Separação de Microfases em Copolímeros Bioerodíveis para
Libertação de FármacosElizabeth Shen, Robert Pizsczek, Brianne Dziadul, Balaji
Narasimhan
Angela Pisco Nuno Santos Teresa Cardoso
55748 55746 55758Biomateriais II
28 de Outubro de 2008
LIBERTAÇÃO DE FÁRMACOS
Possibilidade de aplicar em órgãos específicos uma quantidade específica de fármaco durante um determinado tempo.
A quantidade de fármaco depende principal e significativamente apenas do processo de erosão da superfície do polímero.
Uso terapêutico.
Tempo de libertação: entre semanas a anos.
POLÍMERO CPP:SA
Polímero mais utilizado em estudos humanos: 1,3-bis-p-carboxyphenoxy propane-co-sebacic
anhydride – (20:80 CPP:SA) — ou derivados.
Os polianidridos são constituídos por monómeros diácidos carboxílicos ligados por uma ligação anidridica.
A degradação destas ligações é efectuado por hidrólise em ambiente de água.
LIBERTAÇÃO vs EROSÃO
Retirado de [xxx].
OBJECTIVOS
Hipótese: Co-monómeros sujeitam-se a separação de micro-
fase dependendo da sua hidrofobicidade e composição.
Os compostos integrados separam-se termodinamicamente dentro do polímero.
Como demonstrar: Relatórios anteriores que corroborem a hipótese. Caracterização térmica, morfológica e micro
estrutural do CPH:SA.
POLÍMERO: CPH:SA
SA: Ácido Sebácico
CPH: 1,6-bis-(p-carboxifenoxi)hexano
SA
Anidrido Acético em excesso
SA
Ácido Acético
50ºC
refluxo
Clorofórmio
Etilo anidri
do
Éter de
petróleo
purificação
CPH CPH
Anidrido Acético em excesso
refluxo
filtração
evaporação
lavagem
Éter de etilo seco
purificaçãoClorofór
mio
filtração
evaporação
agitaçãofiltração
secagem
CPH:SA
Composição Molar: 0:100, 20:80, 50:50 e 80:20 de CPH:SA. Efectuado por policondensação dos prepolímeros
acetilados.
Introdução do fármaco:
Caracterização do CPH:SA: Peso Molecular e sua distribuição: Cromatografia de
exclusão molecular. Propriedades térmicas e caracterização morfológica. Caracterização micro estrutural.
CPH:SABrilliant blue
p-nitroanil
ino
CPH:SA
Cromatografia de exclusão molecular: Passagem da amostra segundo
uma coluna com um meio poroso.
As partículas de menor dimensão são retidas no meio.
Microscopia de força atómica (AFM): A passagem da sonda na
superfície da amostra varia a sua posição segundo z.
O transdutor converte a força da sonda em energia eléctrica analisada pelo computador.
CPH:SA
Calorimetria exploratória diferencial (DSC): Constituído por uma amostra e
substância de referência. A variação da temperatura do
polímero é acompanhado pela substância de referência.
As diferentes variações ocorrem em pontos de transição de fase.
Difracção de raio-X (WAXD): Teoria baseada na lei de Bragg. Utilizado para determinar a
estrutura das partículas poliméricas.
