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UNIVERSIDADE DO VALE DO ITAJAÍ

SÍNTESE E CARACTERIZAÇÃO DE NANOPARTÍCULAS

MAGNÉTICAS DE DERIVADOS DA QUITOSANA PARA APLICAÇÃO

COMO SISTEMAS DE LIBERAÇÃO DE INDOMETACINA

ALINE DEBRASSI

Itajaí - 2011

UNIVERSIDADE DO VALE DO ITAJAÍ

PROGRAMA DE MESTRADO ACADÊMICO EM CIÊNCIAS

FARMACÊUTICAS

ÁREA DE CONCENTRAÇÃO EM PRODUTOS NATURAIS E

SUBSTÂNCIAS SINTÉTICAS BIOATIVAS

ALINE DEBRASSI




Dissertação submetida à Universidade do Vale do Itajaí como parte dos requisitos para a obtenção do grau de Mestre em Ciências Farmacêuticas.

Orientador: Prof. Dr. Clóvis Antonio Rodrigues

Itajaí, Julho de 2011

D353s

Debrassi, Aline, 1987-

Síntese e caracterização de nanopartículas magnéticas de derivados

da quitosana para aplicação como sistemas de liberação de indometacina [manuscrito] / Aline Debrassi . – Itajaí, 2011.

137 f. : il. (tab.).

Inclui lista de figuras, tabelas e abreviaturas.

Referências: p. 122-137.

Cópia de computador (Printout(s)). Dissertação submetida à Universidade do Vale do Itajaí como parte dos

requisitos para a obtenção do grau de Mestre em Ciências

Farmacêuticas.

“Orientador: Prof. Dr. Clóvis Antonio Rodrigues.”

1. Indometacina 2. Nanopartículas. 3. Quitosana. II. Título.

CDU: 615.03

Bibliotecária Eugenia Berlim 14/963




Aline Debrassi

‘Esta Dissertação foi julgada adequada para obtenção do Título de Mestre em Ciências Farmacêuticas, Área de Concentração Produtos Naturais e Substâncias Bioativas e aprovada em sua forma final pelo Programa de Mestrado em Ciências Farmacêuticas da Universidade do Vale do Itajaí.’

____________________________________ Clóvis Antonio Rodrigues, Dr.

Orientador

__________________________________________________________ Tania Mari Bellé Bresolin, Dra.

Coordenador do Programa Mestrado em Ciências Farmacêuticas

Apresentado perante a Banca Examinadora composta pelos Professores:

______________________________________

Dr. Clóvis Antonio Rodrigues (UNIVALI) Presidente

______________________________________ Dr. Valfredo Tadeu de Fávere (UFSC)

Membro

______________________________________ Dra. Ruth Meri Lucinda da Silva (UNIVALI)

Membro

Itajaí (SC), 05, julho de 2011

Dedico esta dissertação àqueles que sempre

apoiaram minhas decisões profissionais.

“O riso é eterno,

A imaginação não tem idade

E os sonhos são para sempre”

(Walt Disney)




Aline Debrassi

Julho/2011 Orientador: Clóvis Antonio Rodrigues, Dr. Área de Concentração: Produtos naturais e substâncias bioativas. Número de Páginas: 136. As partículas magnéticas têm sido objeto de estudo em diversas áreas, possuindo diferentes aplicações, dentre elas na hipertermia induzida magneticamente e como sistemas de liberação vetorizada de fármacos. Os óxidos de ferro, principalmente a magnetita (Fe3O4) e a maguemita (!-Fe2O3), são os principais materiais magnéticos utilizados para aplicações biomédicas devido à sua biocompatibilidade e estabilidade, além de apresentarem o comportamento desejável de superparamagnetismo. A quitosana é um bom candidato para o preparo de partículas magnéticas por suas características biocompatíveis. Dessa forma, o objetivo do trabalho foi sintetizar partículas magnéticas de óxidos de ferro e derivados da quitosana, caracterizá-las e utilizá-las para a vetorização de fármacos, empregando a indometacina como modelo de fármaco hidrofóbico. As partículas foram preparadas com os polímeros O-carboximetilquitosana e O-carboximetilquitosana-N-benzil através de duas metodologias: formação in situ e incorporação. As nanopartículas foram caracterizadas através das técnicas de determinação do teor de ferro, espectroscopia no infravermelho, termogravimetria, calorimetria exploratória diferencial, microscopia eletrônica de varredura, caracterização magnética e espectroscopia Mössbauer. Verificou-se que a metodologia in

situ produz, em geral, partículas menores, menos agregadas e com características de superparamagnetismo mais intensas que as obtidas por incorporação. A indometacina foi incorporada nas partículas magnéticas por duas metodologias: evaporação do solvente e incorporação in situ, e as partículas contendo indometacina foram caracterizadas pelas mesmas técnicas utilizadas para as nanopartículas sem o fármaco, além de microscopia eletrônica de transmissão e da determinação do teor e da eficiência de incorporação da indometacina. Verificou-se a manutenção das propriedades magnéticas das nanopartículas após a incorporação do fármaco. As partículas apresentaram eficiência de incorporação entre 33,7 e 86,2% para a metodologia de evaporação do solvente e entre 28,3 e 30,2% para a incorporação in situ. Foi realizada a liberação in vitro da indometacina em fluido corporal simulado pH 7,4 a 37 °C, observando-se um perfil semelhante para todas as partículas, com uma liberação inicial rápida da indometacina seguida de posterior liberação lenta e manutenção da quantidade de fármaco liberado. As partículas com a indometacina incorporada por evaporação do solvente apresentaram entre 55 e 85% do fármaco liberado em cinco horas, enquanto que as obtidas por incorporação in situ liberaram entre 65 e 80%. O modelo matemático mais adequado para explicar a liberação da indometacina da maioria das nanopartículas magnéticas foi o de Korsmeyer-Peppas, indicando mecanismo de difusão Fickiana. Considerando a facilidade do preparo, o comportamento de superparamagnetismo mais pronunciado, a eficiência de incorporação do fármaco e sua liberação, as nanopartículas preparadas com a O-carboximetilquitosana pela metodologia de formação in situ seguida de incorporação da indometacina por evaporação do solvente foi a mais apropriada para futuros testes com fármacos antitumorais. Palavras-chave: Indometacina. Magnetismo. Nanopartículas. Quitosana.

SYNTHESIS AND CHARACTERIZATION OF MAGNETIC

NANOPARTICLES PREPARED WITH CHITOSAN DERIVATIVES FOR

TARGETED INDOMETHACIN DELIVERY

Aline Debrassi July/2011

Advisor: Clóvis Antonio Rodrigues, Dr. Area of Concentration: Natural Products and Bioactive Synthetic Substances Number of Pages: 136. Magnetic nanoparticles have been applied for many areas, including for magnetically induced hyperthermia and drug-targeted delivery. The iron oxides, especially magnetite (Fe3O4) and maghemite (!-Fe2O3), are the main magnetic materials employed for biomedical applications due to their biocompatibility and stability, besides the desirable superparamagnetic behavior. Chitosan is a good candidate for preparing magnetic nanoparticles with iron oxides due to the biocompatible characteristics. Therefore, the aim of this work was synthesize magnetic nanoparticles with iron oxides and chitosan derivatives; characterize them and applied the nanoparticles to magnetic drug targeting. Indomethacin was chosen as model drug due to its hydrophobic characteristic. The nanoparticles were prepared with O-carboxymethylchitosan and O-carboxymethylchitosan-N-benzyl through two methods: in situ co-precipitation and incorporation. The nanoparticles were characterized by determination of the iron content, infrared spectroscopy, thermogravimetric analysis, differential scanning calorimetry, scanning electron microscopy, magnetic measurements, and Mössbauer spectroscopy. The characterization techniques showed that the in situ method yields, in general, smaller and less aggregated particles, with more intense superparamagnetic behavior than the particles prepared by incorporation technique. Indomethacin was incorporated on the particles through two methodologies: solvent evaporation and in situ incorporation. The obtained nanoparticles were characterized by the same techniques used to characterize the nanoparticles before the drug incorporation and, additionally, by transmission electron microscopy and determination of the drug loading content and efficiency. It was observed the maintenance of the magnetic properties of the nanoparticles after the drug incorporation. The particles showed incorporation efficiency between 33.7 and 86.2% for solvent evaporation method and between 28.3 and 30.2% for in situ incorporation. The in vitro drug release study was performed in simulated body fluid pH 7.4 at 37 °C. All the nanoparticles presented similar behavior, with an initial fast release of indomethacin followed by a slower release and maintenance of the percent released drug. The materials obtained through solvent evaporation released between 55 and 85% of the drug in five hours, whereas the materials obtained through in situ incorporation released between 65 and 80%. Korsmeyer-Peppas was the best-fitted mathematical model for explaining the drug release profile, indicating a Fickian diffusion mechanism. Considering the facility of synthesis, the more pronounced superparamagnetism behavior, the drug loading efficiency and its release, the nanoparticles prepared with O-carboxymethylchitosan by in

situ methodology followed by indomethacin incorporation through solvent evaporation method were the best material for further tests with antitumor agents. Keywords: Chitosan. Indomethacin. Magnetism. Nanoparticles.

LISTA DE FIGURAS

Figura 01 Representação esquemática de nanopartículas magnéticas multifuncionais com revestimento polimérico e possíveis modificadores superficiais. Fonte: VEISEH; GUNN; ZHANG, 2010............................................................................................. 22

Figura 02 Curva de histerese magnética. Fonte: ALPHAMAG, 2010............................................................................................. 24

Figura 03 Representação esquemática da vetorização magnética de fármacos. Fonte: CORCHERO; VILLAVERDE, 2009.................. 27

Figura 04 Esquema do sistema de captura magnética in vitro. Adaptado de Xu et al. (2005)........................................................................ 28

Figura 05 Esquema do sistema de captura magnética in vivo. Adaptado de Xu et al. (2005)........................................................................ 29

Figura 06 Estrutura do principal monômero da OCMQTS........................... 33

Figura 07 Estrutura do principal monômero da OCMQTS-Bz...................... 33

Figura 08 Estrutura química da indometacina.............................................. 39

Figura 09 Esquema da síntese da OCMQTS a partir da quitosana............. 50

Figura 10 Esquema da síntese do derivado OCMQTS-Bz a partir da OCMQTS..................................................................................... 51

Figura 11 Mecanismo de reação da síntese da imina para a obtenção do derivado OCMQTS-Bz................................................................. 52

Figura 12 Mecanismo de redução da imina utilizando o NaBH4 como agente redutor.............................................................................. 52

Figura 13 Curva da titulação condutimétrica da OCMQTS. Massa de amostra: 50 mg, temperatura: 25 ºC, titulante: NaOH 0,100 mol L-1.......................................................................................... 54

Figura 14 Espectros no infravermelho da OCMQTS na forma ácida e do derivado OCMQTS-Bz................................................................. 55

Figura 15 Espectro de RMN 1H da OCMQTS em D2O/CD3COOD a temperatura ambiente.................................................................. 57

Figura 16 Espectro de RMN 1H do derivado OCMQTS-Bz em D2O/CD3COOD a temperatura ambiente..................................... 58

Figura 17 Partículas magnéticas inorgânicas dispersas em água (A) na ausência e (B) na presença de um campo magnético externo.... 60

Figura 18 Difratograma de raios-X do material magnético inorgânico (Fe3O4/!-Fe2O3)............................................................................ 63

Figura 19 Espectro no infravermelho do material magnético inorgânico (Fe3O4/!-Fe2O3)............................................................................ 64

Figura 20 Curvas (verde) TG e (azul) DSC do material magnético inorgânico (Fe3O4/!-Fe2O3).......................................................... 66

Figura 21 Micrografia eletrônica de varredura do material magnético Fe3O4/!-Fe2O3 em aumento de 500x........................................... 67

Figura 22 Curvas de magnetização de dois lotes de Fe3O4/!-Fe2O3 à temperatura ambiente. No detalhe, a expansão da parte central da curva....................................................................................... 69

Figura 23 Partículas magnéticas inorgânicas dispersas em água na (A) ausência e (B) na presença de um campo magnético externo em aumento de 40x..................................................................... 70

Figura 24 Espectros Mössbauer do material Fe3O4/!-Fe2O3 a (A) 77 K e (B) 300 K. As linhas coloridas representam as diferentes espécies presentes no material................................................... 72

Figura 25 Espectros no infravermelho das partículas magnéticas contendo polímero: (A) OC in situ, (B) OC-Bz in situ, (C) OC inc 1:1, (D) OC inc 2:1, (E) OC-Bz inc 1:1 e (F) OC-Bz inc 2:1......... 76

Figura 26 Curvas TG das partículas magnéticas: (verde) OC in situ, (vermelho) OC-Bz in situ, (azul escuro) OC inc 1:1, (ocre) OC inc 2:1, (roxo) OC-Bz inc 1:1 e (azul claro) OC-Bz inc 2:1........... 77

Figura 27 Curvas DSC das partículas magnéticas: (verde) OC in situ, (vermelho) OC-Bz in situ, (azul escuro) OC inc 1:1, (ocre) OC inc 2:1, (roxo) OC-Bz inc 1:1 e (azul claro) OC-Bz inc 2:1........... 79

Figura 28 Micrografias eletrônicas de varredura das partículas (A) OC in situ e (B) OC-Bz in situ em aumento de 500x.............................. 80

Figura 29 Micrografias eletrônicas de varredura das partículas (A) OC inc 1:1, (B) OC inc 2:1, (C) OC-Bz inc 1:1 e (D) OC-Bz inc 2:1 em aumento de 2000x........................................................................ 81

Figura 30 Curvas de magnetização dos materiais Fe3O4/!-Fe2O3, OC in situ e OC-Bz in situ à temperatura ambiente. No detalhe, a expansão da parte central da curva............................................. 82

Figura 31 Espectros Mössbauer da partícula OC in situ a (A) 77 K e (B) 300 K. As linhas coloridas representam as diferentes espécies presentes no material................................................................... 86

Figura 32 Espectros Mössbauer da partícula OC inc 1:1 a (A) 77 K e (B) 300 K. As linhas coloridas representam as diferentes espécies presentes no material................................................................... 87

Figura 33 Espectros no infravermelho dos materiais (A) Indometacina, (B) Fe3O4/!-Fe2O3/INDev, (C) OC in situ/INDev, (D) OC-Bz in situ/INDev, (E) OC inc 1:1/INDev, (F) OC inc 2:1/INDev, (G) OC-Bz inc 1:1/INDev e (H) OC-Bz inc 2:1/INDev......................... 94

Figura 34 Espectros no infravermelho dos materiais (A) OC 1:1/INDis, (B) OC-Bz 1:1/INDis e (C) OC-Bz 2:1/INDis...................................... 95

Figura 35 Curvas TG da indometacina e das partículas magnéticas contendo o fármaco incorporado pela metodologia de evaporação do solvente: (verde) Indometacina, (vermelho) Fe3O4/!-Fe2O3/INDev, (azul escuro) OC in situ/INDev, (ocre) OC-Bz in situ/INDev, (roxo) OC inc 1:1/INDev, (azul claro) OC inc 2:1/INDev, (bordô) OC-Bz inc 1:1/INDev e (preto) OC-Bz inc 2:1/INDev...................................................................................... 96

Figura 36 Curvas DSC da indometacina e das partículas magnéticas contendo o fármaco incorporado através da metodologia de evaporação do solvente: (verde) Indometacina, (vermelho) Fe3O4/!-Fe2O3/INDev, (azul escuro) OC in situ/INDev, (ocre) OC-Bz in situ/INDev, (roxo) OC inc 1:1/INDev, (azul claro) OC inc 2:1/INDev, (bordô) OC-Bz inc 1:1/INDev e (preto) OC-Bz inc 2:1/INDev. No detalhe, a curva DSC da mistura física de indometacina e Fe3O4/!-Fe2O3 (5,0%)......................................... 97

Figura 37 Curvas TG da indometacina e das partículas magnéticas contendo o fármaco incorporado através da metodologia de incorporação in situ: (verde) Indometacina, (vermelho) OC 1:1/INDis, (azul) OC-Bz 1:1/INDis e (ocre) OC-Bz 2:1/INDis....... 98

Figura 38 Curvas DSC da indometacina e das partículas magnéticas contendo o fármaco incorporado através da metodologia de incorporação in situ: (verde) Indometacina, (vermelho) OC 1:1/INDis, (azul) OC-Bz 1:1/INDis e (ocre) OC-Bz 2:1/INDis. No detalhe, a curva DSC da mistura física de indometacina e Fe3O4/!-Fe2O3 (5,0%)................................................................... 98

Figura 39 Micrografia eletrônica de varredura do material OC 1:1/INDis em aumento de 3000x.................................................................. 99

Figura 40 Micrografias eletrônicas de varredura dos materiais (A) OC-Bz 1:1/INDis e (B) OC-Bz 2:1/INDis em aumento de 3000x.............. 100

Figura 41 Micrografias eletrônicas de transmissão dos materiais (A) OC-Bz in situ/INDev e (B) OC-Bz inc 2:1/INDev. Os detalhes apresentam micrografias das partículas em aumento maior....... 101

Figura 42 Distribuição do tamanho de partícula das partículas (A) OC-Bz in situ/INDev e (B) OC-Bz inc 2:1/INDev determinada a partir das micrografias de TEM.............................................................. 102

Figura 43 Curvas de magnetização das partículas magnéticas Fe3O4/!-Fe2O3 e OC-Bz inc 2:1 e dos materiais contendo indometacina OC-Bz inc 2:1/INDev e OC-Bz 2:1/INDis. A escala do eixo y à direita corresponde à partícula Fe3O4/!-Fe2O3 e à esquerda é referente aos outros materiais...................................................... 103

Figura 44 Espectros Mössbauer do material OC-Bz in situ/INDev a (A) 77 K e (B) 300 K. As linhas coloridas representam as diferentes espécies presentes no material.................................................... 105

Figura 45 Espectros Mössbauer do material OC-Bz inc 2:1/INDev a (A) 77 K e (B) 300 K. As linhas coloridas representam as diferentes espécies presentes no material.................................................... 106

Figura 46 Espectros Mössbauer do material OC-Bz 2:1/INDis a (A) 77 K e (B) 300 K. As linhas coloridas representam as diferentes espécies presentes no material.................................................... 107

Figura 47 Perfis de dissolução e liberação da indometacina em FCS pH 7,4 a 37 °C incorporada nas partículas magnéticas pela metodologia de evaporação do solvente. As linhas representam apenas a tendência do processo e as barras de erro representam o desvio padrão para a duplicata............................ 110

Figura 48 Perfis de liberação da indometacina em FCS pH 7,4 a 37 °C presente nas partículas magnéticas obtidas pela metodologia de incorporação in situ do fármaco. As linhas representam apenas a tendência do processo e as barras de erro representam o desvio padrão para a duplicata............................ 112

Figura 49 Modelos matemáticos aplicados para a liberação da indometacina em FCS pH 7,4 a 37 °C das partículas Fe3O4/!-Fe2O3/INDev, OC-Bz inc 1:1/INDev, OC-Bz inc 2:1/INDev e OC-Bz in situ/INDev. (A) Ordem zero, (B) Primeira ordem, (C) Higuchi, (D) Hixson-Crowell e (E) Korsmeyer-Peppas não linear............................................................................................. 116

LISTA DE TABELAS

Tabela 01 Parâmetros hiperfinos de espectroscopia Mössbauer do material Fe3O4/!-Fe2O3 a 77 e 300 K........................................... 73

Tabela 02 Partículas magnéticas sintetizadas de acordo com a metodologia e os polímeros empregados.................................... 74

Tabela 03 Teor de ferro nas partículas magnéticas utilizando o método espectrofotométrico da 1,10-fenantrolina..................................... 75

Tabela 04 Perda percentual de massa das partículas magnéticas através de TG........................................................................................... 78

Tabela 05 Parâmetros magnéticos obtidos a partir da curva de magnetização das partículas à temperatura ambiente................ 83

Tabela 06 Parâmetros hiperfinos de espectroscopia Mössbauer dos materiais OC in situ e OC inc 1:1 a 77 e 300 K........................... 88

Tabela 07 Partículas magnéticas contendo indometacina de acordo com a metodologia de incorporação do fármaco e proporção polímero:material inorgânico........................................................ 89

Tabela 08 Teor e eficiência de incorporação do fármaco nas partículas magnéticas obtidas pela incorporação da indometacina através da metodologia de evaporação do solvente................................ 90

Tabela 09 Teor e eficiência de incorporação do fármaco nas partículas magnéticas obtidas através da incorporação in situ da indometacina................................................................................ 92

Tabela 10 Parâmetros magnéticos obtidos a partir da curva de magnetização da OC-Bz inc 2:1 e dos materiais contendo indometacina OC-Bz inc 2:1/INDev e OC-Bz 2:1/INDis à temperatura ambiente.................................................................. 103

Tabela 11 Parâmetros hiperfinos de espectroscopia Mössbauer dos materiais OC-Bz in situ/INDev, OC-Bz inc 2:1/INDev e OC-Bz 2:1/INDis a 77 e 300 K................................................................. 108

Tabela 12 Constantes de liberação e coeficientes de correlação das equações matemáticas aplicadas na liberação da indometacina contida nas partículas magnéticas. Destacados em negrito estão os modelos que melhor se adequaram para cada material......................................................................................... 117

LISTA DE ABREVIATURAS

AINEs: Anti-inflamatórios não esteroidais

b: Liberação inicial abrupta do modelo de Korsmeyer-Peppas

Bhf: Campo magnético hiperfino

COX: Ciclo-oxigenase

DSC: Calorimetria exploratória diferencial

emu: unidade eletromagnética

FCS: Fluido corporal simulado

Fe3O4/!-Fe2O3: Material magnético inorgânico composto por uma mistura de

magnetita e maguemita

Fe3O4/!-Fe2O3/INDev: Material magnético inorgânico composto por uma mistura de

magnetita e maguemita com a indometacina incorporada pela metodologia de

evaporação do solvente

K0: Constante de liberação de ordem zero

K1: Constante de liberação de primeira ordem

KH: Constante de liberação de Higuchi

KHC: Constante de Hixson-Crowell

l: Tempo de latência

MEV: Microscopia eletrônica de varredura

mPEG-PCL: Metiléter de polietilenoglicol-poli(!-caprolactona)

n: Constante indicativo de mecanismo do modelo de Korsmeyer-Peppas

OCMQTS: O-carboximetilquitosana

OCMQTS-Bz: O-carboximetilquitosana-N-benzil

OC in situ: Partículas magnéticas preparadas com O-carboximetilquitosana pela

metodologia in situ

OC in situ/INDev: Partículas magnéticas preparadas com O-carboximetilquitosana

pela metodologia in situ e com a indometacina incorporada pela metodologia de

evaporação do solvente

OC inc 1:1: Partículas magnéticas preparadas com O-carboximetilquitosana pela

metodologia de incorporação na proporção 1:1 (polímero:material magnético

inorgânico)

OC inc 1:1/INDev: Partículas magnéticas preparadas com O-carboximetilquitosana

pela metodologia de incorporação na proporção 1:1 (polímero:material magnético

inorgânico) e com a indometacina incorporada pela metodologia de evaporação do

solvente

OC inc 2:1: Partículas magnéticas preparadas com O-carboximetilquitosana pela

metodologia de incorporação na proporção 2:1 (polímero:material magnético

inorgânico)

OC inc 2:1/INDev: Partículas magnéticas preparadas com O-carboximetilquitosana

pela metodologia de incorporação na proporção 2:1 (polímero:material magnético

inorgânico) e com a indometacina incorporada pela metodologia de evaporação do

solvente

OC 1:1/INDis: Partículas magnéticas preparadas com O-carboximetilquitosana e

com o fármaco incorporado pela metodologia de incorporação in situ na proporção

1:1 (polímero:material magnético inorgânico) em única etapa

OC-Bz in situ: Partículas magnéticas preparadas com O-carboximetilquitosana-N-

benzil pela metodologia in situ

OC-Bz in situ/INDev: Partículas magnéticas preparadas com O-

carboximetilquitosana-N-benzil pela metodologia in situ e com a indometacina

incorporada pela metodologia de evaporação do solvente

OC-Bz inc 1:1: Partículas magnéticas preparadas com O-carboximetilquitosana-N-

benzil pela metodologia de incorporação na proporção 1:1 (polímero:material

magnético inorgânico)

OC-Bz inc 1:1/INDev: Partículas magnéticas preparadas com O-

carboximetilquitosana-N-benzil pela metodologia de incorporação na proporção 1:1

(polímero:material magnético inorgânico) e com a indometacina incorporada pela

metodologia de evaporação do solvente

OC-Bz inc 2:1: Partículas magnéticas preparadas com O-carboximetilquitosana-N-

benzil pela metodologia de incorporação na proporção 2:1 (polímero:material

magnético inorgânico)

OC-Bz inc 2:1/INDev: Partículas magnéticas preparadas com O-

carboximetilquitosana-N-benzil pela metodologia de incorporação na proporção 2:1

(polímero:material magnético inorgânico) e com a indometacina incorporada pela

metodologia de evaporação do solvente

OC-Bz 1:1/INDis: Partículas magnéticas preparadas com O-carboximetilquitosana-

N-benzil e com o fármaco incorporado pela metodologia de incorporação in situ na

proporção 1:1 (polímero:material magnético inorgânico) em única etapa

OC-Bz 2:1/INDis: Partículas magnéticas preparadas com O-carboximetilquitosana-

N-benzil e com o fármaco incorporado pela metodologia de incorporação in situ na

proporção 2:1 (polímero:material magnético inorgânico) em única etapa

PEG: Polietilenoglicol

PLGA: Copolímero de ácido láctico e glicólico

Q0: Quantidade de fármaco liberada no tempo zero

Qinf: Quantidade de fármaco liberada no tempo infinito

Qt: Quantidade de fármaco liberada no tempo t

TEM: Microscopia eletrônica de transmissão

TG: Termogravimetria

RMN 1H: Ressonância magnética nuclear de 1H

XRD: Difração de raios-X

": Deslocamento isomérico

#: Desdobramento quadrupolar

!: Constante do modelo de Korsmeyer-Peppas

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO................................................................................................ 18

2 OBJETIVOS..................................................................................................... 20

2.1 Objetivo Geral............................................................................................... 20

2.2 Objetivos Específicos................................................................................. 20

3 REVISÃO DA LITERATURA...................................................................... 21

3.1 Nanopartículas magnéticas....................................................................... 21

3.2 Partículas magnéticas na liberação de fármacos................................ 26

3.3 Partículas magnéticas de quitosana e derivados................................. 32

3.4 Indometacina................................................................................................ 39

4 MATERIAL E MÉTODOS............................................................................. 41

4.1 Síntese dos polímeros................................................................................ 41

4.1.1 Síntese da OCMQTS................................................................................... 41

4.1.2 Síntese da OCMQTS-Bz............................................................................... 41

4.2 Caracterização da OCMQTS e OCMQTS-Bz........................................... 42

4.2.1 Grau de carboximetilação........................................................................... 42

4.2.2 Ressonância magnética nuclear de 1H...................................................... 42

4.3 Preparação das partículas magnéticas.................................................. 43

4.3.1 Preparação do material magnético inorgânico (Fe3O4/!-Fe2O3).............. 43

4.3.2 Metodologia de formação das partículas magnéticas in situ.................. 43

4.3.3 Metodologia de obtenção das nanopartículas magnéticas por

incorporação.........................................................................................................

44

4.4 Incorporação da indometacina nas partículas magnéticas............... 44

4.4.1 Metodologia de evaporação do solvente................................................... 44

4.4.2 Metodologia de incorporação in situ do fármaco por reticulação do

polímero.................................................................................................................

