Um método de congelamento-descongelamento para preparar chitosan-poly (álcool de vinil) hidrogéis sem agentes crosslinking e estudos de liberação diflunisal
14 de janeiro de 2020
O método de congelamento-descongelamento é usado para produzir hidrogéis quitosan-poli (álcool de vinil) sem agentes de crosslinking. Para este método, é importante considerar as condições de congelamento (temperatura, número de ciclos) e razão de polímero, que podem afetar as propriedades e aplicações dos hidrogéis obtidos.
Este protocolo é significativo porque nosso método de congelamento é um processo adequado para preparar hidrogéis biocompatíveis para uso em aplicações biomédicas, farmacêuticas ou cosméticas. A principal vantagem deste método é que ele não usa agentes químicos de crosslinking que podem causar um defeito de nascimento. Além disso, a condição de congelamento utilizada neste método controla a propriedade final de hidrogéis, como graus.
Este método pode ser aplicado a hidrogéis com outras aplicações. Isso é usado para tratar a poluição da água. De fato, poderia ser usado para produzir contas de polímero usadas como recipiente de água para uma nova cultura.
É importante homogeneizar completamente a solução de polímero que ele mede. Caso contrário, os hidrogéis apresentarão pontos de rachaduras. Além disso, você deve ter cuidado com os tempos de congelamento em cada ciclo.
Para iniciar este procedimento dissolva 0,2 gramas de chitosan e 10 mililitros de ácido acético molar de 0,1 à temperatura ambiente e mantenha a agitação mecânica contínua durante a noite para preparar uma solução de 2% de chitosan. No dia seguinte, dissolva um grama de PVA e 10 mililitros de água destilada e mexa a 80 graus Celsius por uma hora. Use um agitador magnético para misturar uma quantidade igual de ambas as soluções à temperatura ambiente até que sejam homogêneas.
Despeje as misturas nas placas de Petri. Deixe as amostras em pressão atmosférica por duas horas para desgas. Congele os hidrogéis a menos quatro graus Celsius, menos 20 graus Celsius, ou menos 80 graus Celsius por 20 horas e quatro ciclos.
Congele outro hidrogel a menos 80 graus Celsius por 20 horas usando cinco ou seis ciclos de congelamento. Após o terceiro ciclo de congelamento, lave os hidrogéis com água deionizada. No final do último ciclo de congelamento, o congelamento dos hidrogéis a menos 50 graus Celsius por 48 horas e mexa para uma caracterização adicional.
Quando estiver pronto para realizar a caracterização FT-IR coloque um pequeno pedaço de hidrogel no espectrofotômetro FT-IR no modo ATR. Pegue o espectro FT-IR de 4000 a 600 comprimentos de onda. Primeiro, corte os discos do hidrogel de 13 milímetros de diâmetro e 10 milímetros de altura.
Pesá-los. Incubar os discos em 50 mililitros de água deionizada a 25 graus Celsius enquanto treme. A cada 30 minutos remova a amostra do meio.
Borre a amostra para eliminar qualquer excesso de água e pesá-la. Em seguida, calcule o grau de inchaço e realize microscopia eletrônica e assimetria porosa, conforme descrito no protocolo de texto. Antes de carregar, prepare quatro litros de solução Diflunisal a 15 miligramas por litro e mexa durante a noite.
Confirme a concentração da solução pela Espectroscopia UV-Vis. Em seguida, incha 400 miligramas de amostras de hidrogel seco congelado e seis mililitros de água destilada por 24 horas. Para carregar, encha um frasco com 50 mililitros de solução Diflunisal e mantenha a 25 graus Celsius com agitação constante.
Submergir cada hidrogel inchado no frasco. Em seguida, tome 2 alíquotas mililitros da solução Diflunisal restante em diferentes momentos, a fim de determinar a região do planalto da curva. Depois de 24 horas, substitua a solução por uma nova.
Meça a absorção de cada alíquota em 252 nanômetros e determine a concentração de Diflunisal presente na solução utilizando a curva de calibração do Diflunisal. Determine a quantidade de Diflunisal retido no hidrogel e a eficiência de encapsulamento conforme descrito no protocolo de texto. Em seguida, congele os hidrogéis carregados a menos 80 graus Celsius e liofilize-os a menos 50 graus Celsius.
Para a liberação de drogas, submerse 300 miligramas de hidrogéis secos congelados carregados por Diflunisal e 50 mililitros de tampão fosfato em pH 7,4 e a 25 graus Celsius. Mantenha a agitação constante. Retire duas alíquotas mililitros em momentos diferentes e substitua por meio fresco para manter um volume constante.
