Liberação controlada de nanocurcumina a partir de híbridos ureasil-poliéter

Abstract

A curcumina foi escolhida para este estudo por apresentar diversas propriedades terapêuticas, incluindo atividades antimicrobiana, antifúngica e antitumoral. Entretanto, sua baixa solubilidade em água limita sua biodisponibilidade e eficácia terapêutica. Nesse contexto, a nanocristalização surge como uma estratégia promissora, uma vez que a redução do tamanho de partícula para a escala nanométrica aumenta a área superficial específica, podendo elevar a taxa de dissolução do fármaco. Para a obtenção dos nanocristais, foi empregada a metodologia bottom-up, baseada na precipitação do fármaco a partir de uma solução supersaturada pela adição de um antissolvente. Essa metodologia apresenta baixo custo energético, utiliza equipamentos simples e possui potencial de escalonamento, tornando-se uma alternativa acessível para o desenvolvimento desse trabalho. Os materiais híbridos orgânico-inorgânicos, com destaque para os híbridos ureasilpoliéter, combinam propriedades estruturais e funcionais favoráveis, como biocompatibilidade, flexibilidade e comportamento hidrofílico, tornando-se sistemas promissores para aplicações em liberação tópica de fármacos. Nesses sistemas, a liberação do fármaco é governada pelo intumescimento da matriz híbrida e pela difusão através dessa matriz. Embora a curcumina já tenha sido incorporada em matrizes ureasil-poliéter, não há muitos estudos envolvendo a incorporação de nanocristais de curcumina nesses sistemas. Considerando que a nanocristalização pode modificar propriedades físico-químicas do fármaco, investigou-se se tais alterações poderiam influenciar sua interação com a matriz híbrida e, consequentemente, os mecanismos de intumescimento, difusão e liberação. Dessa forma, o presente trabalho teve como objetivo avaliar a influência da incorporação de curcumina e nanocurcumina nas propriedades de híbridos ureasil-poliéter, com foco no comportamento de intumescimento e na cinética de liberação do fármaco. Para isso, os materiais foram caracterizados por espalhamento dinâmico de luz (DLS), microscopia eletrônica de varredura (MEV), difração de raios X (DRX), calorimetria exploratória diferencial (DSC), determinação da temperatura de transição vítrea (Tg), espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) e espalhamento de raios X a baixo ângulo (SAXS). Os resultados evidenciaram alterações morfológicas, redução do tamanho de partícula e diminuição da cristalinidade após a nanocristalização da curcumina. Além disso, a incorporação da curcumina e da nanocurcumina não promoveu alterações químicas significativas na estrutura da matriz híbrida. Entretanto, os sistemas contendo nanocristais apresentaram comportamento de liberação distinto em relação à curcumina convencional. A incorporação da nanocurcumina promoveu uma liberação mais lenta e prolongada, com tendência à formação de um platô de liberação, independentemente das condições avaliadas. Esse comportamento sugere que as alterações observadas após a nanocristalização influenciam as interações entre o fármaco e a matriz híbrida, afetando os mecanismos de transporte e difusão. Assim, o principal diferencial deste trabalho foi demonstrar que a modificação das propriedades físico-químicas da curcumina por meio da nanocristalização influencia diretamente o desempenho de sistemas híbridos ureasil-poliéter, permitindo modular o perfil de liberação do fármaco sem alterações na composição da matriz. Esses resultados ampliam a compreensão sobre a incorporação de nanocristais em matrizes híbridas, contribuindo para o desenvolvimento de sistemas mais eficientes para liberação controlada de fármacos.

Curcumin was chosen for this study because it possesses various therapeutic properties, including antimicrobial, antifungal and antitumor activities. However, its low water solubility limits its bioavailability and therapeutic efficacy. In this context, nanocrystallization emerges as a promising strategy, since reducing the particle size to the nanoscale increases the specific surface area, which can enhance the drug’s dissolution rate. To obtain the nanocrystals, a bottom-up methodology was employed, based on the precipitation of the drug from a supersaturated solution through the addition of an antisolvent. This methodology has low energy costs, uses simple equipment, and has scalability potential, making it an accessible alternative for the development of this study. Organic-inorganic hybrid materials, particularly ureasepolyether hybrids, combine favorable structural and functional properties, such as biocompatibility, flexibility, and hydrophilic behavior, making them promising systems for topical drug delivery applications. In these systems, drug release is governed by the swelling of the hybrid matrix and by diffusion through that matrix. Although curcumin has already been incorporated into ureasil-polyether matrices, there are not many studies involving the incorporation of curcumin nanocrystals into these systems. Given that nanocrystallization can alter the drug’s physicochemical properties, we investigated whether such changes could influence its interaction with the hybrid matrix and, consequently, the mechanisms of swelling, diffusion, and release. Thus, the objective of this study was to evaluate the influence of incorporating curcumin and nanocurcumin on the properties of ureasil-polyether hybrids, focusing on swelling behavior and drug release kinetics. To this end, the materials were characterized using dynamic light scattering (DLS), scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD), differential scanning calorimetry (DSC), glass transition temperature (Tg) determination, Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), and small-angle X-ray scattering (SAXS). The results revealed morphological changes, a reduction in particle size, and a decrease in crystallinity following the nanocrystallization of curcumin. Furthermore, the incorporation of curcumin and nanocurcumin did not cause significant chemical changes in the structure of the hybrid matrix. However, systems containing nanocrystals exhibited different release behavior compared to conventional curcumin. The incorporation of nanocurcumin promoted a slower and more prolonged release, with a tendency toward the formation of a release plateau, regardless of the conditions evaluated. This behavior suggests that the changes observed after nanocrystallization influence the interactions between the drug and the hybrid matrix, affecting the mechanisms of transport and diffusion. Thus, the main contribution of this study was to demonstrate that modifying the physicochemical properties of curcumin through nanocrystallization directly influences the performance of urease-polyether hybrid systems, allowing the drug release profile to be modulated without altering the matrix composition. These results expand our understanding of the incorporation of nanocrystals into hybrid matrices, contributing to the development of more efficient systems for controlled drug release.