Development of membranes containing a controlled drug release system for ophthalmological applications

Abstract

A eficácia da administração de um fármaco depende muito da sua concentração no local a ser tratado, durante um período de tempo adequado. Hoje em dia, o método de administração de fármacos mais utilizado para muitas doenças oculares é a aplicação de colírios, embora este método seja muito ineficiente e pode levar a efeitos secundários indesejáveis. O uso de lentes de contacto como sistemas de libertação de fármacos é uma alternativa promissora, devido ao contacto prolongado com a superfície do olho, ao alto grau de conforto e à biocompatibilidade.Neste trabalho, foram desenvolvidas membranas para serem usadas como sistemas de libertação controlada de um antibiótico (moxifloxacina, MFX), partindo de quitosano e de poliacrilatos e utilizando os métodos de evaporação do solvente e de polimerização na massa, respectivamente. Três das membranas desenvolvidas foram seleccionadas para os estudos subsequentes e para carregamento de MFX: uma membrana à base de quitosano, contendo, também, gelatina, reticulada com glioxal e plastificada com poli(álcool vinílico) e poli(etileno glicol) (CBM 16) e duas membranas à base de poliacrilatos, uma preparada a partir de metacrilato de metilo (MMA), metacrilato de octadecilo (ODMA) e acrilato de 2-etil-hexilo (EHA) (ABM 4) e outra preparada a partir de MMA, ODMA, EHA e ácido metacrílico (MAA) (ABM 5). Também foi estudada a influência de uma modificação da membrana ABM 4 de três maneiras diferentes, por copolimerização enxerto utilizando radiação gama: (i) enxerto com metacrilato de 2-hidroxietilo (HEMA) empregando uma dose de radiação de 25 kGy (ABM 4.1); (ii) enxerto com metacrilato de N,N-dimetilaminoetilo (DMAEMA), empregando doses de radiação 25 e 15 kGy (ABM 4.2 e ABM 4.4, respectivamente) e (iii) enxerto com DMAEMA na presença de MFX, empregando uma dose de radiação de 15 kGy, com e sem um carregamento subsequente por soaking numa solução de MFX (ABM 4.3).Foi determinada a capacidade de inchaço, o ângulo de contacto com a água, os espectros vibracionais no infravermelho e a citotoxicidade das membranas. Os resultados mostraram que a membrana ABM 5 foi a que apresentou características mais semelhantes às de lentes de contacto comerciais.Introduziu-se MFX nas membranas mais promissoras quer por oclusão (O), quer por imersão (soaking; S), de modo a preparar sistemas de libertação controlada. Os resultados da libertação de MFX permitiram concluir que as membranas ABM 4 e ABM 5 carregadas por oclusão (ABM 4 – O; ABM 5 – O), foram as que apresentaram um maior tempo de libertação de fármaco (3 dias). Relativamente às membranas modificadas por enxerto empregando radiação gama e carregadas por imersão, concluiu-se que a membrana com o melhor resultado foi a ABM 4.4 - S, com 2 dias de libertação de fármaco e que a modificação por enxerto melhorou a libertação de fármaco quando este foi introduzido por imersão, mas piorou-a quando o fármaco foi introduzido por oclusão.

The effectiveness of drug administration strongly depends on attainment of an effective drug concentration in the area to be treated, for a sufficient period of time. Nowadays, the most used drug administration method for many eye diseases is delivery through eye drops, although it is very inefficient and can lead to negative side effects. The use of soft contact lenses as drug delivery systems appeared as a promising alternative, due to the prolonged contact with the eye surface, high degree of comfort and biocompatibility. In this work, membranes for controlled release of an antibiotic (moxifloxacin, MFX) were developed. They were based on chitosan and polyacrylates, employing solvent evaporation and bulk polymerization methods, respectively. Three of the developed membranes were selected for further study and loading of MFX: a chitosan-based membrane, which also contained gelatin, crosslinked with glyoxal and plasticized with poly(vinyl alcohol) and poly(ethylene glycol) (CBM 16), and two acrylate-based membranes, one prepared from methyl methacrylate (MMA), octadecyl methacrylate (ODMA) and 2-ethylhexyl acrylate (EHA) (ABM 4) and, the other, prepared from MMA, ODMA, EHA and methacrylic acid (MAA) (ABM 5). It was also studied the influence of a modification by gamma radiation-grafting of the ABM 4 membrane in three different ways: (i) grafting with 2-hydroxyethyl methacrylate (HEMA) employing a 25 KGy radiation dose (ABM 4.1), (ii) grafting with N,N-dimethylaminoethyl methacrylate (DMAEMA) employing 15 and 25 KGy radiation doses (ABM 4.2 and ABM 4.4, respectively), and (iii) grafting with DMAEMA in the presence of MFX, employing a radiation dose of 15 kGy, with and without subsequent loading of MFX by soaking (ABM 4.3).The swelling capacity, water contact angle, infrared vibrational spectra and cytotoxicity of these membranes were determined. The results showed that ABM 5 was the membrane most similar to commercial SCLs.MFX was introduced in the most promising membranes by occlusion (O) and soaking (S), in order to prepare drug release systems. The drug release results showed that membranes ABM 4 and ABM 5 loaded by occlusion (ABM 4 – O; ABM 5 – O), were the membranes that showed the highest drug release time (3 days). Relatively to the gamma radiation-grafted membranes loaded by soaking, the best result was obtained with ABM 4.4 - S, with 2 days of drug release and the modification by grafting improved the drug release duration when the drug was loaded by soaking, but worsened it when the drug was loaded by occlusion.