Determine o Diflunisal liberado espectotometricamente a 252 nanômetros de acordo com uma curva de calibração. Depois disso, deduza o mecanismo predominante de liberação de drogas nos hidrogéis, conforme descrito no protocolo de texto. Aqui os hidrogéis CSPVA são preparados sem agentes de crosslinking usando um método de descongelamento de congelamento.
O espectro FT-IR mostra sete sinais característicos de ambos os polímeros. Todos os hidrogéis CSPVA apresentam uma superfície altamente porosa e mudanças distintas são observadas de acordo com as condições de preparação. Hidrogéis preparados a menos quatro graus Celsius apresentam os maiores poros.
Os hidrogéis preparados a menos 80 graus Celsius parecem ter uma rede mais porosa e o número de ciclos de congelamento parece promover poros mais definidos e circulares. No entanto, hidrogéis preparados com seis ciclos de congelamento a menos 80 graus Celsius mostram menos permeabilidade do que aqueles preparados com quatro ciclos de congelamento a menos 80 graus Celsius provavelmente devido à sua alta tortuosidade, o que se refletiu no menor volume total de intrusão. No comportamento do inchaço, os hidrogéis absorvem rapidamente grandes quantidades de água, retendo dez vezes seu peso durante as primeiras cinco horas e até 15 vezes o seu peso após 20 horas.
Ao observar o efeito da temperatura, observa-se que o hidrogel preparado com quatro ciclos de congelamento a menos 80 graus Celsius mostra menos capacidade de inchaço nas primeiras cinco horas. O número de ciclos de congelamento não é visto para criar diferenças a qualquer momento. A cinética liberação de Diflunisal a partir de hidrogéis é mantida por cerca de 30 horas em todos os casos com o hidrogel preparado com quatro ciclos de congelamento a menos 80 graus Celsius, liberando a maior quantidade.
Não há diferença na liberação entre o hidrogel preparado com quatro ciclos de congelamento a menos 80 graus Celsius e o hidrogel preparado com seis ciclos de congelamento a menos 80 graus Celsius. A coisa mais importante a se lembrar ao tentar este procedimento são as condições de congelamento. Você deve partir de quase três ciclos de congelamento para obter um hidrogéis completos e formados.
Este método poderia ser combinado com a cultura celular para avaliar a biocompatibilidade in vitro. Também pode ser combinado com estudos de degradação. Após o desenvolvimento desses procedimentos percebemos que poderíamos explorar a possibilidade de incorporar outros polímeros à mistura ou mesmo compostos naturais, como aloe vera.
Isso nos permitiria incorporar novas propriedades nesses materiais.
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Visão Geral
O método de congelamento-descongelamento é um processo importante para a produção de hidrogéis biocompatíveis de quitosana-poli(álcool vinílico) sem agentes de reticulação química. Este método é fundamental para controlar as propriedades e aplicações dos hidrogéis, tornando-os adequados para diversas utilizações biomédicas, farmacêuticas e cosméticas.
Componentes Principais do Estudo
Área de Ciência
- Biomateriais
- Hidrogéis
- Aplicações Biomédicas
Antecedentes
- O método de congelamento-descongelamento evita o uso de agentes químicos de reticulação prejudiciais.
- É importante otimizar as condições de congelamento para obter as propriedades desejadas do hidrogel.
- Este método pode ser adaptado para diversas aplicações, incluindo o tratamento de água.
- Os hidrogéis produzidos podem ser utilizados em áreas variadas, como farmacêutica e cosméticos.
Objetivo do Estudo
- Desenvolver um método para a criação de hidrogéis biocompatíveis.
- Explorar os efeitos das condições de congelamento nas propriedades dos hidrogéis.
- Investigar aplicações potenciais dos hidrogéis em diferentes indústrias.
Métodos Utilizados
- Ciclos de congelamento-descongelamento para criar hidrogéis.
- Ajuste das proporções de polímeros para modificar as características dos hidrogéis.
- Avaliação da biocompatibilidade dos hidrogéis produzidos.
- Teste dos hidrogéis para diversas aplicações, incluindo o tratamento de poluição da água.
Resultados Principais
- Os hidrogéis produzidos foram biocompatíveis e adequados para aplicações biomédicas.
- As condições de congelamento influenciaram significativamente as propriedades dos hidrogéis.
- O método demonstrou versatilidade para outras aplicações, como o tratamento de água.
- Os hidrogéis podem ser usados para criar microesferas poliméricas para novos sistemas de cultura.
Conclusões
- O método de congelamento-descongelamento é eficaz para produzir hidrogéis de quitosana-poli(álcool vinílico).
- Essa abordagem elimina a necessidade de agentes de reticulação química, aumentando a segurança.
- Pesquisas futuras podem expandir as aplicações desses hidrogéis em diversas áreas.
