CARACTERIZAÇÃO DE MEMBRANAS ASSIMÉTRICAS DE

PIBIC-UFU, CNPq & FAPEMIG
Universidade Federal de Uberlândia
Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação
DIRETORIA DE PESQUISA
CARACTERIZAÇÃO DE MEMBRANAS ASSIMÉTRICAS DE ACETATO
DE CELULOSE A PARTIR DA RECICLAGEM QUÍMICA DO BAGAÇO DE
CANA-DE-AÇUCAR COMO SISTEMA PARA LIBERAÇÃO CONTROLADA
DE DROGAS
Sabrina Dias Ribeiro1
Universidade Federal deUberlândia
[email protected]
Guimes Rodrigues Filho2
[email protected]
Daniel Alves Cerqueira3
[email protected]
Carla Meireles da Silva3
[email protected]
Resumo: Nesse trabalho estudou-se a liberação da doxiciclina, usando como matrizes, membranas
de triacetato de celulose, que foram produzidas a partir da reciclagem química do bagaço de canade-açúcar. O triacetato de celulose foi produzido a partir de uma acetilação homogênea, em que o
anidrido acético é utilizado como agente acetilante, o ácido acético como solvente e o ácido
sulfúrico como catalisador. A liberação da doxiciclina foi estudada utilizando análise
espectrofotométrica na região do Ultravioleta-Visível. As matrizes produzidas apresentaram
liberação máxima de doxiciclina no intervalo entre 2 e 4 horas, chegando a aproximadamente 90%
de liberação da droga.
Palavras-chave: Doxiciclina, triacetato de celulose, bagaço de cana-de-açúcar, liberação controlada, membra
da, membrana.
1. INTRODUÇÃO
A celulose que é um dos mais importantes polímeros naturais existentes e é a maior
constituinte das plantas. É um polissacarídeo formado por unidades do monossacarídeo β-D-glicose,
que se ligam entre si através dos carbonos 1 e 4 dos anéis glicosídicos, dando origem a um polímero
linear. Possui seu uso limitado pelo fato de ser pouco acessível a solventes e reagentes mais comuns
(Meireles, C.S., 2007).
Para dissolver a celulose recorre-se à produção de derivados, que podem ser dissolvidos
mais facilmente que a celulose (Meireles, C.S., 2007). O derivado estudado nesse trabalho é o
acetato de celulose, que pode ser produzido a partir das reações de acetilação, pelas rotas
homogênea e heterogênea. Ambos os métodos de acetilação se constituem na reação da celulose
com uma mistura de ácido acético e anidrido acético, na presença de ácido sulfúrico ou perclórico
como catalisador (Rodrigues Filho, G., 2000 e Rodrigues Filho, G., 2005).
Os resíduos agroindustriais são importantes fontes de celulose. O Grupo de Reciclagem de
Resíduos Poliméricos Industriais e Urbanos tem explorado os derivados desse polímero, como o
acetato de celulose a partir de distintas fontes como bagaço de cana-de-açúcar, caroço de manga e
jornal (Rodrigues Filho, G., 2005; Cerqueira, D. A., 2007; Cerqueira, D.A., 2008; Rodrigues Filho,
G., 2007; Rodrigues Filho, G.,2009; Ribeiro, S.D., 2008; Mundin, E. A. 2008 e Rodrigues Filho, G.
2008). A otimização do método de acetilação foi estudada, levando primeiro a metodologia de 24
horas e posteriormente a de 14 horas de acetilação, sendo que essa última apresentou melhores
1- Acadêmica do curso de Química; 2 – Orientador; 3 – Co-Orientador
resultados (Cerqueira, D.A., 2007), sendo possível obter material com maior massa molecular, e
assim membranas finais mais resistentes, do ponto de vista mecânico.
Na área de fármacos, uma vez que os polímeros ganharam importância, o acetato de celulose
se destaca na indústria farmacêutica como encapsulantes e sistema de liberação controlada de
drogas (Geever, L.M., 2008). No entanto a literatura não apresenta trabalhos em que se avalia o
potencial de materiais reciclados a partir da biomassa para a utilização neste tipo de prática.
