Chitosan/Carbomer-based tablets containing Metronidazole for potential treatment of periodontal diseases

Mucoadhesive tablets with different mixtures of chitosan and carbomer homopolymer type B were prepared in order to obtain new formulations containing metronidazole for periodontal disease treatment. All tablets were characterized by swelling and erosion studies, ex vivo mucoadhesion force and in vitro drug release. The drug released mechanism was described by Korsmeyer-Peppas and Weibull models. Tablets containing increased amounts of chitosan presented higher swelling ability and the drug release was prolonged in the simulated saliva fluid. The mechanisms for the drug release from tablets were complex, including diffusion, swelling and erosion simultaneously. This kind of delivery system is suitable for formulating metronidazole mucoadhesive systems, representing a good alternative for the local treatment of periodontal diseases.

Desenvolvimento e avaliação de um sistema de liberação sustentada de gentamicina em biomembranas de látex natural

Pós-graduação em Biociências - FCLAS

Modificação da superfície de óxidos de ferro por dextrana derivatizada para aplicações em liberação de fármaco

Pós-graduação em Química - IQ

Modificação da superfície de óxidos de ferro por dextrana derivatizada para aplicações em liberação de fármaco

Pós-graduação em Química - IQ

Desenvolvimento e estudo de materiais híbridos siloxano-poli(óxipropileno) para liberação prolongada do cloridrato de propranolol

Pós-graduação em Química - IQ

Antimycobacterial activity of 2-phenoxy-1-phenylethanone, a synthetic analogue of neolignan, entrapped in polymeric microparticles

Conventional treatment of tuberculosis (TB) demands a long course therapy (6 months), known to originate multiple drug resistant strains (MDR-TB), which emphasizes the urgent need for new antituberculous drugs. The purpose of this study was to investigate a novel treatment for TB meant to improve patient compliance by reducing drug dosage frequency. Polymeric microparticles containing the synthetic analogue of neolignan, 1-phenyl-2-phenoxiethanone (LS-2), were obtained by a method of emulsification and solvent evaporation and chemically characterized. Only representative LS-2-loaded microparticles were considered for further studies involving experimental murine TB induced by Mycobacterium tuberculosis H37Rv ATCC 27294. The LS-2-loaded microparticles were spherical in shape, had a smooth wall and showed an encapsulation efficiency of 93% in addition to displaying sustained release. Chemotherapeutic potential of LS-2 entrapped in microparticles was comparable to control groups. These findings are encouraging and indicate that LS-2-loaded microparticles are a potential alternative to conventional chemotherapy of TB.

Exogenous Administration of 15d-PGJ(2)-Loaded Nanocapsules Inhibits Bone Resorption in a Mouse Periodontitis Model

The 15-deoxy-(Delta 12,14)-PG J(2) (15d-PGJ(2)) has demonstrated excellent anti-inflammatory results in different experimental models. It can be used with a polymeric nanostructure system for modified drug release, which can change the therapeutic properties of the active principle, leading to increased stability and slower/prolonged release. The aim of the current study was to test a nano-technological formulation as a carrier for 15d-PGJ(2), and to investigate the immunomodulatory effects of this formulation in a mouse periodontitis model. Poly (D, L-lactide-coglycolide) nanocapsules (NC) were used to encapsulate 15d-PGJ(2). BALB/c mice were infected on days 0, 2, and 4 with Aggregatibacter actinomycetemcomitans and divided into groups (n = 5) that were treated daily during 15 d with 1, 3, or 10 mu g/kg 15d-PGJ(2)-NC. The animals were sacrificed, the submandibular lymph nodes were removed for FACS analysis, and the jaws were analyzed for bone resorption by morphometry. Immunoinflammatory markers in the gingival tissue were analyzed by reverse transcriptase-quantitative PCR, Western blotting, or ELISA. Infected animals treated with the 15d-PGJ(2)-NC presented lower bone resorption than infected animals without treatment (p < 0.05). Furthermore, infected animals treated with 10 mu g/kg 15d-PGJ(2)-NC had a reduction of CD4(+)CD25(+)FOXP3(+) cells and CD4/CD8 ratio in the submandibular lymph node (p < 0.05). Moreover, CD55 was upregulated, whereas RANKL was downregulated in the gingival tissue of the 10 mu g/kg treated group (p < 0.05). Several proinflammatory cytokines were decreased in the group treated with 10 mu g/kg 15d-PGJ(2)-NC, and high amounts of 15d-PGJ(2) were observed in the gingiva. In conclusion, the 15d-PGJ(2)-NC formulation presented immunomodulatory effects, decreasing bone resorption and inflammatory responses in a periodontitis mouse model. The Journal of Immunology, 2012, 189: 1043-1052.

