Separação de Microfases em Copolímeros Bioerodíveis para

Libertação de FármacosElizabeth Shen, Robert Pizsczek, Brianne Dziadul, Balaji

NarasimhanAngela Pisco Nuno Santos Teresa

Cardoso55748 55746 55758

Biomateriais II28 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 Acético50ºC

refluxo

Clorofórmio

Etilo anidri

do

Éter de

petróleo

purificação

CPH CPH

Anidrido Acético em excesso

refluxo filtraç

ão

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 polímeroPode 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)

Equa

ção

de

Thom

son-

Gibb

s

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 SintetizadasPropriedad

eComposição CPH : SA

0:100 20:80 50:50 80:20

Mn (g/mol) 18619 8841 5396 5515Mw (g/mol) 38038 26529 20608 20696

PDI 2.04 3.00 3.82 3.75Tm (ºC) 79.0 66.5 50.2 114.0Tg (ºC) 62.2 50.0 -- 32.9Tm1 (ºC) 79.0 66.5 50.2 114.0Tm (ºC) 92.5 78.8 51.0 117.5

Hpuro (J/g) 221.3 153.3 92.1 55.3L (nm) 17 26 81 288

XWAXD (%) 60.8 46.7 29.6 28.0XDSC (%) 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 TérmicasO 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 poliméricasDetecção 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 80:20

2. 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.