ESTUDO DA LIBERAÇÃO CONTROLADA DO FÁRMACO NAPROXENO INCORPORADO NOS DERIVADOS DO COPOLÍMERO PMMA-G-PEG4000
G.S. Rezende*1; V.M.R. dos Santos1; K.M. Novack1,2; M.L.S Azevedo1.
1 – Departamento de Química, Instituto de Ciências Exatas e Biológicas, Universidade Federal de Ouro Preto-UFOP, Ouro Preto – MG, 2- REDEMAT, Ouro
Preto-MG
gsouza447@gmail.com
RESUMO
Os polímeros são macromoléculas caracterizadas pela ligação covalente de várias moléculas menores em série, os meros. Possuem propriedades intrínsecas, como a possibilidade de interações intermoleculares múltiplas, que permitem seu uso como excipiente em formulações farmacêuticas, em sistemas de liberação controlada. O polímero em pesquisa é o PMMA-g-PEG4000 e o fármaco utilizado é o Naproxeno, um anti-inflamatório não esteroidal (AINE), que pode causar desconforto gástrico, sangramento e úlcera no trato gastrintestinal. Após a síntese do copolímero, ele foi modificado originando derivados. Em seguida, o fármaco foi incorporado aos derivados do copolímero. As amostras são caracterizadas por meio da Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Espectroscopia na Região do Infravermelho (FTIR). Foi construído o perfil de liberação de cada derivado incorporado, fazendo-se as leituras de absorbância no Espectrofotômetro de Ultravioleta, durante quatro horas, em solução tampão. Os derivados esterificado e halogenado apresentam bons resultados quanto a incorporação.
Palavras chave: Polímero, naproxeno, liberação controlada, MEV, FTIR.
INTRODUÇÃO
Os polímeros são macromoléculas com estrutura química caracterizada por unidades (meros) ligadas por covalência, repetidas regularmente ao longo da cadeia. Em função do alto peso molecular e da longa cadeia de átomos, os
polímeros adquirem propriedades intrínsecas no que se refere às interações intermoleculares e intramoleculares (1).
O polímero em pesquisa é o PMMA-g-PEG 4000, um copolímero do tipo graftizado, no qual há ramificações poliméricas de polietilenoglicol 4000 (PEG 4000) (figura 01) partindo do esqueleto principal da macromolécula de poli(metacrilato de metila) (PMMA) (figura 01), formada por monômeros de metacrilato de metila (MMA). Os polímeros, tanto os naturais quanto os sintéticos, são uma das classes de materiais mais versáteis e têm mudado o cotidiano por várias décadas com importantes aplicações principalmente nas áreas médica e farmacêutica (2,3,4).
Figura 1: Estrutura e Fórmula Molecular do polietilenoglicol PEG (1), onde n é o número de unidades de óxido de etileno; metacrilato de metila (2) e poli(metacrilato) de metila (3).
A aplicação de polímeros nos sistemas de liberação para se conseguir um controle temporal ou espacial da liberação do fármaco torna-os ferramentas de grande importância para tecnologia farmacêutica, pois melhora a biodisponibilidade e diminui possíveis efeitos colaterais. Este controle temporal e espacial da liberação é obtido pela interação fármaco-excipiente, que influencia no mecanismo de desintegração, liberação, absorção e biodisponibilidade do fármaco. A adsorção física do fármaco ao polímero ocorre devido a interações eletrostáticas; ligações de hidrogênio ou força de van der Waals; ligações químicas primárias, incluindo troca iônica, protonação e complexação que são irreversíveis (5). O desenvolvimento de polímeros com capacidade de formar sistemas de multipartículas, como microesferas e microcápsulas, no intuito de proteger, estabilizar e mascarar sabores indesejáveis dos fármacos também tem sido importante para promover a liberação gradual de fármacos (6).
