Desenvolvimento de fibras eletrofiadas de acetato de celulose recobertas com quitosana contendo curcumina aplicadas em tratamentos cutâneos

Abstract

Este estudo tem por objetivo o desenvolvimento de membranas a base de quitosana contendo curcumina associada a copolímeros do tipo Pluronic para posterior recobrimento de fibras eletrofiadas de acetato de celulose com finalidade de tratamentos cutâneos. Assim, o trabalho foi dividido em quatro capítulos, sendo o primeiro uma introdução geral ao assunto, o segundo relata o estudo da curcumina (CUR) em diferentes solventes e sua interação com os copolímeros (PLU) P123 e F127 em meios aquosos e estado sólido por técnicas espectroscópicas e calorimétricas. Estudos de fluorescência demonstraram que a CUR interage mais com o P123 em comparação ao F127, quando em solução aquosa, e que o aumento da temperatura favorece a interação com ambos os copolímeros. O raio hidrodinâmico das partículas observadas por espalhamento de luz dinâmico demonstrou valores abaixo de 100 nm. Verificou-se por medidas de calorimetria diferencial de varredura (DSC) a CUR tem solubilidade máxima, no estado sólido, próximas a 15% (m/m) em ambos os copolímeros. O Capítulo III, mostra o desenvolvimento de membranas a base de quitosana (QTS) contendo CUR incorporada nos PLUs na proporção 80:10:10 m/m através da técnica de secagem de solvente. Os resultados mostram que a adição dos copolímeros aumenta o grau de intumescimento, permeação ao vapor de água e elongação máxima das membranas a base de QTS e diminuem a tensão máxima, módulo de elasticidade e ângulo de contato em comparação às membranas contendo CUR, mas sem a adição dos copolímeros. Ou seja, as membranas ficam menos rígidas e quebradiças. Testes de liberação in vitro indicam que a presença dos PLUs nas membranas aumenta a quantidade de curcumina liberada para ~70% quando avaliadas em solução tampão contendo Tween 80, demonstrando bons ajustes ao modelo cinético de Peppas-Sahlin. Estudos de permeação ex vivo em pele humana mostram que a CUR permanece retida em uma quantidade entre 5 e 10 vezes maior na epiderme em comparação com a derme e que enzimas podem estar associadas à lise da estrutura das membranas de QTS e a concomitante liberação da CUR verificadas por microscopia confocal. Testes microbiológicos mostraram que os géis usados na formação das membranas de QTS contendo CUR foram eficientes contra o crescimento de cepas de Staphiloccocus aureus e Pseudomonas aeruginosa em concentrações mínimas (MIC) de 25 e 100 mg mL-1, respectivamente. O desenvolvimento de fibras eletrofiadas de acetato de celulose (AC) e recobertas com as soluções filmogênicas de QTS foram objetos de estudo apresentados no Capítulo IV. Diferentes parâmetros instrumentais (distância agulha-coletor, voltagem e fluxo de solução) e de solução (concentração de polímero e mistura de solventes) foram abordados na tentativa de obter fibras com o maior tempo de continuidade possível. Dois recobrimentos diferentes foram avaliados: por spin coating e aspersão por aerógrafo. A combinação de fatores que demonstrou maior potencial de continuidade (~ 8 min) foi usando concentração de 11 % (m/m) de AC em mistura de acetona/[etanol/água] nas proporções 48/41[65/35], principalmente ao utilizar voltagem abaixo de 8,0 kV, distância entre 8,0 e 10,0 cm e fluxo de 4,0 mL h-1. O recobrimento das fibras de AC pelas soluções de QTS realizados através do aerógrafo proporcionou maior rendimento de deposição, uniformidade de aspersão e controle visual do processo.

Abstract: This study aims to develop curcumin-loaded chitosan/Pluronic-type copolymers membranes for coating of electrospun cellulose acetate fibers for wound healing applications. Thus, the work was divided into four chapters, which the first one contains a general introduction to the subject, the second chapter reports the study of curcumin (CUR) in different solvents and its interaction with the copolymers (PLU) P123 and F127 in aqueous media and solid state by spectroscopic and calorimetric techniques. Fluorescence studies have shown that CUR interacts more with P123 than with F127, when in aqueous solution, and that the increase in temperature favor interaction with both copolymers. The hydrodynamic radii of the particles observed by dynamic light scattering showed values below 100 nm. Differential scanning calorimetry (DSC) measurements showed that CUR has maximum solubility, in solid state, close to 15% (w/w) into both copolymers. Chapter III shows the development of chitosan-based (QTS) membranes containing CUR incorporated in the PLUs in the 8:10:10 (w/w) ratio using the casting method. The results showed that the addition of the copolymers to the formulations of QTS-based membranes increases the swelling degree, water vapor permeation and the elongation at break and decreases the tensile strength, Young?s modulus and contact angle compared to those containing CUR, but without the addition of copolymers. That is, the membranes are less rigid and brittle. In vitro release essays indicate that the presence of PLUs in QTS membranes increases the amount of curcumin released to ~70%, when evaluated in a phosphate buffer containing Tween 80, demonstrating good fits to the Peppas-Sahlin kinetic model. Ex vivo permeation studies on human skin showed that CUR permeates between 5 to 10 times more in the epidermis than the dermis, and that enzymes may be associated with the lysis of the QTS membranes structure and concomitant release of CUR, verified by confocal microscopy. Microbiological tests indicated that the gels used to form the CUR-loaded QTS membranes were efficient against the growth of Staphiloccocus aureus and Pseudomonas aeruginosa strains at minimum concentration (MIC) of 25 and 100 mg mL-1, respectively. The development of cellulose acetate (AC) electrospun fibers and then covered with QTS-film-forming solutions were evaluated in Chapter IV. Different instrumental parameters (needle-collector distance, voltage and solution flow) were approached in an attempt to obtain fibers with the highest continuity time as possible. Two different coatings were evaluated: spin coating and spray by airbrush. The factors combination that demonstrated the greatest potential of continuity (~8 min) was using 11% (w/w) of AC in an acetone/[ethanol/water] mixture in the proportions of 48/41[65/35], mainly when employed voltage below 8.0 kV, distance between 8.0 and 10.0 cm and flow of 4.0 mL h-1. The covering of the AC fibers by QTS solutions performed through the airbrush provided greater deposition yield, spray uniformity and process visual control.