Metronidazole release using natural rubber latex as matrix

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Poly(hydroxybutyrate-co-hydroxyvalerate) microspheres loaded with atrazine herbicide: screening of conditions for preparation, physico-chemical characterization, and in vitro release studies

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Nanocomposite PAAm/methyl cellulose/montmorillonite hydrogel: Evidence of synergistic effects for the slow release of fertilizers

In this work, we synthesized a novel series of hydrogels composed of polyacrylamide (PAAm), methylcellulose (MC), and calcic montmorillonite (MMt) appropriate for the controlled release of fertilizers, where the components presented a synergistic effect, giving very high fertilizer loading in their structure. The synthesized hydrogel was characterized in relation to morphological, hydrophilic, spectroscopic, structural, thermal, and kinetic properties. After those characterizations, the application potential was verified through sorption and desorption studies of a nitrogenated fertilizer, urea (CO(NH2)2). The swelling degree results showed that the clay loading considerably reduces the water absorption capability; however, the hydrolysis process favored the urea adsorption in the hydrogel nanocomposites, increasing the load content according to the increase of the clay mass. The FTIR spectra indicated that there was incorporation of the clay with the polymeric matrix of the hydrogel and that incorporation increased the water absorption speed (indicated by the kinetic constant k). By an X-ray diffraction technique, good nanodispersion (intercalation) and exfoliation of the clay platelets in the hydrogel matrix were observed. Furthermore, the presence of the montmorillonite in the hydrogel caused the system to liberate the nutrient in a more controlled manner than that with the neat hydrogel in different pH ranges. In conclusion, excellent results were obtained for the controlled desorption of urea, highlighting the hydrolyzed hydrogels containing 50% calcic montmorillonite. This system presented the best desorption results, releasing larger amounts of nutrient and almost 200 times slower than pure urea, i.e., without hydrogel. The total values of nutrients present in the system show that this material is potentially viable for application in agriculture as a nutrient carrier vehicle. © 2013 American Chemical Society.

Mucoadhesive beads of gellan gum/pectin intended to controlled delivery of drugs

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Evaluation of stryphnodendron sp. release using natural rubber latex membrane as carrier

Natural rubber latex from Hevea brasiliensis has interesting characteristics related to this work such as: it is easy to manipulate, low cost, can stimulate the natural angiogenesis, is a biocompatible material and presents high mechanical resistance. The aim of this study was to develop a novel sustained delivery system for Stryphnodendron sp. based on Natural Rubber Latex (NRL) membranes and to study the Stryphnodendron sp. delivery system behavior. Stryphnodendron sp., commonly known as barbatimao is extensively used in folk medicine for the treatment of diarrhoea, gynaecological problems and for healing wounds. The stem bark of this species is mentioned in the Brazilian Pharmacopeia with a content of at least 20% of tannins. Previous studies showed significant cicatrizant properties, anti-inflammatory activity and gastric anti-ulcerogenic effects for the stem bark crude extract. One possible way to accelerate the tissue repair process, it was incorporated the Stryphnodendron sp. extract in NRL membranes. Stryphnodendron sp extract was incorporated into the NRL, by mixing it in solution for in vitro protein delivery experiments. Results show that the NRL membrane can release Stryphnodendron sp. for up to 49.89% of its Stryphnodendron sp. content for up 400 h. The kinetics of the extract release could be fitted with double exponential function, with two characteristic times of 0.78 and 133.22 h. In this study, we demonstrated that the induced angiogenesis provided by NRL membranes combined with a controlled release of extract is relevant for biomedical applications.

