A new micro/nanoencapsulated porphyrin formulation for PDT treatment

The highly hydrophobic 5,10,15-triphenyl-20-(3-N-methylpyridinium-yl)porphyrin(3MMe)cationic species was synthesized, characterized and encapsulated in marine atelocollagen/xanthane gum microcapsules by the coacervation method. Further reduction in the capsule size, from several microns down to about 300-400 nm, was carried out successfully by ultrasonic processing in the presence of up to 1.6% Tween 20 surfactant, without affecting the distribution of 3MMe in the oily core. The resulting creamlike product exhibited enhanced photodynamic activity but negligible cytotoxicity towards HeLa cells. The polymeric micro/nanocapsule formulation was found to be about 4 times more phototoxic than the respective phosphatidylcholine lipidic emulsion, demonstrating high potentiality for photodynamic therapy applications. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Flow-through cell based on an array of gold microelectrodes obtained from modified integrated circuit chips

The construction of a flow-through cell incorporating an array of gold microelectrodes is described and its application to flow injection analysis with amperometric detection is presented, Simple modification of almost any conventional integrated circuit chip, used as an inexpensive source of pre-assembled gold micro-wires, leads to the rapid and successful preparation of arrays of 8-48 elements, the polymeric encapsulation material from the top face of the chip is removed by abrasion until the gold micro-mires (used to interconnect the silicon circuit to the external contact pins of the chip) are disrupted and their transversal (elliptical) sections become exposed. Once polished, the flat and smooth top surface of the gold microelectrode-array chip (MEAC) is provided with a spacer and fitted under pressure against an acrylic block with the reference and auxiliary electrodes, to form the electrochemical (thin-layer) flow cell, while the contact pins are plugged into a standard IC socket, This design ensures autonomous electric contact with each electrode and allows fast dismantling for polishing or substitution, the performance of flow cells with MEACs was investigated utilizing the technique of reverse pulse amperometry without oxygen removal, A method was established for the determination of the copper concentration in sugar cane spirit, regulated by law for beverages, Samples from industrial producers and small-scale (alembic) brewers were compared, With a 24 MEAC, a detection limit of 30 mu g I-l of copper (4.7 x 10(-7) mol l(-1) of Cu-II for 100 mu l injections) was calculated, Routine operation was established at a frequency of 60-90 determinations per hour, Intercomparison with atomic absorption spectrometric determinations resulted in excellent agreement.

Correlation of photodynamic activity and singlet oxygen quantum yields in two series of hydrophobic monocationic porphyrins

The photodynamic properties of eight hydrophobic monocationic methyl and ruthenium polypyridine complex derivatives of free-base and zinc(II) meso-triphenyl-monopyridylporphyrin series were evaluated and compared using HeLa cells as model. The cream-like polymeric nanocapsule formulations of marine atelocollagen/xanthan gum, prepared by the coacervation method, exhibited high phototoxicity but negligible cytotoxicity in the dark. Interestingly, the formulations of a given series presented similar photodynamic activities but the methylated free-base derivatives were significantly more phototoxic than the respective ruthenated photosensitizers, reflecting the higher photoinduced singlet oxygen quantum yields of those monocationic porphyrin dyes.

Nanopartículas superparamagnéticas encapsuladas com polímeros para tratamento de câncer por hipertermia

O câncer é uma das maiores causas de mortalidade no Brasil e no mundo, com potencial de crescimento nas próximas décadas. Um tipo de tratamento promissor é a hipertermia magnética, procedimento no qual as células tumorais morrem pelo efeito do calor gerado por partículas magnéticas após a aplicação de campo magnético alternado em frequências adequadas. Tais partículas também são capazes de atuar como agentes de contraste para imageamento por ressonância magnética, um poderoso método de diagnóstico para identificação de células neoplásicas, formando a combinação conhecida como theranostics (terapia e diagnóstico). Neste trabalho foram sintetizadas nanopartículas de óxido de ferro por método de coprecipitação com posterior encapsulação por técnica de nano spray drying, visando sua aplicação no tratamento de câncer por hipertermia e como agente de contraste para imageamento por ressonância magnética. Para a encapsulação foram utilizadas matrizes poliméricas de Maltodextrina com Polissorbato 80, Pluronic F68, Eudragit® S100 e PCL com Pluronic F68, escolhidos com o intuito de formar partículas que dispersem bem em meio aquoso e que consigam atingir alvo tumoral após administração no corpo do paciente. Parâmetros de secagem pelo equipamento Nano Spray Dryer, como temperatura, solvente e concentração de reagentes, foram avaliados. As partículas formadas foram caracterizadas por Microscopia Eletrônica de Varredura, Difração de Raios-X, Análise Termogravimétrica, Espalhamento de Luz Dinâmico, Espectroscopia de Infravermelho, magnetismo quanto a magnetização de saturação e temperatura, citotoxicidade e potencial de aquecimento. Tais procedimentos indicaram que o método de coprecipitação produziu nanopartículas de magnetita de tamanho em torno 20 nm, superparamagnéticas a temperatura ambiente, sem potencial citotóxico. A técnica de nano spray drying foi eficiente para a formação de partículas com tamanho em torno de 1 μm, também superparamagnéticas, biocompatíveis e com propriedades magnéticas adequadas e para aplicações pretendidas. Destaca-se a amostra com Pluronic, OF-10/15-1P, que apresentou magnetização de saturação de 68,7 emu/g e interação específica com células tumorais.

