósitos magnéticos
O resultado sugere que independente da quantidade de carga, quando
comparado, a proporção de aumento da temperatura será sempre a mesma que foi
observada na carga isolada.
15,6
19,120,6
21,7
0
5
10
15
20
25
PLA+Mag PLA+MagPVA PLA+Magsil PLA+H2TKP4
ΔTem
pe
ratu
ra (
°C)
121
Figura 78 - Comparação dos resultados de indução magnética comparados com os dados de % DCP após a indução e % DCP no teste de liberação com campo magnético externo
É possível observar na Figura 78 que os resultados do aumento de
temperatura no teste de indução magnética dos compósitos magnéticos não
apresentam valores proporcionais de liberação de DCP. O compósito PLA+Mag foi o
que menos causou variação da temperatura do sistema e na quantidade de DCP
dosado após o teste foi o que mais liberou DCP para o sistema. Se compararmos os
resultados do teste de liberação em meio ácido por cinco horas é possível observar
que a liberação obedece à mesma característica que observada no teste de indução
magnética.
Portanto uma hipótese válida pode ser de que a liberação do DCP no teste de
indução magnética segue o mesmo perfil do teste de liberação ácida por cinco
horas, não tendo correlação com a temperatura alcançada no teste de indução com
a % de DCP liberada ao término do mesmo.
Os resultados mostrados na Tabela 18 mostram que a quantidade de DCP
liberado durantes os 500 segundos de indução magnética possui uma equivalência
de 65,1 a 89,9% de DCP liberado durante as cinco horas no teste de liberação. Este
efeito mostra que durante o processo de hipertermia magnética a quantidade de
fármaco liberada aumenta consideravelmente em um curto intervalo de tempo.
15,6
19,120,6
21,7
3,82
1,23 1,25
2,35
4,25
1,88 1,88
2,89
0
1
2
3
4
5
6
7
0
5
10
15
20
PLA+Mag PLA+MagPVA PLA+Magsil PLA+H2TKP4
% D
CP
ΔTem
pe
ratu
ra (
°C)
Temperatura (°C) %DCP Ind. %DCP Liber.
122
Podemos dizer assim que vinculado a morte das células cancerosa devido possuir
menos resistência a aumentos de temperatura, o DCP é liberado mais rápido
durante o tratamento por hipertermia magnética e, desta forma, a sua eficácia é
alcançada em maior escala no momento do que o paciente estiver sendo submetido
à indução magnética. Assim, os efeitos de ação farmacológica do fármaco têm um
pico de ação que pode fornecer ao paciente alívio rápido dos possíveis efeitos
adversos relacionados ao tratamento.
Tabela 18 - Valores de %DCP liberados no teste de indução magnética em relação ao teste de dissolução
6.4 USO DA REAÇÃO DE UGI PARA SÍNTESE DE NOVOS COMPÓSITOS
Muitos dos sistemas usados na liberação controlada de fármacos são
baseados em polímeros, entre os quais, os mais utilizados são o poli(etilenoglicol)
(PEG) e o poli (ácido láctico) ou o análogo glicólico (CHEN et al., 2003; PERRY et
al., 2012). A capacidade de biomascaramento do PEG tem sido reportada como uma
de suas principais características (FONTANA et al., 2001; HUANG et al., 2005;
OHGUCHI et al., 2008). Porém, a conjugação do PEG a diferentes sistemas de
liberação controlada ou fármacos (peptídeos e proteínas) prevê o reconhecimento
do sistema por diferentes sistemas de defesa do organismo.
A reação multicomponente de Ugi foi muito explorada na formação de
moléculas pequenas. As formações de moléculas complexas por via sintética
geralmente estão vinculadas a várias etapas que, na sua grande maioria, possui
baixo rendimento, podendo invibializar a síntese das mesmas fora da escala
laboratorial. A reação de Ugi vem sendo usada com sucesso para a junção de
Compósito %DCP
(Teste de liberação – indução)
PLA+Mag 89,84
PLA+MagPVA 65,51
PLA+Magsil 66,46
PLA+H2TKP4 81,14
123
macromoléculas como peptídeos e proteínas, porém o uso com polímeros é uma
nova possibilidade de aplicação ainda não explorada.
O principal objetivo deste estudo foi à preparação de um novo sistema de
liberação controlada baseado na ligação química de três elementos previamente
mencionados (PLA, PEG e partículas magnéticas), mediante a utilização da reação
multi componente de Ugi. Adicionalmente a presença de partículas magnéticas no
compósito permite o direcionamento mediante a ação de um campo magnético
externo, além da alteração da cinética de liberação, via constrição magnética
(PEREIRA et al., 2013b; RĂCUCIU; CREANGĂ; AIRINEI, 2006), bem como a
habilidade de produzir hipertermia magnética, todos muito importantes para o
tratamento do câncer.