44

4.5 Caracterização dos materiais preparados............................................. 45

4.5.1 Difração de raios-X (XRD)........................................................................... 45

4.5.2 Teor de ferro................................................................................................. 45

4.5.3 Espectroscopia no infravermelho.............................................................. 46

4.5.4 Análise térmica............................................................................................. 46

4.5.5 Análise morfológica..................................................................................... 46

4.5.6 Comportamento magnético........................................................................ 47

4.5.7 Espectroscopia Mössbauer........................................................................ 47

4.5.8 Teor e eficiência de incorporação.............................................................. 47

4.6 Liberação in vitro......................................................................................... 48

5 RESULTADOS E DISCUSSÃO.................................................................. 50

5.1 Síntese dos polímeros................................................................................ 50

5.2 Caracterização da OCMQTS e OCMQTS-Bz........................................... 53

5.2.1 Grau de carboximetilação........................................................................... 53


5.2.3 Ressonância magnética nuclear de 1H...................................................... 56

5.3 Preparação e caracterização do material magnético inorgânico..... 59

5.3.1 Síntese do material magnético inorgânico................................................ 59

5.3.2 Difração de raios-X (XRD)........................................................................... 62


5.3.4 Análise térmica............................................................................................. 65




5.4 Preparação das partículas magnéticas contendo polímero.............. 73

5.5 Caracterização das partículas magnéticas contendo polímero........ 75

5.5.1 Teor de ferro................................................................................................. 75


5.5.3 Análise térmica............................................................................................. 77




5.6 Incorporação da indometacina e caracterização das partículas

contendo o fármaco........................................................................................... 89

5.6.1 Teor e eficiência de incorporação.............................................................. 89


5.6.3 Análise térmica............................................................................................. 96




5.7 Liberação in vitro......................................................................................... 109

5.8 Modelos cinéticos de liberação................................................................ 113

6 CONCLUSÕES E PERSPECTIVAS......................................................... 120

REFERÊNCIAS.................................................................................................. 122

APÊNDICE A – AGRADECIMENTOS E PRODUÇÃO CIENTÍFICA... 134

18

1 INTRODUÇÃO

Nanopartículas magnéticas são estruturas amorfas ou semicristalinas com ao

menos uma dimensão entre 10 e 100 nm. Algumas de suas características, como

uniformidade de tamanho, área superficial, cinética de adsorção, biocompatibilidade

e superparamagnetismo podem ser alteradas de acordo com o processo de síntese,

permitindo que elas sejam preparadas conforme a aplicação desejada

(CORCHERO; VILLAVERDE, 2009).

As partículas magnéticas dispersíveis em água têm sido utilizadas

amplamente em diferentes processos biotecnológicos, como agentes de contraste

em ressonância magnética de imagem (TSAI et al., 2010), na separação magnética

para purificação de proteínas (CHIANG; CHEN; CHANG, 2008) e células (MAXWELL

et al., 2008), no tratamento de tumores através de técnicas de hipertermia induzida

magneticamente (ZHAO et al., 2009; PURUSHOTHAM; RAMANUJAN, 2010) e para

a vetorização de fármacos (ZÁVI"OVÁ et al., 2009; HUA et al., 2010; LIANG et al.,

2010).

Muitos materiais que apresentam importante comportamento magnético

contêm componentes tóxicos, como cobalto e níquel, sendo susceptíveis à oxidação

e consequentemente limitando suas aplicações biomédicas. No entanto, a magnetita

(Fe3O4) e a maguemita (!-Fe2O3) são adequadas para aplicações in vivo devido à

sua alta biocompatibilidade, não causando estresse oxidativo nem alterações em

enzimas hepáticas em modelos animais (JAIN et al., 2008; CORCHERO;

VILLAVERDE, 2009).

Os estudos de partículas magnéticas para a liberação de fármacos via

intravenosa têm procurado desenvolver nanopartículas biocompatíveis com células e

tecidos, com uma alta capacidade de encapsulação do ativo, estabilidade em

soluções aquosas, perfis de liberação adequados para a aplicação desejada e cujas

propriedades magnéticas se mantenham após o revestimento polimérico (ZHANG;

SRIVASTAVA; MISRA, 2007; WILSON et al., 2009; ZÁVI"OVÁ et al., 2009). Além

disso, para a vetorização magnética de fármacos é favorável que as partículas não

excedam 100 nm incluindo o revestimento e apresentem características hidrofílicas a

19

fim de evitar uma rápida remoção pelo sistema reticuloendotelial, permanecendo

mais tempo na circulação sanguínea (SHUBAYEV; PISANIC II; JIN, 2009).

A quitosana e seus derivados têm se mostrado bons candidatos para o

preparo de partículas magnéticas por suas características biocompatíveis e

biodegradáveis, possibilitando a aplicação dessas partículas na área farmacêutica,

médica, biotecnológica, entre outras (WILSON et al., 2009; KIM et al., 2009). A

utilização de polímeros anfifílicos para o preparo de nanopartículas magnéticas

empregadas na vetorização de fármacos hidrofóbicos é importante para que se

obtenha uma boa eficiência de incorporação decorrente da interação entre os grupos

hidrofóbicos do polímero e do fármaco, enquanto a porção hidrofílica permite a

dispersibilidade das partículas em fluidos aquosos, evitando a agregação das

mesmas.

Em trabalhos recentes desenvolvidos pelos pesquisadores do Núcleo de

Investigações Químico-Farmacêuticas (NIQFAR) da Universidade do Vale do Itajaí

(UNIVALI), o derivado anfifílico O-carboximetilquitosana-N-benzil não apresentou

citotoxicidade quando testado em células L929. Portanto, este polímero pode ser

uma opção adequada para o preparo de nanopartículas magnéticas para aplicações

biomédicas (ROSA, 2008).

Dessa forma, o trabalho tem como objetivo a obtenção e caracterização de

nanopartículas magnéticas de óxidos de ferro e derivados da quitosana para

aplicação na hipertermia induzida magneticamente e na vetorização de fármacos. As

partículas foram obtidas através de metodologias de formação dos óxidos de ferro in

situ com os polímeros e por incorporação posterior do polímero ao material

magnético inorgânico. A indometacina foi empregada como fármaco modelo devido à

sua característica hidrofóbica, comum à maioria dos agentes antitumorais, além de

ter demonstrado atividade quimiopreventiva contra células tumorais (OU et al., 2007;

QIN et al., 2009; ORIDO et al., 2010).

20

2 OBJETIVOS

2.1 Objetivo Geral

Sintetizar e caracterizar nanopartículas magnéticas de óxidos de ferro e

derivados da quitosana para aplicação no tratamento de células tumorais por

hipertermia induzida magneticamente e na liberação vetorizada de fármacos.

2.2 Objetivos Específicos

- Sintetizar os derivados da quitosana O-carboximetilquitosana (OCMQTS) e

O-carboximetilquitosana-N-benzil (OCMQTS-Bz) e caracterizar os polímeros através

de titulação condutimétrica, espectroscopia no infravermelho e ressonância

magnética nuclear de 1H (RMN 1H).

- Sintetizar nanopartículas magnéticas de magnetita (Fe3O4) e maguemita (!-

Fe2O3) com os polímeros OCMQTS e OCMQTS-Bz através das metodologias de

formação das partículas in situ e por incorporação.

- Incorporar a indometacina nas partículas magnéticas através das

metodologias de evaporação do solvente e incorporação in situ do fármaco.

- Caracterizar os materiais obtidos através de quantificação de ferro, difração

de raios-X (XRD), espectroscopia no infravermelho, termogravimetria (TG),

calorimetria exploratória diferencial (DSC), microscopia eletrônica de varredura

(MEV), microscopia eletrônica de transmissão (TEM), comportamento magnético e

espectroscopia Mössbauer.

- Determinar o perfil de liberação in vitro da indometacina a partir das

nanopartículas magnéticas em fluido corporal simulado (FCS).

- Aplicar modelos matemáticos a partir dos dados de liberação in vitro para

determinação do mecanismo de liberação da indometacina a partir das

nanopartículas magnéticas.

21

3 REVISÃO DA LITERATURA

3.1 Nanopartículas magnéticas

As nanopartículas magnéticas (partículas magnéticas com ao menos uma

dimensão entre 10 e 100 nm) têm sido objeto de diversos estudos para diferentes

aplicações tecnológicas, inclusive na área biomédica, podendo ter determinadas

características como tamanho, área superficial, biocompatibilidade e propriedades

magnéticas moduladas de forma que sejam adequadas para as aplicações a que se

destinam. Suas propriedades magnéticas permitem o controle da sua posição em

um determinado meio através do posicionamento de um campo magnético externo,

possibilitando diferentes aplicações, como na terapia antitumoral, através das

técnicas de hipertermia induzida magneticamente e liberação vetorizada de agentes

terapêuticos, em que há um acúmulo do material magnético numa determinada

região (CORCHERO; VILLAVERDE, 2009; BHARALI; MOUSA, 2010).

A Figura 01 representa esquematicamente uma nanopartícula magnética

multifuncional, com o núcleo magnético revestido por cadeias poliméricas, contendo

possíveis agentes de vetorização (peptídeos), de imagem (fluoróforos, componentes

radioativos e o próprio núcleo magnético) e terapêuticos (genes, substâncias

radioativas e fármacos).

22

Figura 01: Representação esquemática de nanopartículas magnéticas multifuncionais com revestimento polimérico e possíveis modificadores superficiais. Fonte: VEISEH; GUNN; ZHANG, 2010.

Em relação à classificação dos materiais quanto às suas propriedades

magnéticas, os principais são os diamagnéticos, ferromagnéticos, paramagnéticos e

superparamagnéticos. Nos materiais diamagnéticos, o momento magnético total de

todos os spins atômicos é zero quando não se aplica um campo magnético.

Entretanto estes materiais possuem efeitos magnéticos, pois há alteração do

movimento dos elétrons dos átomos por um campo magnético externo, resultando

na geração de spins de corrente adicionais e dipolos magnéticos induzidos. Dessa

forma, uma corrente é induzida no sentido oposto ao do campo magnético aplicado.

Seus valores de susceptibilidade magnética são negativos e praticamente

independentes da temperatura (BUSCHOW; BOER, 2004; YOUNG; FREEDMAN,

2004).

23

Os materiais ferromagnéticos apresentam fortes interações entre os

momentos magnéticos atômicos, com a produção de um alinhamento interno em

certas regiões, os chamados domínios magnéticos, que existem mesmo na ausência

de um campo magnético externo. Sem um campo magnético externo, as

magnetizações dos domínios são orientadas ao acaso e quando há um campo

magnético aplicado, os domínios tendem a se orientar paralelamente ao campo.

Com o aumento progressivo do campo magnético, atinge-se um ponto para o qual

todos os momentos magnéticos desses materiais estão alinhados com o campo

externo, situação chamada de magnetização de saturação. Após esse ponto, um

aumento do campo magnético externo não promove mais nenhum aumento da

magnetização. Nesses materiais, a relação entre a magnetização e o campo

magnético externo quando o campo aumenta pode ser diferente de quando diminui,

com os materiais mantendo grande parte da sua magnetização após a remoção do

campo externo, de forma que para haver remoção completa da magnetização é

necessário aplicar um campo magnético em sentido contrário. Esse comportamento

é chamado de histerese magnética e a curva da Figura 02 é conhecida como ciclo

de histerese. H é o campo magnético aplicado e B é a magnetização do material

(YOUNG; FREEDMAN, 2004).

Na curva de histerese (Figura 02), um campo magnético é aplicado e é

medida a magnetização do material. O ponto em que o aumento da intensidade do

campo magnético não promove aumento da magnetização do material é conhecido

como magnetização de saturação. O campo é então removido e o valor de

magnetização que permanece após a remoção do campo é a magnetização

remanescente. Para fechar o ciclo de histerese, aplica-se um campo magnético no

sentido inverso, sendo que o campo contrário necessário para que a magnetização

do material volte a ser nula é conhecido como coercividade (ALPHAMAG, 2010).

24

Figura 02: Curva de histerese magnética. Fonte: ALPHAMAG, 2010.

Nanopartículas magnéticas de óxidos de ferro, como a magnetita (Fe3O4) e a

maguemita (!-Fe2O3) têm a tendência de apresentar propriedades paramagnéticas

ou mais frequentemente superparamagnéticas. O comportamento paramagnético é

caracterizado pela fraca atração que um material sofre por campos magnéticos.

Quando esses materiais são submetidos a um campo magnético, este exerce um

torque sobre cada momento magnético, com tendência a alinhar esses momentos

com o campo aplicado, resultando numa pequena magnetização (YOUNG;

FREEDMAN, 2004).

Os materiais superparamagnéticos são atraídos por um campo magnético

externo, porém não retêm o magnetismo quando o campo magnético é removido,

diferindo dos outros materiais magnéticos por não permanecerem agregados após a

remoção do campo (BERRY; CURTIS, 2003). Em decorrência deste

comportamento, não apresentam ciclo de histerese.

O tamanho das partículas magnéticas é fundamental para determinar o seu

comportamento magnético. Partículas pequenas se comportam como domínio único,

com os grupos de spins posicionados na mesma direção e atuando

cooperativamente. Por outro lado, partículas maiores demonstram comportamento

de multidomínio, que consiste em vários domínios únicos separados por paredes de

domínio, apresentando características ferromagnéticas (PHILIPPOVA et al., 2011).

25

As partículas de óxidos de ferro com comportamento superparamagnético

têm se mostrado adequadas para aplicações in vivo, pois são biocompatíveis, sendo

que o ferro em excesso é eliminado do organismo de forma eficiente, não causando

estresse oxidativo nem alterações importantes nos níveis de enzimas hepáticas em

ratos (JAIN et al., 2008; KUNZMANN et al., 2011).

Para aplicação biomédica as nanopartículas magnéticas precisam apresentar

algumas características importantes, como valores de susceptibilidade magnética

suficientemente altos, estabilidade química em condições fisiológicas e reduzida

toxicidade, além de facilidade de síntese e baixo custo para que seu preparo e

utilização sejam economicamente viáveis (FIGUEROLA et al., 2010).

As nanopartículas magnéticas empregadas em aplicações biomédicas

geralmente apresentam duas configurações estruturais distintas: (a) um núcleo

magnético inorgânico composto de óxidos de ferro (comumente magnetita,

maguemita ou uma mistura dos dois) revestido por um polímero biocompatível ou (b)

um polímero contendo o material magnético inorgânico precipitado nos seus poros.

O revestimento das partículas apresenta a função de proteger o material do

ambiente circundante, podendo também ser funcionalizado com grupos carboxílicos,

biotina, avidina, carbodi-imida, entre outros. Estes grupos podem servir de ponto de

ligação para fármacos, anticorpos ou genes ou mesmo aumentar sua solubilidade

em fluidos aquosos ou a afinidade das partículas pelo órgão alvo ou por

determinado tipo celular no caso de adsorção de células (MAHMOUDI et al., 2011;

OH; PARK, 2011).

Zhao, Qiu e Huang (2008) estudaram a interferência de diferentes parâmetros

nas características de partículas magnéticas para vetorização de fármacos

sintetizadas pelo método de coprecipitação de Fe3+ e Fe2+ em meio básico na

presença de um agente emulsificante. A caracterização das partículas foi realizada

por microscopia de transmissão eletrônica (forma e tamanho), cristalografia

(estrutura do cristal), espalhamento de luz dinâmico (distribuição do tamanho de

partícula), densidade magnética e resposta magnética. Os parâmetros estudados

foram o efeito do agente alcalinizante (NaOH e NH4OH), e do agente emulsificante

(Span$-80, Tween$-80 e PEG-4000), velocidade do gotejamento da solução

alcalinizante (6 a 8, 18 a 20 e 55 a 60 gotas por minuto), concentração de Fe3+ e

26

Fe2+ (0,010 a 0,030 mol L-1), temperatura da reação (30, 40, 50, 60 e 70 °C) e

quantidade de agente emulsificante (0,5; 1,0; 1,5; 2,0 e 2,5 g de PEG-4000).

Os resultados mostraram que as partículas preparadas com NH4OH

apresentaram diâmetro médio menor (11,6 nm) quando comparadas às obtidas com

NaOH como agente alcalinizante (24,3 nm), provavelmente pela liberação mais lenta

dos íons OH- do NH4OH, o que permite a obtenção de partículas menores. O

emulsificante foi utilizado para impedir a agregação das partículas, sendo que o

melhor resultado foi obtido com o PEG-4000, facilmente isolado após o preparo das

partículas. A velocidade de gotejamento da solução alcalinizante também se

mostrou como um parâmetro importante, sendo que uma menor velocidade permite

a formação de partículas com tamanho mais homogêneo. Em relação à

concentração de Fe3+ e Fe2+, verificou-se que o aumento da concentração promove

um aumento do diâmetro das partículas, sem grande diferença na resposta

magnética. A temperatura ideal encontrada foi 50 °C, considerando o diâmetro

médio obtido e a resposta magnética. Por fim, observou-se que a quantidade de

agente emulsificante também exerce influência no diâmetro médio das partículas

obtidas (ZHAO; QIU; HUANG, 2008).

3.2 Partículas magnéticas na liberação de fármacos

A vetorização de fármacos tem sido objeto de pesquisa frequente na área

farmacêutica com o objetivo de potencializar seus efeitos terapêuticos e/ou reduzir

sua toxicidade. A terapia antitumoral convencional é realizada com fármacos que

apresentam alta toxicidade decorrente da distribuição indiscriminada do fármaco no

organismo, atuando tanto nas células tumorais quanto nas saudáveis. Além disso,

estes fármacos apresentam baixa solubilidade em água, sendo necessária a

utilização de solventes e tensoativos para sua administração (PARK et al., 2010).

Diferentes estratégias têm sido propostas para promover a liberação de

agentes terapêuticos, como liberação pH dependente (ZHANG et al., 2009) e

sistemas de liberação como nanopartículas inorgânicas, materiais poliméricos

naturais e sintéticos, lipossomas, nanocristais, nanotubos, dendrímeros, entre outros

(FARAJI; WIPF, 2009; BHARALI; MOUSA, 2010). Dentre os polímeros de origem

27

natural, a quitosana e seus derivados têm sido frequentemente aplicados em

sistemas para a vetorização de fármacos (PARK et al., 2010).

Uma das formas de vetorização é através de sistemas magnéticos contendo a

substância ativa na sua superfície ou encapsulada, representados

esquematicamente na Figura 03. Os carreadores magnéticos contendo o fármaco

são administrados via intravenosa e vetorizados para a área desejada com o auxílio

de um campo magnético externo. O fármaco presente nos sistemas é então liberado

diretamente no local afetado, sendo que a eficiência do carreador depende de vários

parâmetros, como as propriedades magnéticas dos sistemas, a intensidade do

campo magnético externo, o fluxo sanguíneo local e as características químicas dos

carreadores (PARK et al., 2010). Desse modo, buscam-se diferentes estruturas que

mantenham suas propriedades magnéticas após a incorporação do fármaco e

apresentem mecanismo de liberação adequado para a vetorização e liberação

modificada do ativo (GUPTA; GUPTA, 2005).

Figura 03: Representação esquemática da vetorização magnética de fármacos. Fonte:

CORCHERO; VILLAVERDE, 2009.

As propriedades superficiais das partículas magnéticas são fundamentais

para a vetorização adequada do fármaco. Partículas hidrofóbicas e com cargas

apresentam tempos curtos de circulação no organismo em decorrência da sua

agregação e da adsorção a proteínas plasmáticas, processo conhecido como

28

opsonização, facilitando seu reconhecimento pelo sistema reticuloendotelial e

promovendo a remoção das partículas da circulação sanguínea. Além disso,

partículas carregadas positivamente podem se ligar a células que não as células-

alvo com maior facilidade (VEISEH; GUNN; ZHANG, 2010).

Além das propriedades superficiais, o tamanho das partículas magnéticas

também pode determinar o seu tempo de circulação no organismo. Partículas muito

pequenas, com diâmetro médio menor que 10 nm, são rapidamente removidas da

circulação sanguínea por extravasamento e clearance renal, enquanto que

partículas com diâmetro maior que 200 nm são facilmente capturadas pelo baço e

removidas pelas células do sistema fagocitário. Dessa forma, o diâmetro ideal para

partículas magnéticas utilizadas na liberação vetorizada e na hipertermia induzida

magneticamente situa-se entre 10 e 100 nm (PHILIPPOVA et al., 2011).

Outro estudo de liberação magneticamente direcionada de fármacos foi

realizado por Xu e colaboradores (2005), com um sistema para avaliação do

direcionamento magnético das partículas in vitro e in vivo. No estudo in vitro (Figura

04), simulando a circulação humana, a captura das partículas foi influenciada pela

velocidade de fluxo do ferrofluido e intensidade do campo magnético.

Figura 04: Esquema do sistema de captura magnética in vitro. Adaptado de Xu et al. (2005).

O estudo in vivo foi realizado em ratos, com um magneto permanente no

formato de uma pirâmide em um dos lados a fim de reduzir a área alvo e permitir um

direcionamento mais eficiente (Figura 05). Após a injeção dos ferrofluidos, os

29

animais foram posicionados no magneto de forma a direcionar as partículas para o

rim, o órgão alvo (XU et al., 2005).

Figura 05: Esquema do sistema de captura magnética in vivo. Adaptado de Xu et al. (2005).

As imagens de ressonância mostraram que, quando aplicado o campo

magnético, parte das partículas foi para o rim, porém, não a quantidade esperada.

Muitas partículas foram fagocitadas pelo sistema reticuloendotelial e permaneceram

no fígado. Os pesquisadores atribuíram tal fato ao uso de partículas não revestidas,

sugerindo que o revestimento das partículas impediria ou retardaria em parte esse

processo fagocítico, permitindo uma concentração maior de partículas no órgão alvo

(XU et al., 2005).

Com o objetivo de estudar o comportamento de partículas magnéticas para a

liberação vetorizada de fármacos a partir de um implante, Avilés, Ebner e Ritter

(2008) desenvolveram um sistema de captura magnética experimental in vitro para

simular as condições fisiológicas. Este sistema consiste em um cilindro polimérico

poroso contendo as partículas magnéticas, dois magnetos permanentes localizados

acima e abaixo do cilindro, uma seringa para suprir a suspensão de partículas

contidas no cilindro, um tubo de fluxo com o polímero poroso encapsulado no seu

interior, uma bomba para controlar o fluxo através da matriz polimérica e um

recipiente coletor da suspensão no fim do sistema, semelhante ao apresentado na

30

Figura 04. O campo magnético aplicado foi variado pela alteração da distância entre

os dois magnetos permanentes para estudar a influência da sua variação na captura

magnética. Além disso, foram estudadas outras variáveis, como a velocidade de

fluxo, o conteúdo de Fe3O4 e a concentração de partículas. Conforme esperado, o

aumento do fluxo diminuiu a captura, enquanto uma concentração maior de

partículas e um conteúdo maior de Fe3O4 aumentaram a eficiência da captura. A

diminuição da intensidade do campo magnético externo reduziu a captura, porém

esta ainda foi significativa mesmo na menor intensidade estudada (38,0 T).

Gaihre e colaboradores (2009) sintetizaram partículas magnéticas de óxido de

ferro e as revestiram com gelatina para a aplicação como sistema de liberação do

fármaco antitumoral doxorrubicina, utilizado no tratamento de leucemias e linfomas.

Para a incorporação do fármaco foram empregados os métodos de adsorção direta

nas partículas prontas e de encapsulação por reticulação, sendo que este método

apresentou maior capacidade de incorporação. Além disso, a liberação do fármaco

mostrou-se pH dependente, com uma liberação consideravelmente maior em pH

ácido (4,0) do que em pH próximo à neutralidade (7,4).

Fluidos magnéticos contendo partículas modificadas com polietilenoglicol e

copolímero de ácido láctico e glicólico (PLGA) foram preparados para aplicação na

encapsulação do paclitaxel, outro fármaco antitumoral. Além disso, avaliou-se a

liberação do fármaco e a toxicidade in vivo. O estudo mostrou que os sistemas

apresentaram estabilidade, propriedades de superparamagnetismo e DL50 cerca de

três vezes mais alta que o paclitaxel puro (ZÁVI"OVÁ et al., 2009).

O paclitaxel também foi incorporado em nanopartículas magnéticas de um

derivado da polianilina para a terapia de carcinoma prostático. O sistema promoveu

aumento do tempo de meia vida do fármaco, reduzindo a dose necessária para sua

atividade em ensaios in vitro utilizando células de carcinoma prostático PC3 e

CWR22R (HUA et al., 2010).

Purushotham e Ramanujan (2010) prepararam e caracterizaram partículas de

Fe3O4 revestidas com poli-n-isopropilacrilamida para aplicá-las tanto para

hipertermia induzida magneticamente quanto para a liberação vetorizada de

doxorrubicina. Além da caracterização das partículas obtidas, foram estudados o

comportamento de aquecimento in vitro pela aplicação de um campo magnético

alternado, a liberação da doxorrubicina incorporada nas partículas sem e com um

31

campo magnético alternado, bem como a influência da temperatura na liberação do

fármaco. As partículas apresentaram liberação dependente da temperatura, sendo

que uma exposição inicial de uma hora a 37 °C resultou na liberação de 35,5% do

fármaco, o aumento da temperatura para 43 °C por uma hora promoveu a liberação

de 48,5% do mesmo e ao diminuir a temperatura para 24 °C por duas horas a

liberação caiu drasticamente. Os estudos de hipertermia in vitro mostraram que o

ferrofluido contendo 1 mg mL-1 das partículas incorporadas, quando aplicado um

campo magnético alternado de 4 kA m-1, atingiu 41 °C em quatro minutos, com a

possibilidade de manter a temperatura entre 41 e 47 °C por uma hora, período

relevante para a aplicação clínica. Dessa forma, as partículas desenvolvidas têm

potencial aplicação para a hipertermia induzida magneticamente e simultânea

liberação do fármaco, resultando num tratamento multimodal para o câncer.

Como a maioria dos fármacos antitumorais apresentam características

hidrofóbicas, alguns estudos são realizados empregando fármacos poucos solúveis

mais acessíveis como modelo. A indometacina, por exemplo, tem sido empregada

com essa finalidade em trabalhos envolvendo nanopartículas magnéticas para a

vetorização de fármacos (ZÁVI"OVÁ et al., 2007; RUTNAKORNPITUK et al., 2009).

Timko e colaboradores (2006) prepararam nanopartículas magnéticas de

ácido poliláctico contendo indometacina como fármaco modelo para a liberação

vetorizada através da técnica de nanoprecipitação. Também foram preparadas

partículas magnéticas revestidas com o polímero poli(D,L-lactídeo) e a indometacina

foi incorporada a esse sistema. Foi estudada a influência do pH na incorporação do

fármaco e sua liberação in vitro, obtendo-se partículas de diâmetro aproximado de

250 nm e liberação de 70% da indometacina nas primeiras cinco horas (ZÁVI"OVÁ

et al., 2007).

Kang e colaboradores (2008) também utilizaram a indometacina incorporada

em micropartículas magnéticas como modelo de fármaco hidrofóbico. Foram

preparadas partículas magnéticas com ácido poliláctico e PLGA através de uma

técnica envolvendo dióxido de carbono supercrítico. As micropartículas, com 2,35

µm de diâmetro médio, apresentaram superfície lisa e promoveram uma liberação

do fármaco controlada por difusão.