Microencapsulation of Ketoprofen in Blends of Acrylic Resins by Spray Drying

Microparticles of ketoprofen entrapped in blends of acrylic resins (Eudragit RL 30D and RS 30D) were successfully produced by spray drying. The effects of the proportion ketoprofen : polymer (1: 1 and 1: 3) and of spray-drying parameters (drying gas inlet temperatures of 80 and 100 degrees C; microencapsulating composition feed flow rates of 4 and 6 g/min) on the microparticles properties (drug content, encapsulation efficiency, mean particle size, moisture content, and dissolution behavior) were evaluated. Differential scanning calorimetry (DSC) thermograms and X-ray diffractograms of the spray-dried product, the free drug, and the physical mixture between the free drug and spray-dried composition (blank) were carried out. Microparticles obtained at inlet temperature of 80 degrees C, feed flow rate of 4 g/min, and ketoprofen : acrylic resin ratio of 1: 3 presented an encapsulation efficiency of 88.1%, moisture content of 5.8%, production yield around 50%, and a higher reduction in dissolution rate of the entrapped ketoprofen. Sigmoidal shape dissolution profiles were presented by the spray-dried microparticles. The dissolution profiles were relatively well described by the Weibull model, a showing high coefficient of determination, R-2, and a mean absolute error between experimental and estimated values of between 4.6 and 10.1%.

Desenvolvimento e validação de método analítico para quantificação do fármaco bevacizumabe por cromatografia a líquido de alta eficiência

In this study, an analytical method was developed and validated for quantitation of the drug bevacizumab (Avastin®) by high performance liquid chromatography (HPLC). The HPLC column was a BioSuite 250® HR SEC, 300 x 7.8 mm x 5 µm (Waters, USA). The mobile phase consisted of phosphate buffered saline (PBS). The results revealed that the method was specific, precise, accurate, robust and linear (r² = 0.998) from 5 to 75 µg mL-1. Therefore, this method can be used in drug release studies or in quality control ampoules of the drug.

Mass transport in polymers

The study of mass transport in polymeric membranes has grown in importance due to its potential application in many processes such as separation of gases and vapors, packaging, controlled drug release. The diffusion of a low molecular weight species in a polymer is often accompanied by other phenomena like swelling, reactions, stresses, that have not been investigated in all their aspects yet. Furthermore, novel materials have been developed that include inorganic fillers, reactive functional groups or ions, that make the scenery even more complicated. The present work focused on the experimental study of systems where the diffusion is accompanied by other processes; suitable models were also developed to describe the particular circumstances in order to understand the underlying concepts and be able to design the performances of the material. The effect of solvent-induced deformation in polymeric films during sorption processes was studied since the dilation, especially in constrained membranes, can cause the development of stresses and therefore early failures of the material. The bending beam technique was used to test the effects of the dilation and the stress induced in the polymer by penetrant diffusion. A model based on the laminate theory was developed that accounts for the swelling and is able to predict the stress that raise in the material. The addition of inorganic fillers affects the transport properties of polymeric films. Mixed matrix membranes based on fluorinated, high free volume matrices show attractive performances for separation purposes but there is a need for deeper investigation of the selectivity properties towards gases and vapors. A new procedure based on the NELF model was tested on the experimental data; it allows to predict solubility of every penetrant on the basis of data for one vapor. The method has proved to be useful also for the determination of the diffusion coefficient and for an estimation of the permeability in the composite materials. Oxygen scavenging systems can overcome lack of barrier properties in common polymers that forbids their application in sensitive applications as food packaging. The final goal of obtaining a membrane almost impermeable to oxygen leads to experimental times out of reach. Hence, a simple model was developed in order to describe the transport of oxygen in a membrane with also reactive groups and analyze the experimental data collected on SBS copolymers that show attractive scavenging capacity. Furthermore, a model for predicting the oxygen barrier behavior of a film formed as a blend of OSP in a common packaging material was built, considering particles capable of reactions with oxygen embedded in a non-reactive matrix. Perfluorosulphonic acid ionomers (PFSI) are capturing attention due to a high thermal and chemical resistance coupled with very peculiar transport properties, that make them appropriate to be used in fuel cells. The possible effect of different formation procedure was studied together with the swelling due to water sorption since both water uptake and dilation can dramatically affect the fuel cells performances. The water diffusion and sorption was studied with a FTIR-ATR spectrometer that can give deeper information on the bonds between water molecules and the sulphonic hydrophilic groups and, therefore, on the microstructure of the hydrated ionomer.