A tecnologia de liberação controlada de fármacos representa uma das fronteiras da ciência, a
qual envolve diferentes aspectos multidisciplinares e pode contribuir muito para o avanço da saúde
humana. Os sistemas de liberação, freqüentemente descritos como “drug delivery systems”,
oferecem inúmeras vantagens quando comparados a outros de dosagem convencional (Azevedo, M.
M. M., 2002). O tratamento usual demonstra alguns inconvenientes, como concentração insuficiente
do fármaco, a necessidade de várias dosagens sucessivas, o que pode fazer com que a concentração
do fármaco atinja o nível tóxico e por consequência causar efeitos colaterais como
hipersensibilidade e problemas gastrointestinais (Govender, S., 2005). O objetivo dos sistemas de
liberação controlada é manter a concentração do fármaco entre estes dois níveis por um tempo
prolongado, utilizando-se de uma única dosagem, como é visto na figura 1 (Azevedo, M. M. M.,
2002).
Figura 1: Perfis de liberação de drogas em função do tempo: convencional x controlada.
O fármaco utilizado no presente trabalho é a doxiciclina, medicamento usado no tratamento de
periodontite e gengivite (Meier, M. M., 2004; Carranza, F. R., 1990) A doxiciclina mostrada na figura
2 é um derivado sintético da oxitetraciclina. Ela é um bacteriostático que inibe a síntese da proteína
bacteriana devido à perturbação do RNA transportador e RNA mensageiro nos sítios ribossomais
(Toledo, L. C., 2007).
Figura 2: Estrutura química da doxiciclina hidroclorídrica (Toledo, L. C., 2007).
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Em trabalhos anteriores do nosso grupo, verificou–se a incorporação da doxiciclina e a não
citotoxicidade das membranas (Cerqueira, D. A., 2008; Rodrigues Filho, G., 2007; Rodrigues Filho,
G., 2009; Ribeiro, S.D., 2008). Nesse trabalho estudou-se a liberação da doxiciclina de membranas
de triacetato de celulose, produzidas a partir da reciclagem química do bagaço de cana-de-açúcar.
2. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
2.1. Purificação do bagaço de cana-de-açúcar
Adicionou-se a 4,0 g de bagaço seco e moído 100,0 mL de água destilada. Após 24 horas o
bagaço foi filtrado. Adicionou-se 100,0 mL de hidróxido de sódio 0,25 mol L-1 ao bagaço, e após
18 horas a mistura reacional foi filtrada. O bagaço foi colocado em refluxo com três porções
sucessivas de uma mistura 20/80 v/v de ácido nítrico e etanol. A cada hora a mistura reacional foi
trocada, sendo que na primeira troca o bagaço é lavado antes do segundo refluxo. Após o refluxo a
mistura foi filtrada e lavada com água destilada até que a solução da lavagem estivesse incolor. O
bagaço foi colocado para secar em estufa a 105° C durante 3 horas. Depois de seco, o bagaço foi
triturado em um liquidificador.
2.2. Produção de triacetato de celulose
Adicionou-se 50,0 mL de ácido acético glacial a 2,0 g de bagaço purificado. Agitou-se por
30 minutos em temperatura ambiente. Em seguida adicionou-se uma solução contendo 0,16 mL de
H2SO4 concentrado em 18,0 mL de ácido acético glacial e agitou-se por 25 min. em temperatura
ambiente. Filtrou-se a mistura e colocou-se o bagaço num frasco. Ao filtrado adicionou-se 64,0 mL
de anidrido acético, agitou e retornou-se o filtrado ao frasco inicial com o bagaço. A solução foi
agitada por mais 30 min. e deixada em repouso. Após 14 horas a solução foi filtrada em um funil de
placa porosa com o kitassato contendo certa quantidade de água destilada para que se formasse o
precipitado. Filtrou-se a mistura a vácuo lavando com água destilada até a neutralização. O material
foi seco em estufa por 2h a 70° C.