32

Outro estudo que utilizou a indometacina para incorporação em

nanopartículas magnéticas foi realizado por Guo e colaboradores (2010). Foram

preparadas nanopartículas magnéticas com diferentes combinações de copolímeros

em bloco. Estudos de liberação in vitro demonstraram que a liberação da

indometacina destes sistemas foi pH dependente, com maiores quantidades

percentuais de fármaco liberado em valores mais baixos de pH. Estes

pesquisadores incorporaram também o fármaco antitumoral clorambucil nestas

mesmas nanopartículas e verificaram semelhança no comportamento desses

sistemas quando comparados àqueles em que a indometacina foi utilizada como

fármaco modelo.

3.3 Partículas magnéticas de óxidos de ferro contendo quitosana e

derivados

A quitosana, obtida através da desacetilação da quitina, é um biopolímero que

tem sido frequentemente utilizado na área biomédica por suas características

biocompatíveis e biodegradáveis, podendo ser encontrado com diferentes valores de

massa molar média e graus de desacetilação. Por possuir grupos reativos, como

amino e hidroxila, vários derivados da quitosana com diferentes propriedades

químicas e biológicas têm sido sintetizados e caracterizados (LE TIEN et al., 2003;

GUO et al., 2005; DEBRASSI, 2008).

A OCMQTS (Figura 06) é um derivado da quitosana solúvel em água no qual

o grupamento o-hidroxila é substituído por um grupamento carboximetil através da

formação de uma ligação éter, conferindo ao polímero solubilidade tanto em pH

ácido quanto básico (ZHU et al., 2005). Sua segurança foi analisada por Ramesh,

Viswanatha e Tharanathan (2004) em ratos albinos através da avaliação de

alterações no peso corporal, peso dos órgãos vitais, parâmetros histopatológicos e

hematológicos, não demonstrando alterações significativas nas características

estudadas e sendo considerado biocompatível.

33

Figura 06: Estrutura do principal monômero da OCMQTS.

Um derivado da OCMQTS estudado para aplicações farmacêuticas é a

OCMQTS-Bz (Figura 07), no qual há a inserção de um grupamento benzil no

nitrogênio do monômero de OCMQTS, conferindo ao polímero características

anfifílicas.

Figura 07: Estrutura do principal monômero da OCMQTS-Bz.

Este derivado tem sido utilizado como auxiliar na dissolução de compostos

bioativos pouco solúveis, no preparo de esponjas para liberação de insulina e de

filmes poliméricos para aplicações farmacêuticas e em alimentos, por exemplo

(DEBRASSI, 2008; ROSA, 2008; BRESSAN, 2009; SANTOS, 2010).

As nanopartículas magnéticas preparadas com quitosana e outros

polissacarídeos naturais têm sido amplamente utilizadas em aplicações

biotecnológicas principalmente por suas características biocompatíveis e atóxicas

(DIAS et al., 2011). Dentre as aplicações das nanopartículas magnéticas, pode-se

citar seu uso como agente de contraste na ressonância magnética de imagem. Kim

e colaboradores (2005) prepararam ferrofluidos contendo nanopartículas revestidas

com ácido oleico em dispersões de quitosana. Estes ferrofluidos apresentaram boa

estabilidade e contrastes de ressonância magnética de imagem similares aos do

Resovist®, um produto para esta finalidade utilizado clinicamente.

34

Foi também preparado um ferrofluido de partículas magnéticas através do

revestimento in situ do óxido de ferro com a quitosana submetida à radiação gama

numa tentativa de aumentar o conteúdo de Fe3O4. Verificou-se que a metodologia

empregada pode aumentar o revestimento das nanopartículas magnéticas com

quitosana, obtendo-se um ferrofluido com um alto conteúdo de Fe3O4, o qual

apresenta um potencial uso como contraste na ressonância magnética de imagem

(TSAI et al., 2010).

Outra aplicação dessas nanopartículas é na separação de células e

macromoléculas, como proteínas. Wang e colaboradores (2008) prepararam

nanopartículas magnéticas com quitosana para essa aplicação e foi avaliada a

influência do pH no processo de adsorção, as propriedades cinéticas e a capacidade

de adsorção da albumina sérica bovina pelas nanopartículas. O estudo demonstrou

boa adsorção da proteína, com o equilíbrio atingido em 10 minutos, sendo um

processo bastante rápido.

Partículas magnéticas de quitosana e derivados também são empregadas em

biocatálise. Li e colaboradores (2008a) realizaram um estudo de adsorção da

enzima mandelato desidrogenase do Saccharomyces cerevisiae por partículas

magnéticas contendo quitosana, utilizadas posteriormente na síntese do ácido (R)-

mandélico, precursor de alguns fármacos, com manutenção da atividade catalítica

da enzima em 48,8%.

Foi também estudada a imobilização da enzima %-D-galactosidase do

Aspergillus oryzae com nanopartículas magnéticas de Fe3O4 e quitosana. A enzima

foi imobilizada nas partículas com glutaraldeído e apresentou atividade igual ou

superior à da enzima livre em uma faixa ampla de temperatura e pH, bem como boa

estabilidade e capacidade de reutilização (PAN et al., 2009).

Outra aplicação das partículas magnéticas é na produção de biossensores.

Zheng e colaboradores (2009) prepararam e caracterizaram filmes contendo

partículas magnéticas de Fe3O4 e quitosana com hemoglobina imobilizada para a

fabricação de um biossensor de H2O2, verificando que a imobilização da proteína

não altera sua estrutura secundária. A atividade catalítica do eletrodo revestido com

o filme foi analisada por voltametria cíclica e verificou-se que o filme pode gerar um

35

microambiente favorável para reações de oxirredução por promover reações de

transferência de elétrons, tendo potencial aplicação em biossensores e biocatálise.

Kaushik e colaboradores (2008) sintetizaram nanopartículas magnéticas com

quitosana para o preparo de um filme contendo glicose oxidase imobilizada através

de interações eletrostáticas e posteriormente aplicaram em um biossensor de

glicose. A enzima imobilizada apresentou excelente atividade catalítica da glicose e

as nanopartículas de Fe3O4 melhoraram a transferência de elétrons entre a glicose e

a superfície do eletrodo. Além disso, quando armazenado sob refrigeração a cerca

de 4 °C durante oito semanas, o eletrodo manteve em 80% sua atividade catalítica,

mostrando boa estabilidade.

Biossensores de glicose com nanopartículas de Fe3O4 e quitosana também

foram preparados por Yang e colaboradores (2009), utilizando um eletrodo de

platina posteriormente revestido com um filme de Nafion$. O biossensor foi utilizado

para a determinação de glicose em soro humano e os resultados foram comparados

com os obtidos através de um equipamento utilizado clinicamente em rotinas

clínicas de bioquímica, apresentando valores semelhantes.

As partículas magnéticas podem ainda ser aplicadas para a remoção de íons

e corantes no tratamento de efluentes. Foram preparadas nanopartículas

magnéticas de carboximetilquitosana ligadas covalentemente às partículas de Fe3O4

via ativação com carbodi-imida, aplicadas posteriormente na remoção de corantes

ácidos (CHANG; CHEN, 2005a). As mesmas partículas foram empregadas também

para a remoção de Cu(II), sendo que a adsorção requereu um tempo de contato de

apenas um minuto para que o equilíbrio fosse atingido (CHANG; CHEN, 2005b).

Partículas magnéticas de quitosana modificadas com etilenodiamina foram

utilizadas para remoção dos corantes laranja ácido 7 e 10. O adsorvente apresentou

distribuição de tamanho de partícula entre 15 e 40 nm, valor de saturação magnética

de 25,6 emu g-1 e capacidade máxima de adsorção de 1215 e 1017 mg g-1 para os

corantes laranja ácido 7 e 10, respectivamente (ZHOU et al., 2011).

Elwakeel (2010) sintetizou e caracterizou resinas de derivados da quitosana

reticulados com glutaraldeído na presença de Fe3O4 e as aplicou para remoção do

Cr(VI) pelo método em batelada. Os resultados mostraram que a resina do derivado

de cloreto de amônio quaternário foi eficiente para remoção do Cr(VI) em meio

36

básico, seguindo uma cinética de pseudo-segunda ordem, adsorção monocamada e

processo endotérmico, com possibilidade de regeneração da resina.

Lee e colaboradores (2005) prepararam um material embólico a partir de um

ferrofluido contendo partículas magnéticas de óxido de ferro e quitosana para

aplicação no tratamento de tumores por emboloterapia, processo no qual um vaso

sanguíneo é obstruído por um material. O objetivo desta técnica é diminuir a

quantidade de sangue que vai para o tumor, dificultando seu crescimento e

favorecendo sua destruição. No caso das partículas magnéticas, é possível ainda

verificar sua localização através da detecção por ressonância magnética de imagem

durante o procedimento médico. O material embólico preparado foi injetado na

artéria renal de coelhos através de um cateter e foram obtidas imagens de

ressonância magnética, mostrando que o material ocupou a artéria renal dos

animais como desejado, tendo potencial aplicação médica.

Os ferrofluidos magnéticos, compostos de partículas magnéticas dispersas

numa suspensão coloidal, também estão sendo estudados para seu uso no

tratamento de câncer através da hipertermia induzida magneticamente, técnica na

qual as partículas magnéticas são injetadas, direcionadas até os tumores e

posteriormente aquecidas com a aplicação de um campo magnético alternado. A

temperatura aplicada e a duração do aquecimento permitem a morte das células

tumorais ou as torna mais susceptíveis às técnicas de radioterapia ou quimioterapia

(THIESEN; JORDAN, 2008).

Donadel e colaboradores (2008) prepararam ferrofluidos contendo partículas

magnéticas de óxido de ferro revestidas com quitosana e atomizadas por spray-

drying. Os ferrofluidos foram expostos a um campo magnético alternado para avaliar

suas propriedades de aquecimento. Através da técnica de difração de raios-X foram

encontrados picos característicos de Fe3O4 (55%) e !-Fe2O3 (45%), muito similares

em sua estrutura cristalina e em suas propriedades físicas. O processo de spray-

drying gerou partículas esféricas e também foi possível perceber que o tipo de

material de revestimento apresenta um efeito significativo na morfologia das

partículas. A exposição ao campo magnético alternado proporcionou um

aquecimento de 1 °C em três minutos para as partículas preparadas na razão de

partículas magnéticas/quitosana de 1,6, sendo importante considerar que a redução

37

no tempo de aquecimento é fundamental para que as células saudáveis não sejam

afetadas durante o tratamento por hipertermia.

Huang e colaboradores (2010) também prepararam partículas magnéticas de

quitosana e óxidos de ferro por um método de spray-drying, obtendo partículas

esféricas com valores de saturação magnética de 16,22 a 27,91 emu g-1 e com 200

a 500 nm de diâmetro, sendo que uma proporção maior de polímero em relação ao

conteúdo de ferro promoveu aumento significativo do tamanho das partículas.

Também foram preparadas nanopartículas revestidas com quitosana através

de reticulação em suspensão e avaliadas para o uso em hipertermia localizada

através da aplicação de um campo magnético alternado. Após exposição por 29

minutos ao campo magnético alternado numa frequência de 80 kHz, as partículas

com quitosana atingiram uma temperatura de 53,7 °C, apresentando potencial

aplicação para esse tipo de tratamento (ZHAO et al., 2009).

Kim e colaboradores (2009) sintetizaram, caracterizaram e estudaram o

comportamento in vitro de partículas magnéticas sem revestimento e revestidas com

quitosana e amido para o tratamento de carcinoma de células escamosas através da

técnica de hipertermia induzida magneticamente. As partículas revestidas com

quitosana apresentaram biocompatibilidade in vitro e afinidade seletiva pelas células

tumorais, sendo um material promissor para essa aplicação.

Foram também preparados ferrogéis contendo nanopartículas de óxido de

ferro e quitosana e suas propriedades reológicas foram estudadas. Verificou-se que,

quando preparado com uma dispersão de quitosana muito viscosa, o gel formado

não apresenta propriedades magnéticas pela ausência da Fe3O4, provavelmente em

decorrência da formação de oxi-hidróxidos de Fe(III). Foi realizado um estudo prévio

de hipertermia induzida magneticamente com os ferrogéis, atingindo 43 °C em cinco

minutos quando submetidos a um campo magnético alternado, sendo potenciais

materiais para aplicação em hipertermia induzida magneticamente (HERNÁNDEZ et

al., 2009).

Para aplicação na liberação vetorizada de fármacos, foram preparadas

nanopartículas magnéticas de Fe3O4 com quitosana para a liberação do fármaco

antitumoral 5-fluorouracil. O teor de fármaco encontrado nas partículas foi de 13,4%

38

e a eficiência de incorporação foi de 25,8%, com uma liberação inicial de 48% em

cinco horas e de 68% em 30 horas (WANG et al., 2009).

Zhu e colaboradores (2009) também prepararam nanopartículas magnéticas

revestidas com quitosana através de um método de microemulsão reversa para a

vetorização do mesmo fármaco, com um teor de 16 a 23% e eficiência de

encapsulação do fármaco entre 60 e 92%. As partículas apresentaram uma

liberação lenta do agente antitumoral, com a liberação de 23% do fármaco nas

primeiras duas horas e prolongamento da liberação, atingindo 82% de 5-fluorouracil

liberado até 80 horas após a administração, caracterizando um possível sistema de

liberação prolongada.

A indometacina foi utilizada como fármaco modelo para incorporação em

nanopartículas magnéticas de octadecilcarboximetilquitosana quaternizada. Os

sistemas apresentaram características superparamagnéticas, monodispersas e com

partículas contendo de uma a três camadas lipídicas, dependendo do número de

etapas utilizadas no seu preparo, possibilitando a obtenção de uma camada por vez

de acordo com as características que se deseja para o sistema (LIANG et al., 2010).

Saboktakin e colaboradores (2010) sintetizaram hidrogéis contendo partículas

magnéticas revestidas com quitosana e sulfato de dextrana para a liberação

colônica, utilizando o ácido 5-aminossalicílico como fármaco modelo. Os sistemas

promoveram um retardo na liberação do ativo nos ensaios in vitro realizados,

demonstrando que a liberação da substância ocorreria principalmente no cólon.

Zhao e colaboradores (2005) sintetizaram nanopartículas magnéticas com

OCMQTS e 2-piridiltiol como grupo terminal na sua superfície, aplicando-as na

incorporação e liberação do metotrexato, fármaco utilizado no tratamento de câncer.

As partículas obtidas se mostraram estáveis e reprodutíveis e o carreamento do

fármaco no teste antitumoral in vitro foi eficiente, apresentando também liberação

sustentada do metotrexato.

Partículas magnéticas revestidas com quitosana também foram utilizadas

para a liberação de tacrina no cérebro para o tratamento de doença de Alzheimer.

Foi determinado o tamanho das partículas, o conteúdo de Fe3O4, a capacidade de

incorporação da tacrina e sua liberação in vitro e in vivo, com o posicionamento de

um campo magnético externo na cabeça dos animais. Houve um transporte

significativamente maior da tacrina para o cérebro dos animais com as

39

nanopartículas magnéticas quando comparado ao fármaco livre, possibilitando

diminuição da sua dose e consequentemente dos seus efeitos adversos (WILSON et

al., 2009).

Também foram preparadas nanopartículas magnéticas revestidas com um

copolímero de quitosana, polietilenoglicol e polietilenoimina para aplicação na

liberação gênica no tratamento de glioma, um tumor cerebral altamente letal. A

clorotoxina, utilizada no tratamento desse tumor, foi incorporada na superfície das

nanopartículas para aumentar a especificidade do vetor. As nanopartículas contendo

DNA e clorotoxina apresentaram diâmetro médio de 48,8 nm e uma maior

especificidade pelas células do glioma que as partículas sem a clorotoxina em

modelo in vivo (KIEVIT et al., 2010).

3.4 Indometacina

A indometacina (massa molecular: 357,79 g mol-1; pKa: 4,5), cuja estrutura

está representada na Figura 08, é um fármaco pertencente à classe dos anti-

inflamatórios não esteroidais (AINEs) utilizado frequentemente no tratamento de

quadros de dor e inflamação. Atua na inibição das enzimas ciclo-oxigenases 1 e 2

(COX-1 e COX-2), inibindo a síntese endógena de prostanoides. Além do uso clínico

amplamente conhecido, há estudos reportando a ação da indometacina e de outros

AINEs na inibição do crescimento de alguns tipos de tumores e como indutores da

apoptose (KIM et al., 2004; OU et al., 2007; YOUNG et al., 2008; ORIDO et al.,

2010).

Figura 08: Estrutura química da indometacina.

40

O mecanismo de ação antineoplásico dos AINEs não está totalmente

esclarecido. Acredita-se, atualmente, que estejam envolvidos mecanismos COX-

dependentes e COX-independentes, pois foi demonstrada atividade antitumoral

dessa classe através de uma via independente da inibição da síntese de

prostaglandinas, com a modulação da atividade de quinases intracelulares

(LINCOVÁ et al., 2009).

Demonstrou-se que a indometacina diminui a expressão do receptor

prostanoide EP2 em células de câncer colorretal via down regulation, reduzindo

também a formação de AMP cíclico intracelular estimulada pela prostagladina PGE2

(FUJINO et al., 2007). Também foi demonstrada a apoptose induzida pela

indometacina em células de carcinoma renal através de uma via COX-independente

(OU et al., 2007). Além disso, a indometacina promoveu diminuição da captação de

ácido araquidônico, um precursor para a síntese de prostaglandinas pela COX-2, em

células tumorais do cólon (ORIDO et al., 2010).

Contudo, o mecanismo inicialmente conhecido envolve a COX-2, enzima

ausente na maioria dos tecidos normais e expressa como resposta a diferentes

estímulos inflamatórios, incluindo promotores tumorais. A COX-2 converte o ácido

araquidônico da membrana citoplasmática em prostaglandina H2 e

subsequentemente em prostaglandina E2, um mediador pró-carcinogênico primário

da inflamação que atua de forma autócrina e parácrina. A superexpressão da COX-2

ocorre em diferentes tipos de tumores malignos e está relacionada à resistência à

apoptose, ao aumento da angiogênese e à perda da inibição do crescimento celular

(YOUNG et al., 2008).

Foi demonstrada atividade da indometacina e de outros inibidores da COX-2

na inibição do crescimento e/ou na indução da apoptose de diferentes células

tumorais, como do cólon, bexiga, esôfago, estômago e da cavidade oral (KIM et al.,

2004; LINDBLAD; LAGERGREN; RODRÍGUEZ, 2005; KAPITANOVI# et al., 2006;

YOUNG et al., 2008; QIN et al., 2009). Devido a esses fatos, aliados à característica

hidrofóbica da molécula, a indometacina foi escolhida como fármaco-modelo para

incorporação nas partículas preparadas.

50

5 RESULTADOS E DISCUSSÃO

5.1 Síntese dos polímeros

Para a obtenção do derivado OCMQTS-Bz tendo a quitosana como polímero

de partida, inicialmente foi sintetizada a OCMQTS, posteriormente empregada para

o preparo do derivado anfifílico. A síntese da OCMQTS ocorre através da

substituição nucleofílica bimolecular (SN2), na qual o ataque do nucleófilo ao átomo

de carbono ligado ao cloro acontece simultaneamente à expulsão do grupo de saída

(Figura 09).

Figura 09: Esquema da síntese da OCMQTS a partir da quitosana.

As baixas temperaturas empregadas durante o processo de síntese têm como

objetivo direcionar a substituição para o grupamento hidroxila do carbono 6 do

monômero da quitosana, mantendo a amina livre para que esta possa

posteriormente reagir com o benzaldeído, formando o derivado OCMQTS-Bz

(ROSA, 2008).

A condição básica empregada é fundamental para o rompimento da estrutura

cristalina rígida do polímero, permitindo o acesso do ácido monocloroacético entre

as cadeias poliméricas, possibilitando assim a carboximetilação da quitosana

(CHEN; DU; ZENG, 2003). Devido a essa condição mantida no processo, a

OCMQTS foi obtida na forma salina, sendo uma pequena parte desta transformada

na forma ácida para a determinação do grau de carboximetilação através da

titulação condutimétrica.

O isopropanol é utilizado como principal meio para a reação de

carboximetilação devido à sua polaridade e estereoquímica, ideais para a

51

miscibilidade e o acesso do ácido monocloroacético aos centros de reação da

cadeia por favorecer mudanças na cristalinidade e no polimorfismo do polímero. Em

decorrência da sua baixa constante dielétrica, o isopropanol é um solvente ruim para

o NaOH, favorecendo uma alta concentração da base na superfície da quitosana e,

consequentemente, um maior rompimento da sua estrutura cristalina

(PUSHPAMALAR et al., 2006).

O derivado OCMQTS-Bz foi obtido através de uma reação de aminação

redutiva (Figura 10).

Figura 10: Esquema da síntese do derivado OCMQTS-Bz a partir da OCMQTS.

Na síntese da OCMQTS-Bz, há a condensação entre o grupamento amino

livre da quitosana e o benzaldeído através do ataque nucleofílico da amina à

carbonila do aldeído e a posterior remoção de água, formando a imina, também

chamada de base de Schiff. A imina é então reduzida utilizando o NaBH4 como

agente redutor. O mecanismo de síntese e redução da imina para a obtenção do

derivado OCMQTS-Bz estão representados nas Figuras 11 e 12.

52

Figura 11: Mecanismo de reação da síntese da imina para a obtenção do derivado OCMQTS-Bz.

Figura 12: Mecanismo de redução da imina utilizando o NaBH4 como agente redutor.

A reação entre a quitosana e diferentes aldeídos para a formação de bases

de Schiff, que podem ser posteriormente reduzidas a aminas é uma rota

frequentemente utilizada para a obtenção de novos derivados (GUO et al., 2005;

53

RABEA et al., 2005; SANTOS; DOCKAL; CAVALHEIRO, 2005; DEBRASSI, 2008;

SAJOMSANG et al., 2008; JIN; WANG; BAI, 2009; RABEA et al., 2009;

KOUTROUMANIS; AVGOUSTAKIS; BIKIARIS, 2010).

A síntese de derivados anfifílicos da OCMQTS através da formação de bases

de Schiff pode ser realizada em meio homogêneo ou heterogêneo, dependendo das

características desejadas para os derivados. O método heterogêneo apresenta a

desvantagem de produzir derivados insolúveis em soluções aquosas em decorrência

do aquecimento necessário para a síntese, enquanto que no método homogêneo

geralmente são formados produtos com características de solubilidade semelhantes

ao polímero de partida, porém requer uma grande quantidade de solvente orgânico

para a precipitação dos produtos (DEBRASSI, 2008). O derivado OCMQTS-Bz

utilizado para a síntese das nanopartículas magnéticas foi obtido pelo método

homogêneo para a manutenção das características de solubilidade da OCMQTS.

5.2 Caracterização da OCMQTS e OCMQTS-Bz

5.2.1 Grau de carboximetilação

A determinação do grau de carboximetilação dos derivados através da

titulação condutimétrica baseia-se na substituição dos íons com determinada

condutividade por outros com condutividade diferente (MUZZARELLI et al., 1982).

Através dos volumes correspondentes aos pontos de inflexão, obtidos através

da curva de titulação condutimétrica da OCMQTS na forma ácida utilizando solução

padrão de NaOH 0,100 mol L-1 como agente titulante (Figura 13) foi determinado o

grau de carboximetilação do derivado.

54

Figura 13: Curva da titulação condutimétrica da OCMQTS. Massa de amostra: 50 mg, temperatura: 25 ºC, titulante: NaOH 0,100 mol L-1.

A curva de titulação condutimétrica da forma ácida da OCMQTS apresenta

dois pontos de inflexão, correspondente ao início e ao término da neutralização do

grupamento ácido carboxílico (CASU; GENNARO, 1975). O valor do segundo ponto

de inflexão é utilizado para o cálculo do grau de carboximetilação.

O grau de carboximetilação obtido foi de 44,31%. Este valor é alto quando

comparado a derivados carboximetilados da quitosana obtidos anteriormente

através do mesmo método de síntese, cujos valores de carboximetilação se situam

entre 20 e 30% (CHEN; PARK, 2003; ROSA, 2008; SANTOS, 2010). Esta diferença

reflete a necessidade de caracterização para cada lote de derivado sintetizado.

5.2.2 Espectroscopia no infravermelho

A técnica de espectroscopia no infravermelho é frequentemente empregada

como auxiliar na determinação de estruturas químicas principalmente na área de

produtos naturais e síntese orgânica. Baseia-se na absorção da radiação

eletromagnética em frequências correlacionadas à vibração de ligações químicas de

determinados grupos funcionais de uma molécula. A condição fundamental para que

haja absorção na região do infravermelho é a existência de uma alteração no

momento dipolar de um grupo ou uma molécula durante sua vibração. Tais

55

alterações permitem a interação da radiação incidente com a molécula, originando

os espectros (COATES, 2000).

Os espectros no infravermelho da OCMQTS na forma ácida e do derivado

OCMQTS-Bz são mostrados na Figura 14. No espectro da OCMQTS é possível

verificar a presença de uma banda na região de 1640 cm-1 (estiramento)

correspondente à carbonila e uma banda larga na região de 3500 cm-1 (estiramento)

relacionada à ligação O–H, ambas indicando a presença do grupamento ácido

carboxílico, confirmando a carboximetilação da quitosana. Esta banda está

provavelmente sobreposta à banda de N–H (estiramento), localizada na região de

3450 cm-1. Há também uma banda em 1560 cm-1 atribuída à deformação angular de

N–H dos grupamentos amino livres; em 1730 cm-1 correspondente ao dímero de

carboximetil (O=COH· · ·O=COH); em 1480 cm-1 (deformação) relativa ao

grupamento amino protonado (NH3+) e na região entre 1150 e 900 cm-1 (estiramento)

relativas às ligações glicosídicas C–O e C–O–C (ABREU; CAMPANA-FILHO, 2009;

LIU et al., 2009).

Figura 14: Espectros no infravermelho da OCMQTS na forma ácida e do derivado OCMQTS-Bz.

O espectro do derivado OCMQTS-Bz apresenta as bandas correspondentes

ao grupamento ácido carboxílico, sendo que a banda relativa à carbonila, em

56

aproximadamente 1640 cm-1 encontra-se alargada e um conjunto de bandas em

aproximadamente 1450, 1350, 1010 e 980 cm-1 indicando a inserção do anel

aromático na estrutura do polímero (SAJOMSANG et al., 2008).

5.2.3 Ressonância magnética nuclear de 1H

A espectroscopia de RMN baseia-se na absorção de radiação

eletromagnética na região de radiofrequência em uma frequência relacionada às

características estruturais da molécula sob determinadas condições em um campo

magnético, dando origem a um espectro que é um registro gráfico das frequências

dos picos de absorção contra suas intensidades (SILVERSTEIN; BASSLER;

MORRILL, 1994).

Diferentes núcleos podem ser analisados através dessa técnica. Em geral, os

núcleos que têm número ímpar de prótons, como 1H, 14N, 19F e 31P ou número ímpar

de nêutrons, como 13C, têm atividade magnética, pois apresentam número de spin

de $. Entretanto, quando o número de prótons e nêutrons são pares, como no 12C, o

núcleo não tem atividade magnética. Dessa forma, há técnicas de RMN cujo objetivo

é avaliar diferentes núcleos, sendo os mais comuns para elucidação estrutural de

compostos orgânicos os de 1H e 13C (VOLLHARDT; SCHORE, 2004).

Vários parâmetros são úteis em um espectro de RMN, principalmente em

RMN 1H, como deslocamento químico do sinal, que indica a vizinhança do

hidrogênio analisado; sua multiplicidade, relacionada ao número de hidrogênios

vizinhos; a integração do sinal, correspondente ao número de hidrogênios

responsáveis por determinado sinal; e a constante de acoplamento, J, que é a

distância entre dois picos que compõem um sinal (SILVERSTEIN; BASSLER;

MORRILL, 1994; VOLLHARDT; SCHORE, 2004).