Polysaccharides as safer release systems for agrochemicals

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Evaluation of sodium diclofenac release using natural rubber latex as carrier

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Polymeric Nanoparticles as Oral Delivery Systems for Encapsulation and Release of Polyphenolic Compounds: Impact on Quercetin Antioxidant Activity & Bioaccessibility

A delivery system containing polymeric (Eudragit) nanoparticles has been developed for encapsulation and controlled release of bioactive flavonoids (quercetin). Nanoparticles were fabricated using a solvent displacement method. Particle size, morphology, and charge were measured by light scattering, electron microscopy and zeta-potential. Encapsulation efficiency (EE) and release profiles were determined using electrochemical methods. Molecular interactions within the particle matrix were characterized by X-ray diffraction, differential scanning calorimetry, and infrared spectroscopy. Antioxidant properties of free and encapsulated quercetin were analyzed by TBARS and fluorescence spectroscopy. Bioaccessibility of quercetin was evaluated using an in vitro digestion model. Relatively small (d a parts per thousand aEuro parts per thousand 370 nm) anionic polymeric nanoparticles were formed containing quercetin in a non-crystalline form (EE a parts per thousand aEuro parts per thousand 67 %). The main interaction between quercetin and Eudragit was hydrogen bonding. Encapsulated quercetin remained stable during 6 months storage and maintained its antioxidant activity. Quercetin bioaccessibility within simulated small intestinal conditions was improved by encapsulation. The knowledge obtained from this study will facilitate the rational design and fabrication of polymeric nanoparticles as oral delivery systems for encapsulation, protection, and release of bioactive compounds.

Sustained-release formulations for compounds underlying intestinal drug efflux

ZusammenfassungDie Sekretion von Arzneistoffen aus Darmzellen zurück ins Darmlumen, die durch intestinale Transporter wie P-Glykoprotein (P-GP) vermittelt wird, stellt eine bekannte Quelle für unvollständige und variable Bioverfügbarkeiten und für Interaktionen mit anderen Arzneimitteln und Nahrungsbestandteilen dar. Dennoch liegen bisher keine Veröffentlichungen vor, die sich mit daraus resultierenden Konsequenzen für die Entwicklung neuer peroraler Darreichungsformen befassen. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, deutlich zu machen, dass dem Auftreten von intestinalen Sekretionsphänomenen bei der Entwicklung von Retardarzneimitteln Rechnung getragen werden muss.Dazu wurden effektive Permeabilitäten für den Modellarzneistoff Talinolol in unterschiedlichen Darmabschnitten anhand eines Rattendarmperfusionsmodells bestimmt.Des weiteren wurde eine Retardformulierung für den Modellarzneistoff Talinolol entwickelt. Dabei wurde gezeigt, dass die Verwendung unterschiedlicher Puffer als Wirkstofffreisetzungmedien zur Ausbildung unterschiedlicher Talinolol-Kristallstrukturen führt.Die neu entwickelten Retardmatrixtabletten wurden mit Hilfe des Pharmakokinetik-Computersoftwareprogrammes Gastro Plus® evaluiert. Das Zusammenspiel von verlangsamter Wirkstofffreigabe aus der Arzneiform und intestinaler Sekretion führte zu einer deutlich verringerten Bioverfügbarkeit der Modellsubstanz Talinolol aus der Retardformulierung im Vergleich zu schnellfreisetzenden Arzneiformen.Daher sollte der Einfluß intestinaler sekretorischer Transporter wie P-GP bei der Entwicklung von Retardarzneiformen unbedingt berücksichtigt werden.

Polymer controlled mineralization of zinc phosphate hydrates and applications in corrosion protection, catalysis and biomedicine