6.4.1 Síntese de compósito hipertérmico por reação de Ugi
A reação de Ugi envolve quatro grupos funcionais distintos que são o aldeído,
o grupo amina, o ácido carboxílico e um grupo ciano. Para a síntese do Ugi
Magnético (UgiMag) foram usados o PEG bis amino (PEG-NH2), a magnetita
modificada com glutaraldeído (magnetita aldeídica) o PLA e o cianeto de t-butila.
O PEG-NH2 foi sintetizado a partir do PEG comercial, obtendo-se rendimento
final de 95%, segundo a reação mostrada na Figura 79. O PEG foi aminado via
acetilação com cloreto de monocloroacetila (CCA), (1), com posterior aminação com
etileno diamina, (2). Os rendimentos obtidos coincidem com os reportado na
literatura para este tipo de reação (BISCHO, RAINER, 1993).
Figura 79 - Síntese de PEG bis-amino via cloreto de monocloroacetila
124
A magnetita aldeídica foi preparada por co-precipitação de sais de ferro II e
ferro III (RUIZMORENO et al., 2012) e modificada com glutaraldeído por sonicação.
O método de preparo foi diferente do utilisado por Qu e colaboradores pelo fato do
métoto com redução parcial de íons férricos com sulfito gerarem grande quantidade
de sais inorgânicos solúveis. Estes sais necessitam que seja realizada lavagens
excessivas para evitar resíduos salinos, o que ocorre em menor quantidade pelo
método segundo RuizMoreno (QU et al., 1999; RUIZMORENO et al., 2012).
Para que a reação da partícula magnética com o glutaraldeído seja efetiva é
necessário o uso das hidroxilas externas da partícula que são formadas no processo
de síntese em fase aquosa. Para garantir a presença dos grupos hidroxílicos o
processo de oxidação térmica da maghemita não pode ser aplicado por eliminar toda
água e consequentemente as hidroxilas livres. Mesmo sabendo que as análises
anteriores de força magnética e indução mostraram maior potencialidade para a
maghemita, os resultados encontratos para amagnetiva se mostraram aceitáveis
para os fins propostos.
O PLA utilizado foi o sintetizado para preparo dos compósitos.
6.4.2 Caracterização
A caracterização do PEG aminado (PEG-NH2) e do PEG acetilado (PEG-Ac)
foram iniciadas por FTIR. Na Figura 80 observam-se os sinais que identificam os
grupos funcionais do PEG, banda a 1751 e 1730 cm-1 (C=O) do grupo Ester do
PEG-CCA e PEG bis amino respectivamente. A banda referente à N-H de amina,
deveria ser um dublete, porém devido à presença em quantidades equimolares de
aminas primárias e secundária, provavelmente tenha ocorrido uma junção das três
bandas gerando somente uma única banda em 3420 cm-1 (N-H) do PEG bis amino.
Não foi possível observar o sinal correspondente ao grupo (C-N) devido à baixa
razão molar do grupo amino em comparação com o PEG e por que a banda possui
absorção muito próxima das bandas referentes a C-O de éter e (C=O)O-C de éster
(SILVERSTEIN; WEBSTER; KIEMLE, 2006).
125
Figura 80 - Espectro de FTIR do PEG-Ac e PEG-NH2
O PEG-Ac e PEG-NH2 foram caracterizados posteriormente por RMN-1H. Na
Figura 81 (a) observam-se dois sinais a 4,11 e 3,45ppm que identificam o CH2-Cl do
CCA e o CH2-CH2 do PEG respectivamente. Na Figura 81 (b) não se observa o sinal
correspondente ao CCA o que sugere o consumo deste grupo funcional com a
reação com etilenodiamina. Não foi possível observar o sinal correspondente ao
grupo (CH2–CH2) do etilenodiamina no PEG-NH2 provavelmente devido ao overlap
com os sinais do grupo (CH2–CH2) do PEG.
126
Figura 81 - Espectros de RMN-1H de PEG-Ac (a) e PEG-NH2(b)
Para caracterização da Magnetita modificada com aldeído (MagAld) foi
realizado inicialmente a de FTIR para confirmar os grupos funcionais referentes ao
glutaraldeído preso quimicamente a superfície da Magn.