O espectro da OCMQTS (Figura 15) apresenta os seguintes sinais: em 1,03

ppm correspondente aos hidrogênios do grupo acetamida dos monômeros residuais

de quitina; em 3,06 ppm relativo ao hidrogênio ligado ao carbono C2 do anel

glucosamina; na região entre 3,49 e 4,08 ppm os sinais correspondentes aos

hidrogênios ligados aos carbonos C3, C4, C5 e C6 do anel e em aproximadamente

5,00 ppm os sinais do hidrogênio ligado ao carbono C1. Os sinais localizados em

57

1,92 e 2,08 ppm correspondem aos solventes CD3COOD e D2O respectivamente

(GOTTLIEB; KOTLYAR; NUDELMAN, 1997; ABREU; CAMPANA-FILHO, 2009).

Figura 15: Espectro de RMN 1H da OCMQTS em D2O/CD3COOD à temperatura ambiente.

O espectro do derivado OCMQTS-Bz (Figura 16) apresenta um sinal em 1,91

ppm correspondente aos hidrogênios do grupamento acetamida dos monômeros

residuais de quitina; em 3,03 ppm relativo ao hidrogênio ligado ao carbono C2 do

anel glucosamina; um grupo de sinais na região entre 3,60 e 3,76 ppm

correspondente aos hidrogênios ligados aos carbonos C3, C4, C5 e C6 desse

mesmo anel; outro grupo de sinais em aproximadamente 4,70 ppm correspondente

ao hidrogênio ligado ao carbono C1 e aos hidrogênios do carbono ligado ao oxigênio

do grupamento carboximetil e um sinal em 7,36 ppm relativo aos hidrogênios do anel

aromático, confirmando novamente a inserção desse grupamento na estrutura do

polímero.

58

Figura 16: Espectro de RMN 1H do derivado OCMQTS-Bz em D2O/CD3COOD à

temperatura ambiente.

Para a determinação do grau de substituição da OCMQTS-Bz foram

considerados os valores das integrais dos espectros (LIU et al., 2006). Este método

de determinação do grau de substituição baseia-se na relação entre o valor da

integral dos hidrogênios aromáticos (próximo a 7,0 ppm) e do hidrogênio ligado ao

C-2 do anel glicosídico (próximo a 3,0 ppm), conforme a Equação 4.

Equação 4

Onde:

AI 1HAr: integral dos prótons aromáticos;

AI 1H C2: integral dos prótons do C-2 do anel glicosídico e

N 1HAr: número de prótons do anel aromático.

59

O grau de substituição calculado a partir da área da integral dos sinais em

3,04 ppm (hidrogênio do C2) e 7,36 ppm (hidrogênios do anel aromático) do

espectro do derivado OCMQTS-Bz foi de 19,0%, baixo quando comparado ao

derivado preparado por Rosa (2008) utilizando a mesma relação molar de 1:1

(benzaldeído:monômero de glucosamina), o qual apresentou grau de substituição de

53%. Este mesmo autor mostrou que o grau de substituição de derivados obtidos

através da reação da OCMQTS com benzaldeído é diretamente dependente da

relação molar aldeído:monômero de glucosamina empregada, sendo que quanto

maior essa relação, maior é o grau de substituição obtido.

O grau de substituição de derivados da OCMQTS modificados com aldeídos

ou outros compostos carbonílicos depende de diferentes fatores, como o tipo de

composto carbonílico utilizado, o solvente, o método empregado (homogêneo ou

heterogêneo) e a temperatura de reação. Guo e colaboradores (2005) prepararam

bases de Schiff através da reação da OCMQTS com aldeídos aromáticos com grau

de substituição de 60%, mostrando que a presença de diferentes grupamentos

ligados ao anel aromático do aldeído não influenciou no grau de substituição dos

derivados. Em trabalho posterior, o mesmo grupo obteve derivados com graus de

substituição semelhantes, entre 51 e 60%, empregando os mesmos reagentes e

condições reacionais (GUO et al., 2006). Largura (2009) sintetizou derivados da

OCMQTS através da reação com cloreto de lauroíla, obtendo derivados com grau de

substituição de 19,84 e 22,27% quando utilizada a mesma proporção molar, valores

semelhantes ao encontrado neste estudo para a OCMQTS-Bz. Tan e Liu (2009)

prepararam derivados através da reação entre a OCMQTS e o ácido linoleico,

encontrando graus de substituição entre 1,8 e 2,6%.

5.3 Preparação e caracterização do material magnético inorgânico

5.3.1 Síntese do material magnético inorgânico

Diferentes técnicas têm sido empregadas para a síntese de Fe3O4, como

coprecipitação dos íons Fe3+ e Fe2+ em meio básico (MENG et al., 2005; LU et al.,

2010), utilizando reatores de micro-ondas (HONG; PAN; LI, 2006; ZHOU et al.,

60

2010), através de uma rota endotérmica em autoclave (ZHENG et al., 2006), por

decomposição térmica (MAITY et al., 2009), por transformação de fase induzida por

redução de !-Fe2O3 em atmosfera de CO (HAI et al., 2010), empregando &-D-

glucose como agente redutor (LU et al., 2010), entre outros. A escolha da

metodologia adequada para a síntese é fundamental para a obtenção das partículas

com os tamanhos, formas e características magnéticas visadas, pois o método

empregado está muito relacionado às características físicas do material.

As partículas magnéticas inorgânicas, compostas por uma mistura de !-Fe2O3

e Fe3O4, foram obtidas através do método de coprecipitação dos íons férricos (Fe3+)

e ferrosos (Fe2+) em meio aquoso básico na razão de 2:1 (Fe3+:Fe2+) de acordo com

as Reações 01 e 02 (DONADEL et al., 2008; LU et al., 2010).

Reação 01

Reação 02

A Figura 17 representa as partículas magnéticas inorgânicas dispersas em

água na ausência e na presença de um campo magnético externo, confirmando

visualmente as propriedades magnéticas do material obtido.

Figura 17: Partículas magnéticas inorgânicas dispersas em água (A) na ausência e (B) na presença de um campo magnético externo.

O mecanismo de formação da Fe3O4 sob as condições reacionais

empregadas não está comprovado, porém ocorre provavelmente conforme o

61

Esquema 01. Em valores de pH acima de 9,0, os íons Fe3+ e Fe2+ são convertidos

aos seus respectivos hidróxidos, que se cristalizam lentamente para formação da

Fe3O4 e de água. Se houver cristalização completa através de uma das duas rotas,

não são formados os produtos hidroxilados (A) e (B). Caso contrário, estes produtos

também estarão presentes no material magnético inorgânico (MENG et al., 2005).

Esquema 01: Mecanismo de formação da magnetita (Fe3O4) através do método de coprecipitação dos íons Fe3+ e Fe2+ em meio aquoso básico. Rotas propostas: (1) e (2). Produtos hidroxilados: (A) e (B). Fonte: MENG et al., 2005.

A Fe3O4 é uma espécie mista de óxido de ferro (FeO-Fe2O3) cuja estrutura é

semelhante ao mineral espinélio (MgAl2O4), com distribuição catiônica invertida. Na

sua estrutura, metade dos íons Fe3+ são coordenados de forma tetraédrica (sítio A)

enquanto que íons Fe3+ restantes e todos os íons Fe2+ são coordenados de forma

octaédrica (sítio B). Cada sítio octaédrico apresenta seis íons O2- vizinhos nas

extremidades do octaedro, enquanto cada sítio tetraédrico apresenta quatro íons O2-

dispostos nas extremidades do octaedro. Suas propriedades magnéticas são

decorrentes da transferência de elétrons entre os íons Fe2+ e Fe3+ nos sítios

octaédricos (SANTANA; RAMOS; FABRIS, 2008; YAN et al., 2009).

De acordo com a teoria do magnetismo, a direção do momento magnético de

qualquer íon ocupando o mesmo tipo de posição é a mesma, porém a direção do

momento magnético do sítio A é contrária à do sítio B e o momento magnético total

é determinado pela soma dos vetores dos momentos magnéticos das duas espécies

iônicas. Dessa forma, o aumento do momento magnético total ocorre conforme o

conteúdo de Fe2+ (MENG et al., 2005).

62

A oxidação da Fe3O4 apresenta dois possíveis produtos: a !-Fe2O3, que

apresenta propriedades magnéticas, e a hematita (&-Fe2O3), não magnética,

dependendo das condições de síntese empregadas, do tamanho de partícula e do

tipo e quantidade de impurezas. Em altas temperaturas, o principal produto formado

é &-Fe2O3, enquanto que a !-Fe2O3 é obtida preferencialmente pela oxidação em

temperaturas mais baixas (CORREA et al., 2006). Nestes trabalho, o material

inorgânico foi sintetizado à temperatura ambiente, pois a intenção foi obter

nanopartículas magnéticas compostas por uma mistura de Fe3O4 e !-Fe2O3 e evitar

a formação de material não magnético. A !-Fe2O3 apresenta somente íons Fe3+

divididos igualmente entre sítios tetraédricos e octaédricos e apresenta menor

saturação magnética do que a magnetita.

5.3.2 Difração de raios-X (XRD)

A técnica de XRD é uma das mais importantes para a caracterização

estrutural de materiais inorgânicos devido à possibilidade de investigar a

microestrutura de sólidos e moléculas, incluindo as constantes e geometria da rede,

a orientação de cristais, entre outros. O fenômeno de difração em que se baseia a

técnica pode ser explicado pela excitação e vibração dos elétrons do átomo de um

determinado cristal na mesma frequência do feixe de raios-X incidente, difratando

esse feixe em ângulos específicos relacionados ao espaçamento entre planos

cristalinos (MONTES, 2009).

O difratograma de raios-X do material magnético inorgânico está apresentado

na Figura 18. Todos os picos encontrados podem ser atribuídos a Fe3O4 ou !-Fe2O3

através da comparação com dados presentes na literatura, entretanto a semelhança

entre seus picos padrões dificulta a separação precisa dessas duas fases em

amostras de óxidos de ferro (DUSZA et al., 2010).

63

Figura 18: Difratograma de raios-X do material magnético inorgânico (Fe3O4/!-Fe2O3).

Os principais picos atribuídos à Fe3O4 são correspondentes aos planos (220),

(311), (400), (422) e (440), enquanto que para a !-Fe2O3 os principais picos se

encontram em (222) e (533) (TRAN et al., 2010). Além disso, através da análise de

XRD foi possível verificar um predomínio de !-Fe2O3, estimando-se uma proporção

de 75±5% de !-Fe2O3 para 25±5% de Fe3O4. A partir dos dados de XRD foi estimado

também o tamanho de partícula de aproximadamente 15,6 nm para o material

Fe3O4/!-Fe2O3 (DUSZA et al., 2010). Uma mistura destes mesmos óxidos na

proporção de 55,0% de Fe3O4 e 45,0% de !-Fe2O3 foi obtida por Donadel e

colaboradores (2008) através da síntese do material sem atmosfera controlada e

posterior secagem a 170 °C. Para evitar a oxidação parcial da Fe3O4 a !-Fe2O3,

pode-se empregar fluxo de nitrogênio na reação com o objetivo de garantir

atmosfera inerte, sendo possível obter Fe3O4 pura. Esta estratégia foi utilizada por

Ozkaya e colaboradores (2009), entretanto os dados de XRD e comportamento

magnético do material indicaram a presença do produto oxidado.

64


O espectro no infravermelho do material magnético inorgânico está

apresentado na Figura 19. Podem ser observadas bandas características da mistura

de Fe3O4/!-Fe2O3 em 597, 790 e 890 cm-1, correspondentes à ligação Fe–O e duas

bandas em 1635 e 3420 cm-1, relativas à presença de umidade na amostra

(ALBORNOZ; SILEO; JACOBO, 2004). O grande número de bandas no espectro

indica a transição da Fe3O4 para um material com estrutura de menor simetria,

caracterizando a oxidação da Fe3O4 a !-Fe2O3 (MÜRBE; RECHTENBACH;

TÖPFER, 2008).

Figura 19: Espectro no infravermelho do material magnético inorgânico (Fe3O4/!-Fe2O3).

Além disso, a presença de duas bandas por volta de 886 cm-1 e 1156 cm-1

indica a presença de traços de &-FeOOH e !-FeOOH respectivamente, produtos

intermediários decorrentes da cristalização incompleta do material a Fe3O4 (RISTI#;

MUSI#, GODEC, 2006; %IC; RISTI#; MUSI#, 2010).

65

5.3.4 Análise térmica

As técnicas de análise térmica consistem na medida de uma propriedade

física de uma substância ou de seus produtos de reação, expressa direta ou

indiretamente em função da temperatura, enquanto essa amostra é submetida a

uma programação controlada de temperatura sob atmosfera especificada. Tais

técnicas têm adquirido maior aplicação em diversas áreas da ciência em estudos

relacionados à caracterização e estabilidade térmica de materiais, na definição da

vida útil de produtos através da avaliação dos mecanismos e da cinética de

decomposição térmica, para a otimização das condições de síntese de diferentes

materiais, na determinação do grau de pureza de fármacos e outras substâncias,

entre outros (MATOS; MERCURI; BARROS, 2009).

Na termogravimetria (TG), a amostra é submetida a uma programação

controlada de temperatura e a variação da massa da amostra é determinada em

função da temperatura ou do tempo. As curvas obtidas, denominadas curvas

termogravimétricas ou curvas TG, podem fornecer informações sobre a estabilidade

térmica e a composição da amostra ou de produtos de degradação intermediários

(MATOS et al., 2000).

A técnica de calorimetria exploratória diferencial (DSC), por sua vez, mede a

diferença de energia fornecida à substância e a um material de referência

termicamente inerte, em função da temperatura, enquanto ambas são submetidas a

uma programação controlada de temperatura. Possibilita a obtenção de dados

quantitativos em relação a alterações químicas e físicas da amostra, como mudança

do estado físico, transições de fase ou reações de decomposição, desidratação,

oxirredução, entre outros (MATOS; MERCURI; BARROS, 2009).

As curvas de TG e DSC do material magnético inorgânico são apresentadas

na Figura 20. Na curva TG é possível verificar uma perda de massa de 7,9% entre

30 e 300 °C, referente à perda de água presente na forma residual e de

cristalização, e a segunda em aproximadamente 515 °C, correspondente a transição

da !-Fe2O3 a &-Fe2O3 (LI et al., 2008b; ZHU et al., 2010).

66

Figura 20: Curvas (verde) TG e (azul) DSC do material magnético inorgânico (Fe3O4/�-Fe2O3).

A curva DSC apresenta um pico endotérmico em aproximadamente 100 ¡C e

um exotérmico entre 475 e 535 ¡C provavelmente correspondentes à perda de água

residual e à transição da �-Fe2O3 a �-Fe2O3, respectivamente, os mesmos eventos

citados anteriormente para a análise da curva TG (LI et al., 2008b; ZHU et al., 2010).

5.3.5 Análise morfológica

A microscopia eletrônica de varredura (MEV) é uma das técnicas mais

versáteis para caracterização microestrutural de materiais sólidos. A Figura 21

apresenta a micrografia do material magnético inorgânico em aumento de 500

vezes. Observa-se a formação de agregados de partículas com uma ampla

distribuição de tamanho, forma e superfície irregulares.

67

Figura 21: Micrografia eletrônica de varredura do material magnético Fe3O4/!-Fe2O3 em aumento de 500x.

A agregação das partículas pode ser atribuída à sua elevada área e energia

superficial, reforçando a necessidade da adição de polímeros com características

hidrofílicas com o objetivo de reduzir essa agregação em fluidos aquosos.

Comportamento de agregação semelhante foi obtido com nanopartículas de Fe3O4

sem revestimento com diâmetro médio de 10 nm (HONG et al., 2008). Afkhami e

Moosavi (2010) prepararam nanopartículas de !-Fe2O3 utilizando agitação magnética

e ultrassom, sendo que a agitação ultrassônica permitiu uma melhor dispersão das

partículas, evitando a agregação, além de possibilitar a obtenção de partículas

menores.

5.3.6 Comportamento magnético

A análise do comportamento magnético das partículas preparadas é de

fundamental importância para determinar como estas irão se posicionar frente à

aplicação de determinado campo magnético. O comportamento desejado para a

aplicação das partículas magnéticas na vetorização de fármacos é o de

paramagnetismo ou superparamagnetismo, caracterizado pelo alinhamento dos

dipolos magnéticos do material apenas na presença de um campo magnético

68

externo, tendo seus dipolos novamente desorientados quando esse campo é

removido (FIGUEROLA et al., 2010).

As curvas de magnetização dos dois lotes de material magnético inorgânico

preparados através da mesma metodologia de coprecipitação em meio básico são

apresentadas na Figura 22. O lote (B) foi caracterizado através de todas as técnicas

citadas, enquanto o lote (C) foi caracterizado apenas quanto ao seu comportamento

magnético. É possível observar uma histerese muito pequena para ambos os lotes,

caracterizando o comportamento de paramagnetismo, ou seja, quando o campo

magnético externo é removido as partículas não retém o magnetismo. Entretanto há

diferença nos valores de saturação magnética, de 54,4 emu g-1 para o lote (B) e 60,8

emu g-1 para o lote (C). A saturação magnética ou magnetização de saturação de

um determinado material corresponde ao ponto em que o aumento da intensidade

do campo magnético aplicado não promove o aumento da magnetização do

material.

A magnetização remanescente, correspondente à magnetização do material

que permanece após a remoção do campo magnético, foi de 3,1 emu g-1 para o lote

(B) e 3,6 emu g-1 para o lote (C), aumentando à medida que o valor de saturação

magnética aumenta. Estes resultados confirmam o comportamento de

paramagnetismo dos materiais, indicando que estes permanecem magnetizados

apenas na presença de um campo magnético externo. A coercividade, por sua vez,

é o campo magnético reverso necessário para que a magnetização retorne ao valor

nulo e foi de 25,7 Oe para o lote (B) e 26,5 Oe para o lote (C), também aumentando

à medida que a saturação magnética aumenta.

69

Figura 22: Curvas de magnetização de dois lotes de Fe3O4/!-Fe2O3 à temperatura ambiente. No detalhe, a expansão da parte central da curva.

Estas diferenças reforçam a afirmação de que há uma mistura das duas

espécies de óxido de ferro (Fe3O4 e !-Fe2O3), visto que a Fe3O4 pura apresenta

saturação magnética de 92 emu g-1 e a !-Fe2O3 de 73 emu g-1 à temperatura

ambiente (SARAVANAN; ALAM; MATHUR, 2003). Considerando que os dois lotes

apresentaram saturação magnética inferior a 73 emu g-1, sugere-se ainda a

presença de possíveis intermediários resultantes da oxidação incompleta do

material. Devido a essa diferença entre lotes sintetizados pela mesma metodologia,

é importante caracterizar magneticamente todos os lotes de material sintetizado.

Yan e colaboradores (2009) obtiveram partículas de Fe3O4 com saturação

magnética de 87,7 emu g-1, próxima ao valor de saturação da Fe3O4 pura, indicando

a presença de uma pequena quantidade de subprodutos ou contaminantes. Por

outro lado, Lu e colaboradores (2010) obtiveram partículas magnéticas de óxidos de

ferro através de coprecipitação em meio básico com saturação magnética de 60,5

emu g-1 à temperatura ambiente, valor muito próximo ao encontrado neste trabalho.

A Figura 23 mostra o comportamento das partículas de Fe3O4/!-Fe2O3

dispersas em água na ausência e na presença de um campo magnético externo.

70

Figura 23: Partículas magnéticas inorgânicas dispersas em água na (A) ausência e (B) na presença de um campo magnético externo em aumento de 40x.

Na ausência de campo magnético (Figura 23-A), é possível observar as

partículas dispersas aleatoriamente em agregados. A presença do campo (Figura

23-B) induz o posicionamento das partículas na direção do mesmo, confirmando

visualmente sua característica magnética. Pode-se ainda verificar que há

manutenção do comportamento de agregação observado na ausência do campo.

5.3.7 Espectroscopia Mössbauer

A espectroscopia Mössbauer é utilizada para analisar o comportamento das

propriedades de um núcleo atômico e do ambiente que o envolve, sendo

fundamental para elucidação estrutural de compostos contendo ferro. As interações

hiperfinas ou parâmetros hiperfinos caracterizam as interações eletromagnéticas

entre o núcleo e os elétrons em torno deste, possibilitando a obtenção de

informações sobre a geometria do centro metálico, seu estado de oxidação e suas

propriedades magnéticas.

As três principais interações hiperfinas são o deslocamento isomérico (�), o

desdobramento quadrupolar (�) e o campo magnético hiperfino (Bhf). O

deslocamento isomérico fornece informações sobre a densidade eletrônica do

núcleo, podendo ser interpretado em relação à valência do íon analisado. É

resultante das interações eletrostáticas entre as cargas elétricas do núcleo e dos

elétrons do subnível s. O desdobramento quadrupolar é referente ao fato de que o

71

núcleo não é perfeitamente esférico, apresenta um desvio de simetria. O campo

magnético hiperfino é o campo magnético gerado pelos elétrons vizinhos ao núcleo

e sentido por ele, podendo ter origem dipolar, quando devido a elétrons vizinhos a

ele, ou de elétrons desemparelhados de próprio átomo (SILVA, 2006; PAULINO et

al., 2009; SCHETTINO JR, 2009).

Os espectros Mössbauer obtidos a baixas temperaturas permitem que a

energia de interação magnética seja mais relevante que a energia térmica,

possibilitando o registro de espectros com as seis linhas de transição (sexteto

magnético), cujo valor do Bhf é importante para a identificação das fases que

compõem os materiais (SCHETTINO JR, 2009).

Os espectros Mössbauer do material magnético Fe3O4/!-Fe2O3 a 77 e 300 K e

os seus parâmetros hiperfinos são apresentados na Figura 24 e na Tabela 01

respectivamente. São observados um sexteto e um dubleto relativos à presença de

Fe3O4 e !-Fe2O3, sendo que os valores de deslocamento isomérico de ambos os

componentes indicam a presença de íons Fe3+ (BERRY; SKINNER; THOMAS,

1998). O sexteto com linhas amplas pode ser atribuído ao Fe localizado tanto nos

sítios tetraédricos quanto octaédricos, entretanto sua determinação mais precisa

necessita da aplicação de um campo magnético externo na obtenção dos espectros.

O sexteto é indicativo do desdobramento do campo magnético hiperfino e o

dubleto próximo ao centro do espectro é referente ao ferro no estado paramagnético

ou superparamagnético. Espectros semelhantes compostos por um sexteto e um

dubleto foram obtidos por Pardoe e colaboradores (2001) na caracterização de

nanopartículas magnéticas de Fe3O4 e !-Fe2O3 sintetizadas na presença de dextrana

e álcool polivinílico.

72

Figura 24: Espectros Mössbauer do material Fe3O4/!-Fe2O3 a (A) 77 K e (B) 300 K. As linhas coloridas representam as diferentes espécies presentes no material.

73

Tabela 01: Parâmetros hiperfinos de espectroscopia Mössbauer do material Fe3O4/!-Fe2O3 a 77 e 300 K.

Temperatura

(K) " (mm s-1) # (mm s-1) Bhf (T)

Razão das

espécies (%)

77 0,46 0,00 44,7 92

0,44 0,68 50,2 8

300 0,33 0,00 39,6 72

0,33 0,64 0,0 28

A intensidade relativa do componente referente ao dubleto diminui com a

diminuição da temperatura de obtenção dos espectros de 300 K para 77 K, como

esperado para processos termicamente ativados. A magnetita apresenta um sexteto

característico dos íons Fe coordenados de forma octaédrica com valência

intermediária Fe2,5+ com deslocamento isomérico de aproximadamente 0,67 mm s-1

e Bhf de aproximadamente 46 T (SCHMIDBAUER; KELLER, 2006). A ausência

desse sexteto nos espectros do material magnético preparado indica novamente que

a maguemita é a fase dominante na mistura de óxidos.

5.4 Preparação das partículas magnéticas contendo polímero

As partículas magnéticas contendo os polímeros foram sintetizadas através

de duas metodologias: formação das partículas in situ e por incorporação, com a

obtenção das partículas apresentadas na Tabela 02.

74

Tabela 02: Partículas magnéticas sintetizadas de acordo com a metodologia e os polímeros empregados.

Código Metodologia Polímero empregado e proporção em

relação ao material inorgânico (polímero:inorgânico)

Fe3O4/!-Fe2O3 Coprecipitação *

OC in situ Formação in situ OCMQTS (0,5:1)

OC-Bz in situ Formação in situ OCMQTS-Bz (0,5:1)

OC inc 1:1 Incorporação OCMQTS (1:1)

OC inc 2:1 Incorporação OCMQTS (2:1)

OC-Bz inc 1:1 Incorporação OCMQTS-Bz (1:1)

OC-Bz inc 2:1 Incorporação OCMQTS-Bz (2:1)

* Apenas material inorgânico

A metodologia de formação in situ consiste na coprecipitação dos íons Fe3+ e

Fe2+ e do polímero, ocorrendo de forma semelhante ao apresentado no Esquema 01

e nas Reações 1 e 2, porém, com a concomitante precipitação da OCMQTS ou do

seu derivado OCMQTS-Bz. A metodologia de obtenção das partículas magnéticas

por incorporação, por sua vez, baseia-se na reticulação do polímero em emulsão

com glutaraldeído, utilizando material magnético inorgânico previamente preparado.

As duas metodologias empregadas possibilitam a obtenção de partículas

magnéticas com diferentes estruturas. No caso das partículas preparadas pela

metodologia de formação in situ, o material magnético se encontra precipitado

dentro dos poros do polímero, enquanto que as partículas preparadas pelo método

de incorporação apresentam um núcleo magnético inorgânico com um revestimento

polimérico (MAHMOUDI et al., 2011). Estas diferenças estruturais ocasionam

características distintas em relação a vários parâmetros, como agregação, tamanho

de partícula, comportamento magnético, eficiência de adsorção ou incorporação de

fármacos, entre outros.

75

5.5 Caracterização das partículas magnéticas contendo polímero

5.5.1 Teor de ferro

A quantidade de ferro presente nas partículas magnéticas está diretamente

relacionada ao conteúdo de material inorgânico das mesmas e, provavelmente, à

intensidade das suas propriedades magnéticas. O teor de ferro nas partículas foi

determinado espectrofotometricamente através do método da 1,10-fenantrolina e os

resultados obtidos encontram-se na Tabela 03.

Tabela 03: Teor de ferro nas partículas magnéticas utilizando o método espectrofotométrico da 1,10-fenantrolina.

Partículas magnéticas Teor de ferro (%)

Fe3O4/!-Fe2O3 49,80 ± 1,56

OC in situ 40,59 ± 1,31

OC-Bz in situ 37,14 ± 1,22

OC inc 1:1 27,20 ± 0,79

OC inc 2:1 18,44 ± 0,43

OC-Bz inc 1:1 35,19 ± 1,21

OC-Bz inc 2:1 23,40 ± 1,18

A quantidade de ferro presente nas partículas está relacionada com o método

de obtenção e a relação polímero:material inorgânico utilizada no processo de

síntese. Como esperado, o material inorgânico puro apresentou uma maior

quantidade de ferro quando comparado com as outras partículas. As partículas

obtidas através da metodologia de formação in situ apresentaram teor de ferro

superior ao das obtidas pelo método de incorporação devido à maior quantidade de

ferro empregada no processo de síntese in situ. Além disso, as partículas

preparadas com a relação 2:1 (polímero:material inorgânico) apresentaram teor mais

baixo de ferro que as preparadas a 1:1, como esperado, porém essa diminuição na

quantidade de ferro incorporado não foi proporcional à redução na quantidade de

ferro empregado na síntese das partículas.