O fármaco utilizado na pesquisa é o Naproxeno, cuja estrutura química encontra-se representada na figura 2. Consiste em um anti-inflamatório não esteroidal (AINE) com propriedades analgésicas, anti-inflamatórias e antipiréticas (7). A ação dos AINE consiste na inibição das enzimas COX, com consequente
diminuição da produção de prostaglandinas, combatendo, assim, a inflamação, a dor e a febre (8).
Figura 02: Estrutura molecular do fármaco Naproxeno.
O fármaco Naproxeno, assim como os demais pertencentes à classe dos AINE’s, pode, em qualquer momento durante o tratamento, provocar sangramento, úlcera ou perfuração gastrintestinal, independentemente da história pregressa de eventos gastrintestinais graves (7). Desta forma, ressalta-se a importância de desenvolver diferentes materiais poliméricos passíveis de serem utilizados na indústria farmacêutica, com o intuito de melhorar a biodisponibilidade do fármaco, reduzir os efeitos adversos e promover o bem estar do paciente.
MATERIAIS E MÉTODOS
1. Síntese do copolímero PMMA-g-PEG 4000:
Em um balão de fundo redondo de 25,00mL foram adicionados cerca de 5,00 gramas de polietilenoglicol 4000 (PEG 4000) e dissolvidos em 12,5mL de diclorometano. Adicionou-se, posteriormente, 0,35mL de metacrilato de metila (MMA) e 6,25x10-3 gramas de peróxido de benzoíla. Esse sistema reagiu por seis horas em banho de óleo a 80ºC, sob refluxo e agitação magnética. O conteúdo foi transferido para um béquer de 50,00mL e o diclorometano foi evaporado na estufa a 40ºC (9,10).
2.Síntese do copolímero halogenado: PMMA-g-PEG4000 HAL
Em um balão de fundo redondo foi adicionado 1,00g do copolímero e o mesmo solubilizado em 10mL de diclorometano. Foram adicionados 0,50mL de HCla mistura. O sistema foi aquecido em sistema de refluxo e banho-maria por 40 minutos. Em seguida a mistura foi vertida em um funil de separação para que a fase orgânica pudesse ser separada da aquosa. Após a separação de fases foram adicionados 5,00mL de NaHCO3 5%. A fase orgânica foi recolhida e o solvente evaporado em estufa a 40ºC, obtendo um produto sólido (9,10).
3. Síntese do copolímero esterificado: PMMA-g-PEG4000 EST
Em um balão de fundo redondo 2,00g do copolímero foram solubilizados em 10,00mL de diclorometano. Em um béquer foi preparada uma mistura com 0,10mL
de ácido sulfúrico concentrado e 7,00mL de ácido acético. Essa mistura foi adicionada ao balão contendo o copolímero solubilizado que foi colocado em um sistema de refluxo e banho-maria a 40ºC por 65 minutos. Depois de esfriar o conteúdo do balão foi transferido para um funil de separação e foram adicionados 10,00mL de água. A fase orgânica foi recolhida e colocada na estufa para secar a 40ºC(9,10).
4. Incorporação do Naproxeno aos copolímeros:
Para o processo de incorporação, foram preparadas duas fases, aquosa e orgânica.
Fase aquosa: em uma chapa aquecedora, colocou-se um béquer de
100,00mL contendo aproximadamente 40,00mL de água e quando esta atingiu a temperatura de aproximadamente 70°C, adicionou-se lentamente 0,12 gramas de polivinil álcool (PVA), sob agitação, até completa dissolução.
Fase orgânica: em outra chapa aquecedora, colocou-se aproximadamente
6,00mL de diclorometano em um béquer de 25,00mL. Quando o solvente alcançou a temperatura de aproximadamente 30ºC, foram adicionados 0,3 gramas do copolímero e 0,10 gramas de Naproxeno. Esse sistema foi mantido sob agitação até completa dissolução.
Após o preparo das duas fases, a fase aquosa foi vertida sobre a fase orgânica. A mistura foi submetida à agitação magnética, por quatro horas a uma temperatura de 35°C, sob refluxo. Em seguida, o produto foi levado à estufa a 40°C para evaporação. O processo de incorporação do fármaco Naproxeno em cada copolímero é igual, apenas substitui-se o derivado em que se deseja incorporar o fármaco. São mantidas as mesmas condições de reação e proporções dos reagentes e precursores.