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.

Delivery of therapeutic molecules using electrosprayed polymeric particles for applications in tissue engineering

This thesis has developed an innovative technology, electrospraying, that allows biodegradable microparticles to deliver pharmaceuticals that aid bone regeneration. The establishment, characterisation and optimisation of the technique are a step forward in developing an affordable and safe alternative to the products used currently in the clinical setting for the treatment of musculoskeletal disorders. The researcher has also investigated electrospraying as a coating technique on biodegradable structures that are used to replace damaged tissues, in order to provide localised and efficient drug delivery in the site of the defect to help tissue reconstruction.

Polymer encapsulation of magnesium to control biodegradability and biocompatibility

Clinical utility of biodegradable magnesium implants is undermined by the untimely degradation of these materials in vivo. Their high corrosion rate leads to loss of mechanical integrity, peri–implant alkalization and localised accumulation of hydrogen gas. Biodegradable coatings were produced on pure magnesium using RF plasma polymerisation. A monoterpene alcohol with known anti-inflammatory and antibacterial properties was used as a polymer precursor. The addition of the polymeric layer was found to reduce the degradation rate of magnesium in simulated body fluid. The in vitro studies indicated good cytocompatibility of non-adherent THP–1 cells and mouse macrophage cells with the polymer, and the polymer coated sample. The viability of THP–1 cells was significantly improved when in contact with polymer encapsulated magnesium compared to unmodified samples. Collectively, these results suggest plasma enhanced polymer encapsulation of magnesium as a suitable method to control degradation kinetics of this biomaterial.

Radio frequency plasma enhanced synthesis of antifouling polymeric coatings from monoterpene alcohols

Radio frequency plasma enhanced chemical vapor deposition is currently used to fabricate a broad range of functional coatings. This work described fabrication and characterization of a novel bioactive coating, polyterpenol, for encapsulation of three-dimensional indwelling medical devices. The materials are synthesized from monoterpene alcohols under different input power conditions. The chemical composition and structure of the polyterpenol thin films were determined by Xray photoelectron spectroscopy (XPS), Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy, contact angle measurements, and atomic force microscopy (AFM). The application of polyterpenol coating to the substrate reduced surface roughness from 1.5 to 0.4 of a nanometer, and increased the water contact angle from to 9 to 72 degrees. The extent of attachment and extracellular polysaccharide (EPS) production of two medically relevant pathogens, Staphylococcus aureus and Staphylococcus epidermis were analyzed using scanning electron microscopy (SEM) and confocal scanning laser microscopy (CSLM). Application of polyterpenol coating fabricated at 10 W significantly inhibited attachment and growth of both pathogens compared to unmodified substrates, whilst addition of 50 W films resulted in an increased attachment, proliferation and EPS production by both types of bacteria when compared to unmodified surface. Marked dissimilarity in bacterial response between two coatings was attributed to changes in surface chemistry, nano-architecture and surface energy of polymer thin films deposited under different input power conditions.

