liberação de ácido salicílico utilizando filmes de acetato de

LIBERAÇÃO DE ÁCIDO SALICÍLICO UTILIZANDO FILMES
DE ACETATO DE CELULOSE EM SISTEMAS
RESERVATÓRIO E MATRICIAL: EFEITO DO
PLASTIFICANTE E NÃO-SOLVENTE.
Rodrigo Cercená1*, Larissa Andreani2, Márcia M. Meier3, Valdir Soldi4.
Grupo de Estudos em Materiais Poliméricos (POLIMAT) Universidade Federal de Santa Catarina – UFSC 1
*[email protected]; 2 [email protected];4 [email protected];
Release of salicylic acid using cellulose acetate films in matrix and reservoir systems: effect of plasticizer and nonsolvent.
In this study, cellulose acetate (CA) films were cast with acetone as a solvent. Poly (caprolactone triol) (PCL-T) was
used as a plasticizer and water was added to the polymeric solution as a pore forming agent. The morphology was
characterized by scanning electron microscopy (SEM). The in vitro release rates of salicylic acid as a model drug
through the membranes were evaluated in phosphate buffer pH 7.4 at 37ºC using two different systems: matrix and
reservoir. The addition of poly(caprolactone triol) and water (a non-solvent), increased the film porosity, changing in
consequence, the drug-permeation and release profiles of salicylic acid.
Introdução
Recentemente, filmes de acetato de celulose foram estudados quanto as suas propriedades
térmicas, mecânicas e morfológicas, e aplicados como barreiras para controlar a liberação de
paracetamol1-3. Os perfis de permeação mostraram-se dependentes da quantidade de plastificante e
água (não-solvente). Neste estudo, ampliamos o uso de filmes de acetato de celulose para a
permeação de ácido salicílico, comparativamente ao paracetamol utilizado nos trabalhos anteriores.
Membranas e filmes preparados a partir de diferentes polímeros tais como poliestireno,
polipropileno e derivados de celulose têm sido usados para controlar a difusão de fármacos em
sistemas de liberação transdérmica4-8. Este sistema, idealmente, é um dispositivo que libera um
agente ativo quando e onde ele é necessário e num nível de concentração suficiente para gerar o
efeito esperado. De forma geral o sistema de liberação controlada transdérmico pode ser dividido
em duas grandes classes: sistemas matriciais e reservatórios. No sistema matricial o agente ativo é
homogeneamente disperso na matriz polimérica. Dependendo da afinidade entre o agente ativo e o
polímero empregado, pode-se obter um sistema onde o agente ativo encontra-se solúvel na matriz
polimérica ou em forma de partículas, influenciando o perfil de liberação do agente ativo. O sistema
reservatório é constituído por um reservatório de fármaco envolvido por uma matriz polimérica que
regula o processo de difusão. Portanto, a porosidade, a cristalinidade do polímero, a afinidade entre
o polímero e o agente ativo podem afetar o perfil de permeação2, 8-14.
Algumas vantagens em relação à administração oral são atribuídas a sistemas de liberação
transdérmica usando filmes poliméricos. A principal é a possibilidade de manter a liberação de um
fármaco por um longo período de tempo mantendo, por conseqüência, uma concentração plasmática
constante do fármaco no organismo. Outras vantagens são a diminuição da freqüência de
administração, adesão do paciente ao tratamento e diminuição de eventuais efeitos colaterais.
O ácido salicílico, utilizado neste estudo, apresenta propriedades analgésicas e
antiinflamatórias. Porém ele não é indicado para administração oral por causar irritação no
estômago e no trato digestivo, sendo favorável sua administração através de sistemas de liberação
transdérmica.
Experimental
Preparação dos filmes
Para o sistema reservatório foram preparados filmes a partir de soluções contendo 10% (m/v
polímero/solvente) de AC/ PCL-T nas proporções 100/0 e 80/20 (m/m) dissolvidos em acetona. As
soluções permaneceram sob agitação durante 24 h em frascos cuidadosamente vedados. Seis
mililitros das soluções foram colocados em placas de teflon e o solvente evaporado a temperatura
ambiente dentro de dessecadores, com o objetivo de evitar o contato das soluções com a umidade
relativa do ar, permanecendo sob vácuo durante 24 h para retirar resíduos de solvente. Uma segunda
e terceira séries de filmes de AC/PCL-T foram preparadas, entretanto neste sistema o solvente
utilizado foi uma mistura de acetona/água. As soluções polímeros/acetona/água (5,5/93,0/1,5
m/m/m) e (5,5/90,5/4,0 m/m/m) foram preparadas seguindo o método acima.