Solução Tampão:
Empregou-se uma solução tampão constituída de fosfato dissódico (Na2HPO4) e fosfato monossódico (NaH2PO4), com pH de 7,2 (neutro), para o método de liberação. Obteve-se a liberação satisfatória do fármaco utilizando-se o pH especificado.
5. Caracterizações:
I. Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV): As análises de microscopia eletrônica de varredura foram realizadas no equipamento da marca Jeol, moleloJSM- 6510, do laboratório de Microscopia e Microanálises do DEGEO/EM –
Laboratório integrante da RMIc, Rede de Microscopia e Microanálises de Minas Gerais – FAPEMIG. Nas imagens, buscou-se verificar a formação de microesferas entre o fármaco e os copolímeros, utilizando como referência a eletromicrografia do fármaco puro e dos copolímeros não incorporados, para fins comparativos.
II. Espectroscopia na Região do Infravermelho (FTIR): A espectroscopia
de absorção no Infravermelho foi empregada com o objetivo de identificar os grupos característicos de cada amostra, a saber: fármaco Naproxeno e derivados do copolímero modificado incorporado com Naproxeno. Baseando-se na comparação dos espectros, é possível verificar se houve a modificação dos copolímeros e a incorporação do fármaco, pela observação de bandas características dos grupos funcionais adicionados pela modificação da cadeia polimérica e pela presença de bandas em comum com o fármaco. Os espectros apresentados nos resultados foram pesquisados na literatura e também obtidos experimentalmente no espectrômetro ThermoScientificNicolet 380 FTIR.
6. Curva Padrão:
Para determinação da curva padrão, prepararam-se cinco soluções com concentrações crescentes de cada copolímero modificado incorporado utilizando-se balões volumétricos de 10 mL, conforme descrito nas tabelas 1 e 2 abaixo.
Tabela 1: Concentrações e quantidades de tampão para a curva padrão para o copolímero PMMA-g-PEG4000 EST INCORP.
Solução Concentração
(mg.𝑚𝑚𝑚𝑚−1) Copolímero (mg) Solução Tampão (mL – q.s.p)
1 0,33 3,3 10
2 0,48 4,8 10
3 0,56 5,6 10
4 0,70 7,0 10
5 0,99 9,9 10
Tabela 2: Concentrações e quantidades de tampão para a curva padrãopara o copolímero PMMA-g-PEG4000 HAL INCORP.
Solução Concentração
(mg.𝑚𝑚𝑚𝑚−1) Copolímero (mg) Solução Tampão (mL – q.s.p)
1 0,21 2,1 10
2 0,47 4,7 10
3 0,55 5,7 10
4 0,78 7,8 10
Em seguida, realizou-se a leitura da absorbância de cada solução no espectrofotômetro de Ultravioleta nos comprimentos de onda: 262, 271, 316 e 331nm. A escolha dos comprimentos de onda foi embasada na monografia do fármaco Naproxeno presente na Farmacopeia Portuguesa VII e pela identificação experimental dos picos de absorbância durante varredura da solução do fármaco solubilizado no tampão. Os valores de concentração e absorbância foram registrados em uma planilha para construção das curvas padrão, apresentadas nos Resultados. As leituras realizadas no comprimento de onda de 316nm foram escolhidas, pois formaram uma curva padrão mais linear.
