Otimização da síntese de copolímeros PCL/PEG

Abstract

Na sociedade atual são múltiplos os problemas associados à visão, como a cataratas e o glaucoma. Ao longo dos anos, tem sido desenvolvida investigação em prol da qualidade de vida do Homem, nomeadamente no sentido de melhorar o tratamento e acompanhamento de casos clínicos. Porém, o maior desafio no tratamento das doenças oculares persiste. A capacidade de manutenção do nível terapêutico do fármaco no local de ação, durante o período de tempo necessário, continua a ser uma das dificuldades na ação terapêutica ocular. As gotas oftálmicas representam a maioria das formulações disponíveis no mercado, devido à sua fácil aplicação e aceitação pelo paciente, bem como ao custo acessível e à simplicidade de desenvolvimento e produção. Contudo, estas e outras formas de dosagem de administração tópica apresentam um curto tempo de residência, fazendo com que menos de 5% do fármaco penetre na córnea. Além disso, devido à fácil eliminação do volume da gota, em consequência da drenagem pelo canal nasolacrimal, da lacrimação e do pestanejar, são usadas concentrações elevadas de fármaco nestas formulações que podem causar efeitos secundários, sendo também necessário a aplicação frequente da formulação. Posto isto, é evidente a necessidade de desenvolver novas vias de administração de fármacos de aplicação ocular que superem os problemas apontados.Os insertos oculares surgem como uma nova aposta para a administração de fármacos no olho. Apesar de serem também de aplicação tópica, estes permitem aumentar a biodisponibilidade, tempo de residência e a atividade do fármaco, bem como a exatidão da dosagem e o controlo da taxa de libertação deste.Com esta dissertação pretendeu-se otimizar as condições de síntese (temperatura, tempo, quantidade de catalisador, quantidade e peso molecular de PEG) dos polímeros, PCL-PEG-PCL, que constituem o inserto que está a ser desenvolvido, bem como o estudo da influência desses parâmetros nas propriedades dos polímeros produzidos, nomeadamente o peso molecular. Também o scale up da reação é um dos objetivos do presente trabalho de investigação.Ao longo desta dissertação recorreu-se a diversas técnicas de caracterização, de forma a avaliar as propriedades químicas, físicas e térmicas dos polímeros sintetizados. A análise de ATR-FTIR permitiu caracterizar os reagentes e o catalisador da reação. Com a técnica RMN identificou-se a estrutura química dos polímeros e determinou-se, ainda, a sua conversão, peso molecular e percentagem de PEG. A análise SEC permitiu avaliar a distribuição do peso molecular dos polímeros sintetizados, bem como determinar o seu peso molecular. A análise TGA comprovou a estabilidade térmica dos polímeros produzidos. A análise DSC possibilitou conhecer algumas propriedades térmicas dos polímeros.Os resultados obtidos permitiram concluir que a percentagem e peso molecular de PEG são os parâmetros da reação que mais influenciam as propriedades dos copolímeros PCL-PEG-PCL, nomeadamente o peso molecular. Todavia, é necessário o controlo dos restantes parâmetros estudados (temperatura, tempo e quantidade de catalisador), de forma a assegurar um rendimento de reação de 100% e a obtenção de um polímero com polidispersividade próxima de 1, evitando a presença de monómeros e oligómeros que podem provocar reações oculares indesejadas.

In today’s society there are multiple health problems related to vision, such as cataracts and glaucoma. Over the years, research has been developed to enhance human life quality, in particular to improve the treatment and follow-up of clinical cases. However, the greatest challenge in the treatment of eye diseases prevails. The ability to maintain the drug therapeutic level at the target site, for the required period of time, remains one of the difficulties in ocular therapeutic action. Ophthalmic drops represent the majority of the formulations available on the market due to their easy application and patient compliance, as well as affordability and simple development and production. However, these and other ways of topical administration dosage have a short residence time, causing less than 5% of the drug to penetrate the cornea. Moreover, the elimination of the droplet volume easily occur due to the drainage through the nasolacrimal canal, lacrimation and blinking. As a result, drug high concentration are used in these formulations, which may cause side effects, and frequent application of the formulation is also necessary. Therefore, the need to develop new routes of ocular drug administration, that overcome the problems mentioned, is noticeable.Ocular inserts appear as a new chance to ocular drug administration. Although they also belong to topical administration, they allow the increase of bioavailability, residence time and drug activity, as well as the dosage precision and the drug rate release control.The aim of this dissertation was to optimize the PCL-PEG-PCL synthesis conditions (temperature, time, amount of catalyst, amount and molecular weight of PEG) as well as the study of the parameters influence on the polymers properties, namely molecular weight. The scale up of the reaction is also one of the goals of the present research work.Throughout this dissertation were used several characterization techniques in order to evaluate the chemical physical and thermal properties of the synthesized polymers. ATR-FTIR analysis allowed to characterize the chemical reactants and the catalyst. The chemical structure of polymers was identified by using the NMR technique, which also allowed the determination of polymers conversion, molecular weight and percentage of PEG. SEC analysis allowed to evaluate the polymers molecular weight distribution as well as to determine their molecular weight. The TGA analysis proved the polymers thermal stability. DSC analysis allowed to learn some polymers thermal properties.The results showed that the reaction parameters that most influence the copolymers properties, especially molecular weight, are the percentage and molecular weight of PEG. Nonetheless, the control and study of the additional parameters (temperature, time and amount of catalyst) is required to ensure a 100% reaction yield and to obtain a polymer with polydispersity close to 1, thus reducing the presence of monomers and oligomers which may cause undesired ocular reactions.