Os filmes utilizados para o sistema matricial foram preparados conforme descrito acima.
Após 24 h sob agitação, foram adicionados 10% do fármaco em relação à massa total do polímero,
e essa solução ficou sob agitação por mais 1 h. Seis mililitros das soluções foram colocados em
placas de teflon e o solvente evaporado a temperatura ambiente dentro de dessecadores, conforme
descrito anteriormente.
Análise morfológica
As superfícies e respectivas fraturas (fraturadas em N2 líquido) dos filmes de AC/PCL-T
densos e porosos, com adição ou não de ácido salicílico foram fixadas em suportes metálicos e
recobertas com uma fina camada de ouro utilizando um metalizador (P-S2 Diode Sputtering
System) de amostras. Os filmes foram observados num microscópio eletrônico de varredura (MEV)
Philips XL30.
Determinação da perda de massa, intumescimento e porosidade
Para a determinação da perda de massa, os filmes foram secos em estufa até peso constante,
sendo posteriormente colocados sob agitação em solução tampão (pH 7,4) à 37 ºC. Após 12 horas,
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os filmes foram novamente secos em estufa até peso constante e a perda de massa foi determinada
como a diferença entre as massas antes e depois das 12 horas em solução tampão.
Para o teste de intumescimento, os filmes foram secos até peso constante e colocados em
solução tampão (pH 7,4) a 37 ºC durante 24 horas. Depois deste período, os filmes foram secos com
papel absorvente para remover o excesso de água e pesados. A porcentagem de intumescimento foi
calculado pela equação 1,
onde mi e mf representam
a massa do filme seco e após o
intumescimento, respectivamente.
% int =
(mf
− mi )
x100
mi
(1)
A porosidade (ε) das membranas foi determinada de acordo com a equação 22.
ε=
(VT − VM )
(2)
VT
O volume aparente das membranas (VT) foi calculado a partir da espessura e da área
superficial da amostra. O volume total das membranas (VM) foi definido baseado na massa da
amostra e na sua densidade correspondente.
Liberação in vitro utilizando sistema reservatório
Neste experimento será avaliada a permeação do ácido salicílico através da membrana
polimérica. Os estudos de permeação foram realizados em triplicata utilizando uma célula de
difusão horizontal. O volume de cada compartimento é 7 ml, a área de difusão é 6,8 cm2 e a
espessura média dos filmes, determinados em cinco pontos diferentes da superfície, foi de ~ 75 µm.
Os filmes foram mantidos durante 1 hora em solução tampão (pH 7,4) à 37 ºC, sendo
posteriormente fixados entre os compartimentos doador e receptor da célula de permeação. Uma
solução saturada de ácido salicílico em pH 7,4 foi previamente termostatizada a 37 ºC e usada para
preencher o lado doador da célula, enquanto o lado receptor foi preenchido com solução tampão. O
sistema foi agitado horizontalmente, e em intervalos de tempo pré-estabelecidos a solução receptora
foi substituída por uma nova solução tampão. A concentração de ácido salicílico no lado receptor
foi determinada por absorbância a 296 nm (Espectrofotômetro Perkin Elmer, UV-VIS 11/Bio
Lambda).
Liberação in vitro utilizando sistema matricial
Para esse sistema será avaliada a liberação de ácido salicílico a partir do material adsorvido
na membrana polimérica. Os estudos de liberação foram realizados em triplicata com amostras de
~75 µm de espessura e 6,8 cm2 de área superficial. Essas amostras foram fixadas em frascos
vedados preenchidos com 120 ml de solução tampão (pH 7,4) e deixados sob agitação horizontal a
37 ºC. Alíquotas foram retiradas do meio de liberação em tempos pré-determinados e tiveram sua
absorbância medida a 296 nm (Espectrofotômetro Perkin Elmer, UV-VIS 11/Bio Lambda) para
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determinação da concentração de ácido salicílico. Após a medida de absorbância as alíquotas foram
devolvidas ao meio.