7. Liberação Controlada
A partir da curva padrão, foi escolhida uma concentração mais diluída para ser utilizada na liberação controlada, para evitar sinais exacerbados e picos de absorbância que levassem ao cálculo impreciso da concentração. Para a liberação, escolheu-se a concentração de 0,4mg/mL. Dessa forma, pesou-se 0,01 g (10,0 mg) de cada copolímero incorporado para preparação da solução com 25,00 mL de tampão. A cada 15 minutos uma alíquota da solução foi analisada no espectrofotômetro, começando pelo tempo de 0 (zero) hora. Dessa forma, as soluções de cada copolímero foram preparadas separadamente. As leituras de absorbância foram realizadas nos comprimentos de onda de 262, 271, 316 e 331 nm. Entretanto, em virtude da obtenção de uma curva padrão mais linear no comprimento de onda de 316 nm, foram apresentados apenas os valores de absorbância determinados no comprimento de onda 316 nm. O doseamento das alíquotas foi realizada a cada 15 min, durante 4 horas, para se obter uma curva de liberação com um perfil melhor de avaliação.
RESULTADOS E DISCUSSÃO 1. Caracterizações:
1.1. Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) I. Fármaco Naproxeno
Abaixo, encontram-se as eletromicrografias do fármaco Naproxeno puro, o qual demonstra um padrão particulado, com formação de pequenos cristais de formato irregular.
Figura 3: Eletromicrografias fármaco puro Naproxeno
II. PMMA-g-PEG 4000 EST INCORP
As fotomicrografias do copolímero PMMA-g-PEG 4000 EST INCORP demostram formação de numerosas microesferas bem definidas isoladas e na superfície da amostra, indicando que a incorporação foi satisfatória.
Figura 4: Eletromicrografias do PMMA-g-PEG 4000 EST INCORP
III. PMMA-g-PEG 4000 HAL INCORP
As fotomicrografias do copolímero PMMA-g-PEG 4000 HAL INCORP demonstram a formação de numerosas microesferas, de tamanhos variados, em meio à superfície rugosa do copolímero, o que indica que o fármaco foi incorporado consideravelmente no copolímero.
1.2. Espectroscopia na Região do Infravermelho (FTIR)
O Naproxeno é caracterizado por bandas de ácido carboxílico e anel aromático (figura 6). As vibrações próximas a 3030 cm-1 correspondem à ligação C-H de anel aromático, que pode estar obscurecida. A banda de 1.500 cm-1 indica C=C aromático e é normalmente forte. Nota-se o estiramento da carbonila (ânion
carboxilato) entre 1.550 e 1.630 cm-1. Além disso, está presente a banda
característica de C-O em 1.305 cm-1. Conforme a figura 6, os espectros dos
derivados do copolímero apresentam as seguintes bandas que indicam que a modificação da cadeia polimérica foi realizada: PMMA-g-PEG 4000 HAL INCORP: é possível visualizar estiramentos referentes ao halogênio (Cl) entre 800 e 600 cm-1. PMMA-g-PEG 4000 EST INCORP: apresenta bandas características de éster, C=O de éster entre 1.750 e 1.740 cm-1 e C-O de éster entre 1.300 e 1.050 cm-1.
Figura 6: Espectro de Infravermelho dos derivados do copolímero Halogenado e Esterificado.
Ao comparar os espectros dos copolímeros modificados com o do fármaco, observam-se: vibrações próximas à 3030 cm-1 que correspondem à ligação C-H de
anel aromático do fármaco; banda em 1.500 cm-1 que indica C=C aromático do
fármaco; estiramentos discretos referentes à carbonila entre 1.550 e 1.630 cm-1 e
banda característica de C-O em 1.305 cm-1 no espectro do fármaco. Portanto,
apesar de não apresentarem todas as bandas características do fármaco, há indicativos de que houve a incorporação do naproxeno pelos derivados do copolímero.
2. Curva Padrão
Os gráficos abaixo correspondem às curvas padrão obtidas a partir da leitura da absorbância em ultravioleta, no comprimento de onda 316nm, das cinco amostras de concentrações crescentes de cada um dos copolímeros incorporados com
naproxeno. Analisando-se os valores de R2, percebe-se que os copolímeros
possuem uma tendência de aumento linear na absorbância conforme aumento na concentração.