Functional hydrogels: ferrogel thin films

Die Kombination magnetischer Nanopartikel (NP) mit temperatursensitiven Polymeren führt zur Bildung neuer Komposit-Materialien mit interessanten Eigenschaften, die auf vielfältige Weise genutzt werden können. Mögliche Anwendungsgebiete liegen in der magnetischen Trennung, der selektiven Freisetzung von Medikamenten, dem Aufbau von Sensoren und Aktuatoren. Als Polymerkomponente können z.B. Hydrogele dienen. Die Geschwindigkeit der Quellgradänderung mittels externer Stimuli kann durch eine Reduzierung des Hydrogelvolumens erhöht werden, da das Quellen ein diffusionskontrollierter Prozess ist. rnIm Rahmen dieser Arbeit wurde ein durch ultraviolettes Licht vernetzbares Hydrogel aus N-isopropylacrylamid, Methacrylsäure und dem Vernetzer 4-Benzoylphenylmethacrylat hergestellt (PNIPAAm-Hydrogel) und mit magnetischen Nanopartikeln aus Magnetit (Fe3O4) kombiniert. Dabei wurde die Temperatur- und die pH-Abhängigkeit des Quellgrades im Hinblick auf die Verwendung als nanomechanische Cantilever Sensoren (NCS) untersucht. Desweiteren erfolgte eine Charakterisierung durch Oberflächenplasmonen- und optischer Wellenleitermoden-Resonanz Spektroskopie (SPR/OWS). Die daraus erhaltenen Werte für den pKa-Wert und die lower critical solution Temperatur (LCST) stimmten mit den bekannten Literaturwerten überein. Es konnte gezeigt werden, dass eine stärkere Vernetzung zu einer geringeren LCST führt. Die Ergebnisse mittels NCS wiesen zudem auf einen skin-effect während des Heizens von höher vernetzten Polymeren hin.rnDie Magnetit Nanopartikel wurden ausgehend von Eisen(II)acetylacetonat über eine Hochtemperaturreaktion synthetisiert. Durch Variation der Reaktionstemperatur konnte die Größe der hergestellten Nanopartikel zwischen 3.5 und 20 nm mit einer Größenverteilung von 0.5-2.5 nm eingestellt werden. Durch geeignete Oberflächenfunktionalisierung konnten diese in Wasser stabilisiert werden. Dazu wurde nach zwei Strategien verfahren: Zum einen wurden die Nanopartikel mittels einer Silika-Schale funktionalisiert und zum anderen Zitronensäure als Tensid eingesetzt. Wasserstabilität ist vor allem für biologische Anwendungen wünschenswert. Die magnetischen Partikel wurden mit Hilfe von Transmissionselektronenmikroskopie (TEM), und superconductive quantum interference device (SQUID) charakterisiert. Dabei wurde eine Größenabhängigkeit der magnetischen Eigenschaften sowie superparamagnetisches Verhalten beobachtet. Außerdem wurde die Wärmeerzeugung der magnetischen Nanopartikel in einem AC Magnetfeld untersucht. rnDie Kombination beider Komponenten in Form eines Ferrogels wurde durch Mischen Benzophenon funktionalisierter magnetischer Nanopartikel mit Polymer erreicht. Durch Aufschleudern (Spin-Coaten) wurden dünne Filme erzeugt und diese im Hinblick auf ihr Verhalten in einem Magnetfeld untersucht. Dabei wurde eine geringes Plastikverhalten beobachtet. Die experimentellen Ergebnisse wurden anschließend mit theoretisch berechneten Erwartungswerten verglichen und mit den unterschiedlichen Werten für dreidimensionale Ferrogele in Zusammenhang gestellt. rn

Flow Field–Flow Fractionation for size analysis and characterization of nanoparticles for applications in Life Sciences