76


Os espectros no infravermelho das partículas contendo polímero são

apresentados na Figura 25. Nos espectros (A) e (B), correspondentes às partículas

preparadas in situ com os polímeros OCMQTS e OCMQTS-Bz respectivamente,

podem ser observadas as bandas dos polímeros de partida em 1560, 1640, 1730 e

3500 cm-1 para a OCMQTS e o conjunto de bandas relativas ao anel aromático para

a OCMQTS-Bz. Os espectros (C), (D), (E) e (F), referentes às partículas preparadas

pela metodologia de incorporação por reticulação em emulsão, apresentam

principalmente as bandas relativas ao polímero de partida citadas anteriormente,

sendo que a presença do anel aromático do polímero OCMQTS-Bz nas partículas

(E) e (F) não é evidenciada nos espectros.

Figura 25: Espectros no infravermelho das partículas magnéticas contendo polímero: (A) OC in situ, (B) OC-Bz in situ, (C) OC inc 1:1, (D) OC inc 2:1, (E) OC-Bz inc 1:1 e (F) OC-Bz inc 2:1.

Os materiais preparados pela metodologia de formação in situ apresentam

maior quantidade de material magnético quando comparados às partículas obtidas

por incorporação, o que pode ser observado pelo teor mais alto de ferro e maior

intensidade das bandas correspondentes ao Fe3O4/!-Fe2O3, apresentados no

77

espectro da Figura 19 (página 64), principalmente a banda em aproximadamente

597 cm-1 (ligação Fe–O). Além disso, há a presença das bandas correspondentes

aos contaminantes �-FeOOH e �-FeOOH, indicando que a presença do polímero

não impediu a formação desses produtos intermediários.


As curvas TG das partículas magnéticas obtidas com os polímeros e suas

perdas percentuais de massa são apresentadas na Figura 26 e na Tabela 04,

respectivamente.

São observados dois padrões de comportamento bastante distintos entre as

partículas preparadas pelas diferentes metodologias. As partículas obtidas através

da coprecipitação in situ apresentam um perfil de perda de massa semelhante ao

material magnético inorgânico, com uma pequena perda inicial de água até cerca de

110 ¡C, diferindo na posterior perda de massa pela degradação do polímero de, no

máximo, 16,1%.

Figura 26: Curvas TG das partículas magnéticas: (verde) OC in situ, (vermelho) OC-Bz in situ, (azul escuro) OC inc 1:1, (ocre) OC inc 2:1, (roxo) OC-Bz inc 1:1 e (azul claro) OC-Bz inc 2:1.

78

Tabela 04: Perda percentual de massa das partículas magnéticas através de TG.

Partículas Faixa de temperatura (°C) Perda de massa (%)

OC in situ 180 – 400 16,1

OC-Bz in situ 30 – 110 / 190 – 360 5,9 / 11,3

OC inc 1:1 30 – 110 / 220 – 370 7,9 / 22,1

OC inc 2:1 30 – 110 / 220 – 370 7,2 / 28,9

OC-Bz inc 1:1 30 – 110 / 190 – 360 8,9 / 29,6

OC-Bz inc 2:1 30 – 110 / 190 – 400 6,8 / 31,9

As partículas obtidas por incorporação apresentam uma perda maior de água,

entre 6,8 e 8,9% na faixa de 30 a 110 °C, e a posterior perda de massa pela

degradação do polímero, também maior que nos materiais obtidos pela metodologia

in situ, entre 22,1 e 31,9% na faixa de 190 ou 220 a 360, 370 ou 400 °C,

dependendo da partícula analisada. Além disso, é possível observar que, ao se

comparar as partículas preparadas com o mesmo polímero através dessa

metodologia, os materiais obtidos na proporção 2:1 (polímero:material inorgânico)

têm uma perda maior de massa referente à degradação polimérica, entretanto essa

perda não aparenta ser proporcional à quantidade de polímero. O comportamento de

perda de massa por degradação polimérica foi observado também por Li e

colaboradores (2008b) em partículas magnéticas de Fe3O4 e quitosana, com uma

perda percentual total de 62,2%.

As curvas DSC das partículas magnéticas contendo polímero são

apresentadas na Figura 27. Para todas as partículas há um pico endotérmico por

volta de 100 °C relativo à perda de água. Confirmando as diferenças observadas na

TG, foram obtidos dois perfis distintos para as partículas sintetizadas pelas

diferentes metodologias, sendo que as preparadas in situ possuem perfil mais

semelhante ao material exclusivamente inorgânico, com picos menores.

79

Figura 27: Curvas DSC das partículas magnéticas: (verde) OC in situ, (vermelho) OC-Bz in situ, (azul escuro) OC inc 1:1, (ocre) OC inc 2:1, (roxo) OC-Bz inc 1:1 e (azul claro) OC-Bz inc 2:1.

As curvas das partículas preparadas através da metodologia de incorporação

apresentam picos exotérmicos mais intensos por volta de 280 ¡C relativos à

degradação do polímero. Também não há um pico significativo referente à transição

da �-Fe2O3 a �-Fe2O3 na faixa de 500 ¡C, existente no material magnético

inorgânico. As partículas preparadas com o derivado OCMQTS por incorporação

apresentaram picos exotérmicos em aproximadamente 580 ¡C que podem ser

referentes ao deslocamento dessa transição para uma faixa de temperatura maior,

indicando que a presença do polímero aumenta a estabilidade térmica das partículas

(ZHU et al., 2010).


As micrografias em aumento de 500 vezes das partículas magnéticas

preparadas pela metodologia in situ são apresentadas na Figura 28. Apesar da

obtenção de partículas pequenas, ambos os materiais apresentam aglomerados de

partículas com superfície irregular, muito semelhantes ao material magnético

inorgânico.

80

Figura 28: Micrografias eletrônicas de varredura das partículas (A) OC in situ e (B) OC-Bz in situ em aumento de 500x.

O comportamento de agregação pode ser explicado pela característica

magnética dos materiais e seu reduzido tamanho de partícula. Ma e colaboradores

(2007) também observaram agregação em partículas magnéticas com quitosana

preparadas por metodologia similar.

A Figura 29 apresenta as micrografias das partículas magnéticas preparadas

pela metodologia de incorporação em aumento de 2000 vezes. Da mesma forma

que as partículas preparadas in situ, estas apresentam superfície irregular e

formação de agregados.

81

Figura 29: Micrografias eletrônicas de varredura das partículas (A) OC inc 1:1, (B) OC inc 2:1, (C) OC-Bz inc 1:1 e (D) OC-Bz inc 2:1 em aumento de 2000x.

Não há diferença na superfície e no formato das partículas preparadas nas

diferentes proporções polímero:material magnético inorgânico, entretanto parece

haver menor agregação entre as partículas preparadas na proporção 2:1. Esta

menor agregação pode ser explicada pelas propriedades magnéticas menos

intensas dessas partículas, visto que apresentam uma maior quantidade de

polímero. Utilizando uma metodologia similar, Denkbas e colaboradores (2002)

prepararam microesferas magnéticas de quitosana com tamanho homogêneo,

superfície lisa e pouca agregação. Liang e colaboradores (2007) prepararam

partículas magnéticas revestidas com carboximetilquitosana e observaram que o

revestimento polimérico impediu as interações hidrofóbicas entre as partículas,

evitando a agregação.


As curvas de magnetização dos materiais Fe3O4/!-Fe2O3, OC in situ e OC-Bz

in situ são apresentadas na Figura 30. É possível perceber que o preparo das

partículas com os polímeros reduziu consideravelmente a saturação magnética,

82

indicando a presença de uma quantidade considerável de material não magnético,

porém houve manutenção do comportamento de superparamagnetismo.

Figura 30: Curvas de magnetização dos materiais Fe3O4/!-Fe2O3, OC in situ e OCMQTS-Bz in situ à temperatura ambiente. No detalhe, a expansão da parte central da curva.

Os parâmetros magnéticos do material inorgânico e das partículas preparadas

com os polímeros são apresentados na Tabela 05. Todas as partículas preparadas

com polímero, independente da metodologia de preparo, apresentaram redução da

saturação magnética em comparação com as partículas compostas somente por

material inorgânico, indicando a presença de material polimérico (não magnético).

Os materiais obtidos através da metodologia in situ apresentaram saturação

magnética maior que os obtidos por incorporação, devido à maior quantidade de

material inorgânico em relação à quantidade de polímero. A partícula OC-Bz in situ,

dentre os materiais contendo polímero, foi a que apresentou o comportamento de

superparamagnetismo mais acentuado, pois além de uma saturação alta, tem baixa

magnetização remanescente e coercividade, indicando a desmagnetização do

material assim que o campo magnético é removido, sendo assim um bom candidato

para aplicações terapêuticas como na hipertermia induzida magneticamente e na

liberação vetorizada de agentes terapêuticos.

83

Tabela 05: Parâmetros magnéticos obtidos a partir da curva de magnetização das partículas à temperatura ambiente.

Partículas magnéticas

Saturação magnética (emu g-1)

Magnetização remanescente

(emu g-1)

Coercividade (Oe)

Fe3O4/!-Fe2O3

lote (B) 54,4 3,1 25,7

Fe3O4/!-Fe2O3

lote (C) 60,8 3,6 26,5

OC in situ 32,8 2,8 41,3

OC-Bz in situ 34,2 0,5 5,1

OC inc 1:1 18,6 0,4 15,4

OC inc 2:1 20,0 ND ND

OC-Bz inc 1:1 24,1 0,6 12,3

OC-Bz inc 2:1 18,4 1,3 32,3

ND: não determinado

Todas as partículas apresentadas na Tabela 05 foram preparadas com o lote

(B) de Fe3O4/!-Fe2O3, exceto a OC inc 2:1, preparada com o lote (C). Isso explica

seu maior valor de saturação magnética quando comparada à OC inc 1:1 que,

apesar de conter uma quantidade menor de polímero em relação ao material

inorgânico, apresenta menor valor de saturação decorrente da menor saturação do

material magnético de partida. Entre as partículas OC-Bz inc 1:1 e OC-Bz inc 2:1,

ambos preparados a partir do lote (B) de Fe3O4/!-Fe2O3, é possível observar uma

saturação maior do material que contém menos polímero, conforme esperado.

O tamanho de partícula foi determinado por XRD para os materiais OC in situ

e OC inc 1:1, de 7 nm e 15,6 nm, respectivamente, indicando que a presença do

polímero durante a síntese do material magnético, como ocorre na metodologia in

situ, possibilita a obtenção de partículas menores por evitar a agregação. A faixa de

tamanho ideal para administração intravenosa é entre 10 e 100 nm, pois as

nanopartículas com estas dimensões permanecem mais tempo na circulação

sanguínea por evitar o sistema reticuloendotelial e, ao mesmo tempo, são pequenas

84

o suficiente para penetrar nos capilares dos tecidos em que o fármaco será liberado

(PHILIPPOVA et al., 2011).

Todos os materiais apresentaram menor saturação magnética e menor

diâmetro médio que as partículas preparadas por Liang e colaboradores (2010)

utilizando OCMQTS quaternizada e colesterol, com saturação magnética de 40 emu

g-1 e tamanho de 52,4 nm para as partículas com apenas uma camada de polímero

e colesterol.

Zhang e colaboradores (2010) prepararam partículas magnéticas de Fe3O4 e

quitosana com saturação magnética de cerca de 48,6 emu g-1 e com tamanho

mínimo de 58 nm, também maiores que as obtidas neste trabalho. Entretanto, as

partículas preparadas pela metodologia de incorporação apresentaram saturação

magnética semelhante às sintetizadas por Donadel e colaboradores (2008) com

Fe3O4 e quitosana, entre 16 e 22 emu g-1, dependendo da proporção de polímero e

material inorgânico utilizada. Além disso, os autores prepararam partículas de maior

diâmetro, entre 0,6 e 13 µm, e coercividade muito maior, entre 308 e 311 Oe,

indicando partículas com característica paramagnética menos pronunciada.

Em geral, a metodologia in situ permite a obtenção de nanopartículas

magnéticas menores e com características de superparamagnetismo mais

pronunciadas, enquanto que as nanopartículas preparadas pela metodologia de

incorporação apresentam diâmetro médio maior, porém com uma distribuição de

tamanho mais homogênea. Dessa forma, a escolha de determinada metodologia

para o preparo das nanopartículas magnéticas depende das características

necessárias para a aplicação desejada. A diferença nos valores de saturação

magnética das nanopartículas quando comparadas as duas metodologias de síntese

é devida provavelmente à maior quantidade de material inorgânico presente nos

materiais preparados in situ. Com a finalidade de verificar a influência da

metodologia de preparo das nanopartículas nos valores dos parâmetros magnéticos,

seria necessário realizar a síntese das nanopartículas pelo método de incorporação

na proporção 0,5:1 (polímero:material magnético inorgânico), pois esta é a

proporção utilizada no preparo das nanopartículas pela metodologia de formação in

situ.

85


A espectroscopia Mössbauer foi utilizada para a caracterização apenas das

partículas OC in situ e OC inc 1:1 a fim de verificar se a metodologia de síntese das

partículas influenciaria significativamente na distribuição dos componentes

magnéticos dos materiais. Os espectros Mössbauer das partículas OC in situ e OC

inc 1:1 a 77 e 300 K são apresentados nas Figuras 31 e 32, respectivamente. Os

parâmetros hiperfinos obtidos a partir dos espectros são apresentados na Tabela 06.

Os espectros Mössbauer de ambas as partículas são similares aos do

material magnético inorgânico, principalmente da partícula OC inc 1:1, como

esperado, pois na metodologia de incorporação o material magnético utilizado é

preparado previamente e posteriormente incorporado. Para ambas as partículas,

não há componentes adicionais nos espectros e os valores de parâmetros hiperfinos

são próximos aos da mistura de óxidos de ferro.

86

Figura 31: Espectros Mössbauer da partícula OC in situ a (A) 77 K e (B) 300 K. As linhas coloridas representam as diferentes espécies presentes no material.

87

Figura 32: Espectros Mössbauer da partícula OC inc 1:1 a (A) 77 K e (B) 300 K. As linhas coloridas representam as diferentes espécies presentes no material.

88

Tabela 06: Parâmetros hiperfinos de espectroscopia Mössbauer dos materiais OC in situ e OC inc 1:1 a 77 e 300 K.

Temperatura

(K) " (mm s-1) # (mm s-1) Bhf (T)

Razão das

espécies (%)

OC in situ

77 0,46 0,00 36,1 59

0,44 0,72 0,0 41

300 0,36 0,00 24,8 20

0,33 0,65 0,0 80

OC inc 1:1

77 0,45 0,00 47,1 93

0,47 0,85 0,0 7

300 0,33 0,00 37,1 59

0,34 0,62 0,0 41

A principal diferença entre os espectros das partículas analisadas é em

relação à razão dos dois componentes, como pode ser observado na Tabela 06.

Esta diferença pode ser decorrente dos diferentes tamanhos das partículas e/ou da

sua dispersão nas amostras estudadas. A maior evidência do dubleto nestes

espectros quando comparados aos do material magnético inorgânico indica que há

mais partículas no estado superparamagnético, indicando que a presença do

polímero permite uma melhor separação das partículas, facilitando sua transição

para o estado superparamagnético.

Comparando-se as partículas obtidas pelos diferentes métodos, verifica-se

que a metodologia de síntese in situ leva à formação de partículas com uma fração

superparamagnética mais significativa, indicando que a presença do polímero na

síntese do material magnético pode reduzir o tamanho das partículas ou a interação

entre estas. Morales e colaboradores (2008) prepararam partículas de magnetita e

maguemita em matrizes de alginato de cálcio cujos espectros também apresentaram

um dubleto indicativo destes óxidos de ferro com características

superparamagnéticas, obtendo partículas menores quando o material magnético foi

sintetizado na presença do polímero.

89

5.6 Incorporação da indometacina e caracterização das partículas

contendo o fármaco

5.6.1 Teor e eficiência de incorporação

Uma metodologia ideal de incorporação de substâncias biologicamente ativas

em partículas magnéticas para aplicações terapêuticas deve permitir a obtenção de

sistemas com teor adequado de fármaco empregando quantidades moderadas da

substância a ser incorporada, caracterizando, dessa forma, um processo com altos

valores de eficiência de incorporação. Além disso, é importante garantir que, caso

sejam empregados solventes ou outros reagentes tóxicos, os mesmos sejam

totalmente removidos após o processo de incorporação.

A incorporação da indometacina nas partículas magnéticas foi realizada

através de duas metodologias: evaporação do solvente e incorporação in situ do

fármaco e foram obtidos os lotes de nanopartículas apresentados na Tabela 07.

Tabela 07: Partículas magnéticas contendo indometacina de acordo com a metodologia de incorporação do fármaco e proporção polímero:material inorgânico.

Lote Metodologia Partículas* ou polímeros** empregados e proporção

polímero:material inorgânico Fe3O4/!-Fe2O3/INDev Evaporação Fe3O4/!-Fe2O3

OC in situ/INDev Evaporação OC in situ

OC-Bz in situ/INDev Evaporação OC-Bz in situ

OC inc 1:1/INDev Evaporação OC inc 1:1

OC inc 2:1/INDev Evaporação OC inc 2:1

OC-Bz inc 1:1/INDev Evaporação OC-Bz inc 1:1

OC-Bz inc 2:1/INDev Evaporação OC-Bz inc 2:1

OC 1:1/INDis Incorporação in situ OCMQTS (1:1)

OC-Bz 1:1/INDis Incorporação in situ OC-Bz (1:1)

OC-Bz 2:1/INDis Incorporação in situ OC-Bz (2:1)

* Quando empregada a metodologia de evaporação. ** Quando empregada a metodologia de incorporação in situ.

90

Para quantificação da indometacina contida nas partículas é importante que a

extração do fármaco do material seja completa, sendo fundamental a utilização de

um solvente ou sistema de solventes em que o fármaco apresente alta solubilidade.

O etanol foi utilizado como solvente por apresentar uma solubilidade adequada (1 g

de indometacina é solúvel em 30 mL de etanol) (GELONE; GENNARO, 2006) e o

procedimento foi repetido para garantir a completa extração do fármaco contido nas

partículas. Este procedimento foi empregado para calcular o teor de indometacina

nas partículas e a eficiência de incorporação do processo. Os resultados obtidos são

apresentados na Tabela 08.

Tabela 08: Teor e eficiência de incorporação do fármaco nas partículas magnéticas obtidas pela incorporação da indometacina através da metodologia de evaporação do solvente.

Partículas Teor (%) Eficiência de incorporação (%)

Fe3O4/!-Fe2O3/INDev 3,4 ± 0,1 33,8 ± 0,7

OC in situ/INDev 7,5 ± 0,5 86,2 ± 6,0

OC-Bz in situ/INDev 6,6 ± 0,2 72,2 ± 1,9

OC inc 1:1/INDev 3,0 ± 0,1 33,7 ± 0,9

OC inc 2:1/INDev 4,4 ± 0,1 50,0 ± 1,4

OC-Bz inc 1:1/INDev 6,6 ± 0,2 74,8 ± 2,8

OC-Bz inc 2:1/INDev 5,3 ± 0,2 60,8 ± 2,8

A metodologia de incorporação do fármaco por evaporação consiste na

adsorção simples da indometacina na superfície das partículas por agitação vigorosa

de uma dispersão das partículas com uma solução do fármaco, posterior

aquecimento até a evaporação do clorofórmio, separação do material e secagem a

vácuo das partículas. Um procedimento semelhante foi empregado na incorporação

da indometacina em nanopartículas magnéticas dispersíveis em água contendo

ácido oleico e revestidas com metiléter de polietilenoglicol-poli(!-caprolactona)

(mPEG-PCL), com a obtenção de valores de eficiência de incorporação entre 27 e

33%, mais baixos que os encontrados para as partículas magnéticas obtidas neste

trabalho em que a indometacina foi incorporada por evaporação, inclusive as

91

preparadas exclusivamente com material inorgânico. Entretanto, os sistemas obtidos

por eles apresentaram teor entre 36 e 57%, superior aos valores apresentados na

Tabela 08, provavelmente devido à maior quantidade de fármaco utilizado no

processo de incorporação (RUTNAKORNPITUK et al., 2009).

É possível observar que para as partículas em que a incorporação do fármaco

foi realizada pelo método de evaporação do solvente a presença do polímero

melhorou a eficiência do processo, com exceção da partícula OC inc 1:1/INDev, que

apresentou eficiência muito semelhante ao material Fe3O4/!-Fe2O3/INDev, em que a

partícula foi preparada apenas com material inorgânico.

As partículas preparadas in situ e com o fármaco incorporado por evaporação

do solvente (OC in situ/INDev e OC-Bz in situ/INDev) apresentaram, em geral, maior

eficiência de incorporação do fármaco quando comparados aos outros materiais.

As partículas preparadas através da metodologia de incorporação e com a

indometacina incorporada pela técnica de evaporação do solvente apresentaram

maior eficiência de incorporação quando obtidas a partir do derivado benzilado em

comparação com a OCMQTS. Os materiais obtidos a partir da OCMQTS

apresentaram maior eficiência quando foi empregada a proporção 2:1

(polímero:material inorgânico), demonstrando que a presença de uma maior

quantidade desse polímero é importante para uma maior eficiência. Entretanto, as

partículas preparadas a partir do derivado OCMQTS-Bz apresentaram um

comportamento inverso, o que pode ser explicado pela maior interação entre as

partículas entre si do que entre as partículas e a indometacina. Este comportamento

está associado principalmente às interações hidrofóbicas, em decorrência da

elevada quantidade de polímero nas partículas preparadas na proporção 2:1.

A interação entre a indometacina e as partículas contendo polímero pode

ocorrer através de ligações de hidrogênio, formação de complexos entre o

grupamento amino protonado do polímero e o grupamento carboxilato do fármaco e,

no caso do derivado benzilado, interações hidrofóbicas (MI et al., 2002). Os maiores

valores de eficiência de incorporação obtidos para os materiais OC in situ/INDev e

OC-Bz in situ/INDev podem ser explicados pelo menor tamanho das partículas

preparadas pela metodologia de formação in situ e provavelmente pela interação

através da interação eletrostática entre os grupamentos NH3+ dos polímeros e COO-

92

da indometacina. Este efeito é mais pronunciado para as partículas preparadas com

a OCMQTS devido à maior quantidade de grupamentos NH2 livres para protonação

e complexação, visto que parte destes grupamentos estão substituídos com o radical

benzil no derivado OCMQTS-Bz. Esta forma de interação não ocorre para as

partículas preparadas através da metodologia de formação por incorporação devido

ao processo de reticulação dos grupamentos amino com o glutaraldeído, reduzindo

a interação entre as partículas e o fármaco.

A metodologia de incorporação in situ da indometacina, conhecida como

reticulação em emulsão, consiste na adição do fármaco durante o preparo das

partículas, diferentemente da técnica anteriormente descrita, na qual a incorporação

é realizada após a preparação das partículas e o fármaco se encontra apenas na

superfície do material. A incorporação in situ possibilita a deposição da indometacina

na superfície e no interior da camada polimérica, enquanto que na metodologia de

evaporação do solvente o fármaco encontra-se apenas depositado na superfície das

partículas. Os valores de teor e eficiência das partículas obtidas pela incorporação in

situ da indometacina são apresentados na Tabela 09.

Tabela 09: Teor e eficiência de incorporação do fármaco nas partículas magnéticas obtidas através da incorporação in situ da indometacina.

Partículas Teor (%) Eficiência de incorporação (%)

OC 1:1/INDis 6,8 ± 0,4 30,2 ± 1,7

OC-Bz 1:1/INDis 6,6 ± 0,1 28,3 ± 0,3

OC-Bz 2:1/INDis 3,4 ± 0,4 28,5 ± 3,5

Os materiais obtidos através dessa metodologia apresentaram eficiência de

incorporação reduzida quando comparados aos preparados por evaporação do

solvente em decorrência do maior volume de solução empregado durante o

processo, o que faz com que provavelmente uma quantidade maior de indometacina

permaneça em solução e não seja incorporada nas partículas. Os materiais

preparados na proporção 1:1 apresentaram teor semelhante aos obtidos por

evaporação do solvente apesar da diferença na eficiência, pois a quantidade de

indometacina utilizada no processo de incorporação in situ foi propositalmente maior,

93

visto que a redução da eficiência do processo era esperada. A inserção do

grupamento hidrofóbico no polímero empregado e a relação polímero:material

inorgânico não exerceram influência na eficiência do processo de incorporação por

esta metodologia, apenas o teor do material OC-Bz 2:1/INDis foi reduzido quando

comparado ao OC-Bz 1:1/INDis porque a relação entre a quantidade de fármaco e a

quantidade de material polimérico e inorgânico foi reduzida. Entretanto, a eficiência

de incorporação do fármaco para estes materiais foi muito semelhante.

Wilson e colaboradores (2009) prepararam partículas magnéticas de

quitosana contendo tacrina por uma metodologia semelhante para liberação

vetorizada no cérebro, obtendo valores muito superiores de eficiência de

incorporação do fármaco (entre 51 e 78%). Saravanan e colaboradores (2004)

prepararam microesferas magnéticas de gelatina e diclofenaco de sódio através da

metodologia de reticulação com glutaraldeído em emulsão, resultando numa

eficiência de incorporação de 89%.

Foram preparadas partículas magnéticas de OCMQTS quaternizada com

indometacina incorporada através de uma metodologia com formação de emulsão,

obtendo-se valores de eficiência de incorporação de até 95%, muito superiores aos

observados para os materiais preparados com a OCMQTS e a OCMQTS-Bz. Esta

maior eficiência de incorporação pode ser atribuída à formação de complexo entre a

porção carregada positivamente do polímero e a carboxila carregada negativamente

da indometacina (LIANG et al., 2010).


Os espectros no infravermelho da indometacina e das partículas magnéticas

com o fármaco incorporado pela metodologia de evaporação do solvente são

apresentados na Figura 33. As principais bandas no espectro da indometacina (A)

são em 753 cm-1, uma banda fraca correspondente à ligação C–Cl, e duas bandas

em 1717 e 1692 cm-1 referentes às carbonilas do fármaco (KANG et al., 2008; CHEN

et al., 2009).

94

Figura 33: Espectros no infravermelho dos materiais (A) Indometacina, (B) Fe3O4/!-Fe2O3/INDev, (C) OC in situ/INDev, (D) OC-Bz in situ/INDev, (E) OC inc 1:1/INDev, (F) OC inc 2:1/INDev, (G) OC-Bz inc 1:1/INDev e (H) OC-Bz inc 2:1/INDev.

Os espectros das partículas magnéticas contendo o fármaco, de (B) a (H),

apresentam principalmente as bandas características das partículas utilizadas. As

bandas características das carbonilas da indometacina aparecem apenas

fracamente nos materiais devido ao baixo teor de fármaco nas partículas e não são

evidenciadas nos espectros em decorrência da presença de bandas próprias dos

polímeros absorvendo em comprimentos de onda muito próximos. A banda

correspondente à ligação C–Cl, por sua vez, não é observada nos espectros de

nenhuma das partículas.

A Figura 34 apresenta os espectros dos materiais obtidos pela incorporação

in situ do fármaco através da técnica de reticulação em emulsão.

95

Figura 34: Espectros no infravermelho dos materiais (A) OC 1:1/INDis, (B) OC-Bz 1:1/INDis e (C) OC-Bz 2:1/INDis.