Figura 7: Curva padrão em 316nm do copolímero PMMA-g-PEG4000 EST INCORP y = 2,1784x - 0,6944 R² = 0,9913 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0 0,5 1 A bs orbâ nc ia Concentração (mg/mL) PMMA-g-PEG 4000 MODIFICADO Esterificado Esterificado 316 nm Linear (Esterificado 316 nm) y = 0,614x - 0,1043 R² = 0,9984 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0 1 2 A bs orbâ nc ia Concentração (mg/mL) PMMA-g-PEG 4000 MODIFICADO Halogenado Halogenado 316 nm Linear (Halogenado 316 nm)
3. Liberação Controlada
O cálculo da concentração do fármaco liberado, dosado a cada 15 min, foi feito a partir da equação linear resultante da curva padrão, em que foram substituídos os valores de absorbância (Y) para encontrar o valor da concentração (X). Abaixo, encontram-se as quatro curvas agrupadas em um só gráfico para fins comparativos.
Figura 8: Curva de liberação do fármaco naproxeno a partir dos copolímeros Esterificado e Halogenado.
Com base na análise das curvas de liberação, feitas no comprimento de onda 316nm, observa-se que os copolímeros PEG EST INCORP e PMMA-g-PEG HAL INCORP liberam o fármaco nos primeiros 30 minutos e mantém a concentração constante ao longo do tempo restante. Entretanto, copolímero PMMA-g-PEG EST INCORP libera maior quantidade de fármaco durante todo o período, favorecendo maior biodisponibilidade.
CONCLUSÃO
Os copolímeros PMMA-g-PEG EST INCORP e PMMA-g-PEG HAL INCORP apresentaram a formação de microesferas após incorporação do fármaco. Além disso, apresentam curvas padrão lineares e perfis de liberação controlada
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 0 50 100 150 200 250 CO NCENT RAÇÃO ( m g /m L ) TEMPO (min)
PERFIL DE LIBERAÇÃO DO FÁRMACO A PARTIR DOS COPOLÍMEROS MODIFCADOS (316 nm)
ESTERIFICADO HALOGENADO
desejáveis, sendo que o PMMA-g-PEG EST INCORP favorece a liberação de maior quantidade de fármaco inicial. Ambos apresentaram uma tendência a manter constante a concentração do fármaco em solução a partir dos 30 minutos iniciais de doseamento.
Ao comparar os espectros do fármaco e dos derivados do copolímero PMMA-g-PEG 4000, identificam-se bandas características em comum entre eles que confirmam a incorporação. Entretanto, a extensão da formação de microesferas e a qualidade do perfil de liberação foram diferenciados. Observa-se, portanto, que é possível modificar um polímero já existente e gerar derivados com potencial uso na indústria, com fins farmacêuticos. São necessários estudos mais aprofundados acerca do rendimento da síntese e da toxicidade celular, para averiguar a viabilidade de produção em larga escala e possível uso em humanos.
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STUDY OF THE CONTROLLED RELEASE OF THE DRUG NAPROXEN INCORPORATED IN THE PMMA-G-PEG4000 COPOLYMER DERIVATIVES
ABSTRACT
The polymers are synthetic, semisynthetic or natural macromolecules characterized by the covalent attachment of several smaller molecules in series, the monomers. They have intrinsic properties, such as the possibility of multiple intermolecular interactions, which allow their use in pharmaceutical formulations, aiming the formation of controlled release systems. The polymer under investigation is PMMA-g-PEG 4000, a copolymer of the graphed type. The drug used is Naproxen is a non-steroidal anti-inflammatory drug (NSAID) that can cause gastric discomfort, bleeding, ulcer or perforation in the gastrointestinal tract. After the synthesis of the copolymer, it is modified, giving rise to four derivatives. Thereafter, the drug is incorporated into the copolymer derivatives. The samples are characterized by Scanning Electron Microscopy (SEM) and Infrared Region Spectroscopy (FTIR). In addition, the release profile of each incorporated derivative is constructed by taking the absorbance readings on the Ultraviolet Spectrophotometer for four hours in buffer solution.
