Preparação e Caracterização de Hidrogéis de Quitosano para Administração por Via Injetável

Palavras-chave: Quitosano,Genipin,Hidrogel,Reticulação,Libertação de fármacos

Para além da capacidade de reter grandes quantidades de água, os hidrogéis apresentam propriedades muito atrativas para aplicações na área biomédica e farmacêutica, designadamente a capacidade para mimetizar os tecidos naturais, bem como propriedades mecânicas e velocidade de degradação ajustáveis e facilidade de aplicação através de meios minimamente invasivos, por exemplo, a injeção. Adicionalmente, um hidrogel injetável passível de ser formado in situ deve apresentar um mecanismo de transição sol-gel adequado para aplicações clínicas, ou seja, deve ser inicialmente líquido, de modo a facilitar a injeção e a distribuição homogénea de células, ou do princípio ativo, e ser capaz de gelificar rapidamente, sob condições fisiológicas, após injeção. Os hidrogéis de base quitosano destacam-se pela sua variedade, versatilidade e propriedades intrínsecas (biocompatibilidade, biodegradabilidade e não toxicidade). Vários métodos têm sido usados para preparar hidrogéis de quitosano, como seja a reticulação física, baseada em interações iónicas e/ou secundárias, ou a reticulação química que usa a ligação covalente para unir as cadeias poliméricas. Embora os sistemas reticulados fisicamente tenham como principal vantagem a formação do hidrogel à temperatura do corpo humano, apresentam algumas desvantagens, designadamente a fraca estabilidade estrutural e reduzidas propriedades mecânicas. Em contrapartida, os sistemas reticulados por via química exibem melhores propriedades mecânicas e elevada estabilidade, estando a sua principal limitação normalmente relacionada com a toxicidade dos agentes reticulantes. No presente trabalho pretendeu-se preparar um sistema injetável de base quitosano para transporte e libertação de fármacos, capaz de ser produzido in situ, em condições fisiológicas de temperatura e de pH, recorrendo a um mecanismo de reticulação combinado (co-reticulação), usando como reticulante físico, o sal fosfato dissódico de glicerol, e como reticulante químico, o genipin. Deste modo, pretendeu conjugar-se as vantagens de cada um dos dois tipos de reticulação, nomeadamente a termossensibilidade conferida pela reticulação física e a estabilidade estrutural resultante de redes reticuladas quimicamente. Numa primeira fase, caracterizou-se exaustivamente o sistema co-reticulado. As propriedades morfológicas, estruturais e mecânicas, o controlo do tempo de gelificação, a taxa de degradação, a capacidade de intumescimento e a citotoxicidade dos hidrogéis foram alguns aspetos considerados relevantes para a caracterização do hidrogel enquanto sistema injetável para transporte e libertação de fármacos. O estudo do efeito da concentração do reticulante químico foi outro tópico igualmente analisado. Além disso, o comportamento/propriedades do sistema co-reticulado foi sempre confrontado com o resultante do processo de reticulação puramente física.  Numa segunda fase, testaram-se as potencialidades dos hidrogéis desenvolvidos para a libertação de fármacos, designadamente de um antitumoral - a cisplatina. Foram usadas diferentes estratégias para incorporar a cisplatina nos hidrogéis. Primeiramente incorporou-se o fármaco, na forma livre, por dissolução diretamente na matriz polimérica. De seguida, e com o intuito de prolongar no tempo a libertação do agente terapêutico, procedeu-se à incorporação no hidrogel de sistemas de libertação independentes contendo o fármaco pré-encapsulado, designadamente lipossomas e microesferas. Por último, realizou-se um estudo experimental in vivo, em modelo animal, para avaliar a formação e a permanência dos hidrogéis no local de injeção. Foi também avaliada a resposta inflamatória dos tecidos aos implantes no local de implantação, através de análise macroscópica e análise histológica, após 7 e 30 dias de evolução. O sistema de libertação aqui proposto, baseado na matriz co-reticulada, é inovador, tendo, tanto quanto é do nosso conhecimento, sido desenvolvido e caraterizado pela primeira vez no presente trabalho. Os resultados mostraram que a metodologia desenvolvida conduziu à formação efetiva de um hidrogel de quitosano co-reticulado, à temperatura de 37 ºC e a pH neutro, ou seja, em condições fisiológicas. A característica mais atrativa dos hidrogéis co-reticulados reside na sua capacidade de poderem ser administrados por via injetável, uma vez que são líquidos à temperatura ambiente, e de produzirem estruturas sólidas, altamente porosas, in situ. A adição de genipin (em diferentes concentrações) revelou-se capaz de modificar o processo de gelificação das soluções de quitosano neutralizadas, designadamente o tempo de gelificação e as propriedades viscoelásticas, tendo-se refletido, também, em alterações nas propriedades morfológicas, estruturais e mecânicas dos géis resultantes. Além disso, a presença do reticulante químico melhorou as propriedades viscoelásticas dos géis relativamente ao sistema reticulado fisicamente, e o aumento da sua concentração induziu um reforço das propriedades mecânicas do sistema co-reticulado. Ficou, ainda, demonstrado na presente investigação que propriedades do quitosano, como sejam a biodegradabilidade, a ausência de toxicidade e a elevada capacidade de absorção de água, não se perdem com a co-reticulação dos hidrogéis.  Dos estudos de libertação ficou igualmente demonstrado que, na presença da enzima que atua diretamente na degradação do quitosano (a lisozima), a libertação de cisplatina ocorre de forma contínua e prolongada ao longo do período de teste (quatro semanas). Mais, a conjugação do tipo de reticulação (física e físico-química) e do modo de incorporação do fármaco (disperso na matriz ou encapsulado em lipossomas ou microesferas) permitiu obter perfis de libertação distintos que poderão ser combinados por forma a obter o perfil de libertação desejado para uma dada terapêutica.  O estudo in vivo mostrou que as formulações poliméricas líquidas, injetadas subcutaneamente em ratos da linhagem Wistar, produziram os respetivos hidrogéis nos locais de injeção. A análise histológica revelou, após uma semana de evolução, uma acentuada resposta inflamatória, provavelmente, relacionada com o processo de degradação das matrizes, enquanto que aos 30 dias foi notória uma aparente diminuição do volume ocupado pelo material, bem como um decréscimo de células inflamatórias e um predomínio de macrófagos, linfócitos e plasmócitos. Face aos resultados apresentados, os hidrogéis desenvolvidos na presente investigação demonstram elevado potencial para aplicações que requeiram libertação prolongada e localizada de cisplatina.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias