Poly(globalide) nanoparticles preparation and modification for potential drug release applications

Abstract

Poliésteres despontaram como uma categoria em potencial de polímeros biodegradáveis que podem servir como alternativa a materiais convencionais no campo biomédico devido às suas propriedades, incluindo biocompatibilidade, bioabsorção e biodegradabilidade. A polimerização enzimática por abertura do anel (e-ROP) de lactonas é uma alternativa ?verde? para preparar poliésteres devido à ausência de subprodutos tóxicos e à possibilidade de reaizar reações em condições brandas. As nanopartículas poliméricas são um sistema promissor para o transporte e liberação sustentada de fármacos pouco solúveis em aplicações biomédicas devido às suas propriedades únicas, tais como alta estabilidade, biocompatibilidade, e a capacidade de incorporar uma grande variedade de substâncias. O benznidazol (BNZ) é um medicamento antiparasitário cuja eficácia é diminuída pela sua elevada toxicidade e baixa solubilidade. A utilização de nanocarreadores poliméricos é uma abordagem proeminente para melhorar a absorção de ativos hidrofóbicos, aumentando a eficiência e rapidez de efeitos farmacológicos. Esta abordagem pode melhorar, por exemplo, o tratamento e sistemas de liberação sustentada com BNZ. Neste estudo, síntese de PGl foi conduzida seguida de sua modificação por reação tiol-eno para reticulação usando 2,2-(etilenodioxi)dietanotiol (EDDT) como agente reticulante na presença do iniciador térmico azobisisobutironitrila (AIBN). PGl apresentou Mw e Mn de 44926 g·mol-1 e 16700 g·mol-1, respectivamente e dispersão Ð de 2,69. A cristalinidade dos polímeros reticulados foi significativamente reduzida, sugerindo que as propriedades do polímero PGl podem ser moldadas para atender a aplicações específicas incorporando agentes de reticulação em sua estrutura. Além disso, este trabalho teve como foco o desenvolvimento de uma plataforma para liberação de BNZ por meio da preparação de nanopartículas (NPs) de PGl pelo método de miniemulsificação/evaporação de solvente (MSE). As NPs foram então modificadas usando a reação química tiol-eno em uma abordagem análoga ao procedimento mencionado anteriormente. As NPs obtidas apresentaram formas esféricas, tamanho submicrométrico e distribuição estreita (ca. 100 nm e PDI <0,2)). A reticulação de NPs e a incorporação de BNZ em NPs também diminuíram a cristalinidade dos materiais. As eficiências de encapsulação em NPs de PGl e PGl reticulados foram de 92% e 85%, respectivamente, confirmando a aplicabilidade do poliéster para a encapsulação de BNZ. O estudo de liberação sob condições controladas revelou que as NPs reticuladas apresentaram taxas de liberação do fármaco mais rápidas devido a sua menor cristalinidade. Em resumo, o emprego de PGl e um processo simples de preparação de nanocarreadores tem grande potencial para várias aplicações de liberação de fármacos. Essa abordagem pode beneficiar formulações de BNZ e de outros compostos hidrofóbicos que requerem melhorias em seus respectivos tratamentos e administração de dosagem.

Abstract: Polyesters have emerged as a potential category of biodegradable polymers that can serve as an alternative to conventional materials in the biomedical field due to their properties, including biocompatibility, bioresorbability, and biodegradability. Enzymatic ring-opening polymerization (e-ROP) of lactones is a green alternative to prepare polyesters due to the absence of toxic byproducts and the possibility of carrying reactions in mild conditions. Polymeric nanoparticles are a promising tool for the delivery of poorly soluble actives and sustained release in biomedical applications because of their unique properties, such as high stability, biocompatibility, and the capacity to enclose various substances. Benznidazole (BNZ) is an antiparasitic medication whose efficacy is diminished by its high toxicity and low solubility. Utilizing polymeric nanocarriers is a promising approach for accelerating the absorption of highly hydrophobic actives, leading to a more rapid and efficient onset of pharmacological effects. This approach could improve, for instance, BNZ therapeutics and controlled release systems. In this study, PGl synthesis by e-ROP was conducted, followed by its modification by thiol-ene crosslinking reactions using 2,2'-(ethylenedioxy)diethanethiol (EDDT) as a crosslinking agent in the presence of thermal initiator azobisisobutyronitrile (AIBN). PGl presented Mw and Mn of 44,926 g·mol-1 and 16,700 g·mol-1, respectively, and polydispersity Ð of 2.69. The crystallinity of crosslinked polymers was significantly reduced, suggesting that the polymer PGl can be tailored to meet specific applications by incorporating crosslinking agents into its structure. In addition, this work focused on developing a platform for BNZ delivery by preparing polymacrolactone nanoparticles (NPs) via the miniemulsification-solvent evaporation (MSE) method from PGl. The NPs were then modified using thiol-ene chemistry in an analogous approach to the procedure mentioned previously. The obtained NPs presented spherical shapes, small size, and narrow distribution (ca. 100 nm and PDI <0.2)). Crosslinking of NPs and BNZ incorporation in NPs also diminished the crystallinity of the materials. The encapsulation efficiencies in PGl and crosslinked PGl NPs were 92% and 85%, respectively, supporting the applicability of the polyester for the encapsulation of BNZ. The release study under controlled conditions revealed that crosslinked samples presented faster drug release rates for reducing crystalline properties. In summary, the employment of PGl and a simple process for preparing nanocarriers has great potential for various drug delivery applications. This approach can benefit BNZ formulations and other hydrophobic compounds that require improvements in their respective therapeutics and dosage administration.