Massa em número
Massa em peso
Índice de polidesper
são
• > 1 polidespers
o• = 1
monodisperso
FUNDAMENTOS TEÓRICOS(1)
Massas molares e Índice de polidespersão
FUNDAMENTOS TEÓRICOS(2)
Grau de Cristalinidade Fracção de cristalinidade (elevada ordem tri-
dimensional) na amostra de polímero
Pode ser calculada utilizando
Difracção de Raios-Xárea sob os picos
cristalinos (Ac) dividida pela área total sob o padrão de difracção
(At) t
cWAXD A
AX
Difracção de Raios-X e Calorimetria DiferencialCalcula-se relativamente ao grau de cristalinidade
dos homopolímeros
pureSA,SApureCPH,CPH
copolymerDSC ΔHWΔHW
ΔHX
Equação de Thomson-Gibbs
Temperatura de fusão de um cirstal
de espessura LTemperatura de fusão de
equilibrio de um cristal de espessura infinita
Calor de fusão por
unidade de volume dos
cristais
Energia livre da superfície lateral por unidade de
área dos enrolamentos da
cadeia
FUNDAMENTOS TEÓRICOS(3)
Espessura lamelar do cristal
H obtido directamente de dados de calorimetria diferencial
e=70 erg/cm3
Aplicação preferencial ao estudo de homopolímeros
Utilização em copolimeros tem se mostrado adequada para a previsão da espessura lamelar do cristal nestes polímeros
Resultados médios enquadram-se no intervalo definido pelo erro experimental
FUNDAMENTOS TEÓRICOS(4)
Espessura lamelar do cristal
Mandelkern et al (Macromolecules, 1994)
Lu et al (Macromolecules, 1994)Mallapragada (J. Polym Sci: Part B:
Polym Phys, 1996)
Eq
uaçã
o d
e
Thom
son-
Gib
bs
FUNDAMENTOS TEÓRICOS(5)
Tm92.5º
Têmpera do polímero
aumenta a mobilidade da
cadeia, permitindo que
as lamelas se rearragem e
cresçam
Espessura lamelar do cristal
Fig. ??. Representação gráfica de Tm vs Tc para o poli(SA).
Ao introduzir-se um fármaco no polímero, ocorre o fenómeno de depressão crioscópica
FUNDAMENTOS TEÓRICOS(6)
Interacções Fármaco-Polímero
Parâmetro de interacção polímero-fármaco = B / T
Fracção volúmica do fármaco
Temperatura de fusão da mistura
Temperatura de fusão inicial
Volume molar da unidade de repetição do
polímero
Volume molar de fármaco
Constante dos gases perfeitos
RESULTADOS E DISCUSSÃO (1)
Propriedades das Polianidridas Sintetizadas
Propriedade
Composição CPH : SA
0:100 20:80 50:50 80:20
Mn (g/mol) 18619 8841 5396 5515
Mw (g/mol) 38038 26529 20608 20696
PDI 2.04 3.00 3.82 3.75
Tm (ºC) 79.0 66.5 50.2 114.0
Tg (ºC) 62.2 50.0 -- 32.9
Tm1 (ºC) 79.0 66.5 50.2 114.0
Tm (ºC) 92.5 78.8 51.0 117.5
Hpuro (J/g) 221.3 153.3 92.1 55.3
L (nm) 17 26 81 288
XWAXD (%) 60.8 46.7 29.6 28.0
XDSC (%) 60.8 59.2 29.1 25.8
RESULTADOS E DISCUSSÃO (2)
Cristalinidade e Propriedades Térmicas
À medida que a fracção de CPH aumenta, os picos de difracção deixam de estar bem definidos, confluindo para um único pico largo
FRACÇÃO DECRISTALINIDADE
DIMINUI
Fig. ??. Padrões de difracção de raios-X
poly(SA)
CPH:SA 20:80
CPH:SA 50:50
CPH:SA 80:20
Temperaturas de fusão relativamente baixas
Reduz aprobabilidade de
desnaturação por calor das
moléculas nas quais foi
incorporado o fármaco
RESULTADOS E DISCUSSÃO (3)
Cristalinidade e Propriedades Térmicas
O calor de fusão diminui à medida que o conteúdo em CPH aumenta
CRISTALINIDADE DIMINUI
Fig. ??. Termogramas de DSC
ANGELA
Uniformizar tamanho e formato das legendas Confirmar numeração Fazer animações Referências ao longo dos slides aos locais de
onde foram retiradas as imagens Bibliografia
RESULTADOS E DISCUSSÃO (4)Microestrutura das
superficies poliméricas
Detecção topográfica
Detecção de fase
copolímero SBS (polystyrene-block-polybutadiene-block-
polystyrene)
Separação de microfases ????
RESULTADOS E DISCUSSÃO (5)Microestrutura das
superficies poliméricas
Detecção topográfica
Poli(SA)
Detecção topográfica
50:50 CPH:SA
Detecção de fase50:50 CPH:SA
Detecção de fasePoli(SA)
Detecção topográfica semelhante à detecção de
fase/
Domínios de contraste na detecção de fase estão
visíveis como diferenças de amplitude na detecção
topográficaNão há separação de microfases !
