Desenvolvimento tecnológico, caracterização e avaliação in vitro e in vivo de sistemas poliméricos contendo ácido ferúlico

Abstract

Resumo: As micropartículas contendo ácido ferúlico foram obtidas a partir dos polímeros poli(3-hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato) e poli-?-caprolactona pelo método de emulsão simples/evaporação do solvente (sistema S1) e empregando o processo de secagem por aspersão, a partir do polímero metacrílico Eudragit® L100 (sistema S2). As dispersões sólidas de ácido ferúlico foram preparadas pelo método de secagem por aspersão, a partir dos polímeros PVP-K30, PEG 6000 e poloxâmero 188 (sistema S3). O método analítico para a determinação do ácido ferúlico nas formulações foi validado conforme o preconizado pela Agência Nacional de Vigilância Sanitária e The International Conference on Harmonization empregando formulações do sistema S1. Os sistemas poliméricos S2 e S3 foram caracterizados por meio de estudos morfológicos, espectroscópicos e térmicos e o mecanismo de liberação in vitro do fármaco foi estudado a partir do ensaio de dissolução, avaliando os perfis de liberação por métodos modelo-independentes e modelo-dependentes. A estabilidade do ácido ferúlico à radiação ultravioleta e a possível formação de produtos de degradação foram investigadas. O efeito antioxidante in vitro das dispersões sólidas (sistema S3) foi investigado pelo método de descoloração do radical catiônico 2,2'-azinobis(3-etilbenzotiazolinona-6-ácido sulfônico). As formulações de micropartículas do sistema S2 foram submetidas a estudos in vitro baseados em células. A avaliação biológica das formulações (sistemas S2 e S3) e do fármaco puro foi conduzida empregando modelo in vivo de atividade antiagregante plaquetária. Para o sistema S1, um método simples e eficiente de cromatografia líquida de alta eficiência/arranjo de fotodiodos foi desenvolvido e validado para a determinação quantitativa do ácido ferúlico nas micropartículas poliméricas (eficiência de encapsulação acima de 98%). A avaliação da estabilidade demonstrou que o ácido ferúlico sofre fotodegradação por meio de uma cinética de segunda ordem. No sistema S2, as micropartículas resultaram em formulações micrométricas, estáveis termicamente e não cristalinas/amorfas com alta eficiência de encapsulação. Ligações de hidrogênio intermoleculares entre o ácido ferúlico e o Eudragit® L100 foram detectadas por infravermelho com transformada de Fourier. As formulações reduziram estatisticamente a taxa de dissolução do fármaco, mantendo o modelo cinético monoexponencial. A microencapsulação do ácido ferúlico promoveu um efeito citoprotetor contra o estresse oxidativo induzido por peróxido de hidrogênio e inibiu a agregação plaquetária estimulada por colágeno. Para o sistema S3, as dispersões sólidas contendo ácido ferúlico preparadas utilizando o PEG 6000 apresentaram rendimentos adequados, baixos teores de água, alto teor de fármaco, baixa cristalinidade e interação fármaco-polímero reduzida. As formulações de PVP K-30 revelaram alto teor de água, enquanto que as de poloxâmero 188 demonstraram baixo teor de fármaco e cristais de ácido ferúlico na superfície. Todas as formulações aumentaram a solubilidade relativa e a taxa de dissolução do fármaco. A formulação PEG 6000 + ácido ferúlico 10% demonstrou atividade antioxidante in vitro apropriada e um efeito in vivo antiplaquetário estatisticamente significativo, quando comparada com o controle e com o fármaco puro. Os resultados sugerem que as micropartículas poliméricas e dispersões sólidas contendo ácido ferúlico (sistemas S2 e S3) são estratégias viáveis para a administração por via oral, sendo alternativas interessantes como antioxidantes e destinadas ao tratamento de eventos trombóticos.

Abstract: Microparticles containing ferulic acid was obtained from poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) (PHBV) and poly-?-caprolactone (PCL) by single emulsion/solvent evaporation method (system S1) and from a methacrylic polymer (Eudragit® L100) by spray-drying (system S2). Solid dispersions of ferulic acid were prepared by spray-drying using PVP-K30, PEG 6000 and poloxamer 188 (system S3). The analytical method for determination of ferulic acid in these formulations was validated as recommended by the Brazilian health agency and The International Conference on Harmonization using formulations from system S1. Polymeric systems S2 and S3 were characterized by morphological, spectroscopic and thermal analyses. The mechanism of in vitro release of ferulic acid was studied after dissolution test for systems S2 and S3. The release profiles were fitted by model-independent and model-dependent methods. The stability of ferulic acid was investigated against ultraviolet radiation and the related degradation products were studied. In vitro antioxidant effect of solid dispersions (system S3) was assayed by 2,2'-azinobis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid) radical cation decolorization. Formulations of methacrylic microparticles containing ferulic acid (system S2) were evaluated by in vitro cell-based studies for determination of cytotoxicity, cytoprotective potential, nitric oxide production and effect on generation of reactive oxygen species. Biological study of formulations from systems S2 and S3 was carried out using in vivo model of anti-platelet activity. For system S1, a simple and efficient reverse-phase HPLC-DAD method was developed and validated for quantitative determination of ferulic acid into polymeric microparticles. High encapsulation efficiency was obtained (higher than 98%). In summary, the method found to be specific, linear, accurate, precise, and robust for a rapid determination of this drug. It can be used for studying stability and degradation of ferulic acid that occurred by a second order kinetics. For system S2, microparticles of Eudragit® L100 containing ferulic acid were successfully prepared by spray-drying. Micrometer-sized, heat-stable and amorphous/non-crystalline formulations with high drug-loading efficiencies were obtained. Intermolecular hydrogen bonding between ferulic acid and Eudragit® L100 were recorded by FTIR. Formulations provided a statistical decrease in the dissolution rate of ferulic acid and maintained the initial monoexponential kinetic model. In addition, microencapsulation of ferulic acid provided cytoprotection against H2O2-induced oxidative stress and inhibited collagen-stimulated platelet aggregation. For system S3, solid dispersions containing ferulic acid were successfully prepared by spray-drying using PVP K-30, PEG 6000 and poloxamer 188 as carriers. PEG 6000 formulations presented suitable yield, low water content, high drug loading, low drug crystallinity and reduced drug-polymer interaction. PVP K-30 formulations showed high water content whereas poloxamer 188 solid dispersions had several disadvantages as low drug content and crystals of ferulic acid. All formulations enhanced relative solubility and dissolution rate of ferulic acid. The chosen spray-dried formulation (PEG 6000 + 10% ferulic acid) demonstrated suitable in vitro antioxidant activity and a statistically significant in vivo anti-platelet effect compared to control and pure drug. These results obtained for systems S2 and S3 support an experimental basis for the use of polymeric microparticles and spray-dried solid dispersions containing ferulic acid as feasible oral drug delivery intended to present antioxidant effect and for treating thrombotic events.