Resultados e Discussão
Sistema Reservatório
Influência da quantidade de não-solvente nas propriedades dos filmes de AC/PCL-T
Foram determinados valores de intumescimento para os filmes densos (0% de água) e
porosos (1,5% e 4% de água) de AC/PCL-T, e estes valores estão relacionados com o número de
poros e canais gerados devido a quantidade de água que foi adicionada durante a preparação do
filme.
Para filmes AC/PCL-T 80/20 com 0%, 1,5% e 4% de água, os valores de intumescimento
foram 2,4 ± 0,9 %, 2,8 ± 1,3 % e 81,9 ± 18,8 %, respectivamente. Estes resultados mostram que o
sistema com 4% de água tem uma porosidade maior em relação aos outros sistemas analisados. Este
comportamento pode ser explicado pelas micrografias das fraturas de filmes AC/PCL-T 80/20 sem
a adição de não-solvente (A), e 4% (B) de adição de água na solução polimérica, mostrados na
figura 1. Observa-se que no filme denso a estrutura é bastante compacta, enquanto que no filme
com 4% de água observa-se uma rede de poros e canais em sua estrutura.
(A)
(B)
Figura 1. Micrografias obtidas por MEV das fraturas dos filmes de AC/PCL-T 80/20 preparados na ausência de não-solvente (A), e com 4% (B)
de água.
A figura 2 mostra a porosidade e o perfil de permeação em relação a filmes de AC
preparados com diferentes quantidades de água na solução polimérica. Com o aumento da
quantidade de água utilizada na preparação dos filmes observa-se um aumento na sua porosidade. A
água gera uma estrutura porosa nos filmes de AC, já que é um não-solvente do sistema estudado,
promovendo a separação de fases de AC à medida que o processo de evaporação da acetona ocorre.
Anais do 9o Congresso Brasileiro de Polímeros
0,40
2,0
0,35
0,30
1,5
0,20
1,0
0,10
0,05
-5
0,15
P (x10 cm/s)
Porosidade
0,25
0,5
0,00
-0,05
0,0
0
2
4
% de água
Figura 2. Variação da porosidade e coeficiente de permeação de filmes de AC preparados com diferentes quantidades de água na solução polimérica.
O valor de coeficiente de permeação para o filme denso foi baixo, um resultado esperado já
que neste sistema não foi adicionado água (agente formador de poros). Apesar do aumento de
porosidade, o coeficiente de permeação não aumentou para o filme com 1,5% de água, concordando
com o valor de intumescimento determinado. Isso pode ser devido aos poros deste filme, que estão
isolados, dificultando a percolação do ácido salicílico. Já para o filme preparado com 4% de água
observou-se um valor relativamente alto de P, indicando que este sistema apresenta poros
interconectados, resultando em coeficientes de permeação maiores. 15
Influência da quantidade de PCL-T e do não-solvente nas propriedades dos filmes de AC
Os perfis de permeação do ácido salicílico através de filmes densos de AC e AC/PCL-T
80/20 estão mostrados na figura 3. Observou-se que o PCL-T influencia a permeação do fármaco, já
que a presença do plastificante reduz as interações polímero-polímero e aumenta a mobilidade das
cadeias poliméricas, como já citado anteriormente. Este fato leva a um aumento da permeação do
ácido salicílico.
A adição de PCL-T, portanto, é um fator que modifica a permeação do filme de AC. Além
disso, deve ser levado em conta que existe uma dissolução parcial de PCL-T em solução
tamponada. Enquanto o filme de AC perdeu apenas 0,2% de sua massa durante 12 h em solução
tampão, o filme de AC/PCL-T 80/20 perdeu 12,5% de sua massa total. Portanto, existe uma relação
entre a perda de massa dos filmes de AC/PCL-T e os valores de coeficiente de permeação.
Anais do 9o Congresso Brasileiro de Polímeros
0,55
AC/PCL-T 100/0
AC/PCL-T 80/20
0,50
0,45
0,35
2
Q (mg/cm )
0,40
0,30
0,25
0,20
0,15
0,10
0,05
0,00
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
Tempo (h)
Figura 3. Perfil de permeação de ácido salicílico através de filmes de AC puro e AC/PCL-T 80/20 preparados sem adição de água na
solução polimérica.