ZUSAMMENFASSUNG Die Tauglichkeit von Hybridmaterialien auf der Basis von Zinkphosphathydrat-Zementen zum Einsatz als korrosionshemmende anorganische Pigmente oder zur prothetischen und konservierenden Knochen- und Zahntherapie wird weltweit empirisch seit den neunziger Jahren intensiv erforscht. In der vorliegenden Arbeit wurden zuerst Referenzproben, d.h. alpha-und beta-Hopeite (Abk. a-,b-ZPT) dank eines hydrothermalen Kristallisationsverfahrens in wässerigem Milieu bei 20°C und 90°C hergestellt. Die Kristallstruktur beider Polymorphe des Zinkphosphattetrahydrats Zn3(PO4)2  4 H2O wurde komplett bestimmt. Einkristall-strukturanalyse zeigt, daß der Hauptunterschied zwischen der alpha-und beta-Form des Zinkphosphattetrahydrats in zwei verschiedenen Anordnungen der Wasserstoffbrücken liegt. Die entsprechenden drei- und zweidimensionalen Anordnungen der Wasserstoffbrücken der a-und b-ZPT induzieren jeweils unterschiedliches thermisches Verhalten beim Aufwärmen. Während die alpha-Form ihr Kristallwasser in zwei definierten Stufen verliert, erzeugt die beta-Form instabile Dehydratationsprodukt. Dieses entspricht zwei unabhängigen, aber nebeneinander ablaufenden Dehydratationsmechanismen: (i) bei niedrigen Heizraten einen zweidimensionalen Johnson-Mehl-Avrami (JMA) Mechanismus auf der (011) Ebene, der einerseits bevorzugt an Kristallkanten stattfindet und anderseits von existierenden Kristalldefekten auf Oberflächen gesteuert wird; (ii) bei hohen Heizraten einem zweidimensionalen Diffusionsmechanismus (D2), der zuerst auf der (101) Ebene und dann auf der (110) Ebene erfolgt. Durch die Betrachtung der ZPT Dehydratation als irreversibele heterogene Festkörperstufenreaktion wurde dank eines „ähnlichen Endprodukt“-Protokolls das Dehydratationsphasendiagramm aufgestellt. Es beschreibt die möglichen Zusammenhänge zwischen den verschiedenen Hydratationszuständen und weist auf die Existenz eines Übergangszustandes um 170°C (d.h. Reaktion b-ZPT  a-ZPT) hin. Daneben wurde auch ein gezieltes chemisches Ätzverfahren mit verdünnten H3PO4- und NH3 Lösungen angewendet, um die ersten Stufe des Herauslösens von Zinkphosphat genau zu untersuchen. Allerdings zeigen alpha- und beta-Hopeite charakteristische hexagonale und kubische Ätzgruben, die sich unter kristallographischer Kontrolle verbreitern. Eine zuverlässige Beschreibung der Oberfächenchemie und Topologie konnte nur durch AFM und FFM Experimente erfolgen. Gleichzeitig konnte in dieser Weise die Oberflächendefektdichte und-verteilung und die Volumenauflösungsrate von a-ZPT und b-ZPT bestimmt werden. Auf einem zweiten Weg wurde eine innovative Strategie zur Herstellung von basischen Zinkphosphatpigmenten erster und zweiter Generation (d.h. NaZnPO4  1H2O und Na2ZnPO4(OH)  2H2O) mit dem Einsatz von einerseits oberflächenmodifizierten Polystyrolatices (z.B. produziert durch ein Miniemulsionspolymerisationsverfahren) und anderseits von Dendrimeren auf der Basis von Polyamidoamid (PAMAM) beschritten. Die erhaltene Zeolithstruktur (ZPO) hat in Abhängigkeit von steigendem Natrium und Wassergehalt unterschiedliche kontrollierte Morphologie: hexagonal, würfelförmig, herzförmig, sechsarmige Sterne, lanzettenförmige Dendrite, usw. Zur quantitativen Evaluierung des Polymereinbaus in der Kristallstruktur wurden carboxylierte fluoreszenzmarkierte Latices eingesetzt. Es zeigt sich, daß Polymeradditive nicht nur das Wachstum bis zu 8 µm.min-1 reduzierten. Trotzdem scheint es auch als starker Nukleationsbeschleuniger zu wirken. Dank der Koordinationschemie (d.h. Bildung eines sechszentrigen Komplexes L-COO-Zn-PO4*H2O mit Ligandenaustausch) konnten zwei einfache Mechanismen zur Wirkung von Latexpartikeln bei der ZPO Kristallisation aufgezeigt werden: (i) ein Intrakorona- und (ii) ein Extrakorona-Keimbildungsmechanismus. Weiterhin wurde die Effizienz eines Kurzzeit- und Langzeitkorrosionschutzes durch maßgeschneiderte ZPO/ZPT Pigmente und kontrollierte Freisetzung von Phosphationen in zwei Näherungen des Auslösungsgleichgewichts abgeschätzt: (i) durch eine Auswaschungs-methode (thermodynamischer Prozess) und (ii) durch eine pH-Impulsmethode (kinetischer Prozess. Besonders deutlich wird der Ausflösungs-Fällungsmechanismus (d.h. der Metamorphismus). Die wesentliche Rolle den Natriumionen bei der Korrosionshemmung wird durch ein passendes zusammensetzungsabhängiges Auflösungsmodell (ZAAM) beschrieben, das mit dem Befund des Salzsprühteste und der Feuchtigkeitskammertests konsistent ist. Schließlich zeigt diese Arbeit das herausragende Potential funktionalisierter Latices (Polymer) bei der kontrollierten Mineralisation zur Herstellung maßgeschneiderter Zinkphosphat Materialien. Solche Hybridmaterialien werden dringend in der Entwicklung umweltfreundlicher Korrosionsschutzpigmente sowie in der Dentalmedizin benötigt.