Encapsulation de Dehalococcoides: avantage pour la déhalogénation des solvants chlorés en sites contaminés

Le tétrachloroéthène (PCE) et les éthènes chlorés qui lui sont apparentés ont été abondamment utilisés pour plusieurs applications en industrie dès le début du 20e siècle. Ils sont cependant comptés parmi les polluants les plus communs des sols et de l’eau et beaucoup d’efforts sont déployés afin de les éliminer. Nous croyons que la conversion des éthènes chlorés en éthènes par des microorganismes est une solution prometteuse. Le premier aspect du projet visait donc à établir les conditions pour lesquelles un consortium enrichi en Dehalococcoides ethenogenes permettrait la conversion complète de PCE en éthène. Les expériences réalisées nous ont permis de souligner le rôle de l’acide lactique ajouté aux cultures comme source de carbone et source indirecte d’électrons pour la déhalorespiration. Nous avons également pu établir l’effet de la concentration initiale de biomasse dans les cultures sur le profil de déhalogénation du PCE. Le deuxième aspect du projet visait à développer un protocole d’encapsulation du consortium dans une matrice polymérique afin de profiter des nombreux avantages potentiels de l’encapsulation. Nous avons testé trois montages d’encapsulation différents : atomisation avec jet d’air, atomisation avec vibrations ultrasoniques et « drop-wise ». Le dernier montage prévoyait l’encapsulation des cultures dans des billes d’alginate enrobées de chitosane gélifié par du lignosulfonate. C’est le seul montage qui nous a permis d’encapsuler le consortium de façon efficace sans effet significatifs négatifs sur son activité de déchlorination. Aussi, la comparaison des profils de déhalogénation du PCE de cellules encapsulées et cellules libres a montré une plus faible accumulation de TCE, 1,2-DCE et VC dans les échantillons de cellules encapsulée et, par conséquent, une conversion plus rapide et plus complète du PCE en éthène. Finalement, nous avons observé une tendance favorable à l’idée que les microorganismes encapsulés bénéficient d’un effet de protection contre de faibles concentrations d’oxygène.

Development and characterization of polymeric nanoparticles(NPs) made from functionalized poly (D,L- lactide) (PLA)polymers

Les nanoparticules polymériques biodégradable (NPs) sont apparues ces dernières années comme des systèmes prometteurs pour le ciblage et la libération contrôlée de médicaments. La première partie de cette étude visait à développer des NPs biodégradables préparées à partir de copolymères fonctionnalisés de l’acide lactique (poly (D,L)lactide ou PLA). Les polymères ont été étudiés comme systèmes de libération de médicaments dans le but d'améliorer les performances des NPs de PLA conventionnelles. L'effet de la fonctionnalisation du PLA par insertion de groupements chimiques dans la chaîne du polymère sur les propriétés physico-chimiques des NPs a été étudié. En outre, l'effet de l'architecture du polymère (mode d'organisation des chaînes de polymère dans le copolymère obtenu) sur divers aspects de l’administration de médicament a également été étudié. Pour atteindre ces objectifs, divers copolymères à base de PLA ont été synthétisés. Plus précisément il s’agit de 1) copolymères du poly (éthylène glycol) (PEG) greffées sur la chaîne de PLA à 2.5% et 7% mol. / mol. de monomères d'acide lactique (PEG2.5%-g-PLA et PEG7%-g-PLA, respectivement), 2) des groupements d’acide palmitique greffés sur le squelette de PLA à une densité de greffage de 2,5% (palmitique acid2.5%-g-PLA), 3) de copolymère « multibloc » de PLA et de PEG, (PLA-PEG-PLA)n. Dans la deuxième partie, l'effet des différentes densités de greffage sur les propriétés des NPs de PEG-g-PLA (propriétés physico-chimiques et biologiques) a été étudié pour déterminer la densité optimale de greffage PEG nécessaire pour développer la furtivité (« long circulating NPs »). Enfin, les copolymères de PLA fonctionnalisé avec du PEG ayant montré les résultats les plus satisfaisants en regard des divers aspects d’administration de médicaments, (tels que taille et de distribution de taille, charge de surface, chargement de drogue, libération contrôlée de médicaments) ont été sélectionnés pour l'encapsulation de l'itraconazole (ITZ). Le but est dans ce cas d’améliorer sa solubilité dans l'eau, sa biodisponibilité et donc son activité antifongique. Les NPs ont d'abord été préparées à partir de copolymères fonctionnalisés de PLA, puis ensuite analysés pour leurs paramètres physico-chimiques majeurs tels que l'efficacité d'encapsulation, la taille et distribution de taille, la charge de surface, les propriétés thermiques, la chimie de surface, le pourcentage de poly (alcool vinylique) (PVA) adsorbé à la surface, et le profil de libération de médicament. L'analyse de la chimie de surface par la spectroscopie de photoélectrons rayon X (XPS) et la microscopie à force atomique (AFM) ont été utilisés pour étudier l'organisation des chaînes de copolymère dans la formulation des NPs. De manière générale, les copolymères de PLA fonctionnalisés avec le PEG ont montré une amélioration du comportement de libération de médicaments en termes de taille et distribution de taille étroite, d’amélioration de l'efficacité de chargement, de diminution de l'adsorption des protéines plasmatiques sur leurs surfaces, de diminution de l’internalisation par les cellules de type macrophages, et enfin une meilleure activité antifongique des NPs chargées avec ITZ. En ce qui concerne l'analyse de la chimie de surface, l'imagerie de phase en AFM et les résultats de l’XPS ont montré la possibilité de la présence de davantage de chaînes de PEG à la surface des NPs faites de PEG-g-PLA que de NPS faites à partie de (PLA-PEG-PLA)n. Nos résultats démontrent que les propriétés des NPs peuvent être modifiées à la fois par le choix approprié de la composition en polymère mais aussi par l'architecture de ceux-ci. Les résultats suggèrent également que les copolymères de PEG-g-PLA pourraient être utilisés efficacement pour préparer des transporteurs nanométriques améliorant les propriétés de certains médicaments,notamment la solubilité, la stabilité et la biodisponibilité.

