Manufatura aditiva por extrusão de material aplicada em dispositivos com liberação controlada de fármaco para tratamentos de câncer

Abstract

O câncer, considerado um enorme problema de saúde pública do Brasil, apresenta um crescimento anual de aproximadamente 600 mil novos casos da doença, e juntamente com as doenças cardiovasculares são as principais causas de morte do país. O câncer cervical (do colo do útero) é a terceira neoplasia mais incidente na população feminina brasileira, com estimativa de 16 casos a cada 100 mil mulheres em 2017. O câncer colorretal (de intestino) é outro tipo de câncer com grande ocorrência na população brasileira e mundial, podendo abranger as regiões do cólon, reto e apêndice e têm como origem lesões na superfície interna do tubo digestivo, conhecidos como pólipos adenomatosos. Nos casos de tratamento de câncer por quimioterapia, somente uma pequena porção do fluxo sanguíneo é direcionado ao tumor, fazendo com que apenas uma fração da dose do quimioterápico alcance a região afetada. O remanescente dessa dose é então distribuída por todo o restante de órgãos e tecidos saudáveis, ocasionando uma diversidade de efeitos colaterais. Neste trabalho, visando o tratamento quimioterápico para câncer cervical em estádios iniciais por implante com liberação de fármaco, foi desenvolvido Dispositivo Intrauterino (DIU) com a liberação controlada do quimioterápico Fluorouracila. Para o tratamento quimioterápico do câncer colorretal, esse trabalho investigou o desenvolvimento de uma malha (ou tela) retangular para posicionamento nas proximidades da região onde foi retirado o tumor, visando tratar as possíveis células doentes remanescentes e prevenir o retorno da doença. O presente trabalho estudou tanto as características de fabricação de filamentos dos polímeros Polietileno e Policaprolactona com Fluorouracila a serem usados na impressão 3D por extrusão de material, quanto dos dispositivos obtidos por esse método de manufatura aditiva. Por meio de análises de microscopia eletrônica, espectroscopia de infravermelho, analises térmicas, ensaios mecânicos, e testes de liberação do fármaco in vitro foram verificadas a influência das interações polímero/fármaco e dos parâmetros de processo no perfil de liberação do fármaco dos filamentos e dispositivos. A manufatura aditiva por extrusão de material de implantes com liberação controlada de Fluorouracila mostrou-se viável, nos quais os dispositivos apresentaram características morfológicas, térmicas e mecânicas que apontam para uma possível alternativa para aplicações nos tratamentos quimioterápicos de câncer de colo de útero e intestino.

Abstract: Cancer is considered a huge public health issue in Brazil, presenting an annual growth of approximately 600 thousand new cases of the disease, and along with cardiovascular diseases are the main cause of death of the country. Cervical cancer is the third most common neoplasia in the Brazilian and worldwide female population with an estimative of 16 cases per 100 thousand women in 2017. Colorectal (bowel) cancer is another type of cancer with great occurrence in the Brazilian and worldwide population, and may affect the colon, rectum and appendix regions and are originated in lesions in the inner surface of the digestive tract, known as adenomatous polyps. In cases of cancer treatment by chemotherapy, only a small portion of the blood flow is directed to the tumor causing only a fraction of the dose of the medicine to reach the tumor region. The remaining of the dose is then distributed to all other healthy organs and tissues, what may cause a variety of side effects. In this study, an Intrauterine Device (IUD) with controlled release of the chemotherapeutic Fluorouracila was developed to assist the treatment of early stage cervical cancer. For the chemotherapy treatment of colorectal cancer, this study investigated the development of a rectangular mesh to position in the nearby regions where the tumor was removed, in order to treat the possible remaining sick cells and prevent the return of the disease. The present work studied the filament manufacturing characteristics of Polyethylene (PE) and Polycaprolactone (PCL) with Fluorouracila in order to be used in the 3D printing process of material extrusion, as well as the devices obtained by this additive manufacturing method. Through electron microscopy, infrared spectroscopy, thermal and mechanical analysis, and in vitro drug releasing testing, the influence of polymer/drug interactions and process parameters on the drug release profile of the filaments and devices were verified. The additive manufacturing by material extrusion of controlled release implants proved to be feasible where the devices presented morphological, thermal and mechanical characteristics that point to a possible alternative for applications in chemotherapy treatments for cervical and colorectal cancer.