Desenvolvimento de microagulhas de cimentos ósseos para libertação controlada de fármaco

Abstract

As microagulhas são dispositivos usados para libertação transdérmica de fármacos, com elevado potencial para aplicação em várias áreas da biomedicina. Atualmente, vários materiais, como polímeros e metais, são utilizados na produção destes microcomponentes. Porém, desvantagens como a baixa biocompatibilidade, propriedades mecânicas inadequadas (limitações relacionadas com a perfuração da pele) e o alto custo de fabrico limitam a produção e expansão destes microdispositivos. Fabricar microagulhas a custos mais reduzidos, num material com propriedades promissoras no armazenamento e libertação de fármacos, com propriedades mecânicas adequadas, foi a motivação deste trabalho. O objetivo focou-se no desenvolvimento de microagulhas sólidas a partir de cimentos à base de fosfatos de cálcio, incluindo um fármaco na sua composição. Estudaram-se diferentes cimentos à base de fosfatos de cálcio, variando a natureza dos pós de partida, o seu tamanho e distribuição de tamanhos de partícula e razões líquido de presa/pó, com o objetivo de avaliar a sua influência na porosidade, propriedades mecânicas e fases cristalinas dos cimentos e relacionar estas características com a taxa de libertação do fármaco. Como líquido de presa utilizou-se uma solução aquosa de ácido cítrico e o fármaco estudado foi o antibiótico levofloxacina. Os resultados obtidos mostraram que a adição de fármaco não alterou significativamente as propriedades mecânicas e porosidades dos cimentos. Porém houve um aumento dos tempos de presa iniciais e finais dos cimentos na presença de levofloxacina. A velocidade de libertação do fármaco foi relativamente elevada, com um perfil idêntico para todas as formulações de cimentos estudada, não sendo possível relacionar a taxa de libertação com as propriedades avaliadas nos cimentos, nomeadamente a porosidade. A pasta cimentícia que apresentou características mais apropriadas para o enchimento sob vácuo dos moldes de microagulhas foi a que se obteve com razão líquido/pó mais elevada e distribuição de partículas mais alargada. Do estudo realizado, foi possível obter microagulhas, facilmente desmoldáveis sem se danificarem, resultantes de: (i) um enchimento completo das microcavidades do molde pela pasta cimentícia, e (ii) propriedades mecânicas adequadas dos cimentos. Do trabalho realizado conclui-se que estes microcomponentes à base de fosfato de cálcio apresentam propriedades promissoras para futuras aplicações biomédicas, uma vez que são materiais não tóxicos que não acarretam problemas ao paciente e relativamente fáceis de produzir por micromoldagem, tornando assim o custo de produção mais competitivo.

Microneedles are devices used for transdermal drug delivery, with high potential in large areas of biomedicine. Currently, several materials, such as polymers and metals, are used to produce these materials. However, limitations such as low biocompatibility, inadequate mechanical properties (limitations related to skin perforation) and high manufacturing costs limit the production and expansion of these microdevices. The possibility to fabricate microneedles at lower costs in a material with promising properties for the storage and release of drugs with suitable mechanical properties was the motivation of this work. The aim was focused on the development of solid microneedles from calcium phosphate based cements, including a drug in their composition. Different calcium phosphate based cements were studied, varying the nature of the starting powders, their size and particle size distribution and liquid to powder ratios, in order to evaluate their influence on porosity, mechanical properties and crystalline phases of the cements and relate these features to the rate of drug release. An aqueous solution of citric acid was used as setting liquid and antibiotic levofloxacin was used as a model drug. The results showed that addition of the antibiotic did not significantly affect the mechanical properties and porosities of the cements. However, in the presence of levofloxacin, there was an increase in the initial and final setting times of the cements. The drug release rate was relatively high, with an identical profile for all cement formulations tested, being not possible to relate the drug release rate with the cements properties evaluated, namely porosity. The cement paste that presented the most appropriate properties for casting microneedle moulds under vacuum was the one obtained with higher liquid/powder ratio and broader particle size distribution. Sharp and fine tip microneedles were successfully de-moulded, resultant to the (i) complete filling of the microcavities of the mould and (ii) adequate mechanical properties of the cement. From the evaluated work, it can be concluded that these calcium phosphate-based microcomponents present promising properties for future biomedical applications, since they are non-toxic materials that do not cause patient problems and are relatively easy to produce by micromolding, making the production cost more economical.