O espectro da Figura 82 (a) mostra as bandas em 588 e 585 cm-1, que
identificam a Magn, o que coincide com os resultados reportados na literatura em
estudos de analises de magnetita por FTIR (ANDRADE et al., 2009; CAVALCANTE;
LAGE; FABRIS, 2008). Também se observam na Figura 82 (b) os sinais que
identificam os grupos funcionais do glutaraldeído ligado na superfície da magnetita,
as em bandas 1717 cm-1 (C=O), 2860 cm-1 ((C=O)H) e 2927 cm-1 (CH2), o que
127
corrobora a presença do glutaraldeído na partícula magnética (SILVERSTEIN;
WEBSTER; KIEMLE, 2006).
Figura 82 - Espectro de FTIR da Magn (a) e MagAld (b)
Para quantificar a quantidade de glutaraldeído ligado quimicamente a
magnetita, foi usado a análise de TGA. As analises de TGA da Magn e MagAld
mostraram uma perda de massa de 2%, provavelmente perda de água, e uma
segunda perda de 22,9% provavelmente devido à presença do glutaraldeído ligado
à partícula magnética (Figura 83).
128
Figura 83 - analise termogravimétrica da Magn (a) e a MagAld (b).
Caracterizado os produtos que fazem parte da reação de Ugi, o produto da
reação multicomponente de Ugi foi obtido com um 80% de rendimento segundo o
procedimento descrito na Figura 84, e foi caracterizado por técnicas de FTIR, DSC,
TGA, DRX e força magnética. A Figura 85 mostra a partícula de UgiMag, de forma
simplificada, após a reação de Ugi.
129
Figura 84 - Mecanismo da reação de Ugi com a UgiMag
Figura 85 - Estrutura hipotética simplificada do UgiMag
130
A Figura 86 mostra o resultado correspondente à análise por FTIR.
Figura 86 - Espectro de FTIR do UgiMag
Na Figura 86 se observam os sinais que identificam os grupos funcionais do
PEG e do PLA. As bandas do PEG a 2945 e 1093 cm-1 correspondentes aos grupos
CH2 e C-O respectivamente e as bandas do PLA a 2996, 2881, 1762 e 1048
correspondentes aos grupos CH3, CH, C=O e (C=O)-O-C respectivamente. Também
se observam as bandas que identificam a magnetita a 588 e 585 cm-1 (ANDRADE et
al., 2009; GARLOTTA, 2001; ZHANG et al., 2012).
Para verificar o padrão de difratograma da magnetita na Magn, MagAld e
UgiMag, ao mesmos foram analisados por DRX apresentaram picos a 2θ com
valores de 30.3°, 35.7°, 43.3°, 53.9°, 57.3° e 63.0°, o que confirma a estrutura
espinélica do cristal da magnetita, sugerindo que a reação do Ugi não mudou a
estrutura cristalina da partícula magnética (Figura 87). Os picos obtidos coincidem
com os reportados na literatura em estudos de DRX de magnetita (ROCA et al.,
2007; SCHIMANKE; MARTIN, 2000; XU; ZHENG, 2006). Também segundo a
131
equação de Sherrer foi calculado o tamanho do cristal da magnetita, magnetita
aldeídica e o produto do Ugi (XU; ZHENG, 2006) obtendo se valores de 13,6, 13,4 e
12,5 nm respectivamente.
Figura 87 - DRX da Magn, MagAld e UgiMag
A análise de TGA foi usado para verificar as temperaturas máximas de
degradação térmica do PEG e PLA ligados a estrutura do UgiMag. Os resultados
correspondentes ao TGA do produto do Ugi se apresentam na Figura 95 onde se
observam duas temperaturas de perdas de massa a 264,4 °C e 362,2 °C no
compósito magnético feito por Ugi, as quais coincidem com as temperaturas
registradas para o PLA e o PEG respectivamente o que sugere a presença dos dois
polímeros no compósito magnético.
Inte
nsid
ade
132
Figura 88 - analise de TGA do PEG, PLA e do UgiMag
A análise de DSC foi realizada para identificação dos eventos térmicos no
PEG analise de DSC mostrou uma queda dos valores da Tg, Tm e temperatura de
cristalização (Tc) do Ugi magnético em comparação com o PLA, provavelmente
devido à substituição das interações rígidas e homogêneas na estrutura do PLA por
interações mais heterogêneas do tipo PLA-PEG produto da reação do Ugi (Figura
89(a)). Conseqüentemente o produto do Ugi apresentou valores de Tg de 52,8°C
menores aos valores obtidos para o PLA o qual foi de 59,9°C (Tabela 19). Este
resultado coincide com os reportados em estudos de analise térmico de copolímeros
PLA-PEG onde se observou uma queda da Tg do copolímero em comparação com o
PLA (PAUL et al., 2003). Esperadamente também se observou uma redução da
15°C na Tc de do compósito de Ugi em comparação com o PLA, o que coincide com
o reportado na literatura (OZKOC; KEMALOGLU, 2009). O valor da Tm do compósito
do Ugi também apresentou uma queda entre 14 e 21°C em comparação com o PLA,
provavelmente pela influência do PEG na estrutura do PLA. Esta queda da Tm do
133
compósito poderia se considerar como um indicativo da formação do compósito
(Figura 89 (b)) (YANG et al., 2006). Finalmente porcentagem de cristalinidade (Xc)
do compósito apresentou um aumento 21.2% to 29.2% em comparação com o PLA,
o que já foi reportado em estudos similares (THOMAS et al., 2013; ZHONG et al.,
2012). Os resultados de DSC se apresentam na Figura 89 e Tabela 19.