New grafted PLA-g-PEG polymeric nanoparticles used to improve bioavailability of oral drugs.

Les nanoparticules (NPs) de polymère ont montré des résultats prometteurs pour leur utilisation comme système de transport de médicaments pour une libération contrôlée du médicament, ainsi que pour du ciblage. La biodisponibilité des médicaments administrés oralement pourrait être limitée par un processus de sécrétion intestinale, qui pourrait par la suite être concilié par la glycoprotéine P (P-gp). La dispersion de la Famotidine (modèle de médicament) à l’intérieur des nanoparticules (NPs) pegylées a été évaluée afin d’augmenter la biodisponibilité avec du polyéthylène glycol (PEG), qui est connu comme un inhibiteur de P-gp. L’hypothèse de cette étude est que l’encapsulation de la Famotidine (un substrat de P-gp) à l’intérieur des NPs préparées à partir de PEG-g-PLA pourrait inhiber la fonction P-gp. La première partie de cette étude avait pour but de synthétiser quatre copolymères de PEG greffés sur un acide polylactide (PLA) et sur un squelette de polymère (PLA-g-PEG), avec des ratios de 1% et 5% (ratio molaire de PEG vs acide lactique monomère) de soit 750, soit 2000 Da de masse moléculaire. Ces polymères ont été employés afin de préparer des NPs chargés de Famotidine qui possède une faible perméabilité et une solubilité aqueuse relativement basse. Les NPs préparées ont été analysées pour leur principaux paramètres physicochimiques tels que la taille et la distribution de la taille, la charge de surface (Potentiel Zeta), la morphologie, l’efficacité d’encapsulation, le pourcentage résiduel en alcool polyvinylique (PVA) adsorbé à la surface des NPs, les propriétés thermiques, la structure cristalline et la libération du médicament. De même, les formules de NPs ont été testées in vitro sur des cellules CaCo-2 afin dʼévaluer la perméabilité bidirectionnelle de la Famotidine. Généralement, les NPs préparées à partir de polymères greffés PLA-g-5%PEG ont montré une augmentation de la perméabilité du médicament, ce par l’inhibition de l’efflux de P-gp de la Famotidine dans le modèle CaCo-2 in vitro. Les résultats ont montré une baisse significative de la sécrétion de la Famotidine de la membrane basolatéral à apical lorsque la Famotidine était encapsulée dans des NPs préparées à partir de greffes de 5% PEG de 750 ou 2000 Da, de même que pour d’autres combinaisons de mélanges physiques contenant du PEG5%. La deuxième partie de cette étude est à propos de ces NPs chargées qui démontrent des résultats prometteurs en termes de perméabilité et d’inhibition d’efflux de P-gp, et qui ont été choises pour développer une forme orale solide. La granulation sèche a été employée pour densifier les NPs, afin de développer des comprimés des deux formules sélectionnées de NPs. Les comprimés à base de NPs ont démontré un temps de désintégration rapide (moins d’une minute) et une libération similaire à la Famotidine trouvée sur le marché. Les résultats de l’étude du transport de comprimés à base de NPs étaient cohérents avec les résultats des formules de NPs en termes d’inhibition de P-gp, ce qui explique pourquoi le processus de fabrication du comprimé n’a pas eu d’effet sur les NPs. Mis ensemble, ces résultats montrent que l’encapsulation dans une NP de polymère pegylé pourrait être une stratégie prometteuse pour l’amélioration de la biodisponibilité des substrats de P-gp.