Nanotechnologies are rapidly expanding because of the opportunities that the new materials offer in many areas such as the manufacturing industry, food production, processing and preservation, and in the pharmaceutical and cosmetic industry. Size distribution of the nanoparticles determines their properties and is a fundamental parameter that needs to be monitored from the small-scale synthesis up to the bulk production and quality control of nanotech products on the market. A consequence of the increasing number of applications of nanomaterial is that the EU regulatory authorities are introducing the obligation for companies that make use of nanomaterials to acquire analytical platforms for the assessment of the size parameters of the nanomaterials. In this work, Asymmetrical Flow Field-Flow Fractionation (AF4) and Hollow Fiber F4 (HF5), hyphenated with Multiangle Light Scattering (MALS) are presented as tools for a deep functional characterization of nanoparticles. In particular, it is demonstrated the applicability of AF4-MALS for the characterization of liposomes in a wide series of mediums. Afterwards the technique is used to explore the functional features of a liposomal drug vector in terms of its biological and physical interaction with blood serum components: a comprehensive approach to understand the behavior of lipid vesicles in terms of drug release and fusion/interaction with other biological species is described, together with weaknesses and strength of the method. Afterwards the size characterization, size stability, and conjugation of azidothymidine drug molecules with a new generation of metastable drug vectors, the Metal Organic Frameworks, is discussed. Lastly, it is shown the applicability of HF5-ICP-MS for the rapid screening of samples of relevant nanorisk: rather than a deep and comprehensive characterization it this time shown a quick and smart methodology that within few steps provides qualitative information on the content of metallic nanoparticles in tattoo ink samples.

Analyse der intrazellulären Freisetzung von Wirkstoffmodellen via konfokaler Laser-Raster-Mikroskopie

In der vorliegenden Arbeit wurde gezeigt, wie man das Potential nanopartikulärer Systeme, die vorwiegend via Miniemulsion hergestellt wurden, im Hinblick auf „Drug Delivery“ ausnutzen könnte, indem ein Wirkstoffmodell auf unterschiedliche Art und Weise intrazellulär freigesetzt wurde. Dies wurde hauptsächlich mittels konfokaler Laser-Raster-Mikrokopie (CLSM) in Kombination mit dem Bildbearbeitungsprogramm Volocity® analysiert.rnPBCA-Nanokapseln eigneten sich besonders, um hydrophile Substanzen wie etwa Oligonukleotide zu verkapseln und sie so auf ihrem Transportweg in die Zellen vor einem etwaigen Abbau zu schützen. Es konnte eine Freisetzung der Oligonukleotide in den Zellen aufgrund der elektrostatischen Anziehung des mitochondrialen Membranpotentials nachgewiesen werden. Dabei war die Kombination aus Oligonukleotid und angebundenem Cyanin-Farbstoff (Cy5) an der 5‘-Position der Oligonukleotid-Sequenz ausschlaggebend. Durch quantitative Analysen mittels Volocity® konnte die vollständige Kolokalisation der freigesetzten Oligonukleotide an Mitochondrien bewiesen werden, was anhand der Kolokalisationskoeffizienten „Manders‘ Coefficients“ M1 und M2 diskutiert wurde. Es konnte ebenfalls aufgrund von FRET-Studien doppelt markierter Oligos gezeigt werden, dass die Oligonukleotide weder beim Transport noch bei der Freisetzung abgebaut wurden. Außerdem wurde aufgeklärt, dass nur der Inhalt der Nanokapseln, d. h. die Oligonukleotide, an Mitochondrien akkumulierte, das Kapselmaterial selbst jedoch in anderen intrazellulären Bereichen aufzufinden war. Eine Kombination aus Cyanin-Farbstoffen wie Cy5 mit einer Nukleotidsequenz oder einem Wirkstoff könnte also die Basis für einen gezielten Wirkstofftransport zu Mitochondrien liefern bzw. die Grundlage schaffen, eine Freisetzung aus Kapseln ins Zytoplasma zu gewährleisten.rnDer vielseitige Einsatz der Miniemulsion gestattete es, nicht nur Kapseln sondern auch Nanopartikel herzustellen, in welchen hydrophobe Substanzen im Partikelkern eingeschlossen werden konnten. Diese auf hydrophobe Wechselwirkungen beruhende „Verkapselung“ eines Wirkstoffmodells, in diesem Fall PMI, wurde bei PDLLA- bzw. PS-Nanopartikeln ausgenutzt, welche durch ein HPMA-basiertes Block-Copolymer stabilisiert wurden. Dabei konnte gezeigt werden, dass das hydrophobe Wirkstoffmodell PMI innerhalb kürzester Zeit in die Zellen freigesetzt wurde und sich in sogenannte „Lipid Droplets“ einlagerte, ohne dass die Nanopartikel selbst aufgenommen werden mussten. Daneben war ein intrazelluläres Ablösen des stabilisierenden Block-Copolymers zu verzeichnen, welches rn8 h nach Partikelaufnahme erfolgte und ebenfalls durch Analysen mittels Volocity® untermauert wurde. Dies hatte jedoch keinen Einfluss auf die eigentliche Partikelaufnahme oder die Freisetzung des Wirkstoffmodells. Ein großer Vorteil in der Verwendung des HPMA-basierten Block-Copolymers liegt darin begründet, dass auf zeitaufwendige Waschschritte wie etwa Dialyse nach der Partikelherstellung verzichtet werden konnte, da P(HPMA) ein biokompatibles Polymer ist. Auf der anderen Seite hat man aufgrund der Syntheseroute dieses Block-Copolymers vielfältige Möglichkeiten, Funktionalitäten wie etwa Fluoreszenzmarker einzubringen. Eine kovalente Anbindung eines Wirkstoffs ist ebenfalls denkbar, welcher intrazellulär z. B. aufgrund von enzymatischen Abbauprozessen langsam freigesetzt werden könnte. Somit bietet sich die Möglichkeit mit Nanopartikeln, die durch HPMA-basierte Block-Copolymere stabilisiert wurden, gleichzeitig zwei unterschiedliche Wirkstoffe in die Zellen zu bringen, wobei der eine schnell und der zweite über einen längeren Zeitraum hinweg (kontrolliert) freigesetzt werden könnte.rnNeben Nanokapseln sowie –partikeln, die durch inverse bzw. direkte Miniemulsion dargestellt wurden, sind auch Nanohydrogelpartikel untersucht worden, die sich aufgrund von Selbstorganisation eines amphiphilen Bock-Copolymers bildeten. Diese Nanohydrogelpartikel dienten der Komplexierung von siRNA und wurden hinsichtlich ihrer Anreicherung in Lysosomen untersucht. Aufgrund der Knockdown-Studien von Lutz Nuhn konnte ein Unterschied in der Knockdown-Effizienz festgestellt werden, je nach dem, ob 100 nm oder 40 nm große Nanohydrogelpartikel verwendet wurden. Es sollte festgestellt werden, ob eine größenbedingte, unterschiedlich schnelle Anreicherung dieser beiden Partikel in Lysosomen erfolgte, was die unterschiedliche Knockdown-Effizienz erklären könnte. CLSM-Studien und quantitative Kolokalisationsstudien gaben einen ersten Hinweis auf diese Größenabhängigkeit. rnBei allen verwendeten nanopartikulären Systemen konnte eine Freisetzung ihres Inhalts gezeigt werden. Somit bieten sie ein großes Potential als Wirkstoffträger für biomedizinische Anwendungen.rn