As bandas relativas à indometacina também não são claramente observadas

nos espectros desses materiais devido ao baixo teor de fármaco. É possível

observar nos três espectros a presença das bandas referentes ao material

inorgânico anteriormente citadas. No espectro (A) do material OC 1:1/INDis, podem

ser observadas as bandas relativas à forma salina da OCMQTS em decorrência do

aumento do pH da dispersão polimérica no preparo do material, sendo o principal

diferencial a banda em 1598 cm-1, correspondente ao grupo –COONa (CHEN;

PARK, 2003). Os espectros (B) e (C) correspondem aos materiais preparados com a

OCMQTS-Bz na proporção de 1:1 e 2:1 (polímero:material inorgânico)

respectivamente. Nestes espectros, pode-se observar uma razão indicativa dessa

proporção polímero:material inorgânico entre a banda por volta de 1560 cm-1,

referente ao polímero utilizado, e a banda em 597 cm-1, referente ao material

magnético. O espectro (B) apresenta uma razão entre essas bandas de 1,3,

enquanto que essa razão no espectro (C) é de 2,6, confirmando a maior quantidade

de polímero nessa partícula.

96


A Figura 35 apresenta as curvas TG da indometacina e das partículas

magnéticas com o fármaco incorporado através da técnica de evaporação do

solvente. Na curva TG do fármaco (verde), é possível observar a perda quase total

de massa da indometacina, indicando a sua degradação.

Figura 35: Curvas TG da indometacina e das partículas magnéticas contendo o fármaco incorporado pela metodologia de evaporação do solvente: (verde) Indometacina, (vermelho) Fe3O4/�-Fe2O3/INDev, (azul escuro) OC in situ/INDev, (ocre) OC-Bz in situ/INDev, (roxo) OC inc 1:1/INDev, (azul claro) OC inc 2:1/INDev, (bordô) OC-Bz inc 1:1/INDev e (preto) OC-Bz inc 2:1/INDev.

Da mesma forma que para as partículas sem o fármaco, há uma pequena

perda inicial de massa entre 30 e 110 ¡C, referente à perda de água. Entre 220 e

400 ¡C há a perda de massa correspondente à degradação da indometacina

incorporada nas partículas, comprovando a sua presença nos materiais. Além disso,

também há perda total menor nas partículas magnéticas inorgânicas e nas

preparadas pela metodologia in situ.

As curvas DSC dos mesmos materiais e da mistura física de indometacina e

de material magnético inorgânico são apresentados na Figura 36. As curvas DSC da

indometacina e da mistura física apresentam um pico endotérmico em 162 ¡C

referente à degradação da forma cristalina do fármaco. Este pico não é encontrado

nas curvas DSC das partículas contendo o fármaco, indicando que a indometacina

está incorporada nos materiais em sua forma amorfa (XIN et al., 2010).

97

Figura 36: Curvas DSC da indometacina e das partículas magnéticas contendo o fármaco incorporado através da metodologia de evaporação do solvente: (verde) Indometacina, (vermelho) Fe3O4/�-Fe2O3/INDev, (azul escuro) OC in situ/INDev, (ocre) OC-Bz in situ/INDev, (roxo) OC inc 1:1/INDev, (azul claro) OC inc 2:1/INDev, (bordô) OC-Bz inc 1:1/INDev e (preto) OC-Bz inc 2:1/INDev. No detalhe, a curva DSC da mistura física de indometacina e Fe3O4/�-Fe2O3 (5,0%).

A Figura 37 apresenta as curvas TG da indometacina e dos materiais com o

fármaco incorporado através da técnica de incorporação in situ. Do mesmo modo

que para as partículas com o fármaco incorporado por evaporação do solvente, há a

perda referente à degradação da indometacina incorporada.

98

Figura 37: Curvas TG da indometacina e das partículas magnéticas contendo o fármaco incorporado através da metodologia de incorporação in situ: (verde) Indometacina, (vermelho) OC 1:1/INDis, (azul) OC-Bz 1:1/INDis e (ocre) OC-Bz 2:1/INDis.

As curvas DSC desses mesmos materiais e da mistura física de indometacina

e de material magnético inorgânico são apresentadas na Figura 38. Observa-se o

desaparecimento do pico relativo à forma cristalina da indometacina, indicando sua

incorporação nos materiais na sua forma amorfa.

Figura 38: Curvas DSC da indometacina e das partículas magnéticas contendo o fármaco incorporado através da metodologia de incorporação in situ: (verde) Indometacina, (vermelho) OC 1:1/INDis, (azul) OC-Bz 1:1/INDis e (ocre) OC-Bz 2:1/INDis. No detalhe, a curva DSC da mistura física de indometacina e Fe3O4/�-Fe2O3 (5,0%).

99

Tais resultados são semelhantes aos obtidos por Kang e colaboradores

(2008) para micropartículas poliméricas de ácido poliláctico e PLGA com

indometacina incorporada. O pico correspondente à degradação da forma cristalina

do fármaco também está ausente nas curvas DSC das micropartículas com o ativo,

indicando a incorporação da indometacina na sua forma amorfa.


Apenas os materiais com o fármaco preparados através da metodologia de

incorporação in situ da indometacina foram analisados por MEV, pois acredita-se

que as partículas com o fármaco incorporado pelo método de evaporação do

solvente não teriam sua superfície e seu tamanho significativamente alterados. A

micrografia da partícula OC 1:1/INDis está apresentada na Figura 39. É possível

observar um aglomerado de partículas com superfície irregular e a presença de

cristais de indometacina, indicando que pelo menos parte do fármaco não foi

efetivamente incorporada nas partículas, mas sim apenas depositada no material.

Figura 39: Micrografia eletrônica de varredura do material OC 1:1/INDis em aumento de 3000x.

As micrografias das partículas preparadas com o derivado benzilado pelo

mesmo método de incorporação do fármaco são apresentadas na Figura 40. Neste

caso, também é possível observar a presença de agregados de partículas,

100

entretanto não há a presença de cristais de fármaco, indicando que a indometacina

foi efetivamente incorporada nas partículas independente da proporção

polímero:material magnético empregada. A melhor incorporação do fármaco nos

materiais preparados com a OCMQTS-Bz pode ser explicada pela presença do

grupamento aromático neste derivado, que permitiu maior interação entre a

indometacina e as partículas magnéticas.

Figura 40: Micrografias eletrônicas de varredura dos materiais (A) OC-Bz 1:1/INDis e (B) OC-Bz 2:1/INDis em aumento de 3000x.

Wilson e colaboradores (2009) prepararam partículas magnéticas de

quitosana com tacrina através de uma metodologia semelhante, obtendo

micropartículas relativamente esféricas com tamanho de 5 ± 2 µm, caracterizando

uma distribuição de tamanho irregular.

A técnica de microscopia de transmissão eletrônica (TEM) foi utilizada para

caracterização de apenas dois materiais, OC-Bz in situ/INDev e OC-Bz inc

2:1/INDev, para verificar se a metodologia de preparo das partículas exerce

101

influência considerável na sua morfologia e no seu tamanho. A Figura 41 apresenta

as micrografias destes materiais em dois aumentos.

Figura 41: Micrografias eletrônicas de transmissão dos materiais (A) OC-Bz in situ/INDev e (B) OC-Bz inc 2:1/INDev. Os detalhes apresentam micrografias das partículas em aumento maior.

Na micrografia da OC-Bz in situ/INDev, observam-se partículas menos

agregadas e sem separação perceptível entre a parte magnética inorgânica e o

polímero, confirmando a coprecipitação do material magnético nos poros do

polímero. O material OC-Bz inc 2:1/INDev, por sua vez, apresenta-se mais agregado

e, no detalhe, observa-se o núcleo magnético mais escuro e compacto com o

revestimento polimérico, mais claro.

Através dessas micrografias foi possível avaliar também o diâmetro médio

das partículas e sua distribuição do tamanho, representada na Figura 42. O material

OC-Bz in situ/INDev apresenta partículas menores, principalmente entre 5 e 12 nm,

com diâmetro médio de 9,34 nm. As partículas OC-Bz inc 2:1/INDev apresentam

uma distribuição de tamanho mais homogênea, predominantemente entre 5 e 15

nm, com diâmetro médio de 12,94 nm. Estes resultados confirmam o menor

tamanho das partículas magnéticas preparadas pela metodologia in situ quando

comparadas às obtidas por incorporação, sugerindo-se que a presença do polímero

durante a síntese do material magnético pode impedir o crescimento das partículas.

102

Figura 42: Distribuição do tamanho de partícula das partículas (A) OC-Bz in situ/INDev e (B) OC-Bz inc 2:1/INDev determinada a partir das micrografias de TEM.

Além disso, comparando-se com o tamanho obtido através da caracterização

do comportamento magnético, verificou-se que a incorporação do fármaco pela

metodologia de evaporação do solvente não resulta num aumento significativo do

tamanho das partículas.


É de fundamental importância que as partículas magnéticas empregadas para

a liberação vetorizada de fármacos mantenham suas propriedades magnéticas após

a incorporação do ativo. O comportamento magnético dos materiais com a

indometacina incorporada foi avaliado apenas para as partículas OC-Bz inc

2:1/INDev e OC-Bz 2:1/INDis e está representado na Figura 43 com as curvas de

magnetização da partícula OC-Bz inc 2:1 e do material magnético inorgânico de

partida utilizado para o preparo destas partículas para comparação do

comportamento. Os parâmetros magnéticos obtidos a partir das curvas de

magnetização são apresentados na Tabela 10.

103

Figura 43: Curvas de magnetização das partículas magnéticas Fe3O4/!-Fe2O3 e OC-Bz inc 2:1 e dos materiais contendo indometacina OC-Bz inc 2:1/INDev e OC-Bz 2:1/INDis. A escala do eixo y à direita corresponde à partícula Fe3O4/!-Fe2O3 e à esquerda é referente aos outros materiais.

Tabela 10: Parâmetros magnéticos obtidos a partir da curva de magnetização da OC-Bz inc 2:1 e dos materiais contendo indometacina OC-Bz inc 2:1/INDev e OC-Bz 2:1/INDis à temperatura ambiente.

Partículas magnéticas

Saturação magnética

(emu/g)

Magnetização remanescente

(emu/g)

Coercividade (Oe)

OC-Bz inc 2:1 18,4 1,3 32,3

OC-Bz inc 2:1/INDev 16,9 1,0 27,6

OC-Bz 2:1/INDis 16,3 0,9 24,6

Observa-se que, independente da metodologia utilizada para incorporação da

indometacina, houve pouca alteração nas curvas de magnetização e,

consequentemente, nos parâmetros magnéticos dos materiais contendo o fármaco

quando comparados à partícula magnética OC-Bz inc 2:1, com apenas uma redução

nos valores de todos os parâmetros. Assim, verifica-se que os materiais mantêm

suas características magnéticas mesmo após a incorporação do fármaco, o que é

adequado para sua aplicação na vetorização de agentes terapêuticos.

104


A caracterização por espectroscopia Mössbauer dos materiais magnéticos

contendo indometacina foi realizada apenas para as partículas OC-Bz in situ/INDev,

OC-Bz inc 2:1/INDev e OC-Bz 2:1/INDis para comparação entre as diferentes

metodologias de incorporação do fármaco e os espectros obtidos estão

apresentados nas Figuras 44, 45 e 46, respectivamente. Os parâmetros hiperfinos

referentes a estes mesmos materiais estão listados na Tabela 11.

Quando comparados aos espectros das partículas sem o fármaco, não foram

observadas diferenças significativas entre os padrões dos espectros.

105

Figura 44: Espectros Mössbauer do material OC-Bz in situ/INDev a (A) 77 K e (B) 300 K. As linhas coloridas representam as diferentes espécies presentes no material.

106

Figura 45: Espectros Mössbauer do material OC-Bz inc 2:1/INDev a (A) 77 K e (B) 300 K. As linhas coloridas representam as diferentes espécies presentes no material.

107

Figura 46: Espectros Mössbauer do material OC-Bz 2:1/INDis a (A) 77 K e (B) 300 K. As linhas coloridas representam as diferentes espécies presentes no material.

108

Tabela 11: Parâmetros hiperfinos de espectroscopia Mössbauer dos materiais OC-Bz in situ/INDev, OC-Bz inc 2:1/INDev e OC-Bz 2:1/INDis a 77 e 300 K.

Temperatura

(K) " (mm s-1) # (mm s-1) Bhf (T) Razão das

espécies (%)

OC-Bz in situ/INDev

77 0,43 0,01 45,2 73

0,40 0,77 0,0 27

300 0,27 0,01 34,0 53

0,33 0,67 0,0 47

OC-Bz inc 2:1/INDev

77 0,46 0,02 50,5

300 0,34 0,01 43,4 90

0,18 0,54 0,0 10

OC-Bz 2:1/INDis

77 0,46 0,01 50,5

300 0,34 0,02 43,7 87

0,40 0,55 0,0 13

As principais diferenças são novamente observadas entre os materiais OC-Bz

in situ/INDev e os outros dois materiais caracterizados por esta técnica, indicando

que a metodologia de incorporação do fármaco não exerce influência no padrão dos

espectros e confirmando que a metodologia de preparo das partículas interfere

nestas características. Os materiais OC-Bz inc 2:1/INDev e OC-Bz 2:1/INDis

apresentam espectros a 77 K compostos somente de sextetos característicos de

componentes magnéticos, enquanto que a 300 K os espectros apresentam 10% e

13% de ferro no estado superparamagnético, representado pelos dubletos. O

material OC-Bz in situ/INDev, por sua vez, apresenta uma proporção menor do

componente magnético, representado pelo sexteto, com uma diminuição de 73% a

77 K para 53% a 300 K, indicando que este material possui partículas menores e

menos aglomeradas que as partículas magnéticas sintetizadas na ausência de um

polímero.

109

5.7 Liberação in vitro

Estudos de liberação in vitro são fundamentais para determinar se a interação

entre o fármaco e o sistema utilizado, neste caso as partículas magnéticas, é

reversível, bem como para estimar a taxa de liberação do ativo e, dessa forma,

prever a quantidade de fármaco a ser liberado e o tempo que decorrerá para que

essa substância esteja disponível para ação no organismo.

Para a liberação magneticamente vetorizada é importante que a maior

quantidade do ativo seja liberada no local desejado, ou seja, a taxa de liberação

deve ser suficientemente lenta para que as partículas contendo o fármaco possam

atingir o sítio alvo e então liberar a substância. Entretanto, também não é desejado

que a liberação seja muito lenta, pois isso implicaria na manutenção do campo

magnético externo posicionado no local afetado durante um período de tempo muito

longo.

A Figura 47 apresenta o perfil de liberação em FCS da indometacina

incorporada nas partículas magnéticas através do método de evaporação do

solvente. Observa-se que todas as partículas proporcionaram uma liberação inicial

rápida até aproximadamente duas horas, provavelmente correspondente à presença

do fármaco apenas depositado na superfície das nanopartículas, seguida de uma

liberação lenta e manutenção da quantidade de fármaco liberado, com um

percentual de liberação entre 55% (OC inc 2:1/INDev) e 85% (Fe3O4/!-Fe2O3/INDev)

em cinco horas. É possível afirmar que há interação entre as partículas e o fármaco

pela diferença entre o perfil de dissolução da indometacina livre e da liberação da

substância incorporada nas partículas. Considerando que o tempo normal de

circulação sanguínea é de aproximadamente um minuto (SILVERTHORN, 2003), é

possível notar que todos os materiais apresentam um tempo adequado de liberação,

suficiente para que as partículas atinjam o local desejado para a ação.

Como esperado, o material Fe3O4/!-Fe2O3/INDev apresentou a maior

quantidade de indometacina liberada, indicando uma interação mais fraca entre o

material magnético inorgânico e o fármaco. Da mesma forma que observado na

eficiência de incorporação, o perfil de liberação do fármaco incorporado no material

OC inc 1:1/INDev demonstra uma baixa interação entre a indometacina e a partícula,

110

pois é o sistema contendo polímero que apresenta a eficiência de incorporação mais

baixa, liberação mais rápida de 50% do fármaco incorporado e o maior percentual de

fármaco liberado no período avaliado.

Figura 47: Perfis de dissolução e liberação da indometacina em FCS pH 7,4 a 37 °C incorporada nas partículas magnéticas pela metodologia de evaporação do solvente. As linhas representam apenas a tendência do processo e as barras de erro representam o desvio padrão para a duplicata.

Entre as partículas preparadas in situ e com o fármaco incorporado por

evaporação do solvente, o material OC in situ/INDev liberou o fármaco mais

rapidamente que o OC-Bz in situ/INDev (50% do fármaco liberado em 90 e 160

minutos, respectivamente), apesar da maior eficiência de incorporação do primeiro.

Acredita-se que a interação fármaco-polímero nestes sistemas ocorra principalmente

através da interação entre os grupamentos NH3+ dos polímeros e COO- da

indometacina, como discutido anteriormente. Desse modo, sugere-se que esta

interação seja mais fraca que a hidrofóbica, proporcionando uma liberação mais

rápida do fármaco contido nas partículas preparadas com o derivado não benzilado.

Comparando-se as partículas obtidas por incorporação e com o fármaco

incorporado por evaporação do solvente, percebe-se uma grande diferença de

comportamento entre os materiais OC inc 1:1/INDev e OC inc 2:1/INDev. Como

pode ser observado pelos perfis, a maior quantidade de OCMQTS nas partículas

111

dificulta a liberação da indometacina, promovendo uma liberação mais lenta (50% do

fármaco liberado em 60 e 160 minutos, respectivamente) a partir das partículas

preparadas com maior quantidade de polímero. Entre os materiais OC-Bz inc

1:1/INDev e OC-Bz inc 2:1/INDev observa-se comportamento oposto, condizente

com os valores de eficiência de incorporação que indicam uma maior interação entre

o fármaco e as partículas obtidas com uma quantidade menor de OCMQTS-Bz. Este

comportamento reforça a afirmação de que há uma maior interação entre as

partículas OC-Bz inc 2:1 entre si que entre as partículas e a indometacina.

Guo e colaboradores (2010) incorporaram indometacina na sua forma sódica

em partículas poliméricas magnéticas através de metodologia similar e estudaram

sua liberação em meios com pH de 4,5 a 7,4. Foi observada uma liberação

percentual baixa em valores mais altos de pH (cerca de 20%), com o aumento da

quantidade liberada em valores de pH mais baixos.

Os perfis de liberação da indometacina incorporada nos materiais OC

1:1/INDis, OC-Bz 1:1/INDis e OC-Bz 2:1/INDis são mostrados na Figura 48. O

percentual de fármaco liberado em cinco horas foi semelhante aos materiais obtidos

por evaporação do solvente, permanecendo entre 65% (OC 1:1/INDis e OC-Bz

1:1/INDis) e 80% (OC-Bz 2:1/INDis). O material preparado com o derivado

OCMQTS-Bz em maior proporção apresentou liberação mais rápida de 50% do

fármaco quando comparado aos outros materiais obtidos pela mesma metodologia

(52, 110 e 142 minutos para as partículas OC-Bz 2:1/INDis, OC 1:1/INDis e OC-Bz

1:1/INDis, respectivamente), além de um maior percentual de liberação, o que

reforça a possibilidade de uma maior interação entre as cadeias do polímero do que

entre o polímero e o fármaco.

112

Figura 48: Perfis de dissolução e liberação da indometacina em FCS pH 7,4 a 37 °C presente nas partículas magnéticas obtidas pela metodologia de incorporação in

situ do fármaco. As linhas representam apenas a tendência do processo e as barras de erro representam o desvio padrão para a duplicata.

As partículas com a indometacina incorporada pela metodologia de

incorporação in situ preparadas na proporção 1:1 apresentaram um perfil e um

percentual de liberação de indometacina semelhante, indicando que para esta

metodologia de preparo a presença do grupamento hidrofóbico na cadeia polimérica

não exerce grande influência na incorporação do fármaco nem na sua liberação. O

material OC-Bz 2:1/INDis apresentou liberação de um maior percentual de

indometacina que as partículas preparadas na proporção 1:1, provavelmente devido

à maior interação entre as partículas entre si do que entre as partículas e o fármaco

pela grande quantidade do polímero, como discutido anteriormente.

Todas as partículas, exceto o material OC inc 2:1/INDev, apresentaram um

percentual de liberação de indometacina maior que partículas magnéticas

preparadas com mPEG-PCL e ácido oleico por Rutnakornpituk e colaboradores

(2009). Os sistemas preparados pelos autores apresentaram um percentual de

liberação entre 35% e 57%, dependendo do grau de hidrofobicidade do copolímero

empregado na síntese das partículas e observou-se que a característica

excessivamente hidrofóbica das partículas prejudicou a liberação do fármaco.

113

Liang e colaboradores (2010) estudaram a liberação da indometacina a partir

de partículas magnéticas de OCMQTS quaternizada. Apesar da alta eficiência de

incorporação obtida (até 95%), o máximo de fármaco liberado em meio com pH 7,4

foi de 28,9%.

Partículas magnéticas de quitosana contendo tacrina preparadas através de

metodologia semelhante à incorporação in situ apresentaram uma liberação rápida

do fármaco nas primeiras cinco horas seguida de uma liberação lenta, com

estabilização após 24 horas e liberação de 73 a 81% da tacrina incorporada

(WILSON et al., 2009).

Butoescu e colaboradores (2009) prepararam partículas magnéticas de PLGA

contendo dexametasona e obtiveram uma liberação lenta do fármaco, com uma

pequena quantidade liberada inicialmente (cerca de 20% nas primeiras horas) e

percentual de liberação superior a 80% após oito dias.

5.8 Modelos cinéticos de liberação

A modelagem matemática da liberação de fármacos permite obter

informações a respeito dos processos químicos e de transporte de massa envolvidos

no sistema de liberação, além de possibilitar a avaliação do efeito de determinados

parâmetros da forma farmacêutica, como geometria e teor de fármaco, no

mecanismo de liberação. Dessa forma, é possível otimizar um sistema para

obtenção do perfil de liberação desejado (ARIFIN; LEE; WANG, 2006).

O mecanismo de liberação de um fármaco pode ser influenciado por diversos

parâmetros como tipo de fármaco, seu polimorfismo, tamanho de partícula,

solubilidade e quantidade presente na forma farmacêutica ou no sistema de

liberação. Dentre os principais modelos matemáticos empregados, podem-se citar

as equações de ordem zero, primeira ordem, Higuchi, Hixson-Crowell e Korsmeyer-

Peppas (COSTA; LOBO, 2001).

O modelo de ordem zero pode ser aplicado para formas farmacêuticas que

não sofrem desagregação e liberam o fármaco lentamente, considerando que não

há alteração da área e não se estabelece um equilíbrio. É aplicado principalmente

114

para comprimidos matriciais ou revestidos e sistemas transdérmicos e osmóticos.

Pode ser representada pela Equação 5:

Equação 5

em que K0 é a constante de liberação de ordem zero, Q0 e Qt são as quantidades de

fármaco liberadas no tempo zero e no tempo t respectivamente (COSTA; LOBO,

2001).

A cinética de primeira ordem é utilizada para descrever principalmente

processos de absorção e eliminação de substâncias, sendo empregado também

para fármacos hidrossolúveis presentes em matrizes porosas, casos em que a

velocidade de liberação depende da quantidade de fármaco restante na forma

farmacêutica. É representada pela Equação 6:

Equação 6

em que K1 é a constante de liberação de primeira ordem, Q0 e Qt são as quantidades

de fármaco liberadas no tempo zero e no tempo t respectivamente (AGNES;

ORTEGA, 2003).

O modelo de Higuchi mais amplamente conhecido tem sido utilizado para

descrever a dissolução de fármacos de várias formas farmacêuticas de liberação

modificada, como sistemas transdérmicos e comprimidos matriciais contendo

fármacos hidrossolúveis. É representado pela Equação 7:

Equação 7

onde KH é a constante de liberação de Higuchi, Qt e Qinf são as quantidades

liberadas no tempo t e no infinito respectivamente (AGNES; ORTEGA, 2003).

O modelo de Hixson-Crowell é aplicado para formas farmacêuticas em que a

etapa limitante da liberação é a dissolução da substância, não a difusão que pode

ocorrer na matriz polimérica, considerando que o seu formato permanece o mesmo

durante todo o processo, apenas com uma diminuição proporcional do seu tamanho.

É representada pela Equação 8:

Equação 8

onde KHC é a constante de Hixson-Crowell e Qt é a quantidade liberada no tempo t

(COSTA; LOBO, 2001).

Outra equação frequentemente empregada é o modelo não linear de

Korsmeyer-Peppas, utilizado geralmente para analisar a liberação a partir de formas

115

farmacêuticas poliméricas em que o mecanismo de liberação é desconhecido ou

quando mais de um mecanismo está envolvido. É representado pela Equação 9:

Equação 9

em que Q(t-l) é a liberação fracional do fármaco, ! é a constante que incorpora

características estruturais e geométricas da forma farmacêutica, l é o tempo de

latência que marca o início da liberação, n é o expoente de liberação indicativo do

mecanismo de liberação do fármaco e b é a liberação abrupta inicial do fármaco.

Considerando o tempo de latência como zero, resume-se à Equação 10:

!

Qt Qinf= "t

n+ b Equação 10

Para a determinação do valor de n utiliza-se apenas a porção da curva em

que Qt/Qinf<0,6. No caso de formas esféricas, o expoente n é indicativo dos

seguintes mecanismos: difusão Fickiana (n = 0,43), transporte anômalo ou difusão

não-Fickiana envolvendo uma possível combinação de mecanismos (0,43<n<0,85)

ou intumescimento polimérico (n = 0,85) (COSTA; LOBO, 2001; SIEPMANN;

SIEPMANN, 2008).

A representação gráfica dos modelos matemáticos para quatro dos materiais

obtidos é apresentada na Figura 49 e as constantes de liberação obtidas através dos

modelos com seus respectivos coeficientes de correlação (r) são apresentadas na

Tabela 12.

116

Figura 50: Modelos matemáticos aplicados para a liberação da indometacina em FCS pH 7,4 a 37 °C das partículas Fe3O4/!-Fe2O3/INDev, OC-Bz inc 1:1/INDev, OC-Bz inc 2:1/INDev e OC-Bz in situ/INDev. (A) Ordem zero, (B) Primeira ordem, (C) Higuchi, (D) Hixson-Crowell e (E) Korsmeyer-Peppas não linear.

117

Tabela 12: Constantes de liberação e coeficientes de correlação das equações matemáticas aplicadas na liberação da indometacina contida

nas partículas magnéticas. Destacados em negrito estão os modelos que melhor se adequaram para cada material.

Ordem zero Primeira ordem Higuchi Hixson-Crowell Korsmeyer-Peppas

Materiais r

K0

(min-1) r

K1

(min-1) r

KH

(min-1/2) r

KHC

(min-1/3) r

!