RESULTADOS E DISCUSSÃO (6)Microestrutura das
superficies poliméricas
Detecção topográfica não é semelhante à detecção de
fase/
Domínios de contraste na detecção de fase não estão visíveis como diferenças de
amplitude na detecção topográficaHá separação
de microfases !
Detecção topográfica
80:20 CPH:SA
Detecção topográfica
20:80 CPH:SA
Detecção de fase20:80 CPH:SA
Detecção de fase80:20 CPH:SA
RESULTADOS E DISCUSSÃO (7)Microestrutura das
superficies poliméricas 1H NMR
Ron et al (Macromolecules, 1991)
Para um elevado conteúdo de um dos monómeros, o copolímero tem um comportamento em blocos
Comportamento em blocos conduz à separação de microfases
RESULTADOS E DISCUSSÃO (8)Interacção entre o
polí(SA) e o fármaco brilliant blue
Termogramas obtidos através de DSC do poli(SA) com 15% de brilliant blue. a) Sem
têmpera; b) Têmpera de 65oC; c) Têmpera de 70oC; d) Têmpera de 75oC.
0 fármaco brilliant blue não influencia os
valores de temperatura de fusão do polímero
poli(SA)
RESULTADOS E DISCUSSÃO (9)Interacção entre o
polí(SA) e o fármaco brilliant blue
Padrão de difracção de raios-X do poli(SA) com várias proporções de brilliant blue. a)
0%; b) 15%; c) 30%; d) 45%.
Aparecimento de um padrão característico
após a adição do fármaco
( 31<2<40 )
Alterações muito pequenas nos
valores de cristalinidade
RESULTADOS E DISCUSSÃO (10)Interacção entre o
polí(SA) e o fármaco p-nitroanilina
Termogramas obtidos através de DSC do poli(SA) com a) 0%, b) 5%, c)10% e d)
15% do fármaco p-nitroanilina.
0 fármaco p-nitroanilina
conduz a uma diminuição dos
valores de temperatura de
fusão do polímero poli(SA)
RESULTADOS E DISCUSSÃO (11)Interacção entre o
polí(SA) e o fármaco p-nitroanilina
= 4214/T(K)
Não se verifica o aparecimento de um padrão característico
após a adição do fármacoRedução da
cristalinidade 10%
Padrão de difracção de raios-X do poli(SA) com várias proporções de p-nitroanilina. a) 0%; b) 5%; c) 10%; d)
15%.
Recta cujo declive corresponde ao parâmetro de interacção entre o polímero e o fármaco p-
nitroanilina.
CONCLUSÕES E ESTUDOS RECENTES (1)
1. Existe separação de microfases para composições específicas do copolímero CPH:SA –
20:80 e 80:202. Técnica de AFM forneceu evidências físicas
acerca da separação de microfases……mas sem fornecer informações acerca das
dimensões dos domínios de separação
Small Angle X-ray Scattering (SAXS)O conhecimento adequado
das dimensões destes domínios permitirá um
maior esclarecimento no que se refere ao processo
de libertação controlada de fármacos !!!
3. Comportamento em blocos para as composições 80:20 e 20:80 do copolímero CPH:SA
4. A introdução de fármacos hidrofóbicos (p-nitroanilina) em polímeros relativamente
hidrofóbicos (poli(SA)) causa uma diminuição nos valores de temperatura de fusão e no grau de
cristalinidade, ou seja…… fármacos hidrofóbicos interagem com polímeros
relativamente hidrofóbicos
CONCLUSÕES E ESTUDOS RECENTES (2)
5. Espectroscopia fotoelectrónica de raios X – XPS – para uma análise química mais detalhada das
estruturas cujas microfases se separam
6. Medições dos ângulos de contacto têm vindo a permitir uma quantificação dos graus de
hidrofobicidade dos fármacos e dos polímeros
CONCLUSÕES E ESTUDOS RECENTES (3)
OBRIGADO
REFERENCIAS
IUPAC. Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the "Gold Book"). Compiled by A. D. McNaught and A.Wilkinson. Blackwell Scientific Publications, Oxford (1997). XML on-line corrected version: http://goldbook.iupac.org (2006-) created by M. Nic, J. Jirat, B. Kosata; updates compiled by A. Jenkins. ISBN 0-9678550-9-8. doi:10.1351/goldbook. Last update: 2008-10-07; version: 2.0.2.