Avaliação da estabilidade química e da cinética de degradação de nanocápsulas poliméricas de núcleo lipídico e do perfil de biodegradação e ecotoxocidade no meio ambiente

Abstract

Na presente tese foram investigadas a estabilidade química e a cinética de degradação de nanocápsulas poliméricas de núcleo lipídico (LNC), utilizadas como sistemas nanocarreadores de fármacos. Com o intuito de avaliar a influência do processo de esterilização, bem como da composição da parede polimérica na cinética de degradação, LNC foram preparadas e armazenadas (5 ºC), após a esterilização ou não. A identificação de bactérias e fungos foi realizada por esgotamento em placas de ágar (sangue e Sabouraud) e turbidimetria. As LNC foram caracterizadas quanto ao tamanho (espalhamento de luz dinâmico – DLS e difração de laser), potencial zeta (mobilidade eletroforética) e pH (potenciometria). As alterações de massa molar, a fração de cisão de cadeias e o mecanismo de hidrólise foram determinados por cromatografia de exclusão de tamanho (SEC). Os resultados demonstraram diferentes perfis de degradação em relação à hidrólise, dependendo da condição (estéril ou não estéril). A maior perda de massa de PCL foi observada para as formulações não estéreis, comprovando que a hidrólise biótica foi responsável pela aceleração da degradação, mesmo quando armazenadas a baixa temperatura (5 °C). Esses resultados demonstraram que a determinação da estabilidade física não é suficiente como parâmetro de avaliação da estabilidade desses sistemas. A técnica de SEC mostrou ter alto potencial para a avaliação de todos os constituintes das nanocápsulas, embora não seja comumente utilizada na avaliação da estabilidade de estruturas supramoleculares. Foi possível estabelecer uma metodologia sistematizada visando contribuir para uma melhor compreensão dos parâmetros necessários para investigar a estabilidade de sistemas nanoestruturados, considerando parâmetros físicos, químicos e microbiológicos. Para avaliar a ecotoxicidade das LNC, utilizou-se espécies de algas, microcrustáceos e peixes como modelos de níveis tróficos. Os organismos foram sensíveis às amostras de nanocápsulas, demonstrando que esses modelos podem ser usados como bons indicadores da toxicidade da nanoformulação. O perfil de biodegradação no solo foi investigado submetendo as formulações de LNC a um teste respirométrico. Após exposição ao teste respirométrico por 90 dias, as formulações de LNC apresentaram maiores níveis de produção de CO2 em comparação aos controles positivo (celulose) e negativo (polipropileno).

This tesis describe an innovative investigation on the chemical stability and degradation kinetics of lipid core nanocapsules (LNC), used as drug nanocarrier. In order to evaluate the influence of the sterilization process as well as the polymer wall composition on the degradation kinetics of these systems, LNC were prepared and stored (5 °C) after sterilization or not. The identification of bacteria and fungi was performed by techniques of agar plate (blood and Sabouraud) and turbidimetry. The LNC were characterized in size (dynamic light scattering - DLS and laser diffraction), zeta potential (electrophoretic mobility) and pH (potentiometry). Molecular weight changes, fraction of chain scissions and the mechanism of hydrolysis were determined by size exclusion chromatography (SEC). The results clearly demonstrated different degradations profiles and susceptibilities towards hydrolysis depending on the condition (sterile or non-sterile). Thus, the highest PCL weight loss was observed for the non-sterile formulations, proving that biotic hydrolysis was responsible for accelerating hydrolysis of the LNC even when stored at low temperature (5 °C). These results demonstrated that the determination of the physical stability of the system is not sufficient in stability studies once chemical changes have been observed. SEC technique has been shown to have a high potential for the evaluation of all constituents of the nanocapsules, even though not widely used to evaluate the chemical stability of supramolecular structures. In this way, a systematized methodology was established to contribute in a better understanding of the necessary parameters to investigate the nanostructure systems stability taking into account physical, chemical and microbiological parameters of evaluation. In addition, environmental studies to evaluate the ecotoxicity in aquatic media (trophic levels) and the biodegradation in soil were performed. To evaluate the ecotoxicity of the LNC, algal, microcrustacean and fish species were used as models of three different trophic levels. The organisms were sensitive to the nanocapsule samples, demonstrating that these models can be used as good indicators of the nanoformulation toxicity. The biodegradation profile in simulated soil was investigated submitting the nanocapsules formulations to a respirometric test. The LNC formulation showed higher levels of CO2 production compared to the positive (cellulose) and negative (polypropylene) controls.