(min-1) n

Fe3O4/!-Fe2O3/INDev 0,8727 0,141 0,8176 9,64x10-4 0,9651 5,18x10-2 0,9645 1,05x10-3 0,9693 8,63x10-2 0,43

OC in situ/INDev 0,8888 0,164 0,8057 1,64x10-3 0,9604 5,78x10-2 0,9269 1,07x10-3 0,9987 2,74x10-1 0,70

OC-Bz in situ/INDev 0,9375 0,108 0,8556 1,01x10-3 0,9767 4,06x10-2 0,9885 7,21x10-4 0,9724 7,69x10-2 0,44

OC inc 1:1/INDev 0,9198 0,138 0,8422 1,16x10-3 0,9812 4,20x10-2 0,9638 7,77x10-4 0,9958 1,05x10-1 0,40

OC inc 2:1/INDev 0,9764 0,142 0,9092 1,61x10-3 0,9914 4,72x10-2 0,9896 6,98x10-4 0,9904 6,06x10-2 0,40

OC-Bz inc 1:1/INDev 0,9246 0,204 0,8100 2,67x10-3 0,9962 7,24x10-2 0,9481 8,68x10-4 0,9873 1,23x10-1 0,43

OC-Bz inc 2:1/INDev 0,9210 0,220 0,8063 2,35x10-3 0,9864 6,40x10-2 0,9586 9,92x10-4 0,9905 9,94x10-2 0,43

OC 1:1/INDis 0,9284 0,145 0,8361 1,62x10-3 0,9793 4,93x10-2 0,9571 6,73x10-4 0,9905 6,71x10-2 0,50

OC-Bz 1:1/INDis 0,9716 0,160 0,9116 1,82x10-3 0,9981 5,21x10-2 0,9868 6,95x10-4 0,9974 1,30x10-1 0,34

OC-Bz 2:1/INDis 0,9813 0,244 0,9583 1,94x10-3 0,9855 5,28x10-2 0,9891 1,07x10-3 0,9721 1,92x10-1 0,30

118

Através dos valores dos coeficientes de correlação, o modelo matemático que

melhor explicou o processo de liberação da indometacina para o maior número de

partículas foi a equação de Korsmeyer-Peppas. Outros modelos com boa correlação

foram as equações de Higuchi e Hixson-Crowell. Observa-se que mesmo para as

partículas em que o melhor modelo não foi o de Korsmeyer-Peppas, a correlação

para este modelo foi alta. Além disso, para o maior número de partículas o expoente

n encontra-se entre 0,40 e 0,44, valores próximos de 0,43, indicando que a cinética

de liberação segue a difusão Fickiana, mesmo mecanismo explicado pelo modelo de

Higuchi. Para os casos em que n = 0,70 (OC in situ/INDev) e n = 0,50 (OC

1:1/INDis), sugere-se que a liberação ocorre por uma combinação de mecanismos

que pode incluir a difusão e o intumescimento da polímero presente na partícula

contendo o fármaco (SIEPMANN; SIEPMANN, 2008).

Resultado semelhante ao encontrado neste trabalho foi obtido para liberação

de tacrina contida em micropartículas magnéticas de quitosana, em que se

encontrou boa correlação para o modelo cinético de Higuchi e, ao aplicar o modelo

de Korsmeyer-Peppas, foram obtidos valores do expoente n condizentes com o

mecanismo de difusão Fickiana explicado pela equação de Higuchi (WILSON et al.,

2009).

O modelo de Higuchi também foi aplicado para avaliação do mecanismo de

liberação da indometacina contida em partículas magnéticas de PLGA,

demonstrando boa correlação e indicando que o processo ocorre também através da

difusão (CHATTOPADHYAY; GUPTA, 2002).

Závi!ová e colaboradores (2007) aplicaram modelos matemáticos no perfil de

dissolução da indometacina a partir de nanopartículas poliméricas magnéticas para

verificar se o mecanismo de liberação predominante era por dissolução ou difusão. A

melhor correlação foi obtida para o modelo de dissolução, principalmente no início

do processo.

A liberação da indometacina em tampão fosfato pH 7,2 a partir de partículas

magnéticas de metilmetacrilato e 2,3-epoxipropil metacrilato foi avaliada através dos

modelos matemáticos de Higuchi e Korsmeyer-Peppas. A melhor correlação

também foi obtida para o modelo de Korsmeyer-Peppas, entretanto o valor de n

indicou uma combinação de mecanismos que inclui a difusão Fickiana (NITA;

CHIRIAC; NISTOR, 2010).

119

Hu e colaboradores (2007) avaliaram a liberação de vitamina B12 como

substância modelo a partir de ferroesponjas magnéticas de gelatina na ausência e

na presença de um campo magnético externo. Houve a liberação de uma

quantidade relativamente pequena (cerca de 25% do conteúdo) na presença do

campo magnético quando comparada à liberação sem a aplicação do campo (40%)

durante seis horas, indicando que o campo magnético proporciona uma liberação

mais lenta do ativo, com uma velocidade de liberação inversamente proporcional à

força do campo aplicado. Foi aplicada uma equação equivalente à de Korsmeyer-

Peppas para determinação do mecanismo de liberação e os valores do expoente n

também indicou o predomínio da difusão Fickiana.

Comportamento inverso foi observado para a liberação de doxorrubicina a

partir de partículas magnéticas de ácido polimetacrílico e ferrita de níquel, em que a

aplicação do campo aumenta a quantidade de fármaco liberado e a velocidade de

liberação (RANA et al., 2007).

O modelo de Korsmeyer-Peppas também foi considerado o mais adequado

para explicar a liberação de diclofenaco de sódio a partir de microesferas

magnéticas de gelatina, entretanto a liberação no sistema estudado foi considerada

como difusão não-Fickiana, pois os valores do expoente n se encontraram entre os

valores limítrofes (SARAVANAN et al., 2004).

Butoescu e colaboradores (2009) avaliaram a liberação de dexametasona a

partir de micropartículas magnéticas de PLGA preparadas para vetorização intra-

articular, propondo um modelo matemático semiempírico para explicar o processo.

Considerando a facilidade do preparo, o comportamento de

superparamagnetismo mais pronunciado, os altos valores de eficiência de

incorporação do fármaco e o seu perfil de liberação, as nanopartículas preparadas

com o polímero OCMQTS pela metodologia de formação in situ seguida de

incorporação da indometacina por evaporação do solvente demonstraram ser o

material mais apropriado para futuros testes em modelos in vivo e com fármacos

antitumorais.

120

6 CONCLUSÕES E PERSPECTIVAS

Os derivados OCMQTS e OCMQTS-Bz foram sintetizados com êxito,

conforme demonstrado nos espectros no infravermelho e de RMN 1H, e

apresentaram grau de carboximetilação e N-substituição de 44,31% e 19,0%,

calculados através de titulação condutimétria e RMN 1H respectivamente.

O material magnético inorgânico, sintetizado pela coprecipitação dos ions Fe3+

e Fe2+, apresentou-se como uma mistura dos óxidos de ferro Fe3O4 e !-Fe2O3, com

predomínio da maguemita (aproximadamente 75%), tamanho médio de partícula de

aproximadamente 15,6 nm, comportamento de paramagnetismo e agregação das

partículas.

As partículas foram preparadas através de duas metodologias: coprecipitação

in situ e por incorporação. As partículas obtidas in situ apresentaram maior teor de

ferro, menor diâmetro médio, menor agregação, valores mais elevados de saturação

magnética e comportamento superparamagnético mais pronunciado quando

comparadas às obtidas por incorporação.

A indometacina, utilizada como fármaco hidrofóbico modelo, foi incorporada

às partículas magnéticas através de duas metodologias: evaporação do solvente e

incorporação in situ. A metodologia de evaporação do solvente promoveu, no geral,

valores mais elevados de eficiência de incorporação (entre 33,7% e 86,2%) do que a

incorporação in situ (entre 28,3% e 30,2%).

Dentre os materiais em que a indometacina foi incorporada por evaporação

do solvente, a partícula que apresentou maior eficiência de incorporação foi a OC in

situ, provavelmente devido aos grupos amino protonados do polímero que interagem

com o grupamento carboxilato do fármaco, além das outras interações que também

ocorrem para as outras partículas contendo polímero.

A inserção do grupamento benzil no polímero promoveu o aumento da

eficiência de incorporação da indometacina apenas para as partículas obtidas por

incorporação e com o fármaco incorporado por evaporação do solvente. Nos

materiais obtidos pela técnica de incorporação in situ da indometacina, a presença

do grupamento aromático do polímero não exerceu influência na eficiência de

incorporação do fármaco.

121

As partículas magnéticas contendo indometacina não apresentaram

diferenças significativas em relação ao seu comportamento magnético, mantendo as

características das partículas de partida.

Os estudos de liberação in vitro da indometacina em fluido corporal simulado

pH 7,4 a 37 °C demonstraram que a interação do fármaco com as partículas não é

permanente, apresentando um percentual de liberação entre 55% e 85% em cinco

horas. Todos os materiais apresentaram uma liberação inicial rápida, com posterior

liberação lenta e manutenção do percentual de indometacina liberada.

Dentre os modelos matemáticos aplicados para determinar o mecanismo de

liberação, o mais adequado foi o modelo de Korsmeyer-Peppas, com um valor de

expoente n de aproximadamente 0,43 para a maioria dos sistemas, indicando que a

liberação da indometacina contida nas partículas magnéticas ocorre principalmente

por difusão Fickiana.

Considerando a facilidade do preparo, o comportamento de

superparamagnetismo mais pronunciado, a eficiência de incorporação do fármaco e

sua liberação, o material OC in situ/INDev demonstrou ser o mais apropriado para

futuros testes com fármacos antitumorais.

Em estudos realizados por pesquisadores do NIQFAR, as nanopartículas

magnéticas preparadas e caracterizadas neste trabalho não apresentaram

citotoxicidade contra células L929, podendo ser adequadas para posteriores estudos

in vivo.

Além disso, têm sido realizados estudos envolvendo a biodistribuição em

ratos de algumas nanopartículas preparadas neste trabalho e planeja-se avaliar a

vetorização in vivo da indometacina a partir dos materiais magnéticos em modelo de

artrite em ratos. Posteriormente, pretende-se incorporar compostos com atividade

antitumoral de origem natural ou sintética nas nanopartículas magnéticas que

apresentaram melhores resultados com a finalidade de vetorizar a liberação dessas

moléculas em modelos animais através do posicionamento de um campo magnético

externo.

122

REFERÊNCIAS

ABREU, F. R.; CAMPANA-FILHO, S. P. Characteristics and properties of carboxymethylchitosan. Carbohyd. Polym., v. 75, p. 214-221, 2009. AFKHAMI, A.; MOOSAVI, R. Adsorptive removal of Congo red, a carcinogenic textile dye, from aqueous solutions by maghemite nanoparticles. J. Hazard. Mater., v. 174, p. 398-403, 2010. AGNES, E. J.; ORTEGA, G. G. Modelos matemáticos e físico-química da difusão. Caderno de Farmácia, v. 19, p. 9-19, 2003. ALBORNOZ, C.; SILEO, E. E.; JACOBO, S. E. Magnetic polymers of maghemite (!-Fe2O3) and polyvinyl alcohol. Physica B, v. 354, p. 149-153, 2004. ALPHAMAG Magnéticos Ímãs, 2010. Disponível em: <http://www.alphamag.com.br/informacoes.html>. Acesso em: 12 jul. 2011. ARIFIN, D. Y.; LEE, L. Y.; WANG, C. H. Mathematical modeling and simulation of drug release from microspheres: implications to drug delivery systems. Adv. Drug Deliver. Rev., v. 58, p. 1274-1325, 2006. AVILÉS, M. O.; EBNER, A. D.; RITTER, J. A. In vitro study of magnetic particle seeding for implant assisted-magnetic drug targeting. J. Magn. Magn. Mater., v. 320, p. 2640-2646, 2008. BERRY, C. C.; CURTIS, A. S. G. Functionalisation of magnetic nanoparticles for applications in biomedicine. J. Phys. D: Appl. Phys., v. 36, p. R198-R206, 2003. BERRY, F. J.; SKINNER, S.; THOMAS, M. F. 57Fe Mössbauer spectroscopic examination of a single crystal of Fe3O4. J. Phys.: Condens. Matter., v. 10, p. 215-220, 1998. BHARALI, D. J.; MOUSA, S. A. Emerging nanomedicines for early cancer detection and improved treatment: current perspective and future promise. Pharmacol. Therapeut., v. 128, p. 324-335, 2010. BRESSAN, C. Preparação e caracterização de filmes de O-carboximetilquitosana e derivado benzilado. 2009. 66 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação) – Curso de Farmácia, Universidade do Vale do Itajaí, Itajaí, 2009. BUSCHOW, K. H. J.; BOER, F. R. Physics of magnetism and magnetic materials. New York: Kluwer Academic, 2004. BUTOESCU, N.; JORDAN, O.; BURDET, P.; STADELMANN, P.; PETRI-FINK, A.; HOFMANN, H.; DOELKER, E. Dexamethasone-containing biodegradable superparamagnetic microparticles for intra-articular administration: physicochemical and magnetic properties, in vitro and in vivo drug release. Eur. J. Pharm. Biopharm., v. 72, p. 529-538, 2009.

123

CASU, B.; GENNARO, U. A conductimetric method for the determination of sulphate and carboxyl groups in heparin and other mucopolysaccharides. Carbohyd. Res., v. 39, p. 168-176, 1975. CHANG, Y. C.; CHEN, D. H. Adsorption kinetics and thermodynamics of acid dyes on a carboxymethylated chitosan-conjugated magnetic nano-adsorbent. Macromol. Biosci., v. 5, p. 254-261, 2005a. CHANG, Y. C.; CHEN, D. H. Preparation and adsorption properties of monodisperse chitosan-bound Fe3O4 magnetic nanoparticles for removal of Cu(II) ions. J. Colloid Interf. Sci., v. 283, p. 446-451, 2005b. CHATTOPADHYAY, P.; GUPTA, R. B. Supercritical CO2 based production of magnetically responsive micro- and nanoparticles for drug targeting. Ind. Eng. Chem. Res., v. 41, p. 6049-6058, 2002. CHEN, L.; DU, Y.; ZENG, X. Relationships between the molecular structure and moisture-absorption and moisture-retention abilities of carboxymethyl chitosan II – Effect of degree of deacetylation and carboxymethylation. Carbohyd. Res., v. 338, p. 333-340, 2003. CHEN, X.; PARK, H. Chemical characteristics of O-carboxymethyl chitosans related to the preparation conditions. Carbohyd. Polym., v. 53, p. 355-359, 2003. CHEN, A. I.; KANG, Y. Q.; PU, X. M.; YIN, G. F.; LI, Y.; HU, J. Y. Development of Fe3O4-poly(L-lactide) magnetic microparticles in supercritical CO2. J. Colloid Interf. Sci., v. 330, p. 317-322, 2009. CHIANG, C. L.; CHEN, C. Y.; CHANG, L. W. Purification of recombinant enhanced green fluorescent protein expressed in Escherichia coli with new immobilized metal ion affinity magnetic absorbents. J. Chromatogr. B, v. 864, p. 116-122, 2008. COATES, J. Interpretation of infrared spectra, a practical approach. In: MEYER, R. A. Encyclopedia of Analytical Chemistry. Chichester: John Wiley & Sons, 2000. p. 10815-10837. CORCHERO, J. L.; VILLAVERDE, A. Biomedical applications of distally controlled magnetic nanoparticles. Trends. Biotechnol., v. 27, p.468-476, 2009. CORREA, J. R.; CANETTI, D.; CASTILLO, R.; LLÓPIZ, J. C.; DUFOUR, J. Influence of the precipitation pH of magnetite in the oxidation process to maghemite. Mater. Res. Bull., v. 41, p. 703-713, 2006. COSTA, P.; LOBO, J. M. S. Modeling and comparison of dissolution profiles. Eur. J. Pharm.

Sci., v. 13, p. 123-133, 2001. DEBRASSI, A. Preparação de matrizes anfifílicas utilizando a O-carboximetilquitosana

para posterior aplicação como sistemas de liberação de fármacos. 2008. 60 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação) – Curso de Farmácia, Universidade do Vale do Itajaí, Itajaí, 2008. DENKBAS, E. B.; KILIÇAY, E.; BIRLIKSEVEN, C.; ÖZTÜRK, E. Magnetic chitosan microspheres: preparation and characterization. React. Funct. Polym., v. 50, p. 225-232, 2002.

124

DIAS, A. M. G. C.; HUSSAIN, A.; MARCOS, A. S.; ROQUE, A. C. A. A biotechnological perspective on the application of iron oxide magnetic colloids modified with polysaccharides. Biotechnol. Adv., v. 29, p. 142-155, 2011. DONADEL, K.; FELISBERTO, M. D. V.; FÁVERE, V. T.; RIGONI, M.; BATISTELA, N. J.; LARANJEIRA, M. C. M. Synthesis and characterization of the iron oxide magnetic particles coated with chitosan biopolymer. Mat. Sci. Eng. C-Biomim., v. 28, p. 509-514, 2008. DUSZA, A.; WOJTYNIAK, M.; NEDELKO, N.; !LAWSKA-WANIEWSKA, A.; GRENECHE, J. M.; RODRIGUES, C. A.; BÜRGER, C.; STRINGARI, C.; DEBRASSI, A. Magnetic behavior of O-carboxymethylchitosan bounded with iron oxide particles. IEEE T. Magn., v. 46, p. 459-462, 2010. ELWAKEEL, K. Z. Removal of Cr(VI) from alkaline aqueous solutions using chemically modified magnetic chitosan resins. Desalination, v. 250, p. 105-112, 2010. FARAJI, A. H.; WIPF, P. Nanoparticle in cellular drug delivery. Bioorg. Med. Chem., v. 17, p. 2950-2962, 2009. FIGUEROLA, A.; DI CORATO, R.; MANNA, L.; PELLEGRINO, T. From iron oxide nanoparticles towards advanced iron-based inorganic materials designed for biomedical applications. Pharmacol. Res., v. 62, p. 126-143, 2010. FUJINO, H.; CHEN, X. B.; REGAN, J. W.; MURAYAMA, T. Indomethacin decreases EP2 prostanoid receptor expression in colon cancer cells. Biochem. Biophys. Res. Co., v. 359, p. 568-573, 2007. GAIHRE, B.; KHIL, M. S.; LEE, D. R.; KIM, H. Y. Gelatin-coated magnetic iron oxide nanoparticles as carrier system: drug loading and in vitro drug release study. Int. J. Pharm., v. 365, p. 180-189, 2009. GELONE, S.; GENNARO, A. R. Pharmaceutical and medicinal agents. In: Remington: the science and practice of pharmacy. 21 ed. Philadelphia: Lippincott Williams & Wilkins, 2006. p. 1261-1744. GOTTLIEB, H. E.; KOTLYAR, V.; NUDELMAN, A. NMR chemical shifts of common laboratory solvents as trace impurities. J. Org. Chem., v. 62, p. 7512-7515, 1997. GUO, Z.; XING, R.; LIU, S.; YU, H.; WANG, P.; LI, C.; LI, P. The synthesis and antioxidant activity of the Schiff bases of chitosan and carboxymethyl chitosan. Bioorg. Med. Chem. Lett., v. 15, p. 4600-4603, 2005. GUO, Z.; CHEN, R.; XING, R.; LIU, S.; YU, H.; WANG, P.; LI, C.; LI, P. Novel derivatives of chitosan and their antifungal activities in vitro. Carbohyd. Res., v. 341, p. 351-354, 2006. GUO, M.; YAN, Y.; LIU, X.; YAN, H.; LIU, K.; ZHANG, H.; CAO, Y. Multilayer nanoparticles with a magnetite core and a polycation inner shell as pH-responsive carriers for drug delivery. Nanoscale, v. 2, p. 434-441, 2010. GUPTA, A. K.; GUPTA, M. Synthesis and surface engineering of iron oxide nanoparticles for biomedical applications. Biomaterials, v. 26, p. 3995-4021, 2005.

125

HAI, H. T.; KURA, H.; TAKAHASHI, M.; OGAWA, T. Facile synthesis of Fe3O4 nanoparticles by reduction phase transformation from !-Fe2O3 nanoparticles in organic solvent. J. Colloid

Interf. Sci., v. 341, p. 194-199, 2010. HERNÁNDEZ, R.; ZAMORA-MORA, V.; SIBAJA-BALLESTERO, M.; VEGA-BAUDRIT, J.; LÓPEZ, D.; MIJANGOS, C. Influence of iron oxide nanoparticles on the rheological properties of hybrid chitosan ferrogels. J. Colloid Interf. Sci., v. 339, p. 53-59, 2009. HONG, R. Y.; PAN, T. T.; LI, H. Z. Microwave synthesis of magnetic Fe3O4 nanoparticles used as a precursor of nanocomposites and ferrofluids. J. Magn. Magn. Mater., v. 303, p. 60-68, 2006. HONG, R. Y.; LI, J. H.; LI, H. JZ.; DING, J.; ZHENG, Y.; WEI, D. G. Synthesis of Fe3O4 nanoparticles without inert gas protection used as precursors of magnetic fluids. J. Magn.

Magn. Mater., v. 320, p. 1605-1614, 2008. HU, S. H.; LIU, T. Y.; LIU, D. M.; CHEN, S. Y. Nano-ferrosponges for controlled drug release. J. Control. Release, v. 121, p. 181-189, 2007. HUA, M. Y.; YANG, H. W.; CHUANG, C. K.; TSAI, R. Y.; CHEN, W. J.; CHUANG, K. L.; CHANG, Y. H.; CHUANG, H. C.; PANG, S. T. Magnetic-nanoparticle-modified paclitaxel for targeted therapy for prostate cancer. Biomaterials, v. 31, p. 7355-7363, 2010. HUANG, H. Y.; SHIEH, Y. T.; SHIH, C. M.; TWU, Y. K. Magnetic chitosan/iron (II, III) oxide nanoparticles prepared by spray-drying. Carbohyd. Polym., v. 81, p. 906-910, 2010. JAIN, T. K.; REDDY, M. K.; MORALES, M. A.; LESLIE-PELECKY, D. L.; LABHASETWAR, V. Biodistribution, clearance, and biocompatibility of iron oxide magnetic nanoparticles in rats. Mol. Pharm., v. 5, p. 316-327, 2008. JIN, X.; WANG, J.; BAI, J. Synthesis and antimicrobial activity of the Schiff base from chitosan and citral. Carbohyd. Res., v. 344, p. 825-829, 2009. KANG, Y.; WU, J.; YIN, G.; HUANG, Z.; YAO, Y.; LIAO, X.; CHEN, A.; PU, X.; LIAO, L. Preparation, characterization and in vitro cytotoxicity of indomethacin-loaded PLLA/PLGA microparticles using supercritical CO2 technique. Eur. J. Pharm. Biopharm., v. 70, p. 85-97, 2008. KAPITANOVI!, S.; "A"EV, T.; ANTICA, M.; KRALJ, M.; CAVRI!, G.; PAVELI!, K.; SPAVENTI, R. Effect of indomethacin on E-cadherin and !-catenin expression in HT-29 colon cancer cells. Exp. Mol. Pathol., v. 80, p. 91-96, 2006. KAUSHIK, A.; KHAN, R.; SOLANKI, P. R.; PANDEY, P.; ALAM, J.; AHMAD, S.; MALHOTRA, B. D. Iron oxide nanoparticles-chitosan composite based glucose biosensor. Biosens. Bioelectron., v. 24, p. 676-683, 2008. KIEVIT, F. M.; VEISEH, O.; FANG, C.; BHATTARAI, N.; LEE, D.; ELLENBOGEN, R. G.; ZHANG, M. Chlorotoxin labeled magnetic nanovectors for targeted gene delivery to glioma. ACS Nano, v. 4, p. 4587-4594, 2010. KIM, D. H.; KIM, K. N.; KIM, K. M.; LEE, Y. K. Targeting to carcinoma cells with chitosan- and starch-coated magnetic nanoparticles for magnetic hyperthermia. J. Biomed. Mater.

Res., v. 88, p.1-11, 2009.

126

KIM, E. H.; LEE, H. S.; KWAK, B. K.; KIM, B. K. Synthesis of ferrofluid with magnetic nanoparticles by sonochemical method for MRI contrast agent. J. Magn. Magn. Mater., v. 289, p. 328-330, 2005. KIM, K. S.; YOON, J. H.; KIM, J. K.; BAEK, S. J.; ELING, T. E.; LEE, W. J.; RYU, J. H.; LEE, J. G.; LEE, J. H.; YOO, J. B. Cyclooxygenase inhibitors induce apoptosis in oral cavity cancer cells by increased expression of nonsteroidal anti-inflamatory drug-activated gene. Biochem. Bioph. Res. Co., v. 325, p. 1298-1303, 2004.

KOUTROUMANIS, K. P.; AVGOUSTAKIS, K.; BIKIARIS, D. Synthesis of cross-linked N-(2-carboxybenzyl)chitosan pH sensitive polyelectrolyte and its use for drug controlled delivery. Carbohyd. Polym., v. 82, p. 181-188, 2010. KUNZMANN, A.; ANDERSSON, B.; THURNHERR, T.; KRUG, H.; SCHEYNIUS, A.; FADEEL, B. Toxicology of engineered nanomaterials: focus on biocompatibility, biodistribution and biodegradation. Biochim. Biophys. Acta,, v. 1810, p. 361-373, 2011. LARGURA, M. C. T. Síntese e caracterização da O-carboximetilquitosana-N-lauril e

utilização como polímero anfifílico em comprimidos de triancinolona. 2009. 136 f. Dissertação (Mestrado) – Mestrado Acadêmico em Ciências Farmacêuticas, Universidade do Vale do Itajaí, Itajaí, 2009. LE TIEN, C.; LACROIX, M.; ISPAS-SZABO, P.; MATEESCU, M. A. N-acylated chitosan: hydrophobic matrices for controlled drug release. J. Control. Release, v. 93, p. 1-13, 2003. LEE, H. S.; KIM, E. H.; SHAO, H.; KWAK, B. K. Synthesis of SPIO-chitosan microspheres for MRI-detectable embolotherapy. J. Magn. Magn. Mater., v. 293, p. 102-105, 2005. LI, G. Y.; JIANG, Y. R.; HUANG, K. L.; DING, P.; YAO, L. L. Kinetics of adsorption of Saccharomyces cerevisiae mandelated dehydrogenase on magnetic Fe3O4-chitosan nanoparticles. Colloid. Surface A, v. 320, p. 11-18, 2008a. LI, G. Y.; JIANG, Y. R.; HUANG, K. L.; DING, P.; CHEN, J. Preparation and properties of magnetic Fe3O4-chitosan nanoparticles. J. Alloy. Compd., v. 466, p. 451-456, 2008b. LIANG, Y. Y.; ZHANG, L. M.; LI, W.; CHEN, R. F. Polysaccharide-modified iron oxide nanoparticles as an effective magnetic affinity adsorbent for bovine serum albumine. Colloid. Polym. Sci., v. 285, p. 1193-1199, 2007. LIANG, X.; WANG, H.; JIANG, X.; CHANG, J. Development of monodispersed and functional magnetic polymeric liposomes via simple liposome method. J. Nanopart. Res., v. 12, p. 1723-1732, 2010. LINCOVÁ, E.; HAMPL, A.; PERNICOVÁ, Z.; STAR!ÍCHOVÁ, A.; KR"MÁR, P.; MACHALA, M.; KOZUBÍK, A.; SOU"EK, K. Multiple defects in negative regulation of the PKB/Akt pathway sensitise human cancer cells to the antiproliferative effect of non-steroidal anti-inflammatory drugs. Biochem. Pharmacol., v. 78, p. 561-572, 2009. LINDBLAD, M.; LAGERGREN, J.; RODRÍGUEZ, L. A. G. Nonsteroidal anti-inflammatory drugs and risk of esophageal and gastric cancer.Cancer Epidem. Biomar., v. 14, p. 444-450, 2005.

