Obtenção de filamentos de alginato de cálcio com revestimento de quitosana para aplicações biomédicas

Abstract

Fios de sutura são responsáveis por aproximar ou unir tecidos, auxiliando na cicatrização de feridas. Estes podem ser classificados em absorvíveis, que são degradados pelo organismo, ou não absorvíveis, que devem ser retirados após a cicatrização. Os fios de sutura absorvíveis são de grande interesse para diversas aplicações médicas, porém, existem poucas opções de materiais alternativos ao fio de origem animal, que apresentem elevada biocompatibilidade e provoquem baixa reação tecidual. Deste modo, o uso de polímeros naturais como o alginato e a quitosana, para o desenvolvimento de fios de sutura tem despertado grande interesse, pois além de serem absorvíveis estes materiais são biocompatíveis e possuem baixa toxicidade. Todavia, suas características mecânicas precisam ser melhoradas para possibilitá-las a esta aplicação. Este estudo teve como objetivo desenvolver filamentos de alginato, por meio da técnica de fiação a úmido, utilizando concentrações poliméricas de 2 e 2,5 % (m/v) e banhos de coagulação contendo cloreto de cálcio (CaCl2) em concentrações de 7,5 e 10 % (m/v). Os filamentos obtidos passaram por um revestimento posterior ao processo de fiação, utilizando uma solução de quitosana em concentração de 2,5 % (m/v), com adição de ZnO em concentração de 0,1 % (m/v). Caracterizações foram feitas com relação a densidade linear, absorção e perda de massa em água e resistência à tração. Com o objetivo de formar filamentos ativos, o fármaco anti-inflamatório diclofenaco de sódio foi incorporado na matriz de alginato ou no recobrimento de quitosana e a liberação in vitro em água a 37°C foi avaliada. Os resultados apontaram um aumento na densidade linear com o aumento da concentração de alginato e cloreto de cálcio. O revestimento de quitosana aparentou ter formado um complexo polieletrólito em associação com o alginato, sendo que sua adição melhorou características de tensão a ruptura, módulo de elasticidade e reduziu a ductilidade do material. A quitosana trouxe ao filamento maior capacidade de absorção e uma perda de massa reduzida. Os testes de liberação in vitro indicaram uma liberação mais lenta e prolongada e em maior quantidade quando o fármaco é inserido na matriz de alginato. Além de suas já conhecidas utilidades na área médica, filamentos de alginato de cálcio demonstram potencial aplicabilidade como fio de sutura, visto que a reticulação com íons cálcio permite modificar propriedades. Adicionalmente, o revestimento de quitosana associado a processos de estiramento pode melhorar as características mecânicas e contribuir com o desenvolvimento de um material com liberação prolongada de agentes terapêuticos.

Surgical sutures are responsible for closing wounds and aiding in healing. These can be classified as absorbable, which are degraded by the body, or non-absorbable, which must be removed after healing. Absorbable suture threads are of great interest for various medical applications, however, there are few options for alternative materials to animal thread which have high biocompatibility and cause low tissue reaction. Therefore, the use of natural polymers such as alginate and chitosan for the development of surgical suture has aroused great interest, because in addition to being absorbable, these materials are biocompatible and have low toxicity. However, their mechanical properties need to be improved to enable them for this application. This study aimed to develop alginate filaments, through the wet spinning technique, using polymeric concentrations of 2 and 2.5% (w/v) and coagulation baths containing calcium chloride (CaCl2) in concentrations of 7, 5 and 10% (m/v). The filaments obtained underwent a coating after the spinning process, using a chitosan solution at a concentration of 2.5% (w/v), with the addition of ZnO at a concentration of 0.1% (w/v). Characterizations were made with respect to the linear density, absorption and weight loss in water and tensile strength. With the aim of forming active filaments, the anti-inflammatory drug diclofenac sodium was incorporated into the alginate matrix or into the chitosan coating and the in vitro release in water at 37°C was evaluated. The results showed an increase in the linear density with the increase in the concentration of alginate and calcium chloride. The chitosan coating appeared to have formed a polyelectrolyte complex in association with the alginate, and its addition improved stress-at-rupture characteristics, modulus of elasticity, and reduced the ductility of the material. Chitosan brought greater absorption capacity to the filament and reduced mass loss. The in vitro release tests indicated a slower and more prolonged release and in greater amount when the drug is inserted into the alginate matrix. In addition to their well-known uses in the medical field, calcium alginate filaments demonstrate potential applicability as a surgical suture, since crosslinking with calcium ions allows for the modification of properties. In addition, the chitosan coating associated with stretching processes can improve the mechanical characteristics and contribute to the development of a material with prolonged release of therapeutic agents.