Dissertations / Theses on the topic 'Cinética de Libertação Controlada'

Mestrado em Engenharia Química
Neste trabalho estudou-se a cinética de libertação de um fármaco modelo encapsulado em suportes de natureza polimérica compostos por uma matriz de um hidrogel termoreversível, o -carragenano. Os parâmetros estudados incluem a composição da matriz polimérica, a adição de cargas (nanopartículas de ouro e de magnetite), a configuração (macro ou nanoescala) e o agente indutor da libertação (temperatura ou radiação infravermelha). Foram testados os modelos de cinética de ordem zero, de primeira ordem, de Higuchi e de Baker-Lonsdale. Os sistemas em estudo apresentam um perfil de libertação característico de um processo de libertação controlada de fármacos. Os modelos cinéticos que melhor se ajustaram aos resultados experimentais obtidos foram, no caso da libertação a partir de discos, o modelo de Higuchi e o da cinética de ordem zero. Na libertação a partir de suportes sob a forma de nanoesferas, a cinética de ordem zero, o modelo de Higuchi e o modelo de Baker-Lonsdale são os modelos cinéticos que melhor se ajustaram aos resultados experimentais.
In this work the kinetics of the release of a model drug incorporated into a polymer-based carrier composed by the thermoreversible hydrogel - carrageenan was studied. The parameters studied include the composition of the polymer matrix, the incorporation of fillers (gold and magnetite nanoparticles), the configuration of the carrier (macro or nanoscale) and the trigger of the release (temperature or infrared radiation). The kinetics models tested were zero-order, first order, Higuchi and Baker-Lonsdale models. The systems here studied exhibit a release profile typical of a process of controlled drug release. The kinetic models that provide the best fit to the experimental results were, in the case of the release from discs, the Higuchi model and zero order kinetics. For the release using nanospheres, the zero order kinetics, the Higuchi’s model and Baker-Lonsdale model were the kinetic models that have provide the best fit to the experimental results.

Mestrado em Materiais e Dispositivos Biomédicos
O principal objectivo da presente dissertação é desenvolver microagulhas cerâmicas para administração transdérmica de fármacos à base de alumina-zircónia consolidadas por uma nova técnica denominada epoxy gel casting a partir de suspensões aquosas concentradas. Para o efeito estudaram-se as várias fases do processo, incluindo (i) preparação e caracterização de suspensões aquosas concentradas na presença de agentes de gelificação (resina e endurecedor), (ii) consolidação directa de suspensões por epoxy gel casting; (iii) caracterização das amostras em verde e sinterizadas; (iv) produção de micromoldes à base de silicone a partir de uma madre polimérica de microagulhas e, finalmente, (v) enchimento dos micromoldes e caracterização microestrutural das microagulhas cerâmicas em verde e sinterizadas. Os métodos de consolidação directa, como o epoxy gel casting, requerem o uso de suspensões concentradas de forma a maximizar a densidade dos corpos em verde e minimizar a retracção durante os processos de secagem e sinterização. Assim, numa primeira fase do trabalho prepararam-se suspensões concentradas em meio aquoso à base de alumina, zircónia e mistura dos dois materiais. Foram estudadas diferentes quantidades de resina (10, 15 e 20 wt.%), com o objectivo de verificar a quantidade que melhor se adequa à obtenção de uma suspensão suficientemente fluída para facilitar o enchimento, mas simultaneamente concentrada para maximizar a resistência em verde e permitir a desmoldagem sem causar danos nos microcomponentes. As propriedades de fluxo de todas as suspensões foram caracterizadas através de medidas reológicas, bem como a evolução destas ao longo do processo de gelificação. Numa segunda fase procedeu-se à conformação por epoxy gel casting das suspensões obtidas em corpos com dimensões adequadas para posterior caracterização. As variações dimensionais durante as etapas de secagem e a resistência à flexão das peças em verde foram medidas. Os componentes secos foram depois sujeitos a um tratamento térmico para queima dos aditivos orgânicos (resina e endurecedor) e, subsequentemente, sinterizadas a duas temperaturas diferentes (1550ºC e 1600ºC). As peças sinterizadas foram caracterizadas através de medidas de retracção, densidade, análise microestrutural (SEM), resistência mecânica à flexão e ensaios de dureza. Numa terceira fase, e após a obtenção de micromoldes, avaliou-se o comportamento das suspensões obtidas no enchimento de microcavidades em componentes com dimensões micrométricas de forma pontiaguda (microagulhas). As características destes microcomponentes em verde e depois de sinterizados foram também avaliadas. Os resultados apresentados e discutidos ao longo desta dissertação mostraram que a técnica de conformação por epoxy gel casting é adequada e promissora para o fabrico de micro-componentes, com formas tão complexas como microagulhas.
The main goal of this dissertation is to develop ceramic microneedles for transdermal drug delivery based on alumina-zirconia consolidated by a new technique denominated epoxy gel casting from aqueous concentrated colloidal suspensions. For that a detailed study was undertaken including: (i) the preparation and characterization of the suspensions in the presence of gelling agents (resin and hardener); (ii) the direct consolidation of suspensions by epoxy gel casting; (iii) the characterization of green and sintered samples; (iv) the fabrication of silicon-based moulds of microneedles shape to be filled with the ceramic suspensions; and finally, (v) the production and characterization of green and sintered ceramic microneedles. Direct consolidation methods such as epoxy gel casting, require the use of concentrated suspensions to maximize the density of green bodies and to minimize shrinkage during drying and sintering procedures. Therefore, concentrated aqueous suspensions based on alumina, zirconia and mixture of both materials were initially prepared. Different amounts of resin (10, 15 and 20 wt.%) were tested to select the one corresponding to the best balance between a low viscosity for casting and an enough high concentration to maximize green strength for a proper unmoulding step. The flow properties of all suspensions were characterized by rheological measurements, as well as their evolution along the gelling process. The second step of the work involved the consolidation of green samples by epoxy gel casting with proper dimensions for subsequent characterization. The dimensional variations undergone along the drying step and flexural strength of the green parts were measured. The dried samples were heat treated to burn out the organic additives (resin and hardener) and subsequently sintered at two different temperatures (1550ºC and 1600ºC). The sintered parts were characterized by shrinkage, density, microstructural analysis (SEM), flexural strength and hardness measurements. In a third step, and after micromoulds production, the ability of the as-prepared suspensions to cast microcavities with micrometer dimensions presenting sharp and fine tips was evaluated. The features of the green and sintered microcomponents were also examined. The results presented and discussed throughout this dissertation showed that epoxy gel casting is a suitable and promising technique for manufacturing micro-components with high complex shapes such as microneedles.

Mestrado em Engenharia Química
Neste trabalho foram preparados filmes nanocompósitos termossensiveis de κ-carragenano contendo nanopartículas de ouro com morfologia e pro-priedades óticas controladas e testados para a libertação de um fármaco modelo encapsulado, induzida pela aplicação de radiação da zona do in-fravermelho próximo. Numa primeira fase procedeu-se ao levantamento da bibliografia referente aos métodos de síntese e caracterização de nanopartículas de ouro que apresentem um máximo de absorção (banda de ressonância do plasmão de superfície) a aproximadamente 1050 nm. Foram sintetizados dois tipos de nanopartículas de ouro com estas propriedades óticas, apresentando mor-fologias distintas, nomeadamente nanobastonetes e nanoprismas. As na-nopartículas foram caracterizadas por espectrofotometria do UV-Vis-NIR e microscopia eletrónica. Prepararam-se filmes nanocompósitos de -carragenano contendo diferen-tes teores das nanopartículas de ouro utilizando a técnica de preparação ex-situ. Os filmes foram caracterizados por espectroscopia FTIR e micros-copia eletrónica, tendo sido confirmada a sua termosensibilidade por calo-rimetria diferencial de varrimento. Avaliou-se a libertação de um fármaco modelo (azul-de-metileno) encap-sulado nos filmes compósitos, por ação da incidência de radiação da zona do infravermelho próximo (1064 nm). Verificou-se que a incidência da radiação promove a libertação do azul-de-metileno, e este efeito é mais marcante na presença de nanobastonetes de ouro, provavelmente devido ao efeito de conversão fototérmico exerci-do por estas nanopartículas, que estimula a libertação do azul-de-metileno da matriz termossensível. A cinética de libertação foi estudada para os ensaios realizados à temperatura ambiente.
In this work, thermosensitive κ-carrageenan nanocomposite films contain-ing gold nanoparticles with controlled morphological and optical charac-teristics were prepared and tested for the release of an encapsulated model drug, induced by applying radiation in the near-IR region. Initially, bibliographical information referring to the synthesis and charac-terization methods of gold nanoparticles which show a maximum absorp-tion (longitudinal surface plasmon resonance band) of approximately 1050 nm was researched. Two types of gold nanoparticles with these optical proprieties were synthesized, showing different morphologies, namely nanorods and nanoprisms. The nanoparticles were characterized by UV-Vis-NIR spectrophotometry and electronic microscopy. κ-carrageenan nanocomposite films containing different gold nanoparticles content were prepared using the ex-situ preparation technique. The films were characterized by FTIR spectroscopy and electronic microscopy, and the thermosensitivity of the corresponding hydrogels was confirmed by differential scanning calorimetry (DSC). An evaluation was done on the release of a model drug (methylene blue) encapsulated in the composite films, by action of radiation incidence in the near-IR region (1064 nm). It was verified that the radiation incidence promotes the release of meth-ylene blue, and this effect is stronger with the presence of gold nanorods, probably due to the photo-thermic conversion effect done by these nano-particles, which stimulates the release of methylene blue from the thermo-sensitive matrix. The release kinetics was studied for the tests performed at room temperature.

Mestrado em Materiais e Dispositivos Biomédicos
Biomateriais são todos os tipos de materiais capazes de interagir com sistemas biológicos para tratar, fortalecer ou substituir um tecido, um órgão ou uma função corporal. A necessidade de desenvolver novos biomateriais, produtos e técnicas cirúrgicas tem vindo a crescer de forma contínua. Recentemente, os grânulos porosos têm recebido especial atenção na área da investigação bem como a nível industrial. No trabalho desenvolvido na presente tese, produziram-se grânulos porosos esféricos, através da combinação de dois métodos, nomeadamente, a introdução de um agente porogénico e a gelatinização ionotrópica, a partir de pós de fosfatos de cálcio dopados com magnésio e estrôncio. Estudou-se o efeito da variação de algumas condições experimentais, tendo-se observado que a introdução dos iões dopantes na composição dos fosfatos de cálcio alterou as características físico-químicas dos grânulos. O trabalho realizado incluiu também a incorporação de uma molécula terapêutica nos grânulos porosos, a levofloxacina. Dos resultados obtidos verificou-se que os grânulos dopados com estrôncio foram os que apresentaram o melhor perfil de libertação. Para a avaliação do comportamento in vitro dos materiais desenvolvidos, realizaram-se estudos de imersão dos grânulos porosos numa solução simuladora do plasma humano, e os resultados obtidos mostraram a formação rápida de uma camada superficial de apatite. Os grânulos foram testados em linhas celulares pré-osteoblásticas e foram avaliadas a viabilidade/proliferação das células, a secreção de fosfatase alcalina e a morfologia destas. Estes ensaios mostraram que os grânulos induzem a maturação celular. Considerando as características microestruturais e o desempenho in vitro dos grânulos obtidos neste trabalho, estes podem apontar-se como materiais promissores para aplicações em engenharia de tecidos, nomeadamente na regeneração do tecido ósseo e na libertação controlada de fármacos.
Biomaterials are all kinds of materials capable of interacting with biological systems to treat, strengthen or replace a tissue, an organ or a bodily function. The need to develop new biomaterials, surgical techniques and products has been growing steadily. Recently, porous granules have received special attention in research and at industrial level. In this thesis were produced spherical porous granules, through a combination of two methods, namely the introduction of a porogenic agent and the ionotropic gelation, from calcium phosphate powders doped with magnesium and strontium. The effect of different experimental conditions was studied and it was observed that the introduction of the doping ions into the calcium phosphates composition changed the physical and chemical characteristics of the granules. This work also included the incorporation of a therapeutic molecule in porous granules, levofloxacin. From the obtained results it can be noted that the strontium doped granules had the best release profile. To evaluate the in vitro behaviour of the developed materials, immersion studies of the porous granules in a solution that simulates the human plasma were performed, and the results showed the rapid formation of an apatitic surface layer. The granules were tested in pre-osteoblastic cell lines and the cells viability/proliferation, secretion of alkaline phosphatase and morphology were evaluated. These experiments showed that the granules induce cell maturation. Considering the microstructural characteristics and the in vitro performance of the granules obtained in this work, they can be pointed as promising materials for applications in tissue engineering, particularly in bone tissue regeneration and in controlled drug delivery.

Mestrado em Bioquímica
O cancro é a principal causa de morbilidade e mortalidade em todo o mundo e o seu tratamento atual, que inclui cirurgia para remoção do tumor, quimioterapia e/ou radioterapia, é bastante agressivo e apresenta inúmeros efeitos secundários, que por vezes são tão fortes que obrigam à interrupção do tratamento antes de se alcançar a erradicação do tumor. Portanto, surge a necessidade de pesquisa de novos fármacos, bem como de novas formas de administração/libertação dos mesmos. Por exemplo, os materiais funcionais nanoestruturados apresentam estruturas e propriedades melhoradas e têm surgido como uma alternativa em várias áreas, incluindo na libertação controlada de fármacos. Uma forma de obter esses materiais consiste na metodologia de adsorção camada-a-camada, a qual permite o desenvolvimento de partículas poliméricas multicamada que apresentam propriedades de libertação controladas com o consequente aumento da eficácia, especificidade, tolerância e índice terapêutico dos fármacos. Os biopolímeros têm ganho uma importância crescente na área biomédica, devido maioritariamente à sua biocompatibilidade e propriedades específicas. Neste contexto, o objetivo do presente trabalho consistiu na preparação e caracterização de partículas poliméricas multicamada utilizando vários biopolímeros na sua construção, nomeadamente alginato, quitosano e nanofibrilas de proteínas, para a incorporação da curcumina (fármaco modelo). Este sistema multicamada foi preparado mediante a utilização de um template de partículas de sílica modificadas (potencial zeta = +96 ± 2 mV; diâmetro = 480 ± 8 nm) no qual foram depositadas camadas sucessivas de alginato e quitosano (com cargas opostas) até perfazer um total de 5 camadas, ou seja, alginato / quitosano / alginato / quitosano / alginato, e na sexta camada foram depositadas nanofibrilas de lisozima com diferentes razões de aspeto (quociente entre o comprimento e largura). A deposição de cada uma das camadas foi confirmada através da medição da reversão do potencial zeta correspondente à respetiva camada. A caracterização das partículas por microscopia eletrónica de varrimento (SEM) corroborou o sucesso da construção destes sistemas multicamada. Após a verificação da viabilidade de construção das partículas multicamada, a curcumina (fármaco modelo) foi incorporada com sucesso nas partículas de sílica modificadas (cerca de 61 μg de curcumina por mg de template de sílica) antes da deposição das camadas dos biopolímeros. O perfil de libertação da curcumina a partir das partículas multicamada foi estudado e os resultados preliminares evidenciam uma libertação controlada ao longo do tempo para as partículas com 6 camadas de biopolímeros.
Cancer is the leading cause of morbidity and mortality worldwide and its current treatment, which includes surgery for tumor removal, chemotherapy, and/or radiation, is quite severe and has a number of side effects, which are sometimes so severe that the treatment must be interrupted before tumor eradication is achieved. Therefore, there is a need to research novel drugs, as well as novel systems for drug administration/delivery. For example, nanostructured functional materials have improved structures and properties and have emerged as an alternative in several areas, including in controlled drug delivery. One way to obtain these materials is by using the layer-by-layer adsorption methodology, which allows the development of multilayered polymeric particles with controlled release properties and consequent increase in efficacy, specificity, tolerance and therapeutic index of the drugs. Biopolymers have gained increasing importance in the biomedical field mainly due to their biocompatibility and specific proprieties. In this context, the objective of the present work consisted on the preparation and characterization of multilayered polymeric particles using various biopolymers in their construction, namely alginate, chitosan and protein nanofibrils, for the loading of curcumin (model drug). This multilayered system was prepared using a modified silica particle template (zeta potential = + 96 ± 2 mV, diameter 480 ± 8 nm) in which successive layers of alginate and chitosan (with opposite charges) were deposited on a total of 5 layers, i.e., alginate / chitosan / alginate / chitosan / alginate, and lysozyme nanofibrils with different aspect ratios (length to width ratio) were deposited as the sixth layer. The deposition of each of layer was confirmed by measuring the reversion of the zeta potential corresponding to each layer. The characterization of the particles by scanning electron microscopy (SEM) corroborated the success of the construction of these multilayered systems. After confirmation of the viability of the multilayered particle construction, curcumin (model drug) was successfully incorporated into the modified silica particles (about 61 μg of curcumin per mg of silica template) before the deposition of the biopolymers layers. The release profile of curcumin from the multilayered particles was studied and the preliminary results demonstrate a controlled release over time for the particles with 6 layers of biopolymers.