A presença de um não-solvente e do plastificante afeta o perfil de permeação dos filmes de
AC, e por esta razão estas duas variáveis foram combinadas. Os perfis de permeação do ácido
salicílico através de filmes de AC/PCL-T 80/20 e AC na presença de 1,5% e 4% de água na solução
polimérica são mostrados na figura 4.
Após 24 h, menos ácido salicílico foi permeado através dos filmes com 1,5% de água
quando comparados com os filmes com 4%. No entanto, o efeito do PCL-T foi maior nos filmes
preparados com 1,5% de água. Por exemplo, após 24 h, a permeação dos filmes com 20% de PCL-T
aumentou 60% para os sistemas com 1,5% de água e apenas 17% para os sistemas com 4% de água.
Estes resultados sugerem que a presença de 1,5% de água nos filmes de AC/PCL-T gera um
filme poroso, conforme observado pelo aumento da porosidade e pelo intumescimento. No entanto,
os poros deste filme estão isolados, mostrando que 1,5% de água é uma quantidade insuficiente para
gerar poros ou canais interconectados com a superfície dos filmes. Por outro lado, considerando que
mais fármaco é permeado através destes filmes quando comparados com os filmes densos, podemos
sugerir que as moléculas de ácido salicílico podem percolar através dos poros internos destes
filmes. Aparentemente, neste filme o fármaco é parcialmente permeado por difusão através da
matriz densa de AC/PCL-T (já que a quantidade de PCL-T influencia a permeação de fármaco
através dos filmes preparados com 1,5% de água) e parcialmente por percolação via a rede de poros
interna.
Nos filmes com 4% de água, a percolação através dos poros e canais é o principal fator na
permeação do fármaco, já que a quantidade de PCL-T não influenciou significativamente a
permeação de ácido salicílico através das membranas.
Anais do 9o Congresso Brasileiro de Polímeros
0,6
1,2
AC/PCL-T 100/0
AC/PCL-T 80/20
1,0
2
Q (mg/cm )
0,8
2
Q (mg/cm )
0,4
0,6
AC/PCL-T 100/0
AC/PCL-T 80/20
0,4
0,2
0,2
0,0
0,0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
Tempo (h)
Tempo (h)
(A)
(B)
Figura 4. Perfil de permeação de ácido salicílico através de filmes de AC puro e AC/PCL-T 80/20 preparados com adição de 1,5% (A) e 4% (B) de água na solução polimérica.
Sistema Matricial
Influência da quantidade de PCL-T e não-solvente nas propriedades dos filmes de AC
Na figura 5 são apresentados os perfis de liberação de ácido salicílico a partir de filmes
densos de AC e AC/PCL-T 80/20. Estes filmes liberaram no tempo total de 24 h 17,7 ± 0,04% (3,12
mg) e 18,3 ± 1,47% (3,29 mg), respectivamente, da quantidade total (18,00 mg) de fármaco
incorporado. Na primeira hora, as curvas demonstram uma liberação rápida de 56% (1,77 mg) e
99% (3,25 mg) do total de fármaco liberado para os filmes de AC e AC/PCL-T, sendo que a
liberação do restante do fármaco ocorreu em 23 h. Este comportamento inicial está associado à
quantidade de fármaco exposto ao líquido receptor (tampão fosfato). Como mostrado na figura 6,
existe uma pequena quantidade de ácido salicílico no estado cristalino distribuído sobre a superfície
do filme que foi, portanto, rapidamente solubilizado e liberado ao meio receptor. Também podemos
observar que a presença de PCL-T influencia no perfil de liberação dos filmes de AC.
Anais do 9o Congresso Brasileiro de Polímeros
20
Quantidade de AS liberado (%)
18
16
14
12
10
8
6
4
AC/PCL-T 100/0 denso
AC/PCL-T 80/20 denso
2
0
-2
-2
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
Tempo (h)
Figura 5. Perfil de liberação do ácido salicílico nos filmes densos de AC e AC/PCL-T 80/20.
(A)
(B)
Figura 6. Micrografias obtidas por MEV das superfícies dos filmes de AC (A) e AC/PCL-T 80/20 (B) com adição de ácido salicílico.