Figura 89 - Resultados de DSC do PLA, PEG e UgiMag
134
Tabela 19 - Dados de TGA e DSC do PLA, PEG-NH2 e UgiMag
Amostra Tg (°C) Tc (°C) Tm (°C) (%) Xca Td (°C) b
PLA 59,8 98,6 144,0
154,4 21,2 272,8
PEG-NH2 - - 56,7 - 394,1
UgiMag 52,8 84,2
140,3
123,2
54,4
29,2 264,4
392,4
a Determinado considerando °Hm (padrão) = 106 J/g (MOON et al., 2010b)
b Temperatura máxima de degradação térmica determinada por TGA
O produto de Ugi também foi caracterizado pelo teste de força magnética, os
resultados se apresentam na Figura 90 e na Tabela 20.
Tabela 20 - Resultados de Força magnética da Magn, MagAld e UgiMag
Amostras Força Magnética (mN/g) Força Magnética Relativa (%)
Magn 762,89 ± 1,20 -
MagAld 589,10 ± 0,74 70,67
UgiMag 103,14 ± 1,20 13,52
Figura 90 - Gráfico de Força Magnética da Magnetita (a), Magnetita modificada com glutaraldeído (b) e Ugi Magnético (c)
135
A Figura 90 se mostra uma perda da força magnética com a modificação da
superfície da magnetita o que corrobora a presença dos dois polímeros ligados
quimicamente na superfície da partícula magnética.
Morfologicamente o compósito foi caracterizado por técnica de MEV, se
observando a presença de um filme em volta da partícula de magnetita o que sugere
a presença do sistema polimérico PLA-PEG ligado na partícula magnética. Os
resultados são mostrados na Figura 91.
Figura 91 - MEV da magnetita e do UgiMag. Magn (a) e (b) e UgiMag (c) e (d) em duas
aproximações diferentes
6.4.3 Estudo de indução magnética
Os sistemas de compósitos magnéticos produzido por fusão mostraram
capacidade de hipertermia magnética para o tratamento de câncer. Os resultados
136
discutidos no item 4.3.5 mostram que a carga magnética dispersa na matriz
polimérica não atrapalhou a viabilidade do compósito ser hipertérmico.
Neste novo sistema, produzido por síntese via reação de Ugi, Há ligação
química efetiva entre o PEG, o PLA e a magnetita, diferentemente dos compósitos
magnéticos estudados anteriormente. A indução magnética é importante para
verificar se a ligação química da carga magnética com o polímero não apresentará
problemas na capacidade hipertérmica. Neste momento não será avaliado a
liberação do DCP por que o mesmo ainda não foi incorporado a este novo compósito
magnético. Esta incorporação do DCP deverá ser avaliada futuramente.
A indução foi realizada nas mesmas condições que nos sistemas feitos por
fusão.
A Figura 92 mostra que a Magnetita apresentou aumento de temperatura 45,7
% menor que no Ugi Magnético. Este efeito não foi observado nos compósitos
magnéticos obtidos por fusão.
Figura 92 - Resultados de indução magnética no Ugi Magnético (UgiMag) e na Magnetita (Magn)
A diferença entre o aumento da temperatura obtida no teste indução da Magn
citada no item 4.3.5 e a usada para a reação de UgiMag pode estar relacionada à
rota sintética diferente para cada Magn que podem apresentar tamanhos diferentes
dos aglomerados de cristalito.
Como já era esperado a ligação química do PLA e PEG com a Magn não
interferiu na capacidade hipertérmica do compósito UgiMag. Tendo este o mesmo
17,5
38,3
0
10
20
30
40
50
Magn UgiMagn
ΔTe
mp
era
tura
(°C
)
137
potencial que os compósitos magnéticos obtidos por fusão de uso no tratamento de
câncer por hipertermia magnética.