Mestrado em Materiais e Dispositivos Biomédicos
As microagulhas são dispositivos usados para libertação transdérmica de fármacos, com elevado potencial para aplicação em várias áreas da biomedicina. Atualmente, vários materiais, como polímeros e metais, são utilizados na produção destes microcomponentes. Porém, desvantagens como a baixa biocompatibilidade, propriedades mecânicas inadequadas (limitações relacionadas com a perfuração da pele) e o alto custo de fabrico limitam a produção e expansão destes microdispositivos. Fabricar microagulhas a custos mais reduzidos, num material com propriedades promissoras no armazenamento e libertação de fármacos, com propriedades mecânicas adequadas, foi a motivação deste trabalho. O objetivo focou-se no desenvolvimento de microagulhas sólidas a partir de cimentos à base de fosfatos de cálcio, incluindo um fármaco na sua composição. Estudaram-se diferentes cimentos à base de fosfatos de cálcio, variando a natureza dos pós de partida, o seu tamanho e distribuição de tamanhos de partícula e razões líquido de presa/pó, com o objetivo de avaliar a sua influência na porosidade, propriedades mecânicas e fases cristalinas dos cimentos e relacionar estas características com a taxa de libertação do fármaco. Como líquido de presa utilizou-se uma solução aquosa de ácido cítrico e o fármaco estudado foi o antibiótico levofloxacina. Os resultados obtidos mostraram que a adição de fármaco não alterou significativamente as propriedades mecânicas e porosidades dos cimentos. Porém houve um aumento dos tempos de presa iniciais e finais dos cimentos na presença de levofloxacina. A velocidade de libertação do fármaco foi relativamente elevada, com um perfil idêntico para todas as formulações de cimentos estudada, não sendo possível relacionar a taxa de libertação com as propriedades avaliadas nos cimentos, nomeadamente a porosidade. A pasta cimentícia que apresentou características mais apropriadas para o enchimento sob vácuo dos moldes de microagulhas foi a que se obteve com razão líquido/pó mais elevada e distribuição de partículas mais alargada. Do estudo realizado, foi possível obter microagulhas, facilmente desmoldáveis sem se danificarem, resultantes de: (i) um enchimento completo das microcavidades do molde pela pasta cimentícia, e (ii) propriedades mecânicas adequadas dos cimentos. Do trabalho realizado conclui-se que estes microcomponentes à base de fosfato de cálcio apresentam propriedades promissoras para futuras aplicações biomédicas, uma vez que são materiais não tóxicos que não acarretam problemas ao paciente e relativamente fáceis de produzir por micromoldagem, tornando assim o custo de produção mais competitivo.
Microneedles are devices used for transdermal drug delivery, with high potential in large areas of biomedicine. Currently, several materials, such as polymers and metals, are used to produce these materials. However, limitations such as low biocompatibility, inadequate mechanical properties (limitations related to skin perforation) and high manufacturing costs limit the production and expansion of these microdevices. The possibility to fabricate microneedles at lower costs in a material with promising properties for the storage and release of drugs with suitable mechanical properties was the motivation of this work. The aim was focused on the development of solid microneedles from calcium phosphate based cements, including a drug in their composition. Different calcium phosphate based cements were studied, varying the nature of the starting powders, their size and particle size distribution and liquid to powder ratios, in order to evaluate their influence on porosity, mechanical properties and crystalline phases of the cements and relate these features to the rate of drug release. An aqueous solution of citric acid was used as setting liquid and antibiotic levofloxacin was used as a model drug. The results showed that addition of the antibiotic did not significantly affect the mechanical properties and porosities of the cements. However, in the presence of levofloxacin, there was an increase in the initial and final setting times of the cements. The drug release rate was relatively high, with an identical profile for all cement formulations tested, being not possible to relate the drug release rate with the cements properties evaluated, namely porosity. The cement paste that presented the most appropriate properties for casting microneedle moulds under vacuum was the one obtained with higher liquid/powder ratio and broader particle size distribution. Sharp and fine tip microneedles were successfully de-moulded, resultant to the (i) complete filling of the microcavities of the mould and (ii) adequate mechanical properties of the cement. From the evaluated work, it can be concluded that these calcium phosphate-based microcomponents present promising properties for future biomedical applications, since they are non-toxic materials that do not cause patient problems and are relatively easy to produce by micromolding, making the production cost more economical.

Projeto de Pós-Graduação/Dissertação apresentado à Universidade Fernando Pessoa como parte dos requisitos para obtenção do grau de Mestre em Ciências Farmacêuticas
As formas farmacêuticas convencionais possuem inconvenientes que incluem baixa biodisponibilidade, baixa estabilidade in vivo, baixa solubilidade e absorção intestinal, dificuldades na entrega sustentada e direcionada para o local de ação, fraca eficácia terapêutica, efeitos laterais, e causam flutuações na concentração plasmática que, por via disso, ou fica abaixo da mínima eficaz, ou excede a terapêutica segura. A nanotecnologia surge como uma abordagem alternativa para superar estes desafios, através do desenvolvimento e fabrico de nanoestruturas que podem vir a funcionar como as formas farmacêuticas do futuro. Desde a última década do século XX, vários grupos investigam cápsulas transportadoras obtidas por automontagem de polieletrólitos. Essas cápsulas de dimensão nanométrica são fabricadas pela técnica de deposição camada a camada de polieletrólitos com base em interações eletrostáticas sobre um molde esférico que é subsequentemente removido. São extremamente versáteis na sua construção podendo incorporar moléculas para interagirem com recetores celulares específicos por forma a atuarem somente no local alvo. O seu carregamento com a molécula de interesse é facilmente levado a cabo e a libertação do fármaco pode também ser facilmente modulada por diversos estímulos químicos, físicos e biológicos. Estas nanocápsulas têm também a vantagem de possuírem alta eficiência de encapsulação do fármaco, baixo teor de excipiente em comparação com as formas farmacêuticas convencionais, proteção da substância incorporada através do invólucro polimérico contra fatores de degradação tais como pH e luz, e a redução da irritação dos tecidos vivos, também devido ao invólucro polimérico. Em suma as nanocápsulas obtidas por montagem camada a camada com base em interações eletrostáticas parecem reunir todas as características necessárias para resolver dois grandes problemas de uma forma farmacêutica: entregar o agente terapêutico num local específico, durante um período de tempo também específico. Já foram desenvolvidos estudos para utilização de nanocápsulas obtidas por automontagem com base em interações eletrostáticas para os mais variados tipos de substâncias ativas e das mais diversas classes, desde anti-inflamatórios a antineoplásicos, passando por antidiabéticos e ADN. Estes estudos já realizados parecem indicar que a utilização das nanocápsulas para libertação controlada de substâncias ativas pode oferecer inúmeras vantagens em relação às formas de dosagem convencionais, uma vez que podem aumentar a atividade terapêutica dos fármacos e, ao mesmo tempo, diminuir os seus efeitos secundários, reduzindo assim o número de doses necessárias durante o tratamento. Antevê-se assim, que estes novos métodos de libertação de fármacos possam permitir às empresas farmacêuticas reformular medicamentos existentes no mercado, alargando assim a vida dos produtos, melhorando o seu desempenho, aceitabilidade, aumentando a eficácia, bem como a segurança e aderência do paciente e, consequentemente reduzir os custos dos cuidados de saúde. Podem ainda ser de grande utilidade no tratamento de doenças crónicas como o cancro, SIDA e a diabetes. Conventional dosage forms have several drawbacks including low bioavailability, low in vivo stability, poor solubility and intestinal absorption difficulties in sustained and targeted delivery to the site of action, weak therapeutic efficacy, side effects, and cause fluctuations in the plasma concentration that, make it fall below the minimum effective, or exceed the safe therapeutic level. Nanotechnology appears as a promising approach to overcome these challenges through the development and manufacture of nanostructures that may function as dosage forms of the future. Since the last decade of the twentieth century, several research groups focused their efforts to the development of capsule carriers obtained by self-assembly of polyelectrolytes. These nanoscale capsules are manufactured by the technique layer-bylayer deposition of polyelectrolytes based on electrostatic interactions over a spherical template, which is subsequently removed. They are extremely versatile in its construction and may incorporate molecules to interact with specific cellular receptors in order to act only at the target site. The loading with the molecule of interest is easily carried out and the drug release can also be easily modulated by different biological, chemical and physical stimuli. These nanocapsules have also the advantage of having high drug encapsulation efficiency, low content of excipient, compared to the conventional pharmaceutical forms, protecting the incorporated substance through the polymeric shell against degradative factors such as pH and light, and reduced irritation of living tissues, also due to the polymeric shell. In short, nanocapsules obtained by assembling layer by layer based on electrostatic interactions seem to meet all the necessary features to solve two major issues in a pharmaceutical form: to deliver the therapeutic agent at a specific location and for a specific period of time. Studies have been developed in order to assess the use of nanocapsules obtained by selfassembly based on electrostatic interactions as carriers for various sorts of active substances and of different therapeutic classes, including, for example, antiinflammatory, anticancer, antidiabetic and DNA. These studies seem to indicate that the use of nanocapsules for the controlled release of active substances may offer numerous advantages over conventional dosage forms, since they can increase the therapeutic activity of the drugs decreasing, at the same time their side effects, thereby reducing the number of doses needed during treatment. So it is predictable that these new methods of drug delivery can enable pharmaceutical companies to reformulate existing drugs on the market, thus extending the life of products, improving their performance, acceptability, increasing the effectiveness and safety and adherence patients and consequently reduce the costs of health care. They may also be useful in the treatment of chronic diseases like cancer, AIDS and diabetes.

Mestrado em Engenharia Alimentar - Instituto Superior de Agronomia
Própolis is a resin produced by bees, which has several bioactive properties, the most important being its antioxidant activity. In the present work we proceeded to the microencapsulation, by spray drying, of a própolis ethanolic extract by using gum arabic, inulin and chitosan as a coating material. The ethanol extract analyzed própolis presented a quantity of phenolic compounds of about 44.3 mg GAE / g. In relation to the antioxidant activity that was 0.191 M Trolox / g of propolis and 0.251 M Trolox / g of propolis by DPPH method and FRAP, respectively. Compounds encapsulated in microparticles have continued to antioxidant activity. Microencapsulation of própolis in different matrices produced spherical microparticles having a smooth surface, their size varied between 5 and 25 micrometers. Regarding the controlled release of phenolic compounds, the release by gum arabic microparticles be smaller than the other matrices in acid media, and be higher in the neutral media. It was observed that the phenolic compounds release from the microparticles was low in both media, however in neutral medium, there it was a greater than in acidic medium.

Mestrado em Engenharia Química
Neste trabalho sintetizaram-se e caraterizaram-se nanoprismas triangulares de ouro sem utilização de tensioativos usando como estabilizantes o κ-carragenano e o alginato. De seguida sintetizaram-se dois nanogéis termossensíveis por complexação polieletrolítica dos biopolímeros κ-carragenano e alginato com quitosano. Nos nanogéis compósitos dispersaram-se os nanoprismas de ouro previamente preparados. Estudou-se o efeito dos nanoprismas de ouro nas propriedades óticas e térmicas dos nanogéis compósitos preparados. Os compósitos sintetizados apresentavam as propriedades óticas dos nanoprismas de ouro incorporados. Nos dois sistemas, a adição dos nanoprismas contribui para a diminuição das temperaturas de transição gel-sol para o intervalo entre 37-45˚C, tornando-os mais adequados à libertação controlada de fármacos. Realizaram-se ensaios de exposição das nanopartículas de ouro, estabilizadas em κ-carragenano e alginato, a radiação NIR utilizando um laser de 785nm de comprimento de onda. Estes ensaios mostraram que as nanopartículas preparadas podem ser utilizadas na indução de aquecimento localizado quando expostos a este tipo de radiação devido ao efeito fototérmico. Finalmente, procedeu-se à realização de ensaios de libertação do azul-de-metileno a partir dos nanogéis de κ-carragenano/quitosano à temperatura fisiológica, com e sem a ação de radiação como estímulo externo. Verificou-se que, sob a ação de radiação NIR, a libertação é tanto maior quanto mais elevado é o teor de nanoprismas de ouro nos nanogéis compósitos. Posteriormente estudou-se a cinética de libertação através de equações/modelos descritos na literatura, como as equações de cinética de ordens 0 e 1 e os modelos de Korsmeyer-Peppas e Higuchi. Os perfis de libertação obtidos demonstram que, de um modo geral, o modelo de Korsmeyer-Peppas e a equação de cinética de ordem 1 se ajustam bem aos resultados experimentais permitindo concluir acerca dos mecanismos de libertação associados.
In this work gold triangular nanoprisms, without the use of surfactants using κ-carrageenan and alginate as stabilizers, were prepared and characterized. Then two thermosensitive nanogels were prepared and characterized by polyelectrolyte complexation of κ-carrageenan and alginate with chitosan. In the composite nanogels the gold nanoprisms previously prepared were dispersed. The effect of gold nanoprisms in the optical and thermal properties of composite nanogels was studied. The synthesized composites showed the optical properties of incorporated gold nanoprisms. In both systems, the addition of nanoprisms contributes to the decrease of the gel-sol transition temperatures into the 37-45˚C range, making them more suitable for controlled drug release. The exposure of gold nanoparticles, stabilized in κ-carrageenan and alginate, to NIR radiation of a 785 nm laser was investigated. These studies revealed that the gold nanoparticles can be used to induce localized heating when exposed to this kind of radiation due to the photothermal effect. Finally, release experiments of a methylene blue from κ-carrageenan/chitosan nanogels were carried out at physiological temperature and with and without the action of NIR radiation as external stimulus. It was found that, upon the action of NIR radiation, the release is greater as the content of gold nanoprisms in the composite nanogels increases. Subsequently the release kinetics was studied using some equations/models described in the literature, as the kinetic equations of orders 0 and 1 as well as the Korsmeyer-Peppas and Higuchi models. The obtained methylene blue release profiles demonstrate that, overall, the Korsmeyer-Peppas model and the zero-order kinetic equation fit well to the experimental data and allow to conclude about the release mechanisms associated.

Com base na descoberta das técnicas de polimerização radicalares controladas, feita no início dos anos noventa, têm sido ultimamente investigadas diversas possibilidades de produzir polímeros com arquitecturas moleculares complexas e pré-definidas. No presente trabalho, estes princípios foram aplicados na investigação experimental da copolimerização de Estireno (S) com Divinilbenzeno (DVB) mediada por nitróxidos (NMRP), em solução de Xileno e à temperatura de 130 °C. As propriedades dos produtos sintetizados foram medidas por cromatografia de exclusão de tamanhos (SEC) com detecção do índice de refracção (RI) e dispersão multi-ângulo da luz (MALLS). Foram também realizados estudos teóricos relativos à copolimerização radicalar S/DVB controlada por TEMPO (2,2,6,6-tetramethylpiperidinyl-1-oxy), nomeadamente no que diz respeito aos esquemas e parâmetros cinéticos envolvidos. Obtiveram-se resultados laboratoriais relativos à copolimerização convencional S/DVB a 60 °C iniciada por AIBN que mostraram a necessidade de aumentar a temperatura para a gama de 120 a 140 °C nas copolimerizações controladas por TEMPO. O programa experimental realizado no âmbito NMRP incluiu a variação da fracção molar de DVB entre 0 e 4.23% e a razão molar inicial TEMPO/AIBN entre 0 e 2. Concluiu-se que é possível controlar a polidispersão dos polímeros lineares através da implementação de técnicas de polimerização controladas e que esta técnica é também de grande utilidade na manipulação da arquitectura molecular de polímeros não lineares. Os estudos realizados constituem uma contribuição para estabelecer linhas gerais de síntese de polímeros não lineares com arquitectura molecular controlada, que em geral apresentam aplicações importantes nas áreas da Biomedicina, Ambiente ou Indústria Farmacêutica. Since the discovery of controlled radical polymerization (CRP) in the early nineties, an ever increasing activity has been focused on the production of polymers with narrow molecular weight distributions and welldefined architectures. This work describes an experimental research on the nitroxide-mediated radical polymerization (NMRP) of Styrene (S) and Divinylbenzene (DVB) in Xylene (X) solution at 130 °C, using the stable radical TEMPO (2,2,6,6-tetramethylpiperidinyl-1-oxy) as mediator and AIBN (azobisisobutyronitrile) as initiator. Measurements of absolute molecular weights and z-average radius of gyration of the produced copolymers have been performed using a SEC system with coupled refractive index (RI) and multi-angle laser light scattering (MALLS) detectors. Theoretical studies comprising the kinetic schemes correspondent to the homopolymerization of Styrene and copolymerization of S/DVB are also here presented. In a first stage were obtained experimental results concerning the conventional copolymerization of Styrene with Divinylbenzene at 60 °C initiated by AIBN (azobisisobutyronitrile). These studies showed the need of increasing the temperature for the range of 120-140 °C in the NMRP experiments. The experimental program performed with NMRP polymerization system includes the variation of the mole fraction of DVB from 0 up to 4.23% and the molar ratio TEMPO/AIBN was changed between 0 and 2. It was conclude that is possible to produce linear polymers with narrow molecular weight distributions and to control the molecular architecture of non-linear polymers by using the NMRP technique. These results can be important in the production of polymers with applications in different areas like biomedicine, environment protection and pharmaceutical industry.

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Biomédica
A libertação controlada de fármacos tem, atualmente, sido alvo de uma significativa atenção. Neste contexto, o principal objetivo deste trabalho é a preparação e desenvolvimento de vários sistemas de libertação controlada de fármacos, tendo em vista diferentes aplicações, como a libertação específica no cólon ou a libertação localizada e prolongada in situ. Foram, então, preparadas por intercalação em solução e reticulação iónica uma série de microesferas de compósitos (ME) de quitosano / argila / ácido acetilsalicílico com propriedades únicas. A estrutura das ME produzidas foi caracterizada utilizando espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) e difração de raios-X (DRX). Foi observado que, o grau de inchamento e a degradação das esferas são influenciados pelo pH do meio em estudo (SGS a pH 1.2 e PBS a pH 7.4), bem como pelo teor de argila utilizado. Comparado com as ME de QS, a incorporação da argila diminuiu a eficácia de encapsulação da droga e, aumentou o grau de inchamento e a taxa de libertação da droga. Em pH 1.2 todas as ME sofreram degradação. No entanto, em pH 7.4 não foi visível qualquer degradação das ME mesmo após 10 dias de imersão. Em PBS após este período de tempo, a maioria dos sistemas ainda não tinha libertado todo o fármaco encapsulado, sendo este comportamento um indicativo da sua aplicabilidade em sistemas de libertação prolongada. Além disso, e uma vez que estes sistemas têm como objetivo aplicação biomédica, foram realizados testes de citotoxicidade em células Vero e observou-se que as argilas apresentam baixa citotoxicidade. O estudo aponta para o potencial da aplicação destas ME híbridas enquanto sistemas de libertação controlada de fármacos.