2.3. Produção das membranas e liberação de doxiciclina
As membranas foram produzidas a partir de soluções de triacetato de celulose, contendo 5%
(m/m) de doxiciclina e uma mistura de solvente de diclorometano/ metanol (9:1). A solução foi
espalhada em uma placa de vidro com auxílio de um espalhador com abertura de 200 μm. O tempo
de evaporação do solvente foi de 2,5 minutos. Em seguida a placa com a membrana foi colocada
dentro de um recipiente contendo água destilada e gelo, banho do não solvente. O estudo de
incorporação foi feito utilizando análise espectrofotométrica na faixa do Ultravioleta-Visível (UV250 1 PC Shimadzu) de amostras do banho de não solvente no comprimento de onda 275 nm. Logo
após na liberação da doxiciclina utilizou-se um banho termostatizado MA 184 Marconi, a 36,5 °C.
Foi preparada uma solução tampão fosfato com pH 7,2. As membranas foram pesadas e medidas e o
tamanho padrão foi 2 cm2. A liberação foi controlada a cada hora. O estudo da liberação foi feito
usando análise espectrofotométrica na região do Ultravioleta-Visível (UV-250 1 PC Shimadzu) de
amostras da solução que continha as membranas utilizadas. Para determinar a correlação entre a
absorvância aferida e a concentração de doxiciclina na solução tampão utilizada na liberação, foi
necessária a construção de uma curva de calibração. Usou-se soluções com concentração que
variam de 1. 10-5 a 5. 10-5 mol L-.
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3. RESULTADOS E DISCUSSÃO
Em um trabalho anterior (Ribeiro, S. D., 2008) mostrou-se que a partir da metodologia
utilizada para a produção dessas membranas obtém-se uma incorporação média de 75% de
doxiciclina em relação à quantidade adicionada inicialmente, o que corresponde, portanto a 63,43
mg de doxiciclina por grama de triacetato de celulose do bagaço de cana-de-açúcar. Conforme
mostrado na Figura 2, a doxiciclina possui na sua estrutura grupos aminas, carbonila e hidroxila,
(Toledo, L. C., 2007), o que lhe garante alta polaridade em relação à cadeia de triacetato de celulose.
No experimento realizado nesse trabalho, a membrana foi mergulhada em uma solução tampão
fosfato. Espera-se que devido a sua estrutura polar a doxiciclina tenha mais afinidade com a solução
do que com a membrana, havendo assim uma liberação da droga para o sistema. Esse
comportamento foi observado e os resultados são apresentados na figura 3.
Figura 3: Teor da doxiciclina liberada em função do tempo.
Os dados de liberação de doxiciclina em função do tempo, mostrados na figura 3, estão de
acordo com a distribuição de Boltzman obtida a partir do programa OriginPro 7.5®. De acordo com
a curva obtida, observa-se que nas primeiras duas horas de experimento há um período de indução,
no qual o teor de doxiciclina liberada é mantido em aproximadamente 5%, valor este já alcançado
na primeira hora de liberação. Essa liberação inicial provavelmente é devida à doxiciclina que está
adsorvida na superfície da membrana. Após 2 h de experimento, a droga que está distribuída mais
no interior da membrana consegue se difundir para a superfície e inicia-se então a liberação efetiva
da droga no intervalo entre 2 e 4 h. Após esse período a liberação alcança um estado estacionário,
no qual as velocidades de liberação e absorção da droga pela membrana são iguais, e não ocorre
nenhum acréscimo no teor de doxiciclina liberada, o qual se estabiliza em aproximadamente 90%.
De acordo com os resultados observa-se que ao utilizar membranas de triacetato de celulose
produzidas a partir da reciclagem química do bagaço de cana-de-açúcar, tem-se um tempo de
indução de duas horas, a liberação efetiva ocorre no período entre 2 e 4 horas, atingindo um estado
estacionário com aproximadamente 90% de doxiciclina liberada.
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4. AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem ao CNPq pelo “Projeto Casadinho” UFU/UFG/UFMS (620181/20060), a FAPEMIG pelo apoio financeiro e pelo projeto APQ-02356/08 e ao Portal Periodicos da
Capes. Meireles e Cerqueira agradecem a CAPES pela bolsa doutorado, e Cerqueira agradece a
CAPES pela bolsa sandwich (BEX 0368/07-5), Ribeiro agradece ao CNPq pela bolsa PIBIC (A –
032/2008).
5. REFERÊNCIAS
Azevedo., M. M. M., 2002, Monografia. Universidade Estadual de Campinas.
