Análise de sistemas carregadores de fármacos baseados em poloxâmeros por espalhamento a baixo ângulo de nêutrons

Abstract

Resumo: Os sistemas carregadores de fármacos à base de poloxâmeros são amplamente utilizados no setor farmacêutico. A caracterização estrutural desses sistemas é fundamental para o desenvolvimento de novos sistemas de administração de medicamentos e para a otimização de suas propriedades. Neste estudo, utilizamos o espalhamento de nêutrons e raios X a baixo ângulo (SANS – Small Angle Neutrons Scattering, SAXS – Small Angle X-ray Scaterring) para investigar a estrutura de sistemas carregadores de fármacos à base de poloxâmeros. As amostras foram medidas usando a técnica SANS no instrumento VSANS-V16 no Helmholtz-Zentrum-Berlin (HZB), Alemanha. Também foram realizadas medidas complementares de SAXS na linha B21 no Diamond Light Source, Reino Unido. As amostras continham 20% de poloxômero (PL407) e entre 0,1% e 1% de medicamento (prednisolona, resveratrol, diclofenaco, cetoprofeno, ibuprofeno, paracetamol, doxiciclina, benzocaína, docetaxel, paclitaxel) em água deuterada (D2O) para SANS e em água bidestilada (H2O) para SAXS. As amostras variaram em termos de quantidade do medicamento e temperatura de análise (25 °C, temperatura comum de armazenamento; 37 °C, temperatura do corpo humano; 40 °C, temperatura de um indivíduo com febre). Algumas amostras foram medidas em temperaturas entre 10 °C e 80 °C, para estudar as transições de fase devidas a presença do P407 no sistema. A análise consistiu em modelar os dados usando uma rotina desenvolvida na linguagem Python. O primeiro modelo utilizado foi o de uma solução isotrópica de micelas esféricas polidispersas. A intensidade em função do vetor de espalhamento foi primariamente modelada como sendo dada pelo produto do fator de forma pelo fator de estrutura interpartículas, este último descrito dentro do regime de aproximação monodispersa local. Adicionalmente observou-se uma contribuição para o espalhamento que pôde ser associada a presença de superestruturas cristalinas formadas por micelas que se ordenam numa estrutura cúbica. A análise dos dados nos permitiu obter informações importantes sobre o sistema, tais como: o raio médio, a distribuição de tamanhos e a espessura da camada que envolve o interior das micelas. Espera-se que os resultados obtidos contribuam para o desenvolvimento e a otimização de novos sistemas carregadores de fármacos que sejam mais eficazes e seguros para aplicação médica

Abstract: Poloxamer-based drug delivery systems are widely used in the pharmaceutical sector. The structural characterization of these systems is crucial for the development of new drug delivery systems and for optimizing their properties. In this study, we utilized Small Angle Neutron Scattering (SANS) and Small Angle X-ray Scattering (SAXS) to investigate the structure of poloxamer-based drug delivery systems. The samples were measured using the SANS technique on the VSANS-V16 instrument at the Helmholtz-Zentrum-Berlin (HZB), Germany. Complementary SAXS measurements were also carried out on the B21 beamline at Diamond Light Source, UK. The samples contained 20% poloxamer (PL407) and between 0.1% and 1% of a drug (prednisolone, resveratrol, diclofenac, ketoprofen, ibuprofen, paracetamol, oxycycline, benzocaine, docetaxel, paclitaxel) in deuterated water (D2O) for SANS and in double-distilled water (H2O) for SAXS. The samples varied in terms of drug concentration and analysis temperature (25 °C, common storage temperature; 37 °C, human body temperature; 40 °C, fever temperature). Some samples were measured at temperatures ranging from 10 °C to 80 °C to study phase transitions due to the presence of P407 in the system. The analysis involved modeling the data using a Python-based routine. The first model used was that of an isotropic solution of polydisperse spherical micelles. The intensity as a function of the scattering vector was primarily modeled as the product of the form factor and the interparticle structure factor, the latter described within the local monodisperse approximation regime. Additionally, a scattering contribution was observed, which could be associated with the presence of crystalline superstructures formed by micelles that organize into a cubic structure. Data analysis provided important information about the system, such as the average radius, size distribution, and the thickness of the layer surrounding the micellar core. It is hoped that the results obtained will contribute to the development and optimization of new drug delivery systems that are more effective and safer for medical applications