138
7 CONCLUSÕES
- A avaliação dos biocatalisadores na síntese do PLA não encontrou
diferenças em comparação com a síntese autocatalítica nas condições testadas em
relação à massa molar (5000-10000 Da). A síntese de PLA por policondensação não
possibilita o alcance de massas molares altas. Provavelmente por este motivo, não
foi possível observar diferenças entre os polímeros sintetizados com os diferentes
catalisadores. A polimerização auto-catalítica foi uma via de obtenção de PLA viável
mesmo sem o uso de catalisadores, por este motivo foi escolhida;
- As variações realizadas no procedimento de síntese de maghemita
garantiram a síntese de partículas magnética de tamanho do cristalito semelhantes,
aumento de escala em dez vezes sem perda da força magnética e obtenção final de
partículas em pó sem que fosse necessário o processo de trituração;
- Todos os compostos usados na modificação da superfície da maghemita,
garantiram a obtenção de partículas magnéticas modificadas e potencialmente mais
biocompatíveis. O procedimento de co-precipitação garantiu melhor modificação
com H2TKP e dióxido de silício;
- O procedimento de síntese por fusão garantiu o preparo dos compósitos
poliméricos com dióxido de silício, carvão e diclofenaco de potássio com uma
liberação sustentada do fármaco entre 1,84 a 3,89% menor que a obtida pelo
fármaco comercial, 7,64%, durante cinco horas de estudo;
- O procedimento de síntese por fusão também garantiu o preparo dos
compósitos magnéticos com diclofenaco de potássio, usando maghemita e
partículas magnéticas modificadas com PVA, H2TKP e sílica. A modificação das
partículas magnéticas com PVA e sílica promoveu um perfil de liberação de
diclofenaco de potássio sustentado, diferenciando-se do perfil de liberação dos
compósitos magnéticos com maghemita e partículas modificada com H2TKP que
apresentaram um perfil de liberação modificada de diclofenaco de potássio.
- A presença do campo magnético externo durante o estudo de dissolução
dos compósitos magnéticos promoveu um aumento de 0,74 a 0,94% de liberação de
diclofenaco de potássio em comparação a avaliação do mesmo compósito feito
ausência do campo magnético;
139
- Todos os compósitos magnéticos sintetizados demonstraram ser
hipertérmicos, apresentaram um aumento de temperatura entre 40,6 e 46,7°C
mediante a ação de um campo magnético oscilante externo.
140
8 PERSPECTIVAS FUTURAS
Com a obtenção de PLA de baixa massa molar por policondensação, seria
indicado usar a polimerização de abertura de anel lactídico para que as
propriedades termoplásticas e mecânicas possam ser melhor avaliadas e
observadas no uso de cada catalisador;
As partículas de Magnetita e maghemitas com e sem modificação não foram
analisadas por técnicas que permitissem a determinação do tamanho real das
partículas. Para permitir a avaliação do tamanho da partícula seria indicado o uso do
nanosize, o que permitiria calcular a o número médio de nanocristalitos presentes
nos aglomerados se este for o caso;
Todas as modificações feitas deveriam ser analisadas por TEM para avaliar o
tipo de modificação obtida em cada caso. Como não houve mudanças no padrão de
difração de raios-X a possibilidade de modificação externa é grande e não de
mudança da estrutura cristalina da partícula.
Outras concentrações de cargas deveriam ser usadas para avaliar se a
correlação entre a liberação, hipertermia e percentual de carga possui aumento
linear ou não;
O potencial de morte celular programada por apoptose após o teste de
indução magnéticas é uma vertente de grande interesse científico e que não foi
explorada durante a tese. A viabilidade de morte celular deve ser explorada para
garantir o potencial dos compósitos magnéticos no tratamento de vários tipos de
câncer.
O micro ou nano encapsulamento do fármaco é algo que proporcionaria uma
faixa mais ampla de uso dos compósitos estudados. Além de administração oral a
muscular faria a amplitude de aplicação crescer consideravelmente, assim como o
tratamento de outros tipos de câncer.
A capacidade de encapsulação de fármaco pelo Ugi magnético deve ser
explorado pelo mesmo motivo que o citado anteriormente.
Comprovada a capacidade de liberação lenta e sustentada, na maioria dos
casos, de DCP nos compósitos magnéticos e não magnéticos, o aumento da
concentração de DCP sistêmico possui grande chance de ter sido alcançado. É
necessário um estudo in vivo para avaliar este fenômeno, porém há grande chance
141
de ser confirmado o perfil de liberação de DCP, sendo necessário a dosagem de
DCP plasmático para confirmação de tal afirmação;
142
9 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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