Carranza, Jr. F. A., F. R. Saglie., 1990, “ Glickman’s Clinical Periodontology”, W. B. Saunders,
New York.
Cerqueira, D. A. Rodrigues Filho, G., Meireles, C. S., Assunção, R. M. N., Otaguro, H., 2007,
“Carbohydrate Polymer”, Vol. 69.
Cerqueira, D. A., Rodrigues Filho, G., Assunção, R. M. N., Meireles, C. S., Toledo, L. C., Zeni, M.,
Mello, K., Duarte, J., 2008, “Polymer Bulletin”, Vol. 60, pp 397.
Geever et. al., 2008, “ European Journal of Pharmacutics and Biopharmaceutics”, Vol. 69, pp 1147.
Govender et. al., 2005, “International Journal of Pharmaceutics” Vol. 306, pp 24.
Meier, M. M., Kanis, L. A., Soldi, V., 2004, “International Journal of Pharmacuetics”, Vol. 278, pp
99
Meireles, C. S., 2007, Dissertação de Mestrado, Universidade Federal de Uberlândia.
Mundin, E. A., Meireles, C. S., Junior, M. F. F., Assunção, R. M. N., Rodrigues Filho, G., 2008,
“Anais da XXII Reunião Regional da Sociedade Brasileira de Química”.
Rodrigues Filho, G., Cruz, S. F., Pasquini, D., Cerqueira, D. A., Prado, V. S., Assunção, R. M. N.,
2000, “Membrane Science”, Vol. 177, pp 225.
Rodrigues Filho, G., Silva, R. Ch., Meireles, C. S., Assunção, R. M. N., Otaguro, H., 2005, “Journal
of Applied Polumer Science”, Vol 92(2), pp 516.
Rodrigues Filho, G., Toledo, L. C., Cerqueira, D. A., Assunção, R. M. N., Meireles, C. S., Lugão,
A. B., Rogero, S. O., Ogaturo, H., 2007, “ Polymer Bulletin”, Vol. 59, pp 73.
Rodrigues Filho, G., Monteiro, D. S., Meireles, C. S., Assunção, R. M. N., Cerqueira, D. A., Barud,
H. S., Ribeiro, S. J. L., Messadeq, Y, 2008, “Carbohyd Polym”, Vol. 73.
Rodrigues Filho, G., Toledo, L. C., Silva, L. G., Assunção, R. M. N., Meireles, C. S., Cerqueira, D.
A., Ruggiero, R., 2009, “ Journal of Applied Polymer Science”, [DOI: 10.1002/app. 30270].
Ribeiro, S. D., Silva,L. G., Ruggiero, R., Cerqueira, D. A., Assunção, R. M. N., Meireles, C. S.,
Rodrigues Filho, F.,2008, “Anais da XXII Reunião Regional da Sociedade Brasileira de Química”.
Toledo, L. C. et. al., 2007, “Book of abstract of 4th international conference on science and
technology of composites materials”.
CARACTERIZAÇÃO DE MEMBRANAS ASSIMÉTRICAS DE ACETATO
DE CELULOSE A PARTIR DA RECICLAGEM QUÍMICA DO BAGAÇO DE
CANA-DE-AÇUCAR COMO SISTEMA PARA LIBERAÇÃO CONTROLADA
DE DROGAS
Sabrina Dias Ribeiro
Universidade Federal de Uberlândia
[email protected]
Guimes Rodrigues Filho
[email protected]
Daniel Alves Cerqueira
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[email protected]
Carla Meireles da Silva
[email protected]
Abstract: In this work, the controlled release of doxycycline was studied using membranes of
cellulose triacetate as matrices, which were produced from the chemical recycling from
sugarcane bagasse. Cellulose triacetate was produced by homogeneous acetylation, in which
acetic anhydride is used as acetylant agent, acetic acid as solvent and sulfuric acid as catalyst.
The release of doxycycline was studied using spectrophotometric analysis in ultraviolet range.
The matrices showed maximum release from 2 to 4 hours, reaching approximately 90% of drug
release.
Keywords: Doxycycline, cellulose triacetate, sugarcane bagasse, controlled release, membrane.
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