Mechanisms of burst release from pH-responsive polymeric microparticles.

Microencapsulation of drugs into preformed polymers is commonly achieved through solvent evaporation techniques or spray drying. We compared these encapsulation methods in terms of controlled drug release properties of the prepared microparticles and investigated the underlying mechanisms responsible for the “burst release” effect. Using two different pH-responsive polymers with a dissolution threshold of pH 6 (Eudragit L100 and AQOAT AS-MG), hydrocortisone, a model hydrophobic drug, was incorporated into microparticles below and above its solubility within the polymer matrix. Although, spray drying is an attractive approach due to rapid particle production and relatively low solvent waste, the oil-in-oil microencapsulation method is superior in terms of controlled drug release properties from the microparticles. Slow solvent evaporation during the oil-in-oil emulsification process allows adequate time for drug and polymer redistribution in the microparticles and reduces uncontrolled drug burst release. Electron microscopy showed that this slower manufacturing procedure generated non-porous particles whereas thermal analysis and X-ray diffractometry showed that drug loading above the solubility limit of the drug in the polymer generated excess crystalline drug on the surface of the particles. Raman spectral mapping illustrated that drug was homogeneously distributed as a solid solution in the particles when loaded below saturation in the polymer with consequently minimal burst release.

Polymeric scaffolds for enhanced stability of melanin incorporated in liposomes

The use of melanin in bioinspired applications is mostly limited by its poor stability in solid films. This problem has been addressed here by incorporating melanin into dipalmitoyl phosphatidyl glycerol (DPPG) liposomes, which were then immobilized onto a solid substrate as an LbL film. Results from steady-state and time-resolved fluorescence indicated an increased stability for melanin incorporated into DPPG liposomes. If not protected by liposomes, melanin looses completely its fluorescence properties in LbL films. The thickness of the liposome-melanin layer obtained from neutron reflectivity data was 4.1 +/- 0.2 nm, consistent with the value estimated for the phospholipid bilayer of the liposomes, an evidence of the collapse of most liposomes. On the other hand, the final roughness indicated that some of the liposomes had their structure preserved. In summary, liposomes were proven excellent for encapsulation, thus providing a suitable environment, closer to the physiological conditions without using organic solvents or high pHs. (C) 2010 Elsevier Inc. All rights reserved.

Encapsulation of Local Anesthetic Bupivacaine in Biodegradable Poly(DL-lactide-co-glycolide) Nanospheres: Factorial Design, Characterization and Cytotoxicity Studies

Local anesthetic agents cause temporary blockade of nerve impulses productiong insensitivity to painful stimuli in the area supplied by that nerve. Bupivacaine (BVC) is an amide-type local anesthetic widely used in surgery and obstetrics for sustained peripheral and central nerve blockade. in this study, we prepared and characterized nanosphere formulations containing BVC. To achieve these goals, BVC loaded poly(DL-lactide-co-glycolide) (PLGA) nanospheres (NS) were prepared by nanopreciptation and characterized with regard to size distribution, drug loading and cytotoxicity assays. The 2(3-1) factorial experimental design was used to study the influence of three different independent variables on nanoparticle drug loading. BVC was assayed by HPLC, the particle size and zeta potential were determined by dynamic light scattering. BVC was determined using a combined ultrafiltration-centrifugation technique. The results of optimized formulations showed a narrow size distribution with a polydispersivity of 0.05%, an average diameter of 236.7 +/- 2.6 nm and the zeta potential -2.93 +/- 1,10 mV. In toxicity studies with fibroblast 3T3 cells, BVC loaded-PLGA-NS increased cell viability, in comparison with the effect produced by free BVC. In this way, BVC-loaded PLGA-NS decreased BVC toxicity. The development of BVC formulations in carriers such as nanospheres could offer the possibility of controlling drug delivery in biological systems, prolonging the anesthetic effect and reducing toxicity.

Europium luminescent polymeric microspheres fabricated by spray drying process

The spray drying method was used to prepare luminescent microspheres. These microspheres were prepared by spraying an aqueous solution of dextrin and an europium(III) complex with subsequent drying in a hot medium. The spray dried powder was characterized by scanning electron microscopy (SEM) and photoluminescence spectroscopy (PL). Particle size distribution was estimated from SEM images. The ultrasonic spray drying technique was successfully applied to yield a microparticulated and red luminescent powder composed by the [Eu(dpa)(3)](3-) stop (dpa = dipicolinic acid) complex incorporated in dextrin microspheres.