127

LIU, T. Y.; CHEN, S. Y.; LIM, Y. L.; LIU, D. M. Synthesis and characterization of amphiphatic carboxymethyl-hexanoyl chitosan hydrogel: water-retention ability and drug encapsulation. Langmuir, v. 22, p. 9740-9745, 2006. LIU, K. H.; CHEN, B. R.; CHEN, S. Y.; LIU, D. M. Self-assembly behavior and doxorubicin-loading capacity of acylated carboxymethyl chitosans. J. Phys. Chem. B, v. 113, p. 11800-11807, 2009. LU, W.; SHEN, Y.; XIE, A.; ZHANG, W. Green synthesis and characterization of superparamagnetic Fe3O4 nanoparticles. J. Magn. Magn. Mater., v. 322, p. 1828-1833, 2010. MA, W.; YA, F. Q.; HAN, M.; WANG, R. Characteristics of equilibrium, kinetics studies for adsorption of fluoride on magnetic-chitosan particle. J. Hazard. Mater., v. 143, p. 296-302, 2007. MAHMOUDI, M.; SANT, S.; WANG, B.; LAURENT, S.; SEN, T. Superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPIONs): development, surface modification and applications in chemotherapy. Adv. Drug Deliver. Rev., v. 63, p. 24-46, 2011. MAITY, D.; CHOO, S. G.; YI, J.; DING, J.; XUE, J. M. Synthesis of magnetite nanoparticles via a solvent-free thermal decomposition route. J. Magn. Magn. Mater., v. 321, p. 1256-1259, 2009. MATOS, J. R.; MIYANO, M. H.; SIQUEIRA, L.; DE MOURA, M. F. V.; LUIZ, J. M. Ilustração da influência da razão de aquecimento nos resultados de termogravimetria. Quím. Nova, v. 23, p. 113-115, 2000. MATOS, J. R.; MERCURI, L.; BARROS, G. Análise térmica aplicada a fármacos e medicamentos. In: STORPIRTIS, S.; GONÇALVES, J. E.; CHIANN, C.; GAI, M. N. Biofarmacotécnica. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2009. p. 32-65. MAXWELL, D. J.; BONDE, J. HESS, D. A.; HOHM, S. A.; LAHEY, R.; ZHOU, P.; CREER, M. H.; PIWNICA-WORMS, D.; NOLTA, J. A. Fluorophore-conjugated iron oxide nanoparticle labelling and analysis of engrafting human hematopoietic stem cells. Stem Cells, v. 26, p. 517-524, 2008. MEEROD, S.; TUMCHARERN, G. WICHAI, U.; RUTNAKORNPITUK, M. Magnetite nanoparticles stabilized with polymeric bilayer of poly(ethylene glycol) methyl ether-poly(!-caprolactone) copolymers. Polymer, v. 49, p. 3950-3956, 2008. MENG, J. H.; YANG, G. Q.; YAN, L. M.; WANG, X. Y. Synthesis and characterization of magnetic nanometer pigment Fe3O4. Dyes Pigments, v. 66, p. 109-113, 2005. MI, F. L.; SHYU, S. S.; CHEN, C. T.; LAI, J. Y. Adsorption of indomethacin onto chemically modified chitosan beads. Polymer, v. 43, p. 757-765, 2002. MONTES, P. J. R. Produção e caracterização de nanopós fosforescentes dopados com

íons terras raras. 2009. 135 f. Tese (Doutorado) – Núcleo de Pós-Graduação em Física, Universidade Federal de Sergipe, São Cristóvão, 2009. MORALES, M. A.; FINOTELLI, P. V.; COAQUIRA, J. A. H.; ROCHA-LEÃO, M. H. M.; DIAZ-AGUILA, C.; BAGGIO-SAITOVITCH, E. M.; ROSSI, A. M. In situ synthesis and magnetic

128

studies of iron oxide nanoparticles in calcium-alginate matrix for biomedical applications. Mater. Sci. Eng. C, v. 28, p. 253-257, 2008. MÜRBE, J.; RECHTENBACH, A.; TÖPFER, J. Synthesis and physical characterization of magnetite nanoparticles for biomedical applications. Mater. Chem. Phys., v. 110, p. 426-433, 2008. MUZZARELLI, R. A. A.; TANFANI, F.; EMANUELLE, M.; MARIOTTI, S. N. N-(carboxymethylated) chitosans: novel chelating polyamopholytes obtained from chitosan glyoxylate. Carbohyd. Res., v. 107, p. 199-214, 1982. NITA, L. E.; CHIRIAC, A. P.; NISTOR, M. An in vitro release study of indomethacin from nanoparticles based on methyl methacrylate/glycidyl methacrylate copolymers. J. Mater. Sci.: Mater. Med., v. 21, p. 3129-3140, 2010. OH, J. K.; PARK, J. M. Iron oxide-based superparamagnetic polymeric nanomaterials: design, preparation, and biomedical application. Prog. Polym. Sci., v. 36, p. 168-189, 2011. ORIDO, T.; FUJINO, H.; KAWASHIMA, T.; MURAYAMA, T. Decrease in uptake of arachidonic acid by indomethacin in LS174T human colon cancer cells; a novel cyclooxygenase-2-inhibition-independent effect. Arch. Biochem. Biophys., v. 494, p. 78-85, 2010. OU, Y. C.; YANG, C. R.; CHENG, C. L.; RAUNG, S. L.; HUNG, Y. Y.; CHEN, C. J. Indomethacin induces apoptosis in 796-O renal cell carcinoma cells by activating mitogen-activated protein kinases and AKT. Eur. J. Pharmacol., v. 563, p. 49-60, 2007. OZKAYA, T.; TOPRAK, M. S.; BAYKAL, A.; KAVAS, H.; KÖSEO!LU, Y.; AKTA", B. Synthesis of Fe3O4 nanoparticles at 100 °C and its magnetic characterization. J. Alloy.

Compd., v. 472, p. 18-23, 2009. PAN, C.; HU, B.; LI, W.; SUN, Y.; YE, H.; ZENG, X. Novel and efficient method for immobilization and stabilization of !-D-galactosidase by covalent attachment onto magnetic Fe3O4-chitosan nanoparticles. J. Mol. Catal. B-Enzym., v. 61, p. 208-215, 2009. PARDOE, H.; CHUA-ANUSORN, W.; ST. PIERRE, T. G.; DOBSON, J. Structural and magnetic properties of nanoscale iron oxide particles synthesized in the presence of dextran or polyvinyl alcohol. J. Magn. Magn. Mater., v. 225, p. 41-46, 2001. PARK, J. H.; SARAVANAKUMAR, G.; KIM, K.; KWON, I. C. Targeted delivery of low molecular drugs using chitosan and its derivatives. Adv. Drug Deliv. Rev., v. 62, p. 28-41, 2010. PAULINO, A. T.; GUILHERME, M. R.; ALMEIDA, E. A. M. S.; PEREIRA, A. G. B.; MUNIZ, E. C.; TAMBOURGI, E. B. One-pot synthesis of a chitosan-based hydrogel as a potential device for magnetic biomaterial. J. Magn. Magn. Mater., v. 321, p. 2636-2642, 2009. PHILIPPOVA, O.; BARABANOVA, A.; MOLCHANOV, V.; KHOKHLOV, A. Magnetic polymer beads: Recent trends and developments in synthetic design and applications. Eur. Polym.

J., v. 47, p. 542-559, 2011. PURUSHOTHAM, S.; RAMANUJAN, R. V. Thermoresponsive magnetic composite nanomaterials for multimodal cancer therapy. Acta Biomater., v. 6, p. 502-510, 2010.

129

PUSHPAMALAR, V.; LANGFORD, S. J.; AHMAD, M.; LIM, Y. Y. Optimization of reaction conditions for preparing carboxymethyl cellulose from sago waste. Carbohyd. Polym., v. 64, p. 312-318, 2006.

QIN, J.; YUAN, J.; LI, L.; LIU, H.; QIN, R.; QIN, W.; CHEN, B.; WANG, H.; WU, K. In vitro and in vivo inhibitory effect evaluation of cyclooxygenase-2 inhibitors, antisense cyclooxygenase-2 cDNA, and their combination on the growth of human bladder cancer cells. Biomed. Pharmacother., v. 63, p. 241-248, 2009.

RABEA, E. I.; BADAWY, M. E.; ROGGE, T. M.; STEVENS, C. V.; HÖFTE, M.; STEURBAUT, W.; SMAGGHE, G. Insecticidal and fungicidal activity of new synthesized chitosan derivatives. Pest Manage. Sci., v. 61, p. 951-960, 2005. RABEA, E. I.; BADAWY, M. E. I.; STEURBAUT, W.; STEVENS, C. V. In vitro assessment of N-(benzyl)chitosan derivatives against some plant pathogenic bacteria and fungi. Eur.

Polym. J., v. 45, p. 237-245, 2009. RAMESH, H. P.; VISWANATHA, S.; THARANATHAN, R. N. Safety evaluation of formulations containing carboxymethyl derivatives of starch and chitosan in albino rats. Carbohyd. Polym., v. 58, p. 435-441, 2004. RANA, S.; GALLO, A.; SRIVASTAVA, R. S.; MISRA, R. D. K. On the suitability of nanocrystalline ferrites as a magnetic carrier for drug delivery: functionalization, conjugation and drug release kinetics. Acta Biomater., v. 3, p. 233-242, 2007. RISTI!, M.; MUSI!, S.; GODEC, M. Properties of !-FeOOH, "-FeOOH and "-Fe2O3 particles precipitated by hydrolysis of Fe3+ ions in perchlorate containing aqueous solutions. J. Alloy. Compd., v. 417, p. 292-299, 2006. ROSA, T. R. O. Obtenção de derivados anfifílicos da O-carboximetilquitosana e aplicação no aumento da solubilidade de fármaco pouco solúvel. 2008. 124 f. Dissertação (Mestrado) – Mestrado Acadêmico em Ciências Farmacêuticas, Universidade do Vale do Itajaí, Itajaí, 2008. RUTNAKORNPITUK, M.; MEEROD, S.; BOONTHA, B.; WICHAI, U. Magnetic core-bilayer shell nanoparticle: a novel vehicle for entrapment of poorly water-soluble drugs. Polymer, v. 50, p. 3508-3515, 2009. SABOKTAKIN, M. R.; TABATABAIE, R.; MAHARRAMOV, A.; RAMAZANOV, M. A. Synthesis and characterization of superparamagnetic chitosan-dextran sulfate hydrogels as nano carriers for colon-specific drug delivery. Carbohyd. Polym., v. 81, p. 372-376, 2010. SAJOMSANG, W.; TANTAYANON, S.; TANGPASUTHADOL, V.; THATTE, M.; DALY, W. H. Synthesis and characterization of N-aryl chitosan derivatives. Int. J. Biol. Macromol., v. 43, p. 79-87, 2008. SANTANA, G. P.; RAMOS, A. M.; FABRIS, J. D. Uma estratégia adaptada para a síntese de magnetita. Quím. Nova, v. 31, p. 430-432, 2008. SANTOS, J. E.; DOCKAL, E. R.; CAVALHEIRO, E. T. G. Synthesis and characterization of Schiff bases from chitosan and salicylaldehyde derivatives. Carbohyd. Polym., v. 60, p. 277-282, 2005.

130

SANTOS, H. H. Utilização da O-carboximetilquitosana e O-carboximetilquitosana-N-

bezil como carreadores de insulina: estudos in vitro. 2010. 71 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação) – Curso de Farmácia, Universidade do Vale do Itajaí, Itajaí, 2010. SARAVANAN, M.; BHASKAR, K.; MAHARAJAN, G.; PILLAI, K. S. Ultrasonically controlled release and targeted delivery of diclofenac sodium via gelatin magnetic microspheres. Int. J.

Pharm., v. 283, p. 71-82, 2004. SARAVANAN, P.; ALAM, S.; MATHUR, G. N. Comparative study on the synthesis of !-Fe2O3 and Fe3O4 nanocrystals using high-temperature solution-phase technique. J. Mater. Sci. Lett., v. 22, p. 1283-1285, 2003. SCHETTINO JR, M. A. Obtenção e caracterização de nanopartículas magnéticas inseridas em materiais carbonosos porosos a partir da decomposição do

pentacarbonil ferro. 2009. 160 f. Tese (Doutorado) – Doutorado em Física, Universidade Federal do Espírito Santo, Vitória, 2009. SCHMIDBAUER, E.; KELLER, M. Magnetic hysteresis properties, Mössbauer spectra and structural data of spherical 250 nm particles of solid solutions Fe3O4–!-Fe2O3. J. Magn.

Magn. Mater., v. 297, p. 107-117, 2006. SHUBAYEV, V. I.; PISANIC II, T. R.; JIN, S. Magnetic nanoparticles for theragnostics. Adv.

Drug Deliver. Rev., v. 61, p. 467-477, 2009. SIEPMANN, J.; SIEPMANN, F. Mathematical modeling of drug delivery. Int. J. Pharm., v. 364, p. 328-343, 2008. SILVA, O. Síntese e caracterização de fluidos magnéticos de ferrita de cádmio. 2006. 180 f. Tese (Doutorado) – Doutorado em Física, Universidade de Brasília, Brasília, 2006. SILVERSTEIN; R. M.; BASSLER, G. C.; MORRILL, T. C. Identificação espectrométrica de

compostos orgânicos. 5. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 1994. SILVERTHORN, D. U. Fisiologia humana: uma abordagem integrada. 2. ed. Barueri: Manole, 2003. TAN, Y. L.; LIU, C. G. Self-aggregated nanoparticles from linoleic acid modified carboxymethyl chitosan: synthesis, characterization and application in vitro. Colloid.

Surface. B, v. 69, p. 178-182, 2009. THIESEN, B.; JORDAN, A. Clinical applications of magnetic nanoparticles for hyperthermia. Int. J. Hyperthermia, v. 24, p. 467-474, 2008. TIMKO, M.; KONERACKÁ, M.; TOMA!OVI"OVÁ, N.; KOP"ANSK#, P.; ZÁVI!OVÁ, V. Magnetite polymer nanospheres loaded by indomethacin for anti-inflammatory therapy. J.

Magn. Magn. Mater., v. 300, p. 191-194, 2006. TRAN, N.; MIR, A.; MALLIK, D.; SINHA, A.; NAYAR, S.; WEBSTER, T. J. Bactericidal effect of iron oxide nanoparticles on Staphylococcus aureus. Int. J. Nanomed., v. 5, p. 277-283, 2010.

131

TSAI, Z. T.; WANG, J. F.; KUO, H. Y.; SHEN, C. R.; WANG, J. J.; YEN, T. C. In situ preparation of high relaxivity iron oxide nanoparticles by coating with chitosan: a potential MRI contrast agent useful for cell tracking. J. Magn. Magn. Mater., v. 322, p. 208-213, 2010. VEISEH, O.; GUNN, J. W.; ZHANG, M. Design and fabrication of magnetic nanoparticles for targeted drug delivery and imaging. Adv. Drug Deliver. Rev., v. 62, p. 284-304, 2010. VOGEL, A. I. Análise inorgânica quantitativa. 4. ed. Rio de Janeiro: Guanabara, 1981. VOLLHARDT, K. P. C; SCHORE, N. E. Química orgânica estrutura e função. 4. ed. Porto Alegre: Bookman, 2004. WANG, Y.; WANG, X.; LUO, G.; DAI, Y. Adsorption of bovin serum albumin (BSA) onto the magnetic chitosan nanoparticles prepared by a microemulsion system. Bioresource

Technol., v. 99, p. 3881-3884, 2008. WANG, D. S.; LI, J. G.; LI, H. P.; TANG, F. Q. Preparation and drug releasing property of magnetic chitosan-5-fluorouracil nano-particles. T. Nonferr. Metal. Soc., v. 19, p. 1232-1236, 2009. WILSON, B.; SAMANTA, M. K.; SANTHI, K.; KUMAR, K. P. S.; RAMASAMY, M.; SURESH, B. Significant delivery of tacrine into the brain using magnetic chitosan microparticles for treating Alzheimer's disease. J. Neurosci. Methods, v. 177, p. 427-433, 2009. XIN, J.; GUO, Z.; CHEN, X.; JIANG, W.; LI, J.; LI, M. Study of branched cationic !-cyclodextrin polymer/indomethacin complex and its release profile from alginate hydrogel. Int. J. Pharm., v. 386, p. 221-228, 2010. XU, H.; SONG, T.; BAO, X.; HU, L. Site-directed research of magnetic nanoparticles in magnetic drug targeting. J. Magn. Magn. Mater.,v. 293, p. 514-519, 2005. XU, W.; GAO, Q.; XU, Y.; WU, D.; SUN, Y.; SHEN, W.; DENG, F. Controllable release of ibuprofen from size-adjustable and surface hydrophobic mesoporous silica spheres. Powder Technol., v. 191, p. 13-20, 2009. YAN, H.; ZHANG, J.; YOU, C.; SONG, Z.; YU, B.; SHEN, Y. Influences of different synthesis conditions on properties of Fe3O4 nanoparticles. Mater. Chem. Phys., v. 113, p. 46-52, 2009. YANG, L.; REN, X.; TANG, F.; ZHANG, L. A practical glucose biosensor based on Fe3O4 nanoparticles and chitosan/nafion composite film. Biosens. Bioelectron., v. 25, p. 889-895, 2009. YOUNG, H. D.; FREEDMAN, R. A. Física III: eletromagnetismo. 10 ed. São Paulo: Pearson Education, 2004. YOUNG, J. L.; JAZAERI, A. A.; DARUS, C. J.; MODESITT, S. C. Cyclooxygenase-2 in cervical neoplasia: a review. Gynecol. Oncol., v. 109, p. 140-145, 2008. ZÁVI!OVÁ, V.; KONERACKÁ, M.; !TRBÁK, O.; TOMA!OVI"OVÁ, N.; KOP"ANSK#, P.; TIMKO, M.; VAVRA, I. Encapsulation of indomethacin in magnetic biodegradable polymer nanoparticles. J. Magn. Magn. Mater., v. 311, p. 379-382, 2007.

132

ZÁVI!OVÁ, V.; KONERACKÁ, M.; MÚ"KOVÁ, M.; KOP"ANSK#, P.; TOMA!OVI"OVÁ, N.; LANCZ, G.; TIMKO, M.; PÄTOPRSTÁ, B.; BARTO!, P.; FABIÁN, M. Synthesis and characterization of polymeric nanospheres loaded with the anticancer drug paclitaxel and magnetic particles. J. Magn. Magn. Mater., v. 321, p. 1613-1616, 2009. ZHANG, J. L.; SRIVASTAVA, S. R.; MISRA, R. D. K. Core-shell magnetite nanoparticles surface encapsulated with smart stimuli-responsive polymer: synthesis, characterization, and LCST of viable drug-targeting delivery system. Langmuir, v. 23, p. 6342-6351, 2007. ZHANG, L. Y.; ZHU, X. J.; SUN, H. W.; CHI, G. R.; XU, J. X.; SUN, Y. L. Control synthesis of magnetic Fe3O4-chitosan nanoparticles under UV irradiation in aqueous system. Curr. Appl.

Phys., v. 10, p. 828-833, 2010. ZHANG, X.; MENG, L.; LU, Q.; FEI, Z.; DYSON, P. J. Targeted delivery and controlled release of doxorubicin to cancer cells using modified single wall carbon nanotubes. Biomaterials, v. 30, p. 6041-6047, 2009. ZHAO, A.; YAO, P.; KANG, C.; YUAN, X.; CHANG, J.; PU, P. Synthesis and characterization of tat-mediated O-CMC magnetic nanoparticles having anticancer function. J. Magn. Magn.

Mater., v. 295, p. 37-43, 2005. ZHAO, D. L.; WANG, X. X.; ZENG, X. W.; XIA, Q. S.; TANG, J. T. Preparation and inductive heating property of Fe3O4-chitosan composite nanoparticles in an AC magnetic field for localized hyperthermia. J. Alloy. Compd., v. 477, p. 739-743, 2009. ZHAO, Y.; QIU, Z.; HUANG, J. Preparation and analysis of Fe3O4 magnetic nanoparticles used as targeted-drug carriers. Chinese J. Chem. Eng., v. 16, p. 451-455, 2008. ZHENG, Y.; CHENG, Y.; BAO, F.; WANG, Y. Synthesis and magnetic properties of Fe3O4 nanoparticles. Mater. Res. Bull., v. 41, p. 525-529, 2006. ZHENG, N.; ZHOU, X.; YANG, W.; LI, X.; YUAN, Z. Direct electrochemistry and electrocatalysis of hemoglobin immobilized in a magnetic nanoparticles-chitosan film. Talanta, v. 79, p. 780-786, 2009. ZHOU, H.; YI, R.; LI, J.; SU, Y.; LIU, X. Microwave-assisted synthesis and characterization of hexagonal Fe3O4 nanoplates. Solid State. Sci., v. 12, p. 99-104, 2010. ZHOU, L.; JIN, J.; LIU, Z.; LIANG, X.; SHANG, C. Adsorption of acid dyes from aqueous solutions by the ethylenediamine-modified magnetic chitosan nanoparticles. J. Hazard. Mater., v. 185, p. 1045-1052, 2011. ZHU, A. P.; FANG, N.; PARK, M. B. C.; CHAN, V. Interaction between O-carboxymethylchitosan and dipalmitoyl-sn-glycero-3-phospocholine bilayer. Biomaterials, v. 26, p. 6873-6879, 2005. ZHU, L.; MA, J.; JIA, N.; ZHAO, Y.; SHEN, H. Chitosan-coated magnetic nanoparticles as carriers of 5-Fluorouracil: preparation, characterization and cytotoxicity studies. Colloid.

Surface. B, v. 68, p. 1-6, 2009. ZHU, H. Y.; JIANG, R.; XIAO, L.; LI, W. A novel magnetically separable $-Fe2O3/crosslinked chitosan adsorbent: preparation, characterization and adsorption application for removal of hazardous azo dye. J. Hazard. Mater., v. 179, p. 251-257, 2010.

133

!IC, M.; RISTI", M.; MUSI", S. Monitoring the hydrothermal precipitation of !-Fe2O3 from

concentrated Fe(NO3)3 solutions partially neutralized with NaOH. J. Mol. Struct.,

doi:10.1016/j.molstruc.2010.09.048, 2010.

134

APÊNDICE A – AGRADECIMENTOS E PRODUÇÃO CIENTÍFICA

Agradecimentos

• O projeto foi financiado pela bolsa de mestrado fornecida pela CAPES.

• Os experimentos de XRD, comportamento magnético e TEM foram realizados

pelos pesquisadores do Instituto de Física da Academia Polonesa de

Ciências, coordenados pela professora Anna !lawska-Waniewska.

• Os experimentos de espectroscopia Mössbauer foram realizados pelo

pesquisador Jean Marc Greneche do Laboratório de Física do Estado

Condensado da Universidade do Maine, na França.

Produção científica relacionada ao projeto

• Artigos

DUSZA, A.; WOJTYNIAK, M.; NEDELKO, N.; !LAWSKA-WANIEWSKA, A.;

GRENECHE, J. M.; RODRIGUES, C. A.; BÜRGER, C.; STRINGARI, C.; DEBRASSI,

A. Magnetic behavior of O-carboxymethylchitosan bounded with iron oxide particles.

IEEE T. Magn., v. 46, p. 459-462, 2010.

DEBRASSI, A.; BÜRGER, C.; RODRIGUES, C. A.; NEDELKO, N.; !LAWSKA-

WANIEWSKA, A.; D"U#EWSKI, P.; SOBCZAK, K.; GRENECHE, J. M. Synthesis,

characterization and in vitro drug release of magnetic O-carboxymethylchitosan-N-

benzyl nanoparticles loaded with indomethacin. Acta Biomater., v. 7, p. 3078-3085,

2011.

• Resumos

NEDELKO, N.; SLAWSKA-WANIEWSKA, A.; GRENECHE, J.; MALINKIEWICZ, K.;

DLUZEWSKI, P.; SOBCZAK, K.; KRZYZEWSKI, A.; RODRIGUES, C. A.;

DEBRASSI, A. Magnetic investigations of O-carboxymethyl-chitosan-Bz combined

135

with iron oxide nanoparticles and indomethacin. In: Joint European Magnetic

Symposia, 2010, Kraków. JEMS 2010 Programme Abstracts. Kraków, 2010. p. 122-

122.

DEBRASSI, A.; RODRIGUES, C. A.; NEDELKO, N.; SLAWSKA-WANIEWSKA, A.;

GRENECHE, J. M. Preparação de nanopartículas magnéticas de derivados da

quitosana contendo indometacina para liberação vetorizada de fármacos. In: XVIII

Encontro de Química da Região Sul, 2010, Curitiba. XVIII Encontro de Química da

Região Sul, 2010. Apresentado também na forma oral.

DUSZA, A.; WOJTYNIAK, M.; NEDELKO, N.; SLAWSKA-WANIEWSKA, A.;

BURGER, C.; RODRIGUES, C. A.; STRINGARI, C.; DEBRASSI, A. Magnetic

behavior of O-carboxymethylchitosan bounded iron oxide particles. In: Self-organized

nanomagnets 2009 European Workshop, 2009, Aussois. Self-organized

nanomagnets 2009 European Workshop - Posters, 2009. p. 59-59.

DUSZA, A.; WOJTYNIAK, M.; NEDELKO, N.; SLAWSKA-WANIEWSKA, A.;

GRENECHE, J.; RODRIGUES, C. A.; BURGER, C.; STRINGARI, C.; DEBRASSI, A.

Magnetic properties of O-carboxymethylchitosan bounded iron oxide particle. In: 19th

Soft Magnetic Materials Conference, 2009, Turin. Abstracts, 2009. v. 1. p. E3-04-E3-

04.

Produção científica no período de duração do mestrado

• Artigos

DEBRASSI, A.; RODRIGUES, C. A. Adsorption of cationic dyes from aqueous

solution by termite feces, a non-conventional adsorbent. Clean Soil Air Water, v. 39,

p. 549-556, 2011.

DEBRASSI, A.; LARGURA, M. C. T.; RODRIGUES, C. A. Adsorção do corante

vermelho congo por derivados da O-carboximetilquitosana hidrofobicamente

modificados. Quím. Nova, v. 34, p. 764-770, 2011.

136

LARGURA, M. C. T.; DEBRASSI, A.; SANTOS, H. H.; MARQUES, A. T.;

RODRIGUES, C. A. Adsorption of Rhodamine B onto O-Carboxymethylchitosan-N-

Lauryl. Sep. Sci. Technol., v. 45, p. 1490-1498, 2010.

• Resumos

DEBRASSI, A.; CORRÊA, A. F.; RODRIGUES, C. A.; NEDELKO, N.; SLAWSKA-

WANIEWSKA, A. Remoção de corantes catiônicos de efluentes têxteis por partículas

magnéticas de O-carboximetilquitosana-N-benzil. In: 34ª Reunião Anual da

Sociedade Brasileira de Química, 2011, Florianópolis. 34ª Reunião Anual da

Sociedade Brasileira de Química, 2011.

DEBRASSI, A.; DEMARCHI, C. A.; RODRIGUES, C. A.; NEDELKO, N.; SLAWSKA-

WANIEWSKA, A. Adsorção do corante Vermelho Remazol 133 em partículas

magnéticas de N-laurilquitosana. In: 34ª Reunião Anual da Sociedade Brasileira de

Química, 2011, Florianópolis. 34ª Reunião Anual da Sociedade Brasileira de

Química, 2011.

BACCARIN, T.; DEBRASSI, A.; GONSALVES, A. E.; CAMARGO, S. S.; COSTA, P.;

MALHEIROS, A.; SOUZA, M. M.; LUCINDA, R. M. Avaliação da atividade

antinociceptiva in vivo do extrato hidroalcoólico de Rapanea ferruginea Mez. In: V

Simpósio Iberoamericano de Plantas Medicinais, 2010, Itajaí. V Simpósio

Iberoamericano de Plantas Medicinais, 2010.

DEBRASSI, A.; DEMARCHI, C. A.; CORREA, A.; RODRIGUES, C. A. Cinética de

adsorção de Cr(VI) em resíduos de folhas e frutos de Rapanea ferruginea: novos

adsorventes de baixo custo. In: XVIII Encontro de Química da Região Sul, 2010,

Curitiba. XVIII Encontro de Química da Região Sul, 2010.

sÍntese e caracterizaÇÃo de nanopartÍculas …siaibib01.univali.br/pdf/aline debrassi.pdf ·...

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