A maior parte do ácido salicílico, porém, encontra-se disperso molecularmente na matriz
polimérica, como mostrado pelas curvas de DSC na figura 7. Vemos que na curva do filme de AC
com adição de ácido salicílico não há a presença do pico de fusão do fármaco, porém observa-se
uma diminuição do valor de Tg para o filme de AC, indicando que moléculas de ácido salicílico
estão entre as cadeias de AC facilitando a sua mobilidade.
Anais do 9o Congresso Brasileiro de Polímeros
191
A
171
endo
endo
B
A - AC/PCL-T 100/0 denso
B - AC/PCL-T/AS 100/0/10 denso
80
100
120
140
160
180
200
Temperatura (ºC)
150
200
Temperatura (ºC)
(A)
(B)
Figura 7. Curvas de DSC obtidas para o ácido salicílico (A) e filmes de AC e AC com adição de ácido salicílico (B).
Na figura 8 são mostrados os perfis de liberação para filmes com adição de 1,5% de água
(A) e 4% de água (B). Observa-se que mais fármaco é liberado dos filmes com adição de 4% de
não-solvente. Os filmes de AC e AC/PCL-T 80/20 liberaram no tempo total de 24 h 37,6 ± 3,4%
(3,30 mg) e 38,6 ± 1,3% (3,38 mg), respectivamente, da quantidade total de fármaco incorporado.
Na primeira hora, as curvas demonstram uma liberação rápida de 76% (2,51 mg) e 96% (3,24 mg)
do total de fármaco liberado para os filmes de AC e AC/PCL-T 80/20, sendo que a liberação do
restante do fármaco ocorreu em 23 h. Já os filmes com 1,5% de não-solvente liberaram em 24 h
35,0 ± 2,3% (3,10 mg) e 25,5 ± 0,8% (2,24 mg), respectivamente, sendo que 47% (1,45 mg) e 98%
(2,20 mg) foram na primeira hora de liberação.
Nos filmes AC/PCL-T 80/20 para os três sistemas analisados quase todo o fármaco é
liberado nas primeiras horas de estudo. Isto ocorre porque a liberação é influenciada pela presença
de PCL-T, já que o ácido salicílico interage com maior intensidade com a PCL-T do que com o AC
por meio de ligações de hidrogênio. Portanto, quando a PCL-T é solubilizada na solução tampão (já
discutido anteriormente) o ácido salicílico é levado para o meio receptor, juntamente com a PCL-T.
Analisando-se apenas os filmes de AC com 1,5% de água e 4% de água, sem a adição de
PCL-T, vemos que a liberação é influenciada pela quantidade de água presente no sistema, ou seja,
o filme de AC com 4% de não-solvente libera uma quantidade maior de fármaco durante o mesmo
período de liberação.
Nos filmes AC e AC/PCL-T 80/20 com adição de 4% de água a liberação é influenciada
principalmente pela adição de água, e o efeito do PCL-T não é significativo. Já nos filmes com
1,5% de água, a liberação é influenciada tanto pelo efeito da água quanto pelo efeito do PCL-T.
Anais do 9o Congresso Brasileiro de Polímeros
250
50
Quantidade de AS liberado (%)
Quantidade de AS liberado (%)
40
30
20
AC/PCL-T/AS 100/0/10 1,5 %água
AC/PCL-T/AS 80/20/10 1,5 %água
10
0
40
30
20
AC/PCL-T/AS 100/0/10 4% água
AC/PCL-T/AS 80/20/10 4% água
10
0
0
5
10
15
20
25
30
0
5
Tempo (h)
10
15
20
25
Tempo (h)
(A)
(B)
Figura 8. Perfil de liberação de ácido salicílico através de filmes de AC puro e AC/PCL-T 80/20 preparados com adição de 1,5% (A) e 4%
(B) de água na solução polimérica.
Conclusões
Os resultados acima sugerem que o perfil de permeação e liberação do ácido salicílico
através dos filmes de AC podem ser modulados pelo uso de água como agente formador de poros e
poli(caprolactona triol) como plastificante. Efeitos tais como, a redução das interações polímeropolímero e a formação de pequenos poros e canais gerados pela dissolução parcial de PCL-T, são
responsáveis pelo processo de permeação e liberação do ácido salicílico.
Agradecimentos
Os autores agradecem a CAPES, CNPq e UFSC pelo apoio financeiro.
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30