Sistemas nanoestruturados decorados com quitosana para liberação bucal da curcumina

Abstract

Este trabalho descreve o desenvolvimento de sistemas nanoestruturados mucoadesivos, incluindo nanopartículas decoradas com quitosana e filmes contendo nanopartículas, visando a liberação bucal da curcumina. Dois diferentes sistemas de nanopartículas foram desenvolvidos: as nanopartículas de policaprolactona (PCL) e as nanopartículas de xiloglucana-bloco-policaprolactona (XGO-b-PCL). As nanopartículas de PCL foram preparadas pela técnica da nanoprecipitação, enquanto as nanopartículas de XGO-b-PCL foram preparadas pelo método do co-solvente. Ambos sistemas coloidais apresentaram forma esférica e distribuição monodispersa de partículas. A decoração das nanopartículas com quitosana foi confirmada através das medidas de tamanho de partícula e potencial zeta. Estudos de espalhamento de luz dinâmico (DLS) mostraram raios hidrodinâmicos em torno de 100 nm para as nanopartículas de PCL, e de 50 nm para as nanopartículas de XGO-b-PCL. As suspensões de nanopartículas contendo curcumina apresentaram valores de eficiência de encapsulação próximos a 100 %, e teor de curcumina médio em torno de 450 µg/mL e 180 µg/mL para as nanopartículas de PCL e XGO-b-PCL, respectivamente. As nanopartículas também foram caracterizadas por análise do monitoramento de nanopartículas (NTA) e microscopia eletrônica de transmissão (TEM). As propriedades mucoadesivas das nanopartículas foram avaliadas pelo monitoramento das interações destes sistemas com a glicoproteína mucina (mucina submaxilar bovina, BSM) através das técnicas de espalhamento de luz dinâmico (DLS), microbalança de cristal de quartzo com monitoramento de dissipação (QCM-D) e ressonância plasmômica de superfície (SPR). Todas nanopartículas decoradas com quitosana demonstraram excelente habilidade em interagir com a mucina através de forças eletrostáticas formadas entre os grupamentos amina do polissacarídeo e os grupos negativamente carregados da glicoproteína, indicando seu potencial como carreadores mucoadesivos de fármacos. As nanopartículas de PCL também foram caracterizadas quanto a permeação e retenção de curcumina através da mucosa esofágica suína. As concentrações de curcumina retida na mucosa evidenciaram a possibilidade de aplicação destes sistemas para obtenção de efeitos locais na superfície mucosa. Estudos in vitro demonstraram que a nanopartículas PCL e XGO-b-PCL contendo curcumina apresentaram citoxicidade reduzida quando comparadas ao fármaco livre. As nanopartículas de PCL contendo curcumina também demonstraram atividade antimicrobiana contra cepas de Candida albicans, sugerindo seu potencial uso no tratamento de infecções fúngicas. Os filmes mucoadesivos contendo nanopartículas foram preparados pela técnica de casting, após incorporação das nanopartículas de PCL em soluções de quitosana plastificadas. Os filmes obtidos usando quitosana de média e elevada massa molar mostraram-se homogêneos e flexíveis. As nanopartículas de PCL contendo curcumina apresentaram-se uniformemente distribuídas na superfície dos filmes, como evidenciado pelas imagens de microscopia de força atômica (AFM) e microscopia eletrônica de varredura de alta resolução (FEG-SEM). Análises das seções transversais dos filmes por FEG-SEM mostrou a presença das nanopartículas no interior dos filmes. Os filmes apresentaram boa hidratação em meio saliva, e liberação controlada-prolongada da curcumina in vitro. Assim, os resultados obtidos indicam que os sistemas mucoadesivos desenvolvidos, nanopartículas decoradas com quitosana e filmes contendo nanopartículas, oferecem uma nova estratégia para a liberação bucal da curcumina, e apresentam potenciais aplicações no tratamento local de doenças da cavidade oral.Palavras-chave: Mucoadesão; Filmes mucoadesivos; Nanopartículas mucoadesivas; Nanopartículas decoradas com polissacarídeos; Nanopartículas decoradas com quitosana; Sistemas de liberação de fármacos; Administração bucal; Curcumina; Espalhamento de luz dinâmico (DLS); Microbalança de cristal de quartzo com monitoramento de dissipação (QCM-D); Ressonânica plasmônica de superfície (SPR); Análise de monitoramento de partículas (NTA); Microscopia eletrônica de transmissão (TEM); Microscopia de força atômica (AFM); Microscopia de varredura de alta resolução (FEG-SEM); Permeação e retenção na mucosa; Citotoxicidade in vitro; Atividade antifúngica. <br>

“Nanostructured systems coated with chitosan for buccal curcumin delivery”. This study describes the development of mucoadhesive nanostructured systems, including chitosan-coated nanoparticles and films containing nanoparticles, aiming the buccal delivery of curcumin. Two different systems of nanoparticles were developed: polycaprolactone (PCL) nanoparticles and xyloglucan-blockpolycaprolactone (XGO-b-PCL) nanoparticles. PCL nanoparticles were prepared by the nanoprecipitation technique, while XGO-b-PCL nanoparticles were prepared by the co-solvent method. Both colloidal systems displayed spherical shape and monodisperse distribution of particles. The decoration of nanoparticles with chitosan was confirmed by particle size and zeta potential measurements. Dynamic light scattering (DLS) studies shown hydrodynamic radius around of 100 nm for PCL nanoparticles, and 50 nm for XGO-b-PCL nanoparticles. Curcumin-loaded nanoparticle suspensions exhibited encapsulation efficiency values close to 100 %, and a mean drug content about of 450 μg/mL and 180 μg/mL for PCL and XGO-b-PCL nanoparticles, respectively. Nanoparticle systems were also characterized by nanoparticle tracking analysis (NTA) and transmission electron microscopy (TEM). The mucoadhesive properties of nanoparticles were evaluated by monitoring the interactions of these systems with glycoprotein mucin (bovine submaxillary mucin, BSM) by dynamic light scattering (DLS), quartz crystal microbalance with dissipation monitoring (QCM-D) and surface plasmon resonance (SPR). All chitosan-coated nanoparticles demonstrate excellent ability to interact with mucin though electrostatic forces formed between amino groups of polysaccharide and negatively charged groups of glycoprotein, indicating their potential as mucoadhesive drug carriers. PCL nanoparticles were also characterized in terms of curcumin permeability and retention across the porcine esophageal mucosa. Amount of curcumin retained in the mucosa highlights the possibility of application for obtaining local effects on the mucosal surface. In vitro studies demonstrated that curcumin into copolymer nanoparticles showed reduced cytotoxicity when compared to free drug. Curcumin-loaded PCL nanoparticles also exhibited antimicrobial activity against Candida albicans strains, suggesting their potential use in the treatment of fungal infections. Mucoadhesive films containing nanoparticles were prepared using the casting technique, after the incorporation of PCL nanoparticles in plasticized chitosan solutions. Films obtained using medium and high molar mass chitosan showed to be homogeneous and flexible. Curcumin-loaded PCL nanoparticles were uniformly distributed on the films surface, as evidenced by atomic force microscopy (AFM) and high-resolution scanning electron microscopy (FEG-SEM) images. Analyses of films cross sections by FEG-SEM demonstrate the presence of nanoparticles inside the films. In addition, films showed good rate of hydration in saliva medium, and in vitro prolonged-controlled delivery of curcumin. Therefore, the results obtained indicate that the developed mucoadhesive systems, chitosan-coated nanoparticles and films containing nanoparticles, offer a novel strategy to buccal curcumin delivery and have potential applications in the local treatment of oral cavity disease.