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.

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.

Development of polymeric nanoparticles containing neuroprotective compounds of Hypericum perforatum

Tese de Doutoramento em Biologia das Plantas - MAP BIOPLANT

Superhydrophobic surfaces as a tool for the fabrication of hierarchical spherical polymeric carriers

Hierarchical polymeric carriers with high encapsulation efficiencies are fabricated via a biocompatible strategy developed using superhydrophobic (SH) surfaces. The carries are obtained by the incorporation of cell/BSA-loaded dextran-methacrylate (DEXT-MA) microparticles into alginate (ALG) macroscopic beads. Engineered devices like these are expected to boost the development of innovative and customizable systems for biomedical and biotechnological purposes.

Development of active bio-based multilayer systems: encapsulation of cinnamaldehyde and their physicochemical characterization

[Excerpt] In this work, different multilayer structures, using a polyhydroxybutyrate-co-valerate film with a valerate content of 8% (PHBV8) as support, were developed aiming the development of active bio-based multilayer systems. An interlayer based on zein nanofibers with and without cinnamaldehyde were electrospun in the PHBV8 film and three multilayer systems were developed: 1) without an outer layer; 2) using a PHBV8 film as outer layer; and 3) using an alginate-based film as outer layer. Their physico-chemical properties were evaluated through: water vapour and oxygen permeabilities and colour measurements, Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) and thermal analyses. Results showed that the presence of different outer layers affected the water vapour permeability and transparency of the multilayer films. (...)

Improvement of the antibacterial activity of daptomycin-loaded polymeric microparticles by Eudragit RL 100: An assessment by isothermal microcalorimetry.

The aim of the present study was to develop novel daptomycin-loaded acrylic microparticles with improved release profiles and antibacterial activity against two clinically relevant methicillin-susceptible and methicillin-resistant Staphylococcus aureus strains (MSSA and MRSA, respectively). Daptomycin was encapsulated into poly(methyl methacrylate) (PMMA) and PMMA-Eudragit RL 100 (EUD) microparticles by a double emulsion-solvent evaporation method. For comparison purposes similar formulations were prepared with vancomycin. Particle morphology, size distribution, encapsulation efficiency, surface charge, physicochemical properties, in vitro release and biocompatibility were assessed. Particles exhibited a micrometer size and a spherical morphology. The addition of EUD to the formulation caused a shift in the surface charge of the particles from negative zeta potential values (100% PMMA formulations) to strongly positive. It also improved daptomycin encapsulation efficiency and release, whereas vancomycin encapsulation and release were strongly hindered. Plain and antibiotic-loaded particles presented comparable biocompatibility profiles. The antibacterial activity of the particles was assessed by isothermal microcalorimetry against both MSSA and MRSA. Daptomycin-loaded PMMA-EUD particles presented the highest antibacterial activity against both strains. The addition of 30% EUD to the daptomycin-loaded PMMA particles caused a 40- and 20-fold decrease in the minimum inhibitory (MIC) and bactericidal concentration (MBC) values, respectively, when compared to the 100% PMMA formulations. On the other hand, vancomycin-loaded microparticles presented the highest antibacterial activity in PMMA particles. Unlike conventional methods, isothermal microcalorimetry proved to be a real-time, sensitive and accurate method for assessment of antibacterial activity of antibiotic-loaded polymeric microparticles. Finally, the addition of EUD to formulations proved to be a powerful strategy to improve daptomycin encapsulation efficiency and release, and consequently improving the microparticles activity against two relevant S. aureus strains.

A low-cost ultrasonic spray dryer to produce spherical microparticles from polymeric matrices

The spray-drying technique has been widely used for drying heat-sensitive foods, pharmaceuticals, and other substances, because it leads to rapid solvent evaporation from droplets. This method involves the transformation of a feed from a fluid state into a dried particulate, by spraying the feed into a hot medium. Despite being most often considered a dehydration process, spray drying can also be used as an encapsulation method. Therefore, this work proposes the use of a simple and low-cost ultrasonic spray dryer system to produce spherical microparticles. This equipment was successfully applied to the preparation of dextrin microspheres on a laboratory scale and for academic purposes.

Development and physicochemical characterization of dexamethasone-loaded polymeric nanocapsule suspensions

The influence of drug concentration, oil phase, and surfactants on the characteristics of dexamethasone-loaded nanocapsules was investigated. The best formulations were obtained at dexamethasone concentrations of 0.25 and 0.50 mg.mL-1 (encapsulation efficiency: 80-90%; mean size: 189-253 nm). The type of oil phase influenced only the stability of dexamethasone-loaded nanocapsules. The association of polysorbate 80 and sorbitan monooleate provided a more stable formulation. Sunflower oil and sorbitan sesquioleate used for the first time as oil phase and surfactant for nanocapsules, respectively, have allowed obtaining suspensions with low mean size and narrow size distribution.

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.