Hidrogéis de alginato e iota-carragenana com micropartículas de quitosana: desenvolvimento de sistemas responsivos ao pH para liberação controlada de curcumina no sistema gastrointestinal

Abstract

A curcumina (CUR) é um composto bioativo extraído da cúrcuma (Curcuma longa), conhecido por suas propriedades anti-inflamatórias e anticancerígenas, com potencial aplicação no tratamento de doenças do trato intestinal. Entretanto, seu uso terapêutico é limitado devido à baixa solubilidade em água e consequente baixa biodisponibilidade. Neste contexto, a hipótese central deste trabalho foi que a incorporação de partículas de quitosana (QTS) contendo curcumina em hidrogéis pH-responsivos de alginato (AS) e iota-carragenana (?-CAR) permitiria proteger a CUR de condições adversas e promover sua liberação controlada no ambiente intestinal. O uso destes polissacarídeos, apesar de bastante estudados para liberação controlada por conta da sua baixa toxicidade e biocompatibilidade, ainda é pouco explorado na literatura, principalmente o uso do sistema de partículas e hidrogéis concomitantemente. Para testá-la, partículas de quitosana/curcumina foram obtidas por reticulação física com tripolifosfato de sódio (TPP) e incorporadas em hidrogéis esféricos de 1,5% de AS e 0,5% de ?-CAR (beads). As análises de FTIR-ATR mostraram deslocamentos característicos da reticulação dos polissacarídeos nos beads e uma maior presença das partículas com e sem curcumina na parte mais externa dos mesmos. As imagens de SEM revelaram uma estrutura mais densa na borda, fato explicado pela presença das partículas neste local e por espectroscopia EDS, que evidenciou maior teor de fósforo na superfície. O grau de intumescimento em fluido intestinal simulado (SIF) variou de 1.386% a 4.181% a 25?°C e de 2.207% a 4.755% a 37?°C, enquanto em fluido gástrico simulado (SGF) os valores permaneceram substancialmente mais baixos. A liberação de curcumina em SGF ficou abaixo de 20%, ao passo que em SIF atingiu 100% em 30 h, confirmando o caráter pH-responsivo da matriz. Entre os modelos cinéticos avaliados, os de Hixson-Crowell, Primeira Ordem e Peppas-Sahlin apresentaram os melhores ajustes, caracterizando um mecanismo de transporte não-Fickiano associado ao intumescimento e ao relaxamento da rede polimérica. Estes resultados demonstram que o sistema desenvolvido proporciona proteção eficaz contra ambientes ácidos e possibilita liberação controlada, composto por polissacarídeos biocompatíveis, com uma metodologia simples, representando um avanço relevante na concepção de hidrogéis para a administração oral de compostos bioativos pouco solúveis.

Abstract: Curcumin (CUR) is a bioactive compound extracted from turmeric (Curcuma longa), known for its anti-inflammatory and anticancer properties, with potential application in the treatment of intestinal tract diseases. However, its therapeutic use is limited due to its low water solubility and consequent low bioavailability. In this context, the central hypothesis of this study was that the incorporation of chitosan (QTS) particles containing curcumin into pH-responsive alginate (AS) and iota-carrageenan (?-CAR) hydrogels would protect CUR from adverse conditions and promote its controlled release in the intestinal environment. The use of these polysaccharides, although widely studied for controlled release due to their low toxicity and biocompatibility, is still poorly explored in the literature, especially the use of particles and hydrogels concomitantly. The chitosan/curcumin particles were obtained by physical cross-linking with sodium tripolyphosphate (TPP) and incorporated into spherical hydrogels of 1.5% AS and 0.5% ?-CAR (beads). FTIR-ATR analyses showed characteristic shifts in the cross-linking of polysaccharides in the beads and a greater presence of particles with and without curcumin in the outermost part of the beads. SEM images revealed a denser structure at the edge, explained by the presence of particles in this location and by EDS spectroscopy, which showed a higher phosphorus content on the surface. The degree of swelling in simulated intestinal fluid (SIF) ranged from 1,386% to 4,181% at 25°C and from 2,207% to 4,755% at 37°C, while in simulated gastric fluid (SGF) the values remained substantially lower. The release of curcumin in SGF was below 20%, while in SIF it reached 100% in 30 h, confirming the pH-responsive nature of the matrix. Among the kinetic models evaluated, the Hixson-Crowell, First Order, and Peppas-Sahlin models presented the best fits, characterizing a non-Fickian transport mechanism associated with the swelling and relaxation of the polymer network. These results demonstrate that the developed system provides effective protection against acidic environments and enables controlled release, composed of biocompatible polysaccharides, with a simple methodology, representing a significant advance in the design of hydrogels for the oral administration of poorly soluble bioactive compounds.