Mestrado em Engenharia Alimentar - Instituto Superior de Agronomia
Propolis is known for its bioactive properties, however, it presents sensory characteristics that limit its direct incorporation in food products. In this study, the potential of the microencapsulation of propolis was studied, in order to mask its unpleasant flavor, while maintaining its bioactive properties such as the antioxidant activity. The encapsulation process was carried by spray-drying using different materials: chitosan, chitosan with citric acid, chitosan with tripolyphosphate, rice starch and rice starch with gelatin. In terms of total phenolic compounds, the loading of the particles ranged between 0.049 and 0.062 mg EAG/mg particles, being a higher concentration when compared to the propolis itself (0.023 mg EAG/mg propolis). The release profile of propolis from the particles was studied by monitoring the concentration of total phenolics in acidic and neutral media. The percentage of total phenolics released in neutral solution was approximately 100% for all particles. In acid medium, the particles presenting a lower release of phenolics were chitosan with tripolyphosphate (27%), followed by chitosan with citric acid (39 %), rice starch with gelatin (46%), rice starch (52%) and chitosan (100%). The observed different release profiles allow us to infer that it is possible to design suitable particles for diverse end-use applications

Tradicionalmente a remoção de metais pesados de efluentes é feita usando diversas técnicas (precipitação, electrólise, permuta iónica, osmose inversa, adsorção), normalmente dispendiosas e/ou pouco eficientes para soluções diluídas. A biossorção, processo em que materiais naturais ou seus derivados são usados na remoção e recuperação de metais pesados, proporciona um tratamento alternativo competitivo, pelo que os respectivos parâmetros cinéticos e de equilíbrio devem ser bem conhecidos, de modo a prevenir fracassos na sua aplicação. Nesse contexto, este trabalho teve por objectivo estudar os processos de bioacumulação/eliminação e de biossorção de Cd(II), Cr(VI), Pb(II) e Zn(II) pelo musgo aquático Fontinalis antipyretica, espécie largamente dispersa nos lagos e rios Portugueses. Os musgos aquáticos são capazes de acumular iões metálicos em solução aquosa e de libertá-los parcialmente quando expostos em água isenta de metal. Desempenham um papel importante na avaliação e na remoção de elementos tóxicos na água. A vantagem dos musgos relativamente a uma amostragem directa da água é que o seu uso permite uma integração de variações no espaço e no tempo, favorece o nível de quantificação do contaminante por concentração dos elementos tóxicos e fornece informação acerca das espécies biodisponíveis. Foram realizadas treze experiências laboratoriais em contínuo para determinar as cinéticas de acumulação e libertação de metal pelo musgo. Um modelo cinético de transferência de massa de primeira ordem (modelo de dois compartimentos) foi ajustado aos resultados experimentais, para determinar as constantes de acumulação e de eliminação, k1 e k2, a concentração de metal nos musgos no fim do período de acumulação, Cmu, e no equilíbrio, para as fases de contaminação e descontaminação, Cme e Cmr, respectivamente. Foram determinados factores de bioconcentração, BCF = k1 / k2, e de eliminação biológica, BEF = 1 - Cmr / Cmu. Para avaliação dos mecanismos envolvidos no processo de acumulação global dos metais foram estudados o efeito da concentração do metal, do pH do meio, da temperatura, da intensidade luminosa, do estado fisiológico da biomassa (época de colheita), da natureza da biomassa (viva/morta), da dureza da água e da realização de ciclos de contaminação/descontaminação consecutivos. Foram ainda realizadas experiências cinéticas e de equilíbrio em adsorvedor fechado, para avaliar o potencial do musgo como biossorvente de metais pesados em futuras aplicações industriais. Numa avaliação preliminar deste tipo de biossorvente, foi estudada a influência de alguns parâmetros operacionais, como o tempo de contacto, a concentração inicial de metal, a concentração de musgo usada e a presença de outros iões metálicos, na cinética de acumulação de Cd(II), Cr(VI), Pb(II) e Zn(II). Ajustaram-se diferentes modelos cinéticos – Lagergren, pseudo-segunda ordem, segunda ordem modificado de Ritchie, de Elovich e Sorção Dinâmica – aos resultados experimentais obtidos em adsorvedor fechado. O modelo de pseudo-segunda ordem foi o que conduziu ao melhor ajuste. Nos ensaios de equilíbrio em sistema fechado foi avaliada a influência da concentração inicial de ião metálico, pH inicial, temperatura, dureza da água e natureza do sal de metal usado no processo de biossorção. Ajustaram-se quatro modelos de equilíbrio – Langmuir, Freundlich, Redlich-Peterson e Langmuir-Freundlich – aos resultados experimentais tendo-se obtido parâmetros estatisticamente significativos para os modelos de Langmuir e Freundlich. Para um nível de confiança de 95% qualquer dos dois modelos descreve adequadamente os resultados experimentais. A eliminação de metais pesados em solução aquosa por biossorção em musgos aquáticos revelou-se um processo interessante, podendo ser aplicado na purificação de águas residuais industriais contendo metais. A capacidade máxima de biossorção de qualquer um dos iões metálicos é elevada, apresentando valores da mesma ordem de grandeza ou mesmo superiores aos obtidos com outros biossorventes.

Projeto de Pós-Graduação/Dissertação apresentado à Universidade Fernando Pessoa como parte dos requisitos para obtenção do grau de Mestre em Ciências Farmacêuticas.
O conceito de nanoencapsulação, para a projeção de novos sistemas de libertação de fármacos, tem emergido nos últimos anos oferecendo novas oportunidades para o diagnóstico e tratamento de várias situações patológicas. Na Indústria Farmacêutica e na Medicina Moderna está bem patente a relação entre as propriedades físico-químicas de um produto e a sua entrada no mercado. Por exemplo, as dificuldades do fármaco atingir concentrações terapêuticas no local alvo estão relacionadas com a fraca solubilidade da molécula ou a sua rápida eliminação da corrente sanguínea. Os flavonoides constituem uma classe de compostos naturais com atividade farmacológica, designadamente, ação venotrópica e antioxidante, com particular interesse para o desenvolvimento de novos sistemas que possam atuar no alívio de sintomas associados a doença venosa. No presente trabalho foi desenvolvida uma nanoemulsão de rutina mediante a utilização do método de Homogeneização de Alta Pressão, (“High Pressure Homogenization”, HPH). Os resultados demonstraram que é possível obter dispersões à escala nanométrica, tendo sido produzidas gotículas de diâmetro médio de, aproximadamente, 100 nm. A nanoemulsão apresentou estabilidade física durante os 15 dias de armazenamento à temperatura ambiente. Foi obtido um valor de eficácia de encapsulação da rutina de aproximadamente 85%. The concept of nanoencapsulation for the design of new drug delivery systems emerged a few years ago, and the rapid advances in nanotechnology have offered a wealth of new opportunities for diagnosis and treatment of several diseases. In the pharmaceutical industry and in modern medicine, it is well known the ratio between many promising drugs that are discovered and the fact that they will never make it to the market. This is due to their physical and chemical properties and difficulties in delivery, followed by the lack of solubility or effective clearance from the blood. Flavonoids are a class of natural compounds with pharmacological activities, particularly standing out the vasoactive and antioxidant actions, of particular interest for the development of new systems that can act to relieve symptoms associated with venous disease. A nanoemulsion of rutin was developed using a High Pressure Homogenization (HPH). Results show that it is possible to obtain dispersions at a nanoscale range, and the size of the particles obtained round approximately 100 nm. Nanoemulsion showed physical stability during 15 days of storage at room temperature. The encapsulation efficiency obtained for rutin was approximately 85%.

Dissertação para a obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Química e Bioquímica
Neste trabalho produziram-se micropartículas de exopolissacárido (EPS) e goma de guar (GG) contendo Tegafur. Foram caracterizadas na sua morfologia, tamanho, composição, capacidade de absorção de água, porosidade e encapsulação do fármaco. Foram produzidas micropartículas de EPS pelo método de emulsificação, com auto-reticulação por ácido sulfúrico, que não apresentaram integridade em meio básico. Produziram-se microsferas de EPS e GG utilizando o “Spray Dryer” mas o baixo rendimento obtido tornou o processo inviável. Produziram-se micropartículas de GG pelo método de precipitação, utilizando o planeamento de experiências do composto central. As variáveis independentes consideradas foram a concentração de GG, o volume de glutaraldeído e o tempo de reticulação sendo o volume de gluteraldeído o que mostrou maior influência no processo de reticulação. A escolha de limites reduzidos para estas duas últimas variáveis impossibilitou a optimização do processo. Verificou-se que a eficiência de encapsulação do fármaco foi baixa. Por estudos efectuados ao processo concluiu-se que a perda do fármaco ocorre maioritariamente no processo de precipitação. Realizaram-se experiências em que macropartículas vazias produzidas pelo método de precipitação foram colocadas numa solução concentrada de 5-FU e Tegafur. Verificou-se um aumento da eficiência de encapsulação e uma maior encapsulação do 5-FU comparativamente ao Tegafur.

Dissertação para a obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Química e Bioquímica
O objectivo do presente trabalho é produzir nanopartículas de PLGA com Doxorubicina pelo método de extracção/evaporação por solvente e estudar o efeito dos parâmetros de síntese sobre as características das nanopartículas utilizando o desenho de experiências do composto central e o programa Statistica para a análise de resultados. Foram escolhidas como variáveis dependentes o tamanho da partícula, o potencial zeta (Z), o carregamento de fármaco e o rendimento de produção e como variáveis independentes a concentração de emulsificante (PVA), o volume de emulsificante e o tempo de sonicação. As nanopartículas produzidas nas condições experimentais dadas pelo desenho de experiências, caracterizadas relativamente ao tamanho por DLS, morfologia por SEM, carregamento de fármaco e rendimento, apresentam uma forma esférica e uma superfície lisa. Foram construídas as curvas de superfície para cada variável dependente utilizando o programa Statistica tendo os resultados mostrado que as variáveis independentes com maior efeito nas variáveis dependentes são o volume e a concentração de PVA. Com o objectivo de produzir partículas com valores elevados de Z e de carregamento de fármaco com tamanhos entre 120-140nm (A) ou 100-120nm (B), foram seleccionados com base nos gráficos de superfície os valores das variáveis independentes 15 ml; 3%(P/V);60s e 4ml;3%(P/V);60s, respectivamente. Nestas condições, as nanopartículas A produzidas apresentaram um tamanho de 125 nm, um Z=-11.3mV, um carregamento de fármaco entre 10.23%-12.58% (mg/mg) e um rendimento entre 53.8%-59.0%, sendo o Z e o rendimento ligeiramente superiores aos valores esperados. As nanopartículas B apresentaram um tamanho de 100 nm, um Z=-9.5mV, um carregamento de fármaco entre 19.44%-21.52% (mg/mg) e um rendimento próximo de 26.2%, sendo o rendimento ligeiramente inferior ao valor esperado. Os perfis de libertação de Doxorubicina apresentam uma cinética de 1ª ordem, característica de um processo de difusão, seguida de uma cinética de ordem zero, característica de um processo de degradação.

Mestrado em Engenharia Agronómica / Instituto Superior de Agronomia. Universidade de Lisboa
Com o desenvolvimento da indústria agroquímica e consequentemente o estudo de novas formas de adubação, os adubos de libertação controlada têm vindo a ganhar importância principalmente os que utilizam biopolímeros (nomeadamente pectina/ quitosano) para o seu revestimento. Estes tipos de adubos permitem aumentar os rendimentos das culturas e diminuir os impactos ambientais associados a utilização dos adubos convencionais. Com base nesta constatação, o objetivo deste trabalho incide na produção de revestimentos de adubos utilizando biopolímeros. Os revestimentos tinham de ser resistentes, dispor de boas propriedades químicas e físicas de modo a aderir uniformemente ao adubo, possuir uma solubilidade adequada, de modo a reter o adubo durante um certo período de tempo, doseando em função das necessidades da planta
N/A

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Química e Bioquímica
Os géis poliméricos que apresentam grande afinidade para água, também conhecidos como hidrogéis, têm recebido muita atenção nos últimos anos, pois a suas propriedades únicas possibilitam que estes sejam utilizados em várias áreas de aplicação. Particularmente, os hidrogéis de Poli(ácido acrílico) estão em evidência devido à sua estrutura porosa, que permite a incorporação de medicamentos na sua matriz, possibilitando a libertação controlada destes por difusão. Tendo em conta esta característica especial, o presente trabalho teve como objectivo, o estudo experimental do processo de síntese dos hidrogéis de Poli(ácido acrílico), assim como a sua representação matemática através do desenvolvimento de um modelo cinético. Para tal, foram realizados ensaios de homopolimerização do ácido acrílico e copolimerização do ácido acrílico com trimetilolpropano triacrilato em solução aquosa, utilizando o persulfato de sódio como iniciador. Conversão, fracção de gel e quantificação de duplas ligações pendentes foram determinadas utilizando as técnicas de gravimetria, extracção com água e titulação, respectivamente. Paralelamente, com o modelo matemático desenvolvido, procurou-se atingir uma melhor compreensão deste processo de polimerização, detalhando-o relativamente ao referido na literatura através da inclusão de reacções de ciclização. Para o seu desenvolvimento, recorreu-se a vários métodos, como os de balanço molar, momentos, fracionamento numérico e método dos caminhos, que possibilitaram a resolução dos problemas matemáticos envolvidos na simulação deste processo. Estudos da libertação de insulina com os hidrogéis de ácido acrílico, também foram realizados, com o auxílio do método de Lowry. O principal resultado deste trabalho, tendo em conta que o estudo laboratorial realizado foi constituído por ensaios preliminares, é que o modelo matemático desenvolvido é capaz de apresentar as principais características do sistema de copolimerização do ácido acrílico, sendo este modelo sensível à constante cinética de ciclização, como esperado.

Quinones are natural or synthetic organic compounds and play important biological and physiological roles. Among the naphthoquinones, two of them appears as promising compounds: lapachol, found in large quantities in plants of the Bignoniaceae family, and its synthetic isomer, isolapachol. Lapachol and its derivative show several activities against the snail Biomphalaria glabrata, the intermediate host of the helminth Schistosoma mansoni, causative agent of schistosomiasis; against Trypanosoma cruzi, Chagas Disease causative agent and others. Isolapachol shows toxicity against fishes (Tilapia nilótica) and Artemia salina. A fact that can directly interfere in the activity of these substances is their lower solubility in aqueous media. It is necessary to employ of more water soluble derivatives, like their salts. Another substance in study is chitosan, a polisacaride from chitin found in great amounts at crustaceous, insects and fungi. It possesses a several of usefull things, like in treatment of wastewater, and in drug delivery systems. The interaction of lapachol and isolapachol sodium salts (LPS and IPS respectively) with chitosan has not found in literature. The aim of this work was to perform a detailed analysis of the interaction of chitosan, LPS and IPS, to obtain the physical-chemical parameters which influence the of adsorption processes of these substances. The first studies has shown that LPS and IPS undergo a chemical denaturation for a long period of storage time. Another results showed that the LPS and IPS solutions are also chemically instable. It was found that chitosan is fully protonated after 15 minutes of contact time, which was confirmed by the pH increasing to 7,0 after acid contact. The adsorption studies of LPS and IPS showed that both adsorb on chitosan, and those processes are more effective at lower pH solutions. The kinetic studies showed that the adsorptions are fast and the equilibria adsorption are reached after 60 minutes of contact time. Adsorption kinetics fit follows well the pseudo-second-order model. The adsorption isotherms of LPS and IPS exhibit higher amounts of IPS than LPS and both fit preferentially the model described by Langmuir, indicating adsorptions in monolayers on energetically homogeneous surfaces. LPS and IPS adsorptions were also influenced by the increase of ionic strength in solution indicating that the main interaction is of electrostatic nature. The thermodynamic parameters showed that the adsorption processes are spontaneous for the two quinones. In LPS the process is endothermic with positive entropy. In IPS, the adsorption is exothermic with negative entropy. These results shown the importance of the resonance of the naphtoquinonic group with the double bond at the side chain, in the adsorption of LPS and IPS. When the desorption was studied, the presence of a phosphate buffer media influence this process significantly, while the temperature does not affect the process and that the IPS is released in lower amounts that LPS.
Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico
As quinonas são compostos orgânicos sintéticos ou naturais e desempenham uma grande variedade de funções biológicas e fisiológicas. Na classe das naftoquinonas, duas aparecem como compostos promissores: o lapachol, encontrado em abundância em plantas da família Bignoniaceae, e seu isômero sintético, o isolapachol. Diversas atividades foram atribuidas ao lapachol e seu derivado, frente ao hospedeiro intermediário, o caramujo Biomphalaria glabrata e à cercária, forma larval do Schistosoma mansoni, agente causador da esquistossomose; ao Trypanosoma cruzi, causador da Doença de Chagas entre outras; possuindo também toxicidade frente a peixes (Tilapia nilotica) e a Artemia salina. Um fator que pode prejudicar diretamente a atividade destas substâncias são suas baixas solubilidades em meio aquoso, o que faz necessário a utilização de derivados mais solúveis como alguns seus sais. Outra substância estudada é a quitosana, um polissacarídeo derivado da quitina encontrada em grandes quantidades em diversos crustáceos, insetos e fungos. Ela apresenta uma série de aplicações, tais como sua utilização para a remoção de substâncias no tratamento de águas residuais, e em destaque na área de liberação controlada de fármacos. Não existem registros que mostrem a interação entre os sais de sódio do lapachol (LPS) e isolapachol (IPS) e a quitosana. Diante disso a pesquisa com estas substâncias se torna relevante. O objetivo do trabalho consistiu em realizar uma análise detalhada da interação entre a quitosana e o LPS e IPS, visando conhecer os parâmetros físico-químicos que podem influenciar no desenvolvimento da metodologia de adsorção de tais substâncias. Estudos prévios mostraram que o LPS e o IPS sofrem degradação quando estocados por longos períodos de tempo. Outros resultados também mostraram que as soluções destas quinonas também são instáveis, com a solução de IPS sofrendo modificações após 15 dias. Foi visto também que é necessário deixar a quitosana em meio ácido durante 15 minutos para a sua protonação, o que é confirmado pela elevação do pH para 7,0 após este procedimento. Os estudos de adsorção do LPS e do IPS em flocos de quitosana mostraram que ambos adsorvem na quitosana, e que este processo se mostrou mais efetivo em pH igual a 4,0, confirmando a influência da protonação da quitosana na adsorção. Os estudos cinéticos mostraram que a adsorção de ambas as quinonas ocorre de forma rápida, atingindo o equilíbrio em 60 minutos, seguindo o modelo de pseudosegunda- ordem. As isotermas de adsorção do LPS e IPS exibiram maiores quantidades de IPS adsorvido na quitosana e que as duas seguem preferencialmente o modelo descrito por Langmuir, indicando uma adsorção em monocamadas com uma superfície energeticamente homogênea. Esta adsorção também foi influenciada pelo aumento da força iônica indicando que o principal tipo de interação é de natureza eletrostática. Os parâmetros termodinâmicos químicos mostraram que o processo é espontâneo para as duas quinonas. Para o LPS, o processo de adsorção é endotérmico, com entropia positiva. Para o IPS, a adsorção é exotérmica, com diminuição da entropia. Estes resultados mostram a importância da ressonância do grupo naftoquinônico com a ligação dupla na cadeia lateral na adsorção do isolapachonato, em relação ao lapachonato. Quando se avalia a liberação, foi visto que a presença de um meio tamponado em pH 8,0 influencia de forma mais significativa, enquanto que a temperatura não afetou o processo e que o IPS é liberado em uma quantidade sensivelmente menor que o LPS.

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Biomédica
A administração tradicional de fármacos através de comprimidos ou injecções apresenta bastantes desvantagens quando comparado com um sistema de libertação controlada. Com este sistema, evita-se a sobredosagem de medicação pois o fármaco é aplicado directamente no local onde deve actuar. Neste trabalho pretende-se desenvolver um biodispositivo que seja capaz de libertar uma substância presente no seu interior através de pequenos estímulos eléctricos. Para tal, é necessário que este dispositivo, para além de biocompatível, seja electricamente condutor. Numa primeira fase, foram produzidas membranas de acetato de celulose e de polivinilpirrolidona por electrofiação, as quais foram posteriormente revestidas com polipirrol, um polímero condutor biocompatível. De forma a encontrar a membrana mais adequada às funcionalidades do dispositivo proposto, foram experimentadas e analisadas diferentes metodologias. Nas membranas mais condutoras foi introduzido um fármaco e analisada a influência da aplicação de um pequeno sinal eléctrico na quantidade de fármaco libertado. Os resultados obtidos são promissores no que respeita à possível aplicação destas membranas na libertação controlada de fármaco a nível da epiderme.