A General Approach Towards the Synthesis of Amido-Functionalized Biodegradable Polyesters

The thesis presented here describes methodologies to produce pendant group functionalized polyesters from amido-functionalized α-hydroxy acids. The synthetic methods used to produce the functionalized α-hydroxy acids are compatible with a wide array of functional groups, making this technique highly versatile. The synthesis of functionalized polyesters was investigated to develop polymers with properties that may improve the capabilities of existing biodegradable polyesters for applications in controlled release pharmaceuticals. Chemically modified a-hydroxy acids were synthesized by reacting glyoxylic acid with a primary or secondary amide. To demonstrate the utility of this reaction, fourstructurally dissimilar amide substituents were examined including 2-pyrrolidione, benzamide, acetamide and acrylamide. The reaction is synthetically simple, provides high yields and is uniquely flexible, functionalized monomer. The compatibility of this procedure with the collection of functional groups mentioned circumvents the need for syntheses. The amido-functionalized monomers were polymerized by two different techniques: melt polycondensation and solution polymerization. Melt polycondensation was conducted by heating the monomer past its melting temperature under reduced pressure. Oligomeric functionalized polyesters (= 800 g/mol) with low PDIs (= 1.05) were obtained by melt polycondensation. Melt polycondensation was not compatible with all of the synthesized monomers. Two of the monomers (containing benzamide and acrylamide functionalities) degraded before the polycondensation reaction occurred. Thermal gravimetric analysis confirmed that a process other than polyesterification was occurring, indicating that some amido-functionalized α-hydroxy acids cannot be synthesized in the melt.Solution polymerization was conducted to polymerize functionalized α-hydroxy acids that were incompatible with melt polycondensation. Several modified Steglich polyesterifications were tested including p-toluenesulfonic acid mediated and scandium (III) triflate catalyzed. Only oligomeric functionalized polyesters were formed bythis method. A number of possible side reactions including the formation of an N-acylurea and a cyclic polymer ring were possible. The utility of this procedure appears to be limited due to the complexity of the reaction and its inability to produce high molecular weight polymer.

R-type Ca2+ currents evoke transmitter release at a rat central synapse

Voltage-dependent Ca2+ currents evoke synaptic transmitter release. Of six types of Ca2+ channels, L-, N-, P-, Q-, R-, and T-type, only N- and P/Q-type channels have been pharmacologically identified to mediate action-potential-evoked transmitter release in the mammalian central nervous system. We tested whether Ca2+ channels other than N- and P/Q-type control transmitter release in a calyx-type synapse of the rat medial nucleus of the trapezoid body. Simultaneous recordings of presynaptic Ca2+ influx and the excitatory postsynaptic current evoked by a single action potential were made at single synapses. The R-type channel, a high-voltage-activated Ca2+ channel resistant to L-, N-, and P/Q-type channel blockers, contributed 26% of the total Ca2+ influx during a presynaptic action potential. This Ca2+ current evoked transmitter release sufficiently large to initiate an action potential in the postsynaptic neuron. The R-type current controlled release with a lower efficacy than other types of Ca2+ currents. Activation of metabotropic glutamate receptors and γ-aminobutyric acid type B receptors inhibited the R-type current. Because a significant fraction of presynaptic Ca2+ channels remains unidentified in many other central synapses, the R-type current also could contribute to evoked transmitter release in these synapses.