Two-year clinical follow-up from the randomized comparison of biolimus-eluting stents with biodegradable polymer and sirolimus-eluting stents with durable polymer in routine clinical practice

Objectives This study sought to investigate safety and efficacy of biolimus-eluting stents (BES) with biodegradable polymer as compared with sirolimus-eluting stents (SES) with durable polymer through 2 years of follow-up. Background BES with a biodegradable polymer provide similar efficacy and safety as SES with a durable polymer at 9 months. Clinical outcomes beyond the period of biodegradation of the polymer used for drug release and after discontinuation of dual antiplatelet therapy are of particular interest. Methods A total of 1,707 patients were randomized to unrestricted use of BES (n = 857) or SES (n = 850) in an all-comers patient population. Results At 2 years, BES remained noninferior compared with SES for the primary endpoint, which was a composite of cardiac death, myocardial infarction, or clinically indicated target vessel revascularization (BES 12.8% vs. SES 15.2%, hazard ratio [HR]: 0.84, 95% confidence interval [CI]: 0.65 to 1.08, pnoninferiority < 0.0001, psuperiority = 0.18). Rates of cardiac death (3.2% vs. 3.9%, HR: 0.81, 95% CI: 0.49 to 1.35, p = 0.42), myocardial infarction (6.3% vs. 5.6%, HR: 1.12, 95% CI: 0.76 to 1.65, p = 0.56), and clinically indicated target vessel revascularization (7.5% vs. 8.6%, HR: 0.86, 95% CI: 0.62 to 1.20, p = 0.38) were similar for BES and SES. The rate of definite stent thrombosis through 2 years was 2.2% for BES and 2.5% for SES (p = 0.73). For the period between 1 and 2 years, event rates for definite stent thrombosis were 0.2% for BES and 0.5% for SES (p = 0.42). After discontinuation of dual antiplatelet therapy, no very late definite stent thrombosis occurred in the BES group. Conclusions At 2 years of follow-up, the unrestricted use of BES with a biodegradable polymer maintained a similar safety and efficacy profile as SES with a durable polymer. (Limus Eluted From a Durable Versus Erodable Stent Coating [LEADERS]; NCT00389220)