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Química e Bioquímica
Com o intuito de estabilizar um composto farmacêutico num estado metaestável onde é evitada a cristalização, o catião de um líquido iónico (1-(2-hidroxietil)-3-metil-imidazólio – C2OHmim) foi intrinsecamente combinado com o anião de um princípio farmaceuticamente ativo (ibuprofenato – Ibu). A impregnação numa matriz de sílica mesoporosa (SBA-15) foi utilizada como uma estratégia adicional. O estudo foi precedido pela investigação do [C2OHmim][Ibu] no estado livre, por calorimetria diferencial de varrimento (DSC) e espectroscopia de relaxação dieléctrica (DRS). A caracterização térmica permitiu classificar o [C2OHmim][Ibu] como um formador de vidro, uma vez que exibe uma transição vítrea. No entanto, após alguma remoção de água observa-se cristalização e posteriormente fusão, que ocorre na gama de temperaturas 312 < T < 387 K. Observou-se que a transição vítrea é fortemente dependente do teor em água: uma amostra contendo 24% (w/w) em água exibe a transição vítrea a temperatura inferior a 200 K, enquanto que após a remoção da água, a transição vítrea se desloca para temperaturas mais elevadas, ~250 K. A água tem igualmente um efeito significativo sobre as propriedades de transporte: a condutividade e os coeficientes de difusão da amostra contendo água são cerca de 2 décadas superiores aos da amostra seca. Foram sintetizadas duas matrizes de sílica com diâmetro de poro de 4,5 e 5,6 nm. A impregnação de [C2OHmim][Ibu] em ambas as matrizes foi confirmada por espectroscopia de infravermelhos e por termogravimetria (TGA), a partir da qual foi determinado um grau de enchimento de 53 e 58% (w/w), respectivamente, para as matrizes de 4,5 e 5,6 nm. As propriedades calorimétricas e dieléctricas foram estudadas para o material impregnado em ambas as matrizes. Sob impregnação na matriz de sílica com 4,5 nm de diâmetro de poro, o [C2OHmim][Ibu] evita a cristalização. Observa-se também uma dependência da temperatura de transição vítrea (Tg) em relação ao teor de água, embora em menor extensão relativamente ao hóspede livre, levando a concluir que a água está adsorvida na matriz propriamente dita (a afinidade da matriz para a água foi anteriormente confirmada por DSC e termogravimetria). Após secagem, a transição vítrea detectada é mais alargada relativamente ao composto livre e inicia-se a temperaturas um pouco mais elevadas, relativamente ao composto seco. A Tg mais elevada pode ser causada por algum impedimento à mobilidade do hóspede devido a interacções com a parede dos poros, provavelmente, através de pontes de hidrogénio. Isto irá afectar também as propriedades de transporte, o que é confirmado pelo decréscimo em cerca de 2-3 décadas, tanto da condutividade real como do coeficiente de difusão do sistema impregnado comparado com o livre. Para [C2OHmim][Ibu] impregnado na matriz de 5,6 nm, foi detectada cristalização. Tal foi racionalizado como 5,6 nm, sendo uma dimensão de poro que permita o crescimento de cristais.

Foi realizado no Laboratório de Ciências Agrárias da Faculdade de Zootecnia e Engenharia de Alimentos, um bioensaio de fermentação in vitro para avaliar a inclusão de doses crescentes de ureia de liberação controlada (ULC) em lâminas foliares de Brachiaria brizantha cv. Marandu em duas idades de rebrotação. Amostras colhidas em duas idades de rebrotação (28 e 65 dias, S28 e S65, respectivamente) foram incubadas em frascos com doses crescentes de ureia de liberação controlada (ULC - D0, D5, D10 e D20), em três inóculos distintos. O delineamento experimental foi em blocos casualizados fatorial 2 x 4. Foram realizadas análise de regressão e comparação entre médias pelo teste Tukey 5%. Durante 96 horas de fermentação foram colhidas s informações de leitura da produção de gases (tempos 4, 8, 12, 18, 24, 30, 36, 48, 60, 72, 84 e 96 h), concentração de N-NH3 (tempos 6, 12, 24, 48 e 96 h), e AGCC no fluido ruminal (tempos 24 e 48 h), pH (tempo 0 e 96h) e desaparecimento da FDN e MO (tempos 24, 48 e 96 h). Foram calculadas e analisadas as variáveis matemáticas geradas a partir do modelo exponencial indicando tempo de colonização (L), assíntota da curva de produção de gases (A), taxa de fermentação (µ), relação entre os tempos 48 e 96 h (R1), relação entre o tempo 96 h e Assíntota A (R2), t ½ da curva de produção de gases, Fatos de Partição MOD e AGCCtot com a produção acumulada de gases. Não foi observado efeito de doses sobre a produção total ou fracionada de AGCC em 24 e 48 horas de fermentação. Houve efeito de substrato para a síntese de AGVCR - valerato, isovalerato e outros, sendo maiores para o substrato S28, em 24 e 48 horas, indicando maior fermentação proteica. Em 24 horas, frascos contendo substrato S28 mantiveram níveis mais baixos de N-NH3 no fluido ruminal que aqueles contendo substrato S65 para doses 0, 5 e 10. Em 48 horas, as concentrações de N-NH3 indicam que a fermentação do substrato S65 foi mais eficiente na utilização de N-NH3, com concentrações significativamente inferiores de N-NH3 no fluido. O pH encontrado ao final da incubação indica adequação do processo fermentativo favorecendo microrganismos celulolíticos no fluido ruminal. Em relação à cinética fermentativa, S28 apresentou menor tempo de colonização, menor potencial de produção de gases e maiores taxas de fermentação (µ) em todos os tempos estudados. DIVMO e DIVFDN apresentaram efeito cúbico de doses para o substrato S28 durante as 24 horas de incubação. Embora o substrato S65 tenha apresentado taxa fermentativa mais lenta e apresentado menor degradação de MO e FDN nos períodos de 24, 48 e 96 horas, foi mais eficiente quando avaliado quanto ao Fator de Partição. Em conclusão, o fornecimento de Ureia de Liberação Controlada em lâminas foliares de capim-marandu foi mais eficiente na redução de N-NH3 em substratos com 65 dias de idade de rebrotação entre 24 e 48 horas de fermentação, que pode indicar maior conversão em proteína microbiana.
Was conducted at the Laboratory of Agricultural Sciences, Faculdade de Zootecnia e Engenharia de Alimentos, a in vitro fermentation bioassay to assess the inclusion of increasing doses of urea slow-release ( USR ) in leaf blades of Brachiaria brizantha cv. Marandu in two regrowth ages. Samples collected in two regrowth ages (28 and 65 days, S28 and S65, respectively) were incubated with increasing doses of slow-release urea ( USR - D0, D5, D10 and D20 ), in three different inocula. The experimental design was a randomized block factorial 2 x 4. Regression analysis and comparison of means by Tukey test 5 % were performed. During 96 hours of fermentation were reading information by gas production (4, 8 ,12, 18, 24 ,30, 36, 48, 60, 72, 84 and 96 h), concentration of NH3-N ( 6, 12, 24, 48 and 96 h ), and SCFA in ruminal fluid (24 and 48h ), pH (time 0 and 96 h ) and disappearance of NDF and OM (24, 48 and 96 h ). Were calculated and analyzed the mathematical variables generated from the exponential model indicating colonization time ( L ), asymptote of gas production ( A), fermentation rate (µ), relationship between times 48 and 96 h ( R1 ), relationship between time 96 and asymptote A (R2), t½ of the gas production curve, Factors of Partition from MOD, FDNcD and AGCCtot with the total gas production. No dose effect was observed on total production of SCFA and fractionated at 24 and 48 hours of fermentation. An effect of substrate for the synthesis of AGVCR - valerate, isovalerate and others being higher for substrate S28, 24 and 48 hours, indicating higher protein fermentation. In 24 hours, flasks containing substrate S28 maintained lower levels of NH3-N in rúmen fluid than those containing substrate S65 for doses 0, 5 and 10. Within 48 hours, the concentrations of NH3-N indicate that fermentation substrate S65 was in more efficient use of NH3-N, with significantly lower concentrations of NH3-N in the fluid. The pH found at the end of the incubation indicates suitability of the fermentation process favoring cellulolytic microorganisms. Regarding the fermentation kinetics, S28 showed lower colonization time, less potential for gas production and higher fermentation rates ( µ ) at all time points. DIVMO DIVFDN and had a cubic effect doses for the substrate S28 at 24 hours of incubation. Although the substrate S65 has shown slower fermentation rate, and showed less degradation of OM and NDF in periods of 24, 48 and 96 hours, was more efficient when assessed for Factor Partition. On 24 and 48 hours of incubation was more efficient in the degradation of OM and NDF. At 96 hours remained greater efficiency for degradation of NDF, however, no significant differences for the degradation of MO. In conclusion, the supply of urea slow-release in leaf blades of Marandu-grass was more effective in reducing NH3-N substrates 65 days old regrowth between 24 and 48 hours of fermentation, which may indicate higher conversion protein microbial.

A libertação dirigida de fármacos é importante no caso dos fármacos anti-inflamatórios, tais como o Diclofenac e Etoricoxib, para evitar a sua libertação no pH ácido do estômago (pH 2), e conseguir a sua libertação apenas no pH do duodeno (pH 6,6) e minimizar os efeitos secundários adversos na mucosa gástrica. Produziram-se e caracterizaram-se sistemas de entrega de fármacos (SEF) utilizando materiais poliméricos naturais, tais como o alginato, com a função de fixar a estrutura por reticulação, formando um gel, com a incorporação de uma matriz de celulose microfibrilada (CMF) ou celulose nanofibrilada (CNF). Compararam-se os SEF contendo celulose microfibrilada (MFC) e celulose nanofibriladas (CNF) tendo-se concluído que apresentam libertações com perfis diferentes. Para a obtenção laboratorial da CMF fez-se a desintegração e refinação de pasta Kraft branqueada de Eucalyptus globulus, utilizando um refinador PFI laboratorial (9000 revoluções), com a pasta a 10% de consistência, seguindo as normas ISO para a desintegração, refinação e produção de estruturas na forma de folha. Utilizou-se a Carboxilmetilcelulose (CMC) como aditivo e verificou-se, por medição do ângulo de contacto, que a sua adição aumenta a hidrofilicidade das estruturas. A CNF utilizada foi obtida por oxidação com TEMPO seguida de tratamento mecânico num homogeneizador de alta Pressão, a partir de pasta Kraft branqueada de Eucalyptus globulus e a sua caracterização foi feita por MEV. Fez-se a caracterização das fibras de CMF medindo o seu comprimento (0,8mm) e largura (19µm), com o MORFI, e a avaliação da drenabilidade das pastas medindo o grau Schopper-Riegler. Verificou-se que o processo de refinação permitiu obter micro fibrilação das fibras e diminuiu a porosidade das estruturas. Verificou-se pelos estudos cinéticos que a porosidade da matriz de celulose é importante para a libertação controlada das moléculas terapêuticas, e que os SEF de Celulose não refinada, que apresentam maior porosidade, são os menos eficazes. Os SEF contendo CMF permitem evitar a libertação do Diclofenac no pH do estômago, libertando-o no pH do intestino, enquanto que não se consegiu libertação dirigida do Etoricoxib com CMF. Os resultados obtidos por simulação computacional indicam que a mistura de CMF e CNF permitirá obter uma porosidade menor, que a obtida apenas com CMF, e sugere-se que se investiguem SEF com mistura de CMF e CNF em trabalhos futuros.
Targeted release of drugs is important in the case of anti-inflammatory drugs, such as Diclofenac and Etoricoxib, to avoid their release into the acidic pH of the stomach (pH 2) and achieve their release only at the pH of the duodenum (pH 6,6) to minimize adverse side effects on the gastric mucosa. Drug delivery systems (DDS) were produced and characterized using natural polymeric materials, such as alginate, with the function of fixing the structure by crosslinking, forming a gel, with the incorporation of a microfibrillated cellulose matrix (MFC) or nanofibrillated cellulose (NFC). The DDS containing microfibrillated cellulose (MFC) and nanofibrillated cellulose (CNF) were compared and presented different delivery profiles. To obtain MFC, the disintegration and beating of bleached Kraft pulp of Eucalyptus globulus was carried out using a laboratory PFI refiner (9000 revolutions) with 10% consistency, following ISO standards for disintegration, beating and production the paper sheet form structures. Carboxylmethylcellulose (CMC) was used as an additive and the structures affinity with water was verified by measuring the contact angle, and the results indicate that the hydrophilicity of the structures increased with the addition of CMC. The NFC used was obtained by oxidation with TEMPO followed by mechanical treatment in a high-pressure homogenizer, also from bleached Kraft pulp of Eucalyptus globulus. The CMF fibers were characterized by measuring their length (0.8mm) and width (19µm), with the MORFI, and the evaluation of the drainage of the pulps was done by the Schopper-Riegler degre. It was verified that the refining process allowed to obtain microfibrillation of the fibers and decreased the porosity of the structures. It has been found by kinetic studies that the porosity of the cellulose matrix is important for the controlled release of the therapeutic molecules, and that unrefined cellulose DDS have higher porosity and are not effective. The DDS containing CMF avoided the release of Diclofenac at the pH of the stomach, releasing it at the pH of the intestine while the DDS for Etoricoxib did not. The results obtained by computational simulation and experiments indicate that the mixture of CMF and CNF will originate lower porosity when comparing with DDS obtained with CMF, and it is suggested to be investigated in future work.

desenvolvimento de Sistemas de Entrega de Fármacos utilizando materiais poliméricos biocompatíveis, recorrendo à manipulação de fibras de celulose na escala nano e à simulação computacional 3D constitui um exemplo de investigação multidisciplinar na área de Química Medicinal. O objetivo principal é o desenvolvimento de sistemas de entrega de fármacos constituídos por uma matriz polimérica 3D de nanocelulose, com otimização da porosidade, para aplicações em terapêuticas orais em que a libertação controlada apresenta vantagens relativamente aos sistemas existentes. Utilizou-se a celulose nanofibrilada, desconstruída a partir da celulose vegetal, comparando-a com a celulose bacteriana, e com a carboximetilcelulose. Foi possível obter sistemas de entrega de fármacos com cinéticas de libertação diferenciadas e caracterizar as matrizes produzidas utilizando imagens SEM. A caracterização das estruturas incluiu a quantificação das dimensões das fibras e dos poros, recorrendo a programas de análise de imagem. Verificou-se que os sistemas produzidos a partir de celulose nanofibrilada apresentavam distribuições de tamanhos de poro com maior variabilidade, o que se traduziu numa cinética de libertação irregular. Posteriormente efetuou-se a simulação computacional da matriz polimérica e verificou-se que seria possível obter com os mesmos elementos fibrosos uma matriz com uma distribuição de poros mais regular. Produziram-se essas estruturas partir da celulose nanofibrilada, controlando as condições de dispersão das cadeias poliméricas e formação da estrutura 3D do gel, por manipulação das variáveis de processo da filtração. Utilizou-se a reticulação de um polímero auxiliar, o alginato, de forma a fixar e manter a estrutura pretendida. A cinética de libertação do sistema de entrega de fármacos contendo a matriz otimizada permitiu concluir que a obtenção de poros mais regulares se traduziu numa libertação controlada mais uniforme e numa melhoria significativa do sistema. Finalmente, produziram-se sistema inovadores combinando a matriz 3D de celulose nanofibrilada com carboximetilcelulose, uma vez que se provou que a sua presença permite aumentar a afinidade com a água. Conclui-se que foi possível evitar a libertação do Diclofenac no pH acídico do estomago e que a simulação computacional 3D é uma ferramenta útil para projetar sistemas de libertação controlada para diferentes aplicações terapêuticas.
The development of Drug Delivery Systems using biocompatible polymeric materials, with manipulation of cellulose fibers at the nano scale and 3D computer simulation, is an example of multidisciplinary research in the field of Medicinal Chemistry. The main purpose is the development of drug delivery systems consisting of a 3D polymer matrix of nanocellulose, with porosity optimization, for applications in oral therapeutics in which controlled release presents advantages over existing systems. The nanofibrillated cellulose, deconstructed from vegetable cellulose, was compared to bacterial cellulose and carboxymethylcellulose. It was possible to obtain drug delivery systems with differentiated release kinetics and to characterize the matrices produced using SEM images. The characterization of the structures included the quantification of the dimensions of the fibers and the pores, using image analysis software’s. Systems produced from nanofibrillated cellulose were found to have pore size distributions with greater variability, which resulted in irregular release kinetics. By using the computational simulation of the polymer matrix, it was verified that it would be possible to obtain a matrix with a more regular pore distribution with the same fibrous elements. These structures were produced from the nanofibrillated cellulose, controlling the conditions of dispersion of the polymer chains and formation of the 3D structure of the gel, by manipulation of the process variables of the filtration. Crosslinking of an auxiliary polymer, the alginate, was used to fix and maintain the desired structure. The release kinetics of the drug delivery system containing the optimized nanocellulose matrix have proved that more regular pores resulted in a more uniform release kinetics and a significant improvement of the system. Finally, innovative systems were produced by combining the 3D matrix of nanofibrillated cellulose with carboxymethylcellulose, since it has been proved that its presence allows the increase of the affinity with water. It has been concluded that it was possible to avoid the release of Diclofenac in the acidic pH of the stomach and that the 3D computational simulation is a useful tool to design controlled release systems for different therapeutic applications.

O desenvolvimento experimental e simulação computacional de materiais poliméricos naturais utilizados como sistemas de entrega de fármacos constitui um exemplo de investigação multidisciplinar na área de Química Medicinal. O objetivo é o desenvolvimento de novos materiais porosos provenientes de materiais naturais, tais como os obtidos a partir de vários materiais celulósicos. A utilização de ferramentas computacionais avançadas e métodos de análise de imagem têm como objetivo otimizar as propriedades do sistema de entrega de fármacos e adequar o mesmo às diversas aplicações terapêuticas. Foram produzidos, laboratório, vários materiais com fibras de celulose distintas e caracterizaram-se utilizando imagens obtidas por Microscopia Eletrónica de Varrimento (MEV), recorrendo a uma preparação das amostras que possibilitou a fixação da estrutura porosa e uma metodologia de tratamento de imagem sistemática e com critérios de validação bem definidos. Utilizaram-se ferramentas computacionais avançadas para produzir os mesmos materiais computacionalmente. A utilização de simulações computacionais validadas experimentalmente permite a otimização das propriedades estruturais 3D determinantes no transporte de medicamentos, tais como a porosidade, volume de penetração, espessura, entre outras. Sendo assim, podem projetar-se materiais porosos a partir de materiais poliméricos naturais provenientes de celulose. Esta será uma etapa determinante no processo de desenvolvimento de sistemas de entrega de fármacos que utilizem a celulose na escala nano, de forma a otimizar o transporte e a libertação controlada de fármacos. Os resultados incluem a obtenção de celulose nanofibrilada por desconstrução da vegetal e a sua utilização num sistema de entrega de fármacos, estudo comparativo da cinética de libertação da molécula terapêutica Diclofenac a partir dos sistemas de entrega de fármacos produzidos em laboratório e simulação computacional de estruturas 3D formadas e análise dos parâmetros que influenciam a porosidade da estrutura. Pode concluir-se que o fármaco Diclofenac, sendo uma molécula terapêutica disponível comercialmente, com efeitos adversos reconhecidos quando atinge concentrações elevadas ou existe suscetibilidade ao nível do estômago, uma vez inserido num sistema de entrega polimérico irá ter uma libertação controlada, tirando partido das vantagens de uma aplicação controlada e, portanto, menos agressiva.
The computer simulation and experimental development of natural polymeric materials used as "Drug Delivery Systems" are an example of multidisciplinary research in the field of Medicinal Chemistry. The main goal is the development of new porous materials derived from natural materials such as cellulosic-based materials. The use of advanced computational tools and image analysis methods aim to optimize drug delivery system properties and tailor the drug delivery system to the various therapeutic applications. Various materials from different fibers and pulps were produced in laboratory and characterized using a sample method preparation to obtain SEM images that allowed the porous structure settling and systematic image analysis methodology with well stablished validation criteria. The use of experimentally validated computer simulations allows optimization of the structural properties that determines the transport of therapeutic molecules, such as porosity, penetration volume, thickness, etc. Thus, porous materials can be produced from natural polymeric materials derived from cellulose. This is a major step in the development process of drug delivery system" using cellulose in the nano-scale in order to optimize the transport and controlled release of drugs. The results obtained include nanofibrillated cellulose by deconstructing method of plant and its use in a drug delivery system, release studies of Diclofenac kinetics from drug delivery systems produced in laboratory and computational simulation of 3D structures and analysis of the parameters that can influence the porosity of the structure. It can be concluded that Diclofenac drug, which is a commercially available therapeutic molecule with well-known recognized adverse effects when reachin high concentrations or in cases of stomach sensibility, can be inserted in a polymeric delivery system for controlled release, reducing the aggressive effects for human body.