Perguntas Frequentes
Relevância Executiva para a Indústria
O método de congelamento-descongelamento permite a produção de hidrogéis biocompatíveis de quitosana-poli(álcool vinílico) sem agentes de reticulação tóxicos, atendendo a preocupações de segurança no desenvolvimento de materiais farmacêuticos. Ao controlar a temperatura de congelamento e o número de ciclos, os pesquisadores podem ajustar a porosidade do hidrogel, a capacidade de inchamento e os perfis de liberação de fármacos para um desempenho previsível em sistemas de liberação de medicamentos. Esta abordagem favorece a triagem em estágios iniciais de formulação, fornecendo uma plataforma ajustável e reprodutível para avaliação de veículos baseados em polímeros.
Aplicações Estratégicas em P&D de Biotecnologia Farmacêutica
Descoberta Inicial e Validação de Alvo
- Valor Científico: Permite o desbloqueio mecanicista de sistemas de liberação baseados em hidrogéis, isolando o efeito das condições de congelamento sobre as propriedades do material.
- Valor Operacional: Fornece um processo padronizado e livre de reagentes para gerar lotes consistentes de hidrogéis para avaliações preliminares de biocompatibilidade e carregamento de fármacos.
Triagem e Desenvolvimento de Ensaios
- Valor Científico: Gera hidrogéis com cinética quantificável de inchamento e liberação de fármacos adequada para avaliação em alto rendimento da eficiência de encapsulação de diflunisal.
- Valor Operacional: Apoia a reprodutibilidade do ensaio por meio de parâmetros controlados de congelamento-descongelamento que minimizam a variabilidade entre lotes na estrutura dos poros e no comportamento de inchamento.
Pesquisa Translacional e Pré-clínica
- Valor Científico: Demonstra liberação sustentada de diflunisal por 30 horas por meio de mecanismos mediados por difusão, apoiando a modelagem preditiva do desempenho in vivo.
- Valor Operacional: Permite decisões de avanço ajustadas ao risco ao correlacionar condições de congelamento com perfis de liberação do fármaco e integridade do hidrogel.
Integração de Pipeline e Fluxo de Trabalho
Este método insere-se na fase inicial da descoberta, na qual a formulação do hidrogel orienta a identificação de compostos promissores e a avaliação pré-clínica de sistemas de liberação de fármacos.
- Biologia da Descoberta: Apoia a verificação de hipóteses sobre como as propriedades dos materiais influenciam a cinética de liberação de fármacos e a biodisponibilidade.
- Triagem: Oferece plataformas reprodutíveis de hidrogéis com resultados mensuráveis de inchamento e liberação para triagem de formulações de compostos.
- Análises: Fornece dados quantitativos de porcentagem de inchamento e liberação de fármacos que permitem comparação entre variáveis de formulação.
- Pesquisa Translacional: Conecta o design de hidrogéis à continuidade pré-clínica por meio de perfis demonstrados de retenção e liberação de fármacos.
- Reutilização Empresarial: Estabelece um método reutilizável e não tóxico de produção de hidrogéis aplicável a múltiplos candidatos a fármacos e sistemas poliméricos.
Impacto Operacional e Empresarial
- Valor Científico: Confiança preditiva no comportamento de liberação do fármaco por meio de modelagem mecanicista (Korsmeyer-Peppas, Higuchi) e redução da ambiguidade na formulação.
- Valor Operacional: Padronização e escalabilidade por meio de condições definidas de congelamento e números de ciclos que garantem consistência entre lotes.
- Valor Estratégico: Tomada de decisões mais eficaz sobre prosseguir ou não com o desenvolvimento, permitindo a avaliação precoce da capacidade de carregamento do fármaco e da cinética de liberação, sem o uso de agentes de reticulação citotóxicos.
- Impacto no Portfólio: Priorização ajustada ao risco de formulações de hidrogéis com base em perfis de inchamento e liberação ajustáveis, alinhados aos requisitos terapêuticos.
Considerações sobre a Implementação
- Requer experiência na preparação e homogeneização de soluções poliméricas para evitar pontos de fissuração em hidrogéis.
- Depende do controle preciso de temperatura (-4°C, -20°C, -80°C) e do tempo (20 horas por ciclo) para resultados reprodutíveis.
- Necessita padronização dos ciclos de congelamento-descongelamento (4–6) e das etapas de pós-processamento (lavagem, liofilização) entre as equipes.
- As considerações para adaptação incluem o ajuste das proporções poliméricas e dos parâmetros de congelamento para diferentes moléculas de fármacos ou aplicações biomédicas.
- As limitações práticas incluem a necessidade de tempo prolongado de processamento (múltiplos ciclos de 20 horas) e manipulação cuidadosa durante a liofilização para manter a integridade do hidrogel.
