Preparação de hidrogéis pH-responsivos à base de alginato, k-carragenana e polietilenoimina para liberação controlada de etinilestradiol

Abstract

A liberação controlada de fármacos é uma área de grande relevância, pois possibilita a otimização da administração de compostos bioativos, aumentando sua eficácia terapêutica e reduzindo efeitos adversos. No entanto, um dos principais desafios desses sistemas é garantir que o fármaco seja liberado no local e no momento desejados, por exemplo, evitando a degradação prematura em ambientes fisiológicos adversos, como o estômago. O etinilestradiol, um estrogênio amplamente utilizado em contraceptivos orais, possui baixa estabilidade em meio ácido, o que pode comprometer sua absorção e eficácia terapêutica quando liberado no estômago. Além disso, sua biodisponibilidade no organismo é reduzida quando administrado por via oral, devido ao extenso metabolismo de primeira passagem no fígado que restringe a quantidade de fármaco que alcança a circulação sistêmica. Neste contexto, este trabalho investiga a preparação e caracterização de hidrogéis pH-responsivos à base de alginato de sódio, ?-carragenana e polietilenoimina (PEI) como potenciais veículos para a liberação de etinilestradiol, visando a liberação controlada no intestino delgado de forma a melhorar sua biodisponibilidade no organismo, evitando também liberações prematuras no estômago. Os experimentos envolveram a caracterização dos hidrogéis em termos de intumescimento, eficiência de encapsulação e comportamento de liberação do fármaco em condições simuladas de fluidos gástrico (SGF) e intestinal (SIF). Os resultados mostraram que o hidrogel composto de alginato e ?-carragenana apresentou a melhor eficiência de encapsulação e liberação, retendo o fármaco de forma estável em meio ácido (SGF) por até 36 horas, sem qualquer liberação detectada durante esse período. Em comparação, o hidrogel composto por alginato e PEI exibiu uma liberação moderada do fármaco, com 32% liberados em SGF após 36 horas, iniciando a liberação após a quinta hora de exposição. No entanto, em meio intestinal (SIF), os hidrogéis contendo PEI demonstraram uma taxa de liberação mais controlada, proporcionando uma liberação prolongada e consistente. O hidrogel composto apenas por alginato apresentou a liberação mais rápida em SIF, o que pode ser inadequado para aplicações que requerem liberação sustentada, e, junto com o hidrogel que continha a combinação de todos os componentes, demonstrou uma liberação total do fármaco em SGF em 36 horas, comprometendo a eficácia desejada para a administração no trato gastrointestinal. Dessa forma, os hidrogéis de alginato e ?-carragenana e alginato e PEI mostraram-se os mais promissores, sendo o primeiro mais adequado principalmente para condições de pH ácido por apresentar resistência à liberação prematura, além de apresentar melhor eficiência de encapsulação, e o segundo para pH neutro, por proporcionar uma menor taxa de liberação.

Abstract: Controlled drug release is a highly relevant area as it enables the optimization of bioactive compound administration, enhancing therapeutic efficacy while reducing adverse effects. However, one of the main challenges of these systems is ensuring that the drug is released at the desired site and time, for example, preventing premature degradation in adverse physiological environments such as the stomach. Ethinylestradiol, an estrogen widely used in oral contraceptives, has low stability in acidic media, which may compromise its absorption and therapeutic efficacy when released in the stomach. Furthermore, its bioavailability in the body is reduced when administered orally due to extensive first-pass metabolism in the liver, limiting the amount of the drug that reaches systemic circulation. In this context, this study investigates the preparation and characterization of pH-responsive hydrogels based on sodium alginate, ?-carrageenan, and polyethyleneimine (PEI) as potential carriers for ethinylestradiol release, aiming for controlled release in the small intestine to improve its bioavailability while preventing premature drug release in the stomach. The experiments included hydrogel characterization in terms of swelling, encapsulation efficiency, and drug release behavior in simulated gastric (SGF) and intestinal (SIF) fluids. The results showed that the alginate/?-carrageenan hydrogel exhibited the best encapsulation efficiency and release stability, retaining the drug in an acidic medium (SGF) for up to 36 hours with no detected release during this period. In comparison, the alginate/PEI hydrogel exhibited moderate drug release, with 32% released in SGF after 36 hours, beginning release after the fifth hour of exposure. However, in SIF, PEI-containing hydrogels demonstrated a more controlled release rate, providing a prolonged and consistent release profile. The pure alginate hydrogel showed the fastest release in SIF, which may be unsuitable for applications requiring sustained release. Additionally, the hydrogel containing all three components resulted in total drug release in SGF within 36 hours, compromising the intended effectiveness for gastrointestinal administration. Thus, the alginate/?-carrageenan and alginate/PEI hydrogels were the most promising formulations. The former was more suitable for acidic conditions, demonstrating higher resistance to premature release and better encapsulation efficiency, while the latter was better suited for neutral pH, providing a lower and more controlled release rate.