O interesse nos sistemas de libertação controlada e dos materiais nanoporosos que cons-tituem estes sistemas fez estender as investigações sobre novos materiais, com proprie-dades físicas específicas. Neste trabalho desenvolveu-se uma metodologia experimental que utiliza uma técnica de cromatografia frontal num sistema HPLC, com o intuito de medir isotérmicas de ad-sorção da cafeína e do diclofenac (este conhecido como Voltaren), permitindo medir o grau de encapsulação e a eficiência da libertação controlada. Para tal, foram testados dois tipos materiais porosos: os MOFs, ZIF-8 e MIL-100 e também o carvão ativado Norit SX PLUS, como potenciais sistemas de encapsulação e libertação controlada. No presente trabalho foi possível verificar que a capacidade de adsorção de diclofenac sobre o carvão ativado NORIT Sx Plus é bastante elevada com valores que podem atin-gir 385 mg/g para concentrações de diclofenac Na ordem dos 30 mg/L. Por outro lado, observou-se que a quantidade adsorvida pelos MOFs aumenta com o aumento da concentração do fármaco, mas a sua capacidade de encapsulação é pequena nas condições utilizadas ocorrendo a rutura do diclofenac e da cafeína logo após 1 min. Por esse facto, a quantidade adsorvida da cafeína e diclofenac nos MOFs não ultrapassa 0.6 mg/L. Foi também avaliada a libertação dos fármacos adsorvidos através de experiências de dessorção, verificou-se que apenas 12% da massa adsorvida de diclofnac no carvão ati-vado é libertada. No caso dos MOFs, a massa libertada de diclofenac pode chegar até aos 87% num intervalo de tempo comparável ao da etapa de adsorção, demonstrando que nestes materiais a resistência à transferência de massa é baixa.
The interest in controlled release systems using nanoporous materials has increased sig-nificantly during recent years in part doing to the discovery of new porous material such as the MOFs and PCPs. In this paper a methodology was developed using frontal chromatography in a HPLC system, with the aim of measuring adsorption isotherms of caffeine and diclofenac (Voltaren known as such), the degree of encapsulation and efficiency and release. To this end, we tested two types porous materials: the MOFs, ZIF-8 and MIL-100 and also the classic activated carbon Norit SX PLUS, as potential systems for controlled release and encapsulation. The study has shown that the adsorption capacity on diclofnac in activated carbon NORIT Sx Plus is quite high with values that can reach 350 mg/g for concentrations of diclofenac in liquid phase until 30 mg/L. In the case of MOFs, it was observed that the amount adsorbed increases with increas-ing concentration of drug, but its capacity is small when compared to activated carbon with breakthroughs of diclofnac and caffeine occurring after 1 min. Therefore, the amount adsorbed caffeine and diclofenac in MOFs not exceed 0.6 mg / L. It was also evaluated the release of adsorbed drugs by desorption experiments, where it was found that only 12% of the mass of diclofnac adsorbed on activated charcoal is re-leased. In the case of MOFs diclofnac is easily released with amounts reaching up to 87% in a time interval comparable to the adsorption stage, demonstrating that these ma-terials offer no resistance to mass transfer.

A libertação controlada de fármacos tem sido alvo de estudo, uma vez que permite controlar a dosagem de fármacos administrada, sem que chegue a um nível tóxico para o organismo. Os sistemas de libertação controlada possuem dois objetivos fulcrais: manter constante a concentração sanguínea de um determinado fármaco no corpo humano, assegurando uma maior biodisponibilidade, reduzir os efeitos, secundários, aumentando o efeito terapêutico desejado, utilizando uma quantidade de fármaco menor. No presente trabalho foi desenvolvida uma metodologia experimental, baseada num sistema de cromatografia líquida de alta performance (HPLC), tendo por objetivo estudar a adsorção e dessorção de cafeína no adsorvente nanoporoso MOF ZIF-8, através da realização de experiências de cromatografia frontal (etapas de saturação e de regeneração). A partir dos resultados experimentais obtidos utilizando diferentes concentrações de cafeína e diferentes caudais, verifica-se que o adsorvente estudado MOF ZIF-8 possui boa capacidade de encapsulação. Para uma solução de cafeína com a concentração de 0.1 mg/L e a um caudal de 0.1 ml/min, o ponto de rutura ocorre em cerca de 160 minutos. Verifica-se também que à medida que se aumenta a concentração da solução de cafeína, o tempo de rutura é superior o que mostra que o MOF tem uma boa capacidade de encapsulação.
The controlled release of drugs have been studied with the aim of controlling the dosage of administered drugs. Controlled release systems have two key objectives: maintaining a constant blood concentration of a specific drug, providing greater bioavailability and reduce side effects, thus enhancing patient compliance to treatment with fewer doses ingested. In this study was developed an experimental methodology, using a HPLC system, aiming to study the encapsulation and drug release of caffeine in MOF ZIF-8, by observing the saturation curves and regeneration of caffeine when passing through a column packed with the nanoporous material MOF ZIF-8. In view of the obtained results, it is concluded that the adsorbate MOF ZIF-8 has a good capacity for encapsulation using a caffeine solution of 0.1 mg / L at a flow rate of 0.1 ml / min, since breakthrough time occurs 160 minutes after the test started. As regards breakthrough curves, when the concentration of the caffeine solution is increased, the time to reach equilibrium also increases, so there is a better adsorption to a concentration of 0.5 mg / L of caffeine.

Dissertação para obtenção do grau de Mestre no Instituto Superior de Ciências da Saúde Egas Moniz
O tratamento de doenças oculares tem sido um grande desafio para a tecnologia, devido à dificuldade que os fármacos muitas vezes apresentam em chegar ao local terapêutico. A administração de colírios conduz a uma baixa biodisponibilidade devido às barreiras anatómicas e dinâmicas características do olho e à rápida eliminação do fármaco da zona pré-corneal, enquanto os fármacos administrados por via sistémica podem acarretar efeitos secundários devido às altas concentrações necessárias para conseguirem atingir o segmento posterior do olho. Outras vias, como a periocular ou intra-vítrea, são invasivas e podem acarretar riscos acrescidos em determinadas situações. Com o intuito de manter concentrações terapêuticas adequadas, aumentando a eficiência dos tratamentos e, minimizando potenciais riscos e os efeitos secundários e o desconforto do paciente, estão a ser estudadas formas de libertação prolongada. Esta monografia tem como objectivo expor os sistemas de libertação prolongada para terapêutica ocular, que já se encontram no mercado e os que ainda estão em desenvolvimento, abordando as vantagens e complicações que cada um pode conter.

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Química apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia
As patologias do foro ocular podem surgir em qualquer altura da vida, sendo muitas delas assintomáticas desencadeando danos que, muitas vezes, se podem tornar irreversíveis.Quando as patologias são detetadas numa fase avançada, os indivíduos podem ter que ser sujeitos a intervenção cirúrgica. Após esta, a administração de colírios torna-se uma necessidade, sendo tomados durante curtos períodos de tempo de modo a restabelecer o ambiente ocular. No âmbito desta problemática, surgiu o interesse em criar um inserto – um dispositivo biocompatível e confortável para o utilizador, com inserção retro palpebral e que, após intervenção cirúrgica, tenha capacidade de libertar um ou mais fármacos de forma controlada por períodos de uma a quatro semanas. Os insertos, do latim inserere, são os dispositivos oftálmicos mais antigos, havendo relatos desde o século XIX. Têm consistência sólida ou semissólida, sendo normalmente usados em aplicação tópica, tendo como veículo de difusão do(s) fármaco(s) um polímero. Assim, pretende-se criar um inserto polimérico insolúvel que nele tenha contido dois fármacos em simultâneo: Flurbiprofeno (Flb), um anti-inflamatório e Moxifloxacina (Mx), um antibiótico, que se libertem ao longo de determinado período de tempo pré-estabelecido, por mecanismo de difusão. Estes fármacos serão colocados em camadas num dispositivo arredondado denominado inEYE, onde se esperam obter perfis de libertação distintos para cada fármaco e adequados ao tratamento do indivíduo. Para tal, fez-se um estudo de libertação controlada dos fármacos in vitro avaliando-se a sua viabilidade. O meio de libertação utilizado foi uma solução tampão de fosfato, PBS (do inglês Phosphate Buffered Saline), que mimetiza o meio extracelular. Vários materiais com diferentes composições de PEG e PCL (polietilenoglicol e policaprolactona, respetivamente) foram testados, através da incorporação de fármacos na sua matriz ou num núcleo central, avaliando-se o seu perfil de libertação, podendo assim concluir qual a composição de polímero e tamanho do inEYE adequados para o tratamento pretendido, bem como qual a melhor forma de incorporar os fármacos e a sua quantidade.Numa primeira etapa incorporou-se um fármaco por inserto, tendo-se estudado a percentagem de libertação deste ao longo do tempo. Foi também analisada a capacidade de inchaço (swelling), capacidade de absorção de água por parte destes insertos, bem como a perda de massa. Os insertos foram analisados por SEM, de modo a ser estudada a sua morfologia à superfície e no núcleo, avaliando a viabilidade de libertação de fármaco. Estudou-se ainda a capacidade de estes não quebrarem o filme lacrimal, através da medição da energia de superfície. Na segunda etapa, após ser conhecido o perfil de libertação de cada fármaco em separado, estudou-se a sua libertação conjunta no mesmo inserto e avaliou-se o seu perfil de libertação, bem como tempo e percentagem de libertação dos mesmos.Relativamente à libertação pretende-se que os insertos libertem 9 mg de Mx (antibiótico), com perfil constante e 0,24 mg de Flb (anti-inflamatório), com libertação “Fickiana”, durante um mês. Conclui-se que a composição adequada foi a do polímero com 20% PEG 600 dado que em 18 dias libertou toda a Mx, embora a libertação esteja a ser mais rápida do que o desejado. Relativamente ao Flb, houve problemas de reprodutibilidade, não se podendo concluir sobre a sua libertação. Este polímero apresentou um caráter moderadamente hidrofílico nos testes de swelling, um baixo índice de degradação, o que traz vantagens pois menos compostos liberta para o globo ocular. Na caraterização por absorção de água teve um aumento de tamanho aceitável, no sentido em que não causará mais incómodo ou irritação ocular devido a pequeno aumento de volume que sofre com a entrada de água. No entanto, existe a possibilidade de este inserto provocar alguma irritação ocular devido à quebra do filme lacrimal pois as energias de superfície do filme lacrimal e do inserto são distintas. A alteração da superfície do inserto, recorrendo ao revestimento com outros polímeros, poderá resolver esta questão.
The pathologies of the ocular forum can appear at any time of life, being many of them asymptomatic triggering damages that, many times, can become irreversible.When the pathologies are detected at an advanced stage, individuals may have to undergo surgical intervention. After this, the administration of eye drops becomes a necessity, being taken over short periods of time in order to restore the ocular environment.Within the scope of this problem, the interest arose in creating an insert – a biocompatible and comfortable device for the user, with a retro eyelid insertion and that, after surgical intervention, has the ability to release one or more drugs in a controlled manner for periods of one to four weeks. The inserts, from the latim inserere, are the earliest ophthalmic devices, having been reported since the 19th century. They have a solid or semi-solid consistency and are commonly used in topical application, having a polymer as the vehicle of diffusion of the drug(s).Thus, it is intended to create an insoluble polymer insert which contains two drugs simultaneously: Flurbiprofen (Flb), an anti-inflammatory and Moxifloxacin (Mx), an antibiotic, which are released over a predetermined period of time by diffusion mechanism. These drugs will be layered in a rounded device called inEYE, where it is expected to obtain distinct release profiles for each drug and suitable for the treatment of the subject.For this, a controlled release study of the drugs was carried out in vitro evaluating their viability. The release medium used was a phosphate buffered saline, PBS, which mimics the extracellular medium. Various materials with different compositions of PEG and PCL (polyethylene glycol and polycaprolactone, respectively) were tested, by incorporating drugs into their matrix or into a central core, evaluating their release profile, thus being able to conclude which polymer composition and size of the inEYE are suitable for the intended treatment, as well as which is the best way to incorporate the drugs and their amount. In a first step a drug was incorporated per insert, being the percentage of release of this drug studied over time. It was also analyzed the, swellability (swelling), capacity of water absorption by these inserts as well as the loss of mass. The inserts were analyzed by SEM, in order to study their surface and core morphology, evaluating the viability of drug release. It was also studied the ability of these not breaking the tear film, by measuring surface energy. In the second step, after the release profile of each drug was known separately, their joint release was studied in the same insert and their release profile was evaluated, as well as the time and percentage of release. Regarding the release, the inserts are intended to release 9 mg of Mx (antibiotic), with constant profile and 0,24 mg of Flb (anti-inflammatory), with “Fickian” release, for one month. It is concluded that the suitable composition was that of the polymer with 20% PEG 600 given that in 18 days it released all the Mx, although it is a release for a faster than desired one. Concerning Flb, there were problems of reproducibility and it was not possible to conclude about its release. This polymer has a moderately hydrophilic character in the tests of swelling, a low rate of degradation, which brings advantages because less compounds releases to the eyeball. In the characterization by water absorption, had an increase of acceptable size, in the sense that it will not cause more discomfort or eye irritation due to the small swelling that suffers with the entrance of water. However, there is the possibility that this insert causes some ocular irritation due to tear film breaking because the surface energies of the tear film and the insert are distinct. The modification of the surface of the insert, using the coating with other polymers, could solve this question.

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Química apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia
A síndrome do olho seco é uma doença crónica e autoimune que afeta a glândula lacrimal, causando uma diminuição na produção do filme lacrimal, e que atinge entre 5 a 50% da população mundial.O filme lacrimal é uma camada de fluído fina constituída por 98% de água e 2% de proteínas e lípidos. Num indivíduo que sofre da síndrome de olho seco prevê-se que o volume de filme lacrimal seja inferior ao produzido num indivíduo sem esta limitação e, portanto, estima-se que a taxa de filme lacrimal para olho seco é de 0,27 mL/dia, e para olho normal de 2,8 mL/dia. A síndrome do olho seco não tem cura, contudo já existem formas de atenuar os sintomas. Os tratamentos consistem na utilização lágrimas artificiais ou colírios. Porém, quando a patologia é mais grave o paciente pode recorrer a fármacos de administração oral ou tópica, a cirurgias oculares ou à inserção de um dispositivo ocular. Os principais compostos presentes nos métodos de tratamento do olho seco são: a Hidroxipropilmetilcelulose (HPMC), o Ácido Hialurónico (HA), o Propilenoglicol (PG), o Glicerol, o Polietilenoglicol (PEG) e a Policaprolactona (PCL).Os insertos oculares são considerados potenciais sistemas de tratamento de doenças oculares. Estes são formulações sólidas ou semi-sólidas, de estrutura fina, com mono ou multicamadas e de pequenas dimensões e constituídos por um suporte polimérico, que pode ser do tipo insolúvel, solúvel ou bioerodível.A presente Dissertação encontra-se inserida no âmbito do projeto Ineye®, desenvolvido no Departamento de Engenharia Química da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra.O objetivo deste estudo incide na formulação de uma metodologia da composição de um inserto oftálmico que, aquando da sua colocação na pálpebra inferior do olho, dê início ao processo de libertação, de forma controlada, dos lubrificantes contidos no seu interior. Pretende-se que essa libertação seja feita a uma taxa constante, durante pelo menos 15 dias, de forma a atenuar os sintomas característicos da síndrome do olho seco. O inserto deve ser do tipo insolúvel, biocompatível, não tóxico, não alergénico, e não deve provocar a sensação de “areia no olho”.Para o efeito foram testados vários tipos de insertos: insertos compostos por um núcleo constituído por substâncias ativas (lubrificantes oculares) revestidos por um polímero que pode ser só de PCL ou de PCL/PEG em diferentes proporções de PCL e de PEG; e insertos de uma mistura de lubrificantes e PCL, também em diferentes proporções. As misturas de PCL e PEG são realizadas fisicamente ou sintetizadas quimicamente pelo mecanismo da reação de abertura de anel por coordenação-inserção. Os métodos de caracterização aplicados neste trabalho são: a Determinação da Energia de Superfície através da medição de ângulos de contacto; a Ressonância Magnética Nuclear (RMN) e avalia-se a Perda de massa do inserto e a Capacidade de absorção de água, utilizando um meio de dissolução que mimetiza as lágrimas.A partir dos ensaios realizados constatou-se que os polímeros de revestimento com elevada quantidade de PEG não se adequam ao que se pretende, e, de entre os vários pesos moleculares de PEG, o que possui 6000 g/mol é o mais apropriado. A formulação composta por uma mistura física 80%PCL/20%lubrificantes mostrou ser a mais acertada para o que se pretende. Como trabalhos futuros será pertinente incluir a Carboximetilcelulose (CMC) e o Dextrano na lista de substâncias ativas.
Dry eye syndrome is a chronic and autoimmune disease that affects the lacrimal gland, causing a decrease in the production of the tear film, and affecting about 5 to 50% of the world´s population.The tear film is a thin fluid layer made up of 98% of water and 2% of proteins and lipids. In an individual who is suffering from dry eye syndrome, the volume of the tear film is expected to be less than the produced in an individual without this condition, and therefore it is estimated that the tear film rate of dry eye is 0,27 mL/day and for a normal eye is 2,8 mL/day.Dry eye syndrome has no cure, however there are many ways to relieve symptoms. The treatments consist of using artificial tears or eye drops, however, when the pathology is more severe, the patient may resort to oral or topical drugs, eye surgery or the insertion of an eye device.The main compounds present in the dry eye treatment methods are: Hydroxypropylmethylcellulose (HPMC), Hyaluronic Acid (HA), Propylene Glycol (PG), Glyceril, Polyethylene Glycol (PEG) and Polycaprolactone (PCL).Eye inserts are considered to be potential eye disease treatment systems. These are solid or semi-solid formulations, of thin structure, with mono or multilayer and small dimensions and consisting of a polymeric support, which can be insoluble, soluble or bioerodible.This dissertation is part of the Ineye® project, developed in the Chemical Engineering Department of the Faculty of Sciences and Technologie of the University of Coimbra.The objective of this study is to formulate a methodology for the composition of an ophthalmic insert, which when placed on the lower eyelid of the eye, initiates the process of releasing, in a controlled manner, the lubricants contained inside. And it is intended that this release is done at a constant rate, for at least 15 days, in order to mitigate the symptoms of dry eye syndrome. The insert must be of the insoluble, biocompatible, non-toxic, non-allergenic type and must not cause the sensation of “sand in the eye”. For this purpose, several types of inserts were tested: inserts composed of a core consisting of active substances (ocular lubricants) coated with a polymer that can be either PCL or PCL / PEG in different proportions of PCL and PEG; and inserts from a mixture of lubricants and PCL, also in different proportions. The mixtures of PCL and PEG are carried out physically or chemically synthesized by the mechanism of the ring-opening reaction by coordination-insertion.The characterization methods applied in this work are: the Determination of the Surface Energy through the measurement of contact angles; the Nuclear Magnetic Resonance (NMR) and the Process of mass loss of the insert and the Water absorption capacity are evaluated, using a dissolution formulation that mimics tears. From the tests carried out it was found that coating polymers with a high amount of PEG are not suitable for the purpose what is intended and among the various molecular weights of PEG, the one that has 6000 g/mol is the most appropriate. The formulation composed of a physical mixture of 80%PCL/20%lubricants proved to be the most accurate for what is intended. As future work it will be pertinent to include Carboxymethylcellulose (CMC) and Dextran in the list of active substances.

