Desenvolvimento de hidrogéis responsivos ao pH para liberação in vitro da silimarina

Abstract

O trabalho de conclusão de curso teve por objetivo desenvolver um hidrogel responsivo ao pH, baseado em alginato de sódio e kappa-carragenana, com a incorporação de partículas de quitosana carregadas com silimarina, para a liberação controlada dessa substância em fluidos simulados gástrico e intestinal. Os hidrogéis são materiais poliméricos capazes de absorver fluidos e intumescer, conforme o meio que está inserido, o que os torna promissores em aplicações de liberação controlada de fármacos. A silimarina, comumente usada para tratar doenças hepáticas, possui limitações de biodisponibilidade e solubilidade, problemas que podem ser minimizados com a encapsulação em hidrogéis, que garantem a liberação em ambientes específicos, como no fluido intestinal. Para isso, foram desenvolvidos beads de hidrogel com e sem silimarina. Caracterizações químicas, térmicas e morfológicas foram realizadas a fim de observar as interações entre os componentes do hidrogel. A análise morfológica pela Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) mostrou a presença de superfície irregular e para os hidrogéis sem a silimarina, e superfícies mais densas para os hidrogéis com silimarina. As análises de Espectroscopia de Infravermelho por Transformada de Fourier com Reflectância Total Atenuada (ATR-FTIR) confirmaram a presença das bandas características da silimarina, nos hidrogéis contendo sua incorporação, e para todos hidrogéis, as bandas dos polímeros foram vistas deslocadas, devido às reticulações presentes nos hidrogéis. A análise termogravimétrica (TGA) revelou boa estabilidade térmica do hidrogel e também da silimarina, o que é essencial para a aplicação farmacêutica. Nos testes de intumescimento, os hidrogéis demonstraram uma pequena alteração de massa em pH ~1,2, que simulava o meio gástrico, e um intumescimento significativo em pH ~7,0, que simulava o meio intestinal, com variações de 59% a 1423% em temperatura de 25 °C (ambiente) e 37 °C (temperatura corporal). Na liberação in vitro, observou-se que a liberação da silimarina foi mais eficiente a 37 °C do que a 25 °C, pois a liberação máxima em 25 °C ficou abaixo de 60% e em 37 °C chegou a 99,99%, em ambos os hidrogéis. Cinco modelos cinéticos foram testados a fim de analisar a liberação da silimarina. Os modelos que mais se adequaram para o hidrogel, com as partículas reticuladas com tripolifosfato de sódio, contendo silimarina, foram os de Higuchi, Korsmeyer-Peppas e Primeira Ordem. E para o hidrogel com as partículas reticuladas com sulfato de sódio, contendo silimarina, foram Higuchi, Korsmeyer-Peppas, Primeira Ordem e Hixson-Crowell. Os resultados mostram o potencial dos hidrogéis como veículo de liberação específica da silimarina no ambiente intestinal.

The objective of the final thesis was to develop a pH-responsive hydrogel based on sodium alginate and kappa-carrageenan, incorporating chitosan particles loaded with silymarin for the controlled release of this substance in simulated gastric and intestinal fluids. Hydrogels are polymeric materials capable of absorbing fluids and swelling depending on the medium, making them promising for controlled drug release applications. Silymarin, commonly used to treat liver diseases, has limitations in bioavailability and solubility, problems that can be mitigated by encapsulation in hydrogels, ensuring release in specific environments, such as intestinal fluid. For this purpose, hydrogel beads with and without silymarin were developed. Chemical, thermal, and morphological characterizations were performed to observe the interactions between the hydrogel components. Morphological analysis by Scanning Electron Microscopy (SEM) showed irregular surfaces in hydrogels without silymarin and denser surfaces in hydrogels with silymarin. Attenuated Total Reflectance Fourier Transform Infrared Spectroscopy (ATR-FTIR) analyses confirmed the presence of characteristic silymarin bands in hydrogels containing it, and polymer bands in all hydrogels were observed shifted due to the crosslinking present. Thermogravimetric analysis (TGA) revealed good thermal stability of both the hydrogel and silymarin, essential for pharmaceutical applications. In swelling tests, hydrogels demonstrated minimal mass change at pH ~1.2, simulating the gastric environment, and significant swelling at pH ~7.0, simulating the intestinal environment, with variations from 59% to 1423% at 25 °C (room temperature) and 37 °C (body temperature). In vitro release tests showed that silymarin release was more efficient at 37 °C than at 25 °C, with maximum release below 60% at 25 °C and up to 99.99% at 37 °C in both hydrogels. Five kinetic models were tested to analyze silymarin release. The most suitable models for the hydrogel with sodium tripolyphosphate crosslinked particles containing silymarin were Higuchi, Korsmeyer-Peppas, and First-Order. For the hydrogel with sodium sulfate crosslinked particles containing silymarin, the best-fit models were Higuchi, Korsmeyer-Peppas, First-Order, and Hixson-Crowell. The results demonstrate the potential of hydrogels as a vehicle for the specific release of silymarin in the intestinal environment.