Caracterização físico-química e avaliação toxicológica preliminar do copolímero sulfato de condroitina-co-N-isopropilacrilamida para uso farmacêutico

A Indústria Farmacêutica utiliza polímeros em forma de nanopartículas em formulações de liberação controlada e vetorizada por possuírem baixo custo em relação a demais métodos de preparações de formas farmacêuticas, aparentemente não serem reconhecidos pelo sistema de defesa do organismo, proporcionar melhora da eficácia, diminuição da toxicidade e da dose de fármaco administrado. O sulfato de condroitina-co-Nisopropilacrilamida (SCM + NIPAAm) é um copolímero proposto para este fim, a partir da reação de um polímero sintético, o poli N-isopropilacrilamida (PNIPAAm), com características termossensíveis, com um natural, o Sulfato de Condroitina (SC), com características bioadesivas. Assim, a copolimerização pode ser capaz de somar estas propriedades e aperfeiçoar o seu uso como um veículo para liberação controlada. Este trabalho objetivou, portanto, realizar a caracterização fisico-quimica das partículas de sulfato de condroitina e Nisopropilacrilamida e do copolímero SCM+NIPAAm (2,5 % e 5%) e do SCM+PNIPAAm 2,5% e uma avaliação toxicológica parcial de um destes copolímeros que apresentar as melhores propriedades de um eficiente carreador de fármacos, selecionado a partir dos ensaios de caracterização físico-química. Para determinar a estrutura química dos sistemas particulados e analisar os seus componentes químicos, foi realizada a Espectroscopia de Ressonância Magnética Nuclear (RMN) e Espectroscopia do Infravermelho com Transformada de Fourrier (FTIR); Para analisar a morfologia das partículas, foi usado a Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV); A Termogravimetria/ Termogravimetria Derivada e Análise Térmica Diferencial (TG/DTG) foi usada para avaliar o comportamento térmico dos sistemas particulados, bem como auxiliar na análise de Cinética de Degradação (CD, método de Flynn-Wall-Ozawa); Foi ainda realizado a técnica de degradação in vitro e a determinação carga superficial e tamanho de partículas (análise do Potencial Zeta, PZ). Para avaliar a toxicidade, foi realizado o bioensaio em microcrustáceo Artemia salina (24 e 48 h), viabilidade celular (citotoxicidade) em células PC-12 (método do MTT) e também a toxicidade aguda oral em camundongos. As análises de RMN, FTIR e MEV demonstraram semelhança quanto ao aspecto estrutural e morfológico entre os copolímeros estudados. As análises de TG demonstraram que o SCM+NIPAAm 5% apresentou maior estabilidade térmica em relação aos demais copolímeros avaliados, uma vez que sua decomposição polimérica ocorre em temperaturas superiores, em torno de 233ºC. O DTA demonstrou valores de temperaturas concordantes com os eventos térmicos de decomposição apresentados pelas curvas das análises TG. Sua estabilidade foi confirmada através da CD e estudo de degradação in vitro, apresentando, respectivamente, Ea > 100 kJ mol^-1 e perda de 48% da sua massa inicial após três meses. Além disso, SCM+NIPAAm 5% apresentou diâmetro de partícula inferior a 200 nm e índice de polidispersão de 0,35, além do PZ > -30mV, caracteristicas de um promissor candidato a carreador de fármacos. Em relação às avaliações toxicológicas, o SCM+NIPAAm 5% não apresentou toxicidade no bioensaio de A. salina (CL₅₀ > 1000) e no modelo celular avaliado, dentro das concentrações e circunstâncias de exposição estudadas. O SCM+NIPAAm 5%, na dose oral de 2000 mg/kg, não apresentou nenhum sinal evidente de toxicidade em camundongos, o que foi corroborado pela ausência de alterações anatomo-histopatológicas. A copolimerização do Sulfato de Condroitina e N-isopropilacrilamida na concentração estudada, dada suas características físico-químicas e toxicológicas preliminares, apresenta propriedades que contribuem para a proposta de um sistema que constitui uma nova forma de liberação controlada, especialmente de fármacos.

ABSTRACT: The pharmaceutical industry uses polymers as nanoparticles in controlled release formulations and vector for having low cost compared to other methods of preparation of pharmaceutical dosage forms, apparently not being recognized by the body's defense system, provide improved efficacy, reduce toxicity and the dose of administered drug. The sulfate of chondroitin-co-N-isopropylacrylamide (SCM + NIPAAm) is a copolymer proposed for this purpose, from a synthetic polymer reaction, poly Nisopropylacrylamide (PNIPAAm) with thermosensitive characteristics with a natural, Chondroitin sulfate (CS), with bioadhesive characteristics. Thus, the copolymerization may be able to add these properties and to improve its use as a vehicle for controlled-release. This study aimed to characterize physico-chemical of sulfate chondroitin particles and N-isopropylacrylamide and SCM+NIPAAm copolymer (2.5% and 5%) and SCM+PNIPAAm 2.5% and a partial toxicological evaluation of one of these copolymers presenting the best properties of an efficient carrier of drugs, selected from the trials of physic-chemical characterization. To determine the chemical structure of the particulate systems and analyze the chemical components, it was performed Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy (RMN) and Infrared Fourier Transformed Spectroscopy (FTIR), to analyze the morphology of the particles, it was used Electron Microscopy (SEM), The Thermogravimetry and Differential Thermal Analysis (TG/DTA) was used to evaluate the thermal behavior of particulate systems, as well as assist in the analysis of kinetics of degradation (CD, Flynn-Wall-Ozawa method); it was also made in vitro degradation technique and surface charge determining and particles size (Zeta potential analysis, PZ). To evaluate the toxicity, it was performed bioassay in Artemia salina (24 and 48 hours), cell viability (cytotoxicity) on PC-12 cells (MTT method), and also acute oral toxicity in mice. The NMR, FTIR and SEM analysis showed similarity regarding the structural and morphologic aspects between the studied copolymers. TG analyzes showed that SCM+NIPAAm 5% showed higher thermal stability compared to the other copolymers evaluated, since its polymer decomposition occurs at temperatures above around 233 °C. DTA demonstrated temperature values consistent with decomposition thermal events provided by the curves of TG analysis. The stability was confirmed by CD and in vitro degradation study, presenting, respectively, Ea> 100 kJ mol-1 and 48% of its initial weight after three months. Furthermore, SCM+NIPAAm 5% presented particle diameter of less than 200 nm and polydispersity index of 0.35, and the PZ> -30mV, characteristics of a promising candidate as a drug carrier. Regarding toxicological evaluations, SCM+NIPAAm 5% did not show toxicity on bioassay A. saline (LC₅₀> 1000) and in the cellular model evaluated within the concentrations and circumstances of exposure studied. The SCM+NIPAAm 5%, in the oral dose of 2000 mg/kg, did not show any obvious sign of toxicity in mice, which was confirmed by the absence of anatomical and histopathological changes. The copolymerization of chondroitin sulfate and N-isopropylacrylamide in the studied concentration, given its physical-chemical characteristics and toxicological preliminary, presents properties that contribute to propose a system which is a new form of controlled release, especially drugs.