Dissertação de mestrado em Técnicas de Caracterização e Análise Química
A técnica de electrospinning tem demonstrado ser uma técnica excelente para o processamento de forma controlada de nano e microfibras a partir de soluções poliméricas de uma grande variedade de polímeros, entre eles os polímeros naturais, os quais podem ser posteriormente aplicados em aplicações biomédicas como sistemas de libertação controlada de fármacos e engenharia de tecidos. Neste trabalho foram obtidas membranas de quitosano através da técnica de electrospinning e o efeito dos diversos parâmetros de processamento como o campo eléctrico, diâmetro de agulha, distância entre o coletor e a agulha e fluxo foram estudados e caracterizados. O diâmetro de fibra aumenta com o aumento do diâmetro interno da agulha e da distância entre o coletor e a agulha e diminui com o aumento do campo eléctrico. Um aumento do fluxo da solução polimérica praticamente não altera o diâmetro de fibra da membrana. Posteriormente, as amostras foram neutralizadas imergindo as mesmas em várias soluções aquosas de hidróxido de sódio e carbonato de sódio, trietilamina e etanol absoluto. O mesmo tratamento foi realizado com as mesmas soluções mas em fase de vapor onde as membranas foram neutralizadas durante 24 horas Em ambos os estudos, apenas se verifica a integridade das nanofibras quando a neutralização foi efectuada em etanol absoluto na fase vapor. A reticulação das nanofibras de quitosano foi conseguida colocando as membranas em contacto com o vapor de glutaraldéido durante 7 dias. O diâmetro médio de fibra diminui ≈10% com o processo de neutralização, o mesmo acontecendo com o grau de cristalinidade que decresce de 61 % obtido para a amostra de Protasan até um mínimo de 17 % para a amostra neutralizada e seguido de reticulação. O grau de desacetilação do quitosano permanece inalterado durante todo o processamento, neutralização e reticulação e apresenta um valor de ≈ 86 %. Finalmente, a amostras com apenas reticulação e uma amostra com neutralização seguida de reticulação foram submetidas a um processo de inchamento em água durante 72 horas e foi observado um aumento de 1000 % no peso da amostra.
The electrospinning technique has proven to be an excellent technique for the controlled processing of nano and micro fibers from polymer solutions using a wide variety of polymers, for example natural polymers which can later be applied in biomedical applications as controlled drug release systems and tissue engineering. The present work focused on the study and development of chitosan membranes, through the electrospinning technique. The effect of several processing parameters such as, electric field, needle diameter, collector and needle distance and flow, were studied and characterized. Fiber diameter increases with the increase of internal needle and with the distance between the collector and needle, and decreases with an increase in the electric field. An increase in the polymeric solution flow does not affect significantly the fiber diameter. Afterwards, the samples were neutralized in sodium hydroxide, sodium carbonate, triethylamine and ethanol. The same treatment was performed with the same solutions but in the gas phase where the fibers were immersed for 24 hours. In both cases, the fibers integrity were kept when the neutralization was performed in ethanol. Chitosan nanofibers reticulation was achieved by putting the fibers in glutaraldehyde gas phase during 7 days. The average diameter size decrease of 10% along the neutralization process, the same was observed in gas phase with the crystallinity degree that decrease up to 61% for Protasan sample and to 17% for sample neutralized followed by reticulation. The chitosan desacetilation degree was kept constant along the processing, neutralization and reticulation processes, presenting the value of 86%. Finally samples submitted just to reticulation and one neutralized followed by reticulation were under a water swelling process for 72 hours and an increase of 1000% in weight was observed.

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Biológica (área de especialização em Tecnologia do Ambiente)
Nos dias de hoje existem várias tecnologias associadas à libertação de agentes ativos, sendo as que promovem uma libertação de forma pré-definida as mais atrativas para os mais diversos setores de atividade económica. De entre os vários sistemas tem-se destacado recentemente o grande potencial dos polímeros biodegradáveis como matriz de aprisionamento de agentes ativos, devido a características como a biocompatibilidade, bioestabilidade e biodisponibilidade. O objetivo desta dissertação consistiu no desenvolvimento de sistemas de libertação controlada de agentes ativos na forma de fibras poliméricas que pudessem ser aplicadas em suturas, pensos ou compressas. Inicialmente estudaram-se cinco polímeros, dois solúveis em meios aquosos (óxido de polietileno e ácido polivinílico), dois com capacidade de resposta à humidade (expansão/contração) e um pH-responsivo (polímeros derivados de ácido acrílico e metacrílico). Contudo, o processamento de fibras por técnicas de extrusão de polímeros só foi possível para apenas um polímero solúvel, um polímero com capacidade expansão e um polímero pH-responsivo. As três fibras desenvolvidas possuíam geometria de secção transversal core-sheath, sendo a camada externa composta por cada um dos polímeros referidos carregados com o agente ativo (ibuprofeno). A fibra com maior capacidade de libertação de agente ativo (73.044 mg h-1) foi a constituída pelo polímero solúvel em água, seguindo-se as fibras contendo o polímero pH-responsivo (0.870 mg h-1) e o polímero sensível à humidade (0.186 mg h-1). O alongamento de (57.19±8.14) %, (42.97±4.51) % e de (38.99±5.50) %, e a tenacidade de (1.75±0.10) cN dtex-1, (1.97±0.08) cN dtex-1 e de (1.76±0.13) cN dtex-1 das fibras contendo o polímero solúvel, o polímero sensível à humidade e o polímero pH-responsivo, respetivamente, permitiram concluir que estas fibras se adequam ao processamento têxtil, como em compressas, pensos e a ligaduras, sendo a primeira fibra apropriada a tratamentos de ação rápida e as restantes a tratamentos prolongados.
Nowadays there are many technologies for drug delivery systems. The ones that promote a controlled releasing rate are the most attractive in what commercial value concerns. Within the existing systems it has recently been highlighted the great potential of bio-polymers as matrix for active agents encapsulation. The objective of this dissertation was the development of polymeric fibers with controlled release of active agents. Such fibers could be applied in sutures and dressings. Initially, five different polymers were studied, two of them were soluble in aqueous solutions (polyethylene oxide and polyvinyl acid), two were humidity responsive and one was pH-responsive (polymers derivated from acrylic and metacrylic acid). However the extrusion process was only possible for one soluble polymer, one responsive to humidity polymer and for the pH-responsive polymer. The three different fibers produced had a core-sheath cross section geometry, where the responsive polymer filled with the active agent (ibuprofen) was placed in the external layer. The fiber with the higher releasing rate (73.044 mg h-1) was the one produced with the soluble polymer, followed by the fiber with the pH-responsive polymer (0.870 mg h-1) and finally the fiber with the humidity responsive polymer (0.186 mg h-1). The elongation values (57.19±8.14) %, (42.97±4.51) % and (38.99±5.50) %, and the tenacity values of (1.75±0.10) cN dtex-1, (1.97±0.08) cN dtex-1 and (1.76±0.13) cN dtex-1 for the soluble polymer, the humidity sensitive polymer and to the pH-responsive polymer, respectively, allows to conclude that the fibers are able to be submitted to textiles processes. The fiber produced using a soluble polymer, due to its high release rate is appropriate for rapid action treatments and the ones pH-responsive and moisture responsive are most suited for prolonged treatments. As benchmark it was used a commercial available product, the produced fibres shows great potential once they are capable of provide quantities of active agent at least to the same delivery rates of a commercial product.

Tese de doutoramento em Engenharia Química, apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra
The main purpose of this work is the preparation and development of several controlled drug delivery systems built with natural polymers and suitable for different applications, like for colon-specific drug delivery or for the localized and prolonged delivery of drugs. With this objective, three potential controlled drug delivery systems, based on natural polymers, were prepared and characterized. In the first investigated system, the natural occurring polyester poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate), PHBV, was processed in microparticles loaded with the hydrophobic drug flurbiprofen, by means of an oil-in-water emulsion/extraction solvent evaporation method, using chloroform as the organic phase and polyvinyl alcohol (PVA) as the emulsion stabilizer. A central composite experimental design was employed to evaluate the effect of two process variables – the polymer concentration in the organic phase and the surfactant concentration in the aqueous phase - on some of the final microparticles properties, specifically the encapsulation efficiency of the drug, the mean particle size, the width of the particles size distribution, and the required time for the in vitro release of 50% of the encapsulated drug (t50%). The statistical analysis of the implemented experimental design revealed that the two investigated variables had a significant and opposite effect on the encapsulation efficiency of the drug. Also, it was found that the microparticles mean particle size increased with increasing concentrations of PHBV in organic phase and that the concentration of the surfactant in the aqueous phase played a critical role in the aggregation degree of the microparticles. It was concluded that a minimum PVA concentration was required to stabilize the oil-in-water emulsion and, in this way, obtain non-aggregated particles. The in vitro flurbiprofen release profiles from PHBV microparticles were very similar for all the prepared formulations, showing that more than 90% of the drug was released in the first eight hours of the essay. The time for the in vitro release of 50% of the encapsulated drug, t50%, was not significantly influenced by any of the two investigated variables. The comparison between the release profiles of flurbiprofen from the PHBV microparticles and the dissolution profile of the pure drug lead to the conclusion that the drug was essentially dispersed at the surface of the microparticles, rather than effectively entrapped in the polymeric matrix. Although the investigated formulations didn’t led to an effective immobilization of the flurbiprofen in the PHBV microparticles, this objective can be achieve with further investigation, namely by the manipulation of the drug/polymer mass ratio used in the microparticles preparation, among other variables. With the flurbiprofen effectively immobilized in the microparticles, it will be possible to then optimize the drug release profile in order to obtain a controlled and prolonged release of the immobilized flurbiprofen, suitable for the use of the microparticles as localized and prolonged drug delivery systems. In the second investigated system, the polysaccharide pectin was chemically modified by introducing, in its structure, vinylic or methacrylic terminal functional groups. The functionalized pectin derivatives, alone or together with the macromer poly(ethylene glycol) diacrylate (PEGDA), were transformed in chemical hydrogels by UV-induced free radical reticulation. In vitro drug release studies were used to evaluate the behavior of the produced hydrogels as controlled drug delivery systems. For this purpose, two low molecular weight hydrophilic drugs (gentamicin sulphate and sodium flurbiprofen), and two model proteins (bovine serum albumin (BSA) and lysosyme), were incorporate in the hydrogels during their formation and subsequently released in vitro. It was concluded that the extension of the chemical modification of pectin, which was carried out in a heterogeneous environment, was limited/controlled by the accessibility of the OH groups of the polysaccharide, which, in turn, was directly controlled by the swelling degree of the polysaccharide particles in the reaction solvent. The two low molecular weight hydrophilic drugs were rapidly liberated from the hydrogels. The release profiles revealed that, in approximately four hours, the entire incorporated drug was released. On the other hand, the in vitro release studies of the model proteins revealed an incomplete release of the incorporated proteins, probably because a fraction of protein was physical adsorbed in to polymeric matrix and/or covalently bounded to it. The presence of pectinolytic enzymes in the release medium result in a higher fraction of BSA released from the hydrogels, supposedly due to the enzymatic degradation of the tridimensional network structure of the polymer matrix. The results obtained with this work show that the produced hydrogels are suitable to be use as colon-specific drug delivery systems, especially of proteins. In the third and last investigated system, sponges of pectin and chitosan, prepared by the freeze-drying of the insoluble polyelectrolyte complexes (PECs) formed between the two polysaccharides, were produced and characterized. Three pectin/chitosan PECs sponges were prepared, using different initial proportions of the two polysaccharides. The three sponges, independently of the used proportions, had very similar compositions, being composed mainly from pectin (74 to 78%, mass percentage). The sponges were submersed in aqueous solutions, either at pH 2 or pH 7.4, and the weight loss was record during six weeks. The results revealed a continuous weight loss, attributed to the gradual liberation of polymers chains, as a consequence of the progressive loss of the ionic interactions established, during PECs formation, between the COO- groups of pectin and the NH3+ groups of chitosan. The composition analysis of the sponges during dissolution time, and their FTIR spectra, revealed that, at pH 2, the weight loss of the sponges was caused, equally, by the loss of pectin and chitosan. On the other hand, it was concluded that, at pH 7.4, the weight loss of the sponges was mainly due to the loss of pectin. A preliminary evaluation of the sponges as controlled drug delivery systems was made, by the incorporation of BSA in the sponges followed by the in vitro release, at pH 2 and pH 7.4. The in vitro release profiles obtained suggest that the released of the protein from the sponges is controlled by the strong interactions established between the protein molecules and the polymeric matrix. This preliminary study indicates that the produced PECs matrixes can be use to immobilized proteins and built colon-specific delivery systems of this type of biomacromolecules. In the three works presented in this Thesis it was possible to obtained significant conclusions that can be used in the future as basis for the continuation of the development of the different controlled drug delivery systems proposed in this work.
Este trabalho tem como principal objectivo a preparação de sistemas de libertação controlada com base em polímeros de origem natural e com o potencial de serem utilizados em diversas aplicações como a entrega específica de fármacos no cólon ou a libertação prolongada e localizada de fármacos. Para isto desenvolveram-se e caracterizaram-se três potenciais sistemas de libertação controlada de moléculas bioactivas, preparados com diferentes polímeros de origem natural. O primeiro sistema estudado envolveu a utilização do poliéster de origem natural poli(3-hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato), PHBV, o qual foi investigado enquanto matriz para a imobilização do antiflamatório não esteróide flurbiprofeno em micropartículas preparadas pelo método da extracção/evaporação do solvente numa emulsão óleo/água, utilizando o clorofórmio como fase orgânica e o álcool polivinílico (PVA) como surfactante. Um desenho composto central de experiências foi implementado de forma a investigar o efeito de duas variáveis envolvidas no processo de preparação das micropartículas – a concentração do polímero na fase orgânica e a concentração do surfactante na fase aquosa - sobre algumas das propriedades finais dessas mesmas micropartículas, nomeadamente a eficiência de encapsulação do fármaco, o tamanho médio e a distribuição de tamanhos das micropartículas, e o tempo correspondente à libertação in vitro de 50% do fármaco encapsulado. Concluiu-se que as duas variáveis investigadas afectavam, significativamente e de forma oposta, a eficiência de encapsulação do fármaco. Igualmente, verificou-se que o tamanho médio das partículas era afectado positivamente pelo aumento da concentração do polímero na fase orgânica. A concentração do surfactante revelou ser um factor crítico no grau de agregação das micropartículas obtidas, tendo-se concluído que existe um limite mínimo requerido de concentração de surfactante para estabilizar a emulsão óleo/água e, consequentemente, obter micropartículas não agregadas. Os perfis de libertação in vitro do fármaco, a partir de micropartículas produzidas em diferentes condições experimentais, revelaram que mais de 90% do fármaco era libertado nas primeiras oito horas de ensaio. A análise estatística dos valores de t50% (tempo correspondente à libertação in vitro de 50% do fármaco encapsulado) revelou que nenhuma das duas variáveis experimentais investigadas influenciava significativamente este parâmetro. A comparação dos perfis de libertação in vitro do fármaco a partir de micropartículas e o perfil de dissolução do fármaco puro conduziu à conclusão de que o fármaco se encontra essencialmente disperso à superfície das micropartículas e não, como seria desejável num sistema de libertação controlada, efectivamente aprisionado na matriz polimérica. Embora, com as formulações investigadas, não se tenha obtido um sistema de libertação do furbiprofeno com a capacidade de libertar este de forma controlada ao longo de um período de tempo significativo (de semanas ou meses), a investigação e optimização de outras variáveis experimentais, nomeadamente a razão mássica fármaco/polímero utilizada na produção das micropartículas, poderá conduzir a um sistema de libertação capaz de libertar o flurbiprofeno da forma referida anteriormente, e que poderá ser utilizado na libertação controlada e localizada deste. No segundo sistema investigado o polissacarídeo pectina foi quimicamente modificado através da introdução na sua estrutura de grupos terminais vinílicos ou metacrílicos. Os derivados de pectina assim obtidos, por si só ou em conjunto com o macrómero poli(etileno glicol) diacrilato (PEGDA), foram utilizados na formação de hidrogéis químicos preparados por fotoreticulação. A actuação destes hidrogéis enquanto sistemas de libertação controlada foi investigada através de estudos de libertação in vitro de dois fármacos hidrofílicos de baixo peso molecular (sulfato de gentamicina e flurbiprofeno sódico) e de duas proteínas modelo (albumina de soro bovino (BSA) e lisozima). Todos os compostos bioactivo acima referidos foram imobilizados no hidrogel durante a sua formação. Relativamente à modificação química da pectina, a qual se processou em meio heterogéneo, conclui-se que a extensão da modificação química era limitada/controlada pela acessibilidade dos grupos hidroxilo do polissacarídeo, encontrando-se essa acessibilidade directamente relacionada com a capacidade de inchaço das partículas do polissacarídeo no solvente reaccional. No caso dos fármacos hidrofílicos de baixo peso molecular imobilizados nos hidrogéis preparados, verificou-se que estes se libertavam rapidamente, sendo a libertação total atingida, no máximo, passado quatro horas de ensaio. A libertação das proteínas modelo, a partir dos hidrogéis, revelou-se incompleta devido, provavelmente, à ligação covalente e/ou adsorção física de uma fracção da proteína à matriz polimérica. Constatou-se ainda que a presença de enzimas pectinolíticas no meio de libertação conduzia a uma maior quantidade de BSA libertada, supostamente devido à degradação por via enzimática da estrutura tridimensional do hidrogel. Os resultados obtidos neste trabalho indicam que os hidrogéis produzidos poderão ser utilizados enquanto sistemas de libertação específica no cólon, em particular na libertação de protéinas. Por fim, o terceiro sistema estudado envolveu a preparação e caracterização de esponjas de pectina e quitosano, as quais foram obtidas a partir da liofilização dos complexos polielectrolíticos (PECs) formados, em meio aquoso, entre os dois polissacarídeos. Foram produzidas três esponjas de PECs de pectina/quitosano utilizando diferentes proporções iniciais dos dois polissacarídeos. Independentemente das proporções utilizadas, os resultados da análise elemental revelaram que a composição das três esponjas era muito semelhante, sendo estas constituídas maioritariamente por pectina (entre 74 e 78%, percentagem mássica). Estudos da variação do peso das esponjas, realizados ao longo de seis semanas, revelaram que as esponjas perdiam massa de forma contínua, quando mergulhadas em soluções aquosas a pH 2 ou pH 7.4. Esta perda de massa foi atribuída à libertação gradual das cadeias dos dois polissacarídeos, causada pela quebra progressiva das ligações iónicas estabelecidas durante a formação dos PECs entre os grupos COO- da pectina e os grupos NH3+ do quitosano. A análise da composição das esponjas ao longo do tempo de dissolução, e o registo dos espectros de FTIR, revelou que, nas esponjas mergulhadas a pH 2, a perda de massa resultava tanto da perda de pectina como de quitosano, enquanto, a pH 7.4, a perda de massa podia ser maioritariamente atribuída à dissolução das cadeias de pectina. Este comportamento distinto pode ser atribuído aos diferentes estados de ionização/protonação dos dois polissacarídeos nos dois meios aquosos. Uma avaliação preliminar destas esponjas, enquanto sistemas de libertação controlada de proteínas, foi feita, através de um estudo de libertação in vitro de libertação da proteína BSA. Os resultados sugerem que a libertação de proteínas a partir deste tipo de material será controlada pelas fortes interacções físicas estabelecidas entre as proteínas e a matriz polimérica. Este resultado sugere que as matrizes de PECs desenvolvidas apresentam o potencial para serem utilizadas na preparação de sistemas de libertação específica de protéinas no cólon. Em cada um dos três trabalhos desenvolvidos e apresentados nesta Tese foi possível obter conclusões significativas, que poderão ser utilizadas como bases sólidas para a continuação do trabalho de desenvolvimento dos diferentes sistemas de libertação propostos.
Instituto de Investigação Interdisciplinar da Universidade de Coimbra, Bolsa de Doutoramento III/BIO/35/2005.

Tese de mestrado, Medicina Dentária, Universidade de Lisboa, Faculdade de Medicina Dentária, 2012
Objetivo: Comparar a cinética de libertação de flúor para a saliva de três dentífricos com concentrações distintas, avaliar o seu impacto no fluxo salivar e determinar possíveis efeitos toxicológicos. Desenho de estudo: Ensaio clínico aleatório duplamente cego – Estudo piloto Materiais e métodos: Amostra constituída por 10 voluntários, da Faculdade de Medicina Dentária da Universidade de Lisboa, distribuída em triplo cross-over. Todos os participantes experimentaram os três dentífricos. Determinou-se o fluxo salivar basal por métodos pré-estabelecidos nos tempos definidos. Após escovagem determinou-se o fluxo salivar, a quantidade de flúor no bochecho, retida na escova e libertada na saliva durante duas horas após a escovagem, recorrendo a métodos potenciómetros e a um microeléctrodo de flúor. Resultados: A escovagem dentária não induz alterações estatisticamente significativas no fluxo salivar (P>0,05). Embora o padrão de cinética de libertação seja semelhante nos três dentífricos, existe um pico nos 5 minutos iniciais, estatisticamente superior para a Colgate Duraphat® (P<0,05). Esta é colocada em menor quantidade (P<0,05) contudo apresenta maior quantidade de flúor aplicado (P<0,05) e libertado na saliva (P<0,05) comparativamente aos outros dentífricos estudados. Conclusão: O fluxo salivar não depende dos produtos utilizados neste estudo. Associado a estes resultados, a cinética e a quantidade de flúor libertada por estes produtos apresenta-se como potencialmente protetora de efeitos desmineralizantes. Com base nos resultados deste estudo, não existe risco de toxicidade aguda ou crónica para um adulto que escove os dentes com qualquer uma das pastas dentífricas, segundo as recomendações do médico dentista.
Objectives: This study compares the fluoride kinetics between three dentifrices with different concentrations and also evaluates their impact on salivary flow rate and possible toxic effects. Design: Double blind randomized controlled trial. Materials and methods: 20 students’ sample from Dental Medicine University of Lisbon were randomly recruited and distributed between three cross-over groups. All volunteers experienced the three toothpastes. The baseline salivary flow was determined through pre-established methods during the defined times. After brushing for two hours, the salivary flow was determined, as well as the amount of fluoride in rinse, retained on toothbrush and released to saliva, through microelectrode, and meter technics. Results: Brushing the teeth with these products does not induce significant alterations in salivary flow (P> 0.05). Although the fluoride kinetics is similar in the three toothpastes, there is a peak at the initial 5 minutes, statistically superior in Colgate Duraphat ® (P <0.05). Despite being put to a lesser extent in the toothbrush (P <0.05) it has higher amount of fluoride applied (P <0.05) and released in saliva (P <0.05) compared to other toothpastes in this study. Conclusion: The salivary flow rate does not depend on the toothpastes concentrations’. Associated to these results, are the kinetics and the amount of fluoride released by these products, which may a have protective effect on demineralization. Based on the results of this study, there is no risk of acute or chronic toxicity for an adult who brush the teeth with any of the toothpaste, following the guidelines of the dentist.

Tese de mestrado em Bioquímica, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2016
O peróxido de hidrogénio é um composto crítico para os seres vivos. A baixas concentrações, assume funções regulatórias de extrema importância, enquanto a altas concentrações, exibe toxicidade. Graças ao seu papel na biologia dos organismos, é possível desenhar terapias de peróxido de hidrogénio, que se direcionem a alvos moleculares específicos, para aplicações em cicatrização de feridas, diabetes ou obesidade. Por outro lado, usando vapores concentrados em peróxido de hidrogénio, a sua toxicidade pode ser usada para eliminar microrganismos, num processo de descontaminação. Neste trabalho, compostos sólidos foram funcionalizados para libertar peróxido de hidrogénio, num perfil de libertação adaptado à sua aplicação. Para aplicações médicas, a funcionalização providencia um perfil de libertação lento de uma reduzida concentração de peróxido de hidrogénio. Para fins industriais, os compostos sólidos libertam rapidamente uma alta concentração de peróxido de hidrogénio. Um protocolo de funcionalização com proteína foi desenvolvido e otimizado. O objetivo era capacitar os compostos sólidos de serem direcionados para alvos moleculares específicos, para que o peróxido de hidrogénio pudesse ser libertado na sua vizinhança, resultando em baixa citotoxicidade. Ademais, as condições ideais para cicatrização foram determinadas por ensaios scratch. Finalmente, os compostos sólidos foram testados em termos da sua citotoxicidade, de forma a se selecionarem os melhores deles para continuar os estudos. Em conclusão, compostos sólidos modificáveis foram desenhados para corresponder a perfis de libertação de peróxido de hidrogénio específicos.
Hydrogen peroxide is a critical compound for living beings. In low concentrations, it assumes important regulatory functions, while in high concentrations, it exhibits toxicity. Due to its role in the organisms’ biology, it is possible to design hydrogen peroxide-based therapies that aim specific targets, including applications in wound healing, diabetes or obesity. On the other side, by using high vapour concentrations of hydrogen peroxide, its toxicity can be put to use to kill microorganisms, in a decontamination process. In this work, solid compounds were functionalized to deliver hydrogen peroxide, in a releasing profile adapted to its application. For medical applications, the functionalization provided a slow releasing profile of a low concentration of hydrogen peroxide. For industrial purposes, the solid compounds released a fast and high amount of hydrogen peroxide. A protocol of functionalization with protein was developed and optimized. The goal was to capacitate the solid compounds to be directed to specific targets, so the hydrogen peroxide could be released in its vicinity, leading to low cytotoxicity. Moreover, the ideal conditions for wound healing were determined by scratch assays. Finally, solid compounds were tested for cytotoxicity, in order to select the best of them to proceed the studies. In conclusion, changeable solid compounds were designed to match a specific hydrogen peroxide release profile.

Tese de doutoramento em Química, no ramo de especialização em Química Macromolecular, apresentada à Faculdade de Alcalá e à Universidade de Coimbra.
Desde un punto de vista farmacológico, la búsqueda del conocimiento acerca del mecanismo de interacción y de las diferentes propiedades de los sistemas de liberación controlada de fármacos, va en aumento debido a la gran importancia que tiene la formulación de las dosis de un fármaco, en relación con su eficacia terapéutica, posibilitando la optimización de los procesos existentes e incluso de nuevas aplicaciones. El enfoque de este trabajo de Tesis Doctoral es físico-químico y pretende utilizar una perspectiva diferente, alternativa a las habituales, para obtener información molecular sobre la interacción de los solutos en la disolución acuosa. En ese sentido, se describen propiedades termodinámicas y de transporte de sistemas de liberación controlada de fármacos, en un modelo ciclodextrina + fármaco en disolución acuosa, con el fin de obtener información a nivel de las interacciones moleculares que ocurren en el sistema disuelto y que puedan ser de aplicación en la investigación farmacéutica. Asimismo, se analizan los efectos de diversas variables fisiológicas (temperatura, composición iónica en los fluidos biológicos, pH, etc.) sobre las citadas interacciones. Para tal fin, se han utilizado sistemas que involucran dos ciclodextrinas diferentes: la β-ciclodextrina y su derivado hidrofílico, hidroxipropil-β-ciclodextrina, y dos fármacos con limitada solubilidad en agua: la cafeína y la teofilina, en virtud de sus aplicaciones farmacológicas como estimulantes del sistema nervioso central (SNC), así como por sus propiedades antiasmáticas. La utilización de dos tipos de ciclodextrinas con diferentes características fisicoquímicas, permite analizar la influencia de los grupos sustituyentes y el efecto de la solubilidad de la ciclodextrina en su interacción con el fármaco. La elección de los fármacos se basó en sus importantes aplicaciones farmacológicas y en su analogía química, a nivel estructural, con el fin de comprender la especificidad de las interacciones en estos sistemas. La introducción de las variables temperatura y composición iónica del medio, permitieron analizar su efecto sobre la estabilidad de estos sistemas, bajo condiciones que se acercan al entorno biológico. El estudio de estos sistemas se realizó a través de la determinación de propiedades termodinámicas (densidad y volúmenes molares aparentes) y de transporte (viscosidad y coeficientes de difusión mutua) de disoluciones acuosas de fármacos y ciclodextrinas, efectuada en tres etapas. En una primera, se estudiaron las disoluciones acuosas binarias de los fármacos y de las ciclodextrinas, per se. En una segunda fase, se estudiaron las disoluciones acuosas ternarias de cada uno de ambos fármacos con las ciclodextrinas. Y en una tercera fase, se estudiaron las disoluciones acuosas cuaternarias de cada uno de ambos fármacos, una ciclodextrina y un electrólito (en rigor, de los iones obtenidos por disolución de éste). El rango de concentraciones de trabajo se mantuvo entre 0,0005 y 0,01 mol kg-1, en un intento de hacerlo coincidir con las dosis terapéuticas. Las medidas se llevaron a cabo a dos temperaturas: la estádar de (298,15 ± 0,01) K y la fisiológica de (310,15 ± 0,01) K. A través de la cuantificación de las variaciones de los volúmenes molares aparentes de las especies en disolución, de los cambios que tienen lugar en la viscosidad y del análisis cualitativo y cuantitativo de los coeficientes de difusión de las distintas especies en disolución, se propusieron modelos que permitieron estimar las constantes de asociación relativas al fenómeno de la formación de complejos entre las ciclodextrinas y los fármacos bajo estudio y se evaluó la influencia de la temperatura y de la composición iónica sobre la estabilidad de dicha asociación. Los resultados obtenidos en este trabajo de Tesis Doctoral sugieren que la combinación de estos fármacos con las ciclodextrinas utilizadas, puede constituir un interesante sistema de liberación controlada de fármacos, al tiempo que contribuir a un mayor conocimiento de los factores que conducen y/o limitan la interacción entre los fármacos y estos transportadores.
Do ponto de vista farmacológico, a procura de um melhor conhecimento das diferentes propriedades e do mecanismo de interação entre os componentes dos sistemas de libertação controlada de fármacos tem vindo a aumentar, devido à grande importância da relação entre a dose de um fármaco e a sua eficácia terapêutica, permitindo não só a otimização dos processos existentes mas também o desenvolvimento de novas aplicações. O enfoque deste trabalho é físico-químico e pretende dar uma perspetiva alternativa no sentido da obtenção de informação molecular sobre a interação de solutos em solução aquosa. Desta forma, são descritas as propriedades termodinâmicas e de transporte de sistemas de libertação controlada de fármaco, para um modelo ciclodextrina + fármaco em solução aquosa, com o intuito de obter informação ao nível das interações moleculares que podem ocorrer e que possam ter aplicação ao nível da investigação na área farmacêutica. São igualmente analisados os efeitos das variáveis fisiológicas (temperatura, composição iónica de fluidos biológicos, pH, etc.) sobre as interações supra mencionadas. Para tal, recorreu-se a sistemas envolvendo dois tipos de moléculas de ciclodextrina: a β-ciclodextrina e o seu derivado hidrofílico hidroxipropil-β-ciclodextrina, e dois fármacos com solubilidade limitada: a cafeína e a teofilina, em virtude das suas aplicações farmacológicas como estimulantes do sistema nervoso central e antiasmáticos. A utilização de dois tipos de ciclodextrinas com diferentes características físico-químicas permite inferir o efeito dos grupos substituintes e da solubilidade da ciclodextrina na interação com o fármaco. A escolha dos fármacos foi feita com base nas suas importantes aplicações farmacêuticas (farmacológicas) e na sua analogia química, a nível estrutural, de modo a compreender a especificidade das interações nesses sistemas. A introdução das variáveis temperatura e composição iónica do meio permitiram-nos analisar o seu efeito sobre a estabilidade destes sistemas em condições que se aproximam das do meio biológico. O estudo destes sistemas realizou-se através da determinação das propriedades termodinâmicas, densidade e volumes molares aparentes, e de transporte, viscosidade e coeficientes de difusão mútua de soluções aquosas de fármacos e ciclodextrinas, em três fases. Na primeira fase foram estudadas as soluções aquosas dos fármacos e das ciclodextrinas per se, numa segunda fase foram estudadas soluções aquosas de fármacos com ciclodextrinas e numa terceira fase foram estudadas soluções aquosas de fármacos, ciclodextrinas e iões. O intervalo de concentrações do estudo manteve-se, maioritariamente, entre 0,0005 a 0,01 mol kg-1, numa tentativa de coincidir com as doses terapêuticas. As medições foram realizadas a temperaturas de (298,15 ± 0,01) K e (310,15 ± 0,01) K. Através da quantificação das variações dos volumes molares aparentes das espécies em solução, das alterações que ocorrem na viscosidade e da análise qualitativa e quantitativa dos coeficientes de difusão das diferentes espécies em solução, são propostos modelos que permitem estimar as constantes de associação respeitantes à complexação das ciclodextrinas e dos fármacos sob estudo, assim como avaliar a influência da temperatura e da composição iónica sobre a estabilidade da referida associação. Os dados obtidos neste estudo sugerem que a combinação de fármacos com ciclodextrinas poderá constituir um sistema de libertação controlada de fármaco interessante e que permitirá contribuir para uma melhor compreensão dos fatores que impulsionam ou limitam a interação entre os fármacos e esses transportadores.

Tese de Doutoramento em Engenharia Química (Processos Químicos), apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra
first commercial devices composed of poly(ethylene-co-vinyl acetate). Since then, the field has suffered a tremendous evolution. As the knowledge on cell biology, physiology and materials sciences increased, better approaches were developed. Today we stand on the nanometric level of controlled delivery devices. These approaches rely on highlyinnovative materials, with increasing biological accuracy, having has an ultimate goal the achievement of personalised medicine. Impaired-angiogenesis associated pathologies, such as ischemic heart disease, chronic wounds or stroke, have a high-burden on society. Pro-angiogenic therapies aim at recovering vascularised impaired tissues. Among other approaches, the use of specific growth factors, like vascular endothelial growth factor (VEGF), is one of the most attempted approaches found on the literature. However, the results in clinical trials, using bolus delivery of VEGF, did not meet the desired therapeutic efficacy. Part of this failure was attributed to suboptimal delivery strategies, allied to the short half-life and fast clearance rates of the growth factor. Cardiovascular diseases and wound healing are huge ummet medical needs which would benefit tremendously of successful delivery strategies for VEGF. We have previously synthesised and characterised oxidised dextran (dexOx) hydrogels (Maia et al. Polymer 2005;46:9604-9614). We have used this system as a benchmark and continued its characterisation in an attempt to improve it for the desired drug delivery approaches. A deeper analysis of oxidised dextran was performed, focused on the oxidation degree effect and its direct influence on the microscopic and macroscopic characteristics of the material. As a result, we observed how the oxidation degree strongly interferes with the viscosity of dexOx aqueous solutions and how the thermal degradation profiles, of the different samples, reflect the damage that low and mild oxidations could originate, on the polymeric backbone. DexOx cross-linked with adipic acid dihydrazide hydrogels were further characterised having in mind the future incorporation of a therapeutic biomolecule and the integration in more complex systems. Different geometries were approached, like microgels, of which we present some early studies. The natural reactivity of oxidised dextran toward N-nucleophiles render this vehicle appropriate for an effortless and straightforward conjugation with a proteinaceous growth factor, conferring protection and extending the protein half-life by inhibiting fast cellular consumption. VEGF is able to maintain its bioactivity, however the conjugation to dexOx, severely hinders the interaction with VEGF receptors and antibodies, delaying the VEGF consumption. The hydrogels release profile of VEGF was studied and observed to be quite different from other systems described on the literature. The initial burst release could be fine tuned from one to forty five percent of the total initial drug. Fibrin hydrogels were shown, elsewhere, to be appropriate carriers of endothelial cells. They improved the survival and proliferation of such cells. Therefore, a novel hybrid construct was designed. The dexOx hydrogels were entrapped inside the fibrin hydrogels. The combination of both platforms in a hybrid matrix supported the attachment of vascular cells and allowed their migration, organisation and proliferation, supported by a possible gradient created by the controlled delivery of VEGF. This novel construct geometry opens interesting perspectives for pro-angiogenic therapies. Finally, we have explored the delivery of small hydrophobic therapeutics. The ultimate frontier in drug delivery is the cells cytoplasm and the different cellular organelles. The ability to reach this target allows the manipulation and control of cell fate, highly relevant on the context of stem cells. Retinoic acid (RA) is a hydrophobic molecule which has tremendous potential in cancer prevention and is a regulator of stem cells differentiation. RA acts upon nuclear receptors, therefore, the intracellular delivery is demanded for a successful application. We addressed this issue, by recurring to polyelectrolytebased nanoparticles, composed by polyethylenimine and dextran sulfate. The balance between the different components was shown to affect the RA loading capacity and the nanoparticles size. This system allowed the delivery of a significant amount of RA to the subventricular zone neuronal stem cells cytoplasm and differentiate this cells into the neuronal lineage more significantly than blank nanoparticles or by RA released outside the cells. We antecipate that such system could be delivered through the nasal cavity, straight to the brain, opening new perspectives on the treatment of neurodegenerative diseases.
O conceito de libertação controlada de fármacos nasceu nos anos sessenta, o que seria traduzido rapidamente em produtos comerciais compostos por dispositivos com base em poli(etileno-co-vinil acetato). Desde essa altura, o campo evoluiu substancialmente. À medida que os conhecimentos de biologia celular, fisiologia e ciência dos materiais foram crescendo, abordagens mais eficazes foram sendo criadas. Hoje em dia, os dispositivos de libertação controlada de entidades terapêuticas ou mesmo células, atingiram a escala nanométrica. Estas abordagens apresentam elevada precisão biológica, o que nos levará, eventualmente, a uma medicina mais personalisada. Determinadas patologias são caracterizadas por vascularização deficiente, após o momento do insulto. Exemplos como o enfarte do miocárdio, feridas crónicas ou acidentes vasculares cerebrais tem um elevado peso na sociedade. A angiogénese terapêutica tem como objectivo a recuperação de tecidos lesionados com uma vascularização deficiente. Entre outras abordagens, o uso de factores de crescimento específicos, como o factor de crescimento do endotélio vascular (VEGF), é uma das abordagens mais frequentes encontradas na literatura e abordada em ensaios clínicos. No entanto, os resultados em ensaios clínicos, utilizando apenas VEGF, não atingiu a eficácia terapêutica pretendida. Parte deste falhanço foi atribuído a uma entrega deficiente do factor bioactivo aos tecidos comprometidos, aliado ao tempo de semi-vida curto e à rápida filtração por parte do organismo. A cura de feridas cutâneas e doenças cardiovasculares são necessidades médicas que beneficiariam muito com estratégias eficientes de entrega e libertação de VEGF. Recentemente, o nosso grupo descreveu a síntese e caracterização de hidrogeis de dextrano oxidado (dexOx) (Maia et al. Synthesis and characterization of new injectable and degradable dextran-based hydrogels Polymer 2005;46:9604-9614). Este sistema foi usado como referência padrão e durante este estudo foi feito um esforço de realizar uma caracterização mais exaustiva de modo a melhorá-lo. Uma análise mais profunda do dextrano oxidado foi feita, focada na influência do grau de oxidação nas características microscópicas e macroscópicas do material. O grau de oxidação também foi estudado no contexto de um transporte eficiente de factores bioactivos, bem como na síntese de microgeis e hidrogeis após reticulação com ácido adípico dihidrazida. A questão de libertação de VEGF foi abordada, usando o dextrano oxidado como transportador. A reactividade natural do dextrano oxidado para N-nucleófilos torna este vector bastante apropriado para uma conjugação simples e directa, conferindo protecção e aumentando o tempo de semi-vida, por inibição do rápido consumo celular. O perfil de libertação do VEGF observado é bastante diferente de outros sistemas descritos na literatura. A libertação inicial pode ser moldada para ocorrer entre um a quarenta e cinco por cento da totalidade da proteína inicial. O VEGF é capaz de preservar a sua bioactividade, no entanto a conjugação ao dextrano oxidado, limita severamente a interacção com os receptores celulares e anticorpos específicos, retardando o seu consumo a nível celular. Hidrogéis de fibrina foram identificados, num outro trabalho, como sendo transportadores eficazes de células endoteliais. Foi mostrado que melhoravam a sobrevivência e proliferação dessas mesmas células. Nesse contexto, os hidrogéis de dexOx foram incorporados dentro dos hidrogéis de fibrina. A combinação de ambas as plataformas, numa matriz hibrída, suportou a adesão das células endoteliais e permitiu a sua migração, organização e proliferação, apoiada num possível gradiente criado pela libertação de VEGF do hidrogel de dexOx. Esta nova geometria abre perspectivas interessantes para novas terapias pro-angiogénicas. Por último, foi explorada a libertação controlada de agentes terapêuticos de baixo peso molecular e hidrofóbicos. A última fronteira em libertação de drogas é o ambiente citoplasmático e os diferentes organelos celulares. A capacidade de atingir este espaço permite a manipulação e controlo do destino celular, altamente relevante no contexto de células estaminais. O ácido retinóico é uma molécula hidrofóbica com um potencial tremendo na prevenção do cancro e como regulador da diferenciação de células estaminais. O ácido retinóico actua sobre receptores localizados no núcleo celular, nascendo a necessidade de entrega citoplasmática para uma aplicação bem sucedida. Este problema foi abordado, recorrendo a nanoparticulas baseadas em polielectrólitos (polietilenimina e dextrano sulfato). O balanço entre os diferentes componentes afecta a capacidade de transportar ácido retinóico bem como o tamanho final das nanopartículas. Este sistema permitiu a entrega de uma quantidade significativa de ácido retinóico no citoplasma de células estaminais neuronais da região subventricular promovendo a diferenciação em células da linhagem neuronal, ao contrário de nanopartículas vazias ou de ácido retinóico libertado fora das células. Antevemos que este sistema possa ser entregue ao cérebro através da cavidade nasal, surgindo como uma nova oportunidade no tratamento de diversas doenças neuro-degenerativas.
Financial support provided by Instituto de Investigação Interdisciplinar III/BIO/20/2005

O presente trabalho pretendeu efectuar o estudo de diferentes parâmetros na libertação da efedrina a partir de hidrogéis de poli(álcool vinílico) (PVA) obtidos pelo processo de congelamento/descongelamento. As concentrações de efedrina libertada dos hidrogéis de PVA para um determinado solvente, foram quantificadas através da técnica de espectroscopia UV/Visível. Foram ajustados aos dados experimentais obtidos para a concentração de efedrina libertada modelos de equações cinéticas, baseadas na existência duma partição do soluto pela fase aquosa e de gel, com a finalidade de determinar a constante cinética de libertação (kr) e o coeficiente de partição () da libertação da efedrina em cada parâmetro estudado. Os diferentes parâmetros estudados foram: efeito concentração de PVA nos hidrogéis, volume de solvente, concentração de efedrina, temperatura, espessura, presença de iões em solução, pH e formação de complexos de inclusão. De forma a melhor compreender o mecanismo de libertação foram ainda efectuados os seguintes estudos: capacidade de tumescência (swelling degree) dos hidrogéis, isotérmica de sorção e modelos de difusão de solutos em hidrogéis.

Neste trabalho foram sintetizados hidrogéis inteligentes, sensíveis ao pH e à temperatura, tendo sido também realizados testes de libertação de quatro fármacos diferentes a partir dos materiais preparados. Com o objetivo de estudar o efeito das condições de síntese sobre as propriedades e desempenho dos hidrogéis, foi feita a sua produção em suspensão inversa (a morfologia das partículas obtidas foi analisada por microscopia eletrónica de varrimento – SEM) e em solução. Foram considerados dois mecanismos diferentes de reação: polimerização radicalar clássica (FRP) e a polimerização por transferência de cadeia reversível por adição-fragmentação (RAFT). Usando diferentes combinações dos monómeros de partida, foram sintetizados hidrogéis polielectrólitos de diferentes tipos, nomeadamente aniónicos, catiónicos e anfotéricos e também hidrogéis não iónicos. Foi observada a efetiva sensibilidade dos materiais obtidos à variação das condições envolventes, nomeadamente variações no pH de soluções aquosas, temperatura, força iónica ou presença de solvente desidratante. Demonstrou-se assim a possibilidade de fazer transitar os hidrogéis entre estados de inchamento/colapso em consequência da alteração de parâmetros pré-definidos. As propriedades únicas destes materiais foram exploradas na libertação estimulada de fármacos, nomeadamente de 5-fluoruracilo (usado no tratamento do cancro), ibuprofeno (anti-inflamatório/analgésico), isoniazida (usada no tratamento da tuberculose) e cafeína (atuador do sistema nervoso central). As dinâmicas de libertação dos fármacos foram medidas experimentalmente através de espectroscopia de ultravioleta. Neste contexto, foram consideradas diferentes combinações hidrogel/estímulo/fármaco tendo em vista a procura de condições que possam potenciar os processos de libertação. Fez-se também uma descrição mecanicista simples da dinâmica de libertação dos fármacos, considerando para esse efeito modelos matemáticos alternativos (modelo exponencial e lei de potência). Esta investigação procura contribuir para o desenvolvimento de ferramentas que possam ser usadas no projeto de condições de síntese, visando a produção de materiais avançados com propriedades por medida e com aplicações em biomedicina.
This work was devoted to the synthesis of smart hydrogels with sensitivity to pH and temperature. Considering four different drugs, these advanced materials were also tested for drug delivery purposes. Aiming the study of the effect of the synthesis conditions on the properties and performance of the hydrogels, these materials were produced using inverse-suspension polymerization (the morphology of the obtained particles was analyzed by Scanning Electronic Microscopy - SEM) and also considering solution polymerization. Two different polymerization mechanisms were also considered: classical free radical polymerization (FRP) and Reversible Addition-Fragmentation chain Transfer (RAFT) polymerization. By using different combinations of the initial monomers, different kinds of polyelectrolyte hydrogels were synthetized, namely anionic, cationic and amphoteric. Non-ionic hydrogels were also produced. It was observed that the materials produced are effectively sensitive to changes in the surrounding conditions, namely changes in pH of aqueous solutions, temperature, ionic strength and the presence of a dehydrating solvent. It was thus showed the ability to trigger the transition of hydrogels between swollen/shrunken states as a result of the change of pre-defined parameters. The unique properties of these materials were explored in the stimulated release of drugs, namely 5-fluorouracil (used in cancer treatment), ibuprofen (anti-inflammatory/analgesic), isonicotinic acid (used in tuberculosis treatment) and caffeine (stimulant of the central nervous system). The dynamics of release of these drugs were experimentally measured using ultraviolet spectroscopy. In the framework of these studies, different combinations between hydrogel/stimuli/drug were considered, aiming the search of conditions enhancing the drug release processes. A simple mechanistic description of the dynamics of drug release was also performed considering two alternative mathematical models (exponential and power laws). This research aims to contribute to the development of tools that can be used in the designs of synthesis conditions useful in the production of advanced materials with tailored properties that find applications in biomedicine.

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Química apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia
A osteomielite–uma infeção do tecido ósseo, normalmente provocada por bactérias-ocorre com alguma frequência após uma cirurgia óssea reconstrutiva ou após a inserção de uma prótese articular.Geralmente,o tratamento desta infeção compreende a administração sistémica de elevadas doses de antibióticos,por via intravenosa ou oral. Esta estratégia terapêutica,para além de ter o risco da ocorrência de efeitos adversos graves, nem sempre é eficaz,pois a fraca irrigação do tecido ósseo faz com que seja muito difícil atingir e manter,no local afetado,concentrações de antibiótico acima do nível terapêutico.Face às limitações apresentadas,este trabalho teve como objetivo a produção de membranas fibrosas de base polimérica produzidas pela técnica de electrospinning,capazes de atuarem como SLCs.Os SLCs vão possibilitar a libertação gradual e prolongada dos fármacos no local específico em que devem atuar,maximizando o seu benefício clínico e diminuindo simultaneamente os seus efeitos adversos.Uma vez que estes materiais vão estar inseridos no organismo,é necessário que estes possuam diversas caraterísticas,nas quais se destacam a biodegradabilidade e a biocompatibilidade.Assim,neste trabalho,optou-se pela utilização dos PLAs e PCL.Desta forma foram incorporados nestas membranas dois fármacos:GS-que tem como objetivo combater a possível infeção bacteriana-e DEX,que para além de minimizar uma resposta adversa ao implante.O caráter hidrofílico do GS propicia uma libertação inicial muito acentuada deste fármaco.Assim, uma possível solução para contornar este problema consiste na imobilização deste fármaco em NPSi e, por sua vez, a incorporação das nanopartículas carregadas com GS(NPSiGS) em matrizes fibrosas produzidas por electrospinning.O trabalho desenvolvido foi dividido em duas fases:a primeira compreende a imobilização do GS nas NPSi e a sua caracterização enquanto que a segunda envolveu a produção e caracterização das membranas fibrosas produzidas pela técnica de electrospinning.Nesta segunda etapa prepararam-se várias membranas,onde o GS foi incorporada nas fibras em diferentes formas: i)Na forma “livre”;ii)imobilizada nas NPSi;iii)uma parte na forma livre e outra parte imobilizada em NPSi.Em algumas membranas incorporou-se também,a par com a GS,o anti-flamatório DEX.Foram também utilizadas duas variantes da técnica de electrospinning:o electrospinnnig por blending, com a qual se obteve fibras de PLA com uma estrutura homogénea,e o electrospinnnig coaxial, onde se obteve fibras com uma estrutura núcleo-camada externa ,onde o núcleo das fibras é composto de um material diferente da camada externa.Neste último tipo de fibras a GS(nas três formas mencionadas em cima),foi incorporada no núcleo das fibras (formado por PLA),enquanto que a DEX foi incorporada na camada externa,formada por PLC.As NPSi-antes e depois do carregamento com GS-foram caraterizadas pelo método de adsorção de azoto,que permitiu a obtenção de parâmetros como a S,o Vp e o respetivo Dp.A diminuição da S bem como do Vp das NPSiGS relativamente às NPSi demonstrou que o objetivo de incorporar o GS nas NPSi foi conseguido.A quantificação de GS imobilizada nas nanopartículas foi determinada através de uma análise termogravimétrica, tendo-se obtido uma percentagem de carregamento de 43%(m/m),concluindo-se assim que o GS foi imobilizado com sucesso nas NPSi.Através da análise SEM foi possível a caracterização morfológica das membranas a partir da qual foi possível observar que todas as membranas apresentavam fibras bem formadas, aleatoriamente distribuídas sendo também possível verificar a presença de alguns beads.Nos estudos de libertação in vitro constatou-se que,para todas as membranas, o perfil de libertação do GS é mais rápido do que o perfil de libertação da DEX, tal como seria de esperar, dada a natureza hidrofóbica da DEX e a hidrofilicidade da GS.Verificou-se ainda que nas membranas que possuem os dois fármacos incorporados simultaneamente a presença do GS nas membranas altera o perfil de libertação da DEX,tornando-o mais rápido,relativamente ao perfil da DEX a partir da membrana em que esta se encontra imobilizada sozinha(PLA+DEX).Ainda nesta situação, através dos perfis de libertação do GS concluiu-se que a presença das NPSiGS na formulação contribui para uma diminuição da cinética de libertação resultando assim um perfil de libertação mais lento e gradual para o caso das membranas compostas por NPSiGS.Por fim, os resultados obtidos através das membranas produzidas por electrospinning coaxial não foram os esperados já que em vez de se obter uma libertação mais lenta e gradual de ambos os fármacos,obteve-se burst release elevados para todas as membranas.Face aos resultados alcançados pode concluir-se que as membranas fibrosas produzidas por electrospinning por blending podem ser utilizadas como SLCs no tratamento da osteomielite já que possuem a capacidade de libertarem os fármacos de uma forma controlada por um período de tempo desejado.
Osteomyelitis - a bone infection usually caused by bacteria – occurs with some frequency in the following of a bone reconstructive surgery or implantation of an articular prosthesis. Generally, the treatment of this infection includes the systemic administration of high doses of antibiotics, intravenously or orally. This therapeutic strategy, besides the risk of serious adverse effects, is not always effective, because the poor irrigation of bone tissue makes it very difficult to achieve and maintain, at the affected site, antibiotic concentrations above the therapeutic level.Considering these restrictions, this work aimed the development of polymeric fibrous implants produced by electrospinning technique, capable of localised and controlled release of antibiotics (SLCs). These SLCs will allow the controlled and sustained release of drugs in the specific site at which they are implanted, thus maximising the clinical benefit of the drugs and simultaneously reducing its adverse effects. As materials that will be inserted in the body, they must have some characteristics like biodegradability - so there will be no need for a second surgical procedure to remove the device after the treatment - and biocompatibility. In this work, two polymers were selected to fabricate the SLC: poly (lactic acid) (PLA) and polycaprolactone (PCL). Also, two different drugs were immobilized in the fibrous implants: gentamicin sulfate (GS) – whose aim is to fight a possible bacterial infection – and dexamethasone (DEX), which minimizes the risk of an eventual adverse reaction to the material and also has the capacity to promote the regeneration of the damaged bone tissue. GS’s hydrophilic character promotes a fast and extensive release at the beginning of the process. One possible solution for this problem is the immobilisation of this drug into mesoporous silica nanoparticles (NPSi). These GS loaded nanoparticles will then be introduced into the electrospinning polymer solution.This work has been developed in two phases: the first one involved the loading of the nanoparticles with GS and its characterization, while the second stage dealt with the production of the drug loaded electrospun membranes and its characterization. In this second stage several membranes have been produced, with GS being loaded in different forms into the fibers: i) entirely in its “free form”; ii) completely immobilized in NPSi; iii) part in its free form and part immobilized in NPSi. In some membranes the anti-inflammatory DEX was also added along with GS. Two different types of electro spinning techniques have also been used: the blending one, which originated PLA fibers with a homogenous structure; and the coaxial type, that allows the production of fibers with a core-shell structure, where the core material differs from the shell one. In these core-shell fibers the GS – in the three forms mentioned above – was inserted in the fiber’s core (made with PLA) while DEX was immobilized in the shell (made of PLC).Silica nanoparticles – before and after being loaded with GS – were studied using the nitrogen adsorption method, which allowed the determination of certain parameters like the specific surface area, S, pores volume, Vp, and average diameter, Dp. Reduction of S as well as of Vp on NPSiGS when compared with pure NPSi revealed GS was successfully loaded onto the NPSi. The amount of GS immobilized in the nanoparticles was determined through thermo-gravimetric analysis: results showed a 43 % (m/m) loading, thus concluding a successful GS immobilization on NPSi.Membranes’ morphological characterization was made through SEM analysis, showing that, in general, all membranes presented well-formed fibers, randomly distributed. The presence of some beads was also observed.During the 21 days period of the in vitro releasing studies, it was observed that the GS release profiles were faster than the DEX ones, for all membranes. These were expected, considering the hydrophobic nature of DEX and the hydrophilicity of GS.Results also showed that, in those membranes in which the two compounds were added simultaneously, GS changed DEX’s release profile, speeding it up when compared with the membrane where DEX stands alone (PLA + DEX). Results also showed that in these membranes NPSiGS helped to reduce GS release kinetics, thus giving a slower and balanced release profile. On the contrary, membranes made by co-axial electro spinning didn’t achieve the expected results originating, for both drugs, release profiles with accentuated burst releases. Giving the achieved results we may conclude that nano fibrous membranes produced by blended electro spinning might be used as SLCs for osteomyelitis treatment or prevention, as they help to control –in speed and time- the release of the pharmaceutical compounds.