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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.10.2020.tde-21012021-090557
Document
Author
Full name
Maria Raquel Bellomo Agrello Ruivo
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2020
Supervisor
Committee
Zoppa, André Luis do Valle de (President)
Marcondes, Geissiane de Moraes
Plepis, Ana Maria de Guzzi
Title in Portuguese
Análise in vitro da liberação de antimicrobianos em compósitos de hidroxiapatita, quitosana e nanotubo de carbono como dispositivo de liberação de fármacos
Keywords in Portuguese
Amicacina
Biomateriais
Ciprofloxacina
Gentamicina
Osteomielite
Abstract in Portuguese
A dificuldade no controle da osteomielite motiva a busca por alternativas de tratamentos, que sejam eficientes para este tipo de afecção. Dispositivos de liberação de fármacos têm sido uma alternativa nesses casos, por aumentar a atividade do fármaco escolhido, diminuir o intervalo das dosagens e estabelecer altos níveis de concentração no local desejado. Neste trabalho foi incorporado ao compósito à base de quitosana, nanotubos de carbono e hidroxiapatita (QNCHA), o sulfato de amicacina, sulfato de gentamicina e cloridrato de ciprofloxacina. A incorporação de antibiótico foi realizada por dois métodos: durante a confecção das matrizes, nas concentrações 5% e 10% em relação a massa seca, e por imersão em solução concentrada de antibiótico. O objetivo deste trabalho foi estudar a liberação in vitro de antibiótico, obtendo esses valores por espectrofotometria UV-visível. Os compósitos foram colocados em solução tampão fosfato salino (PBS) de pH 7.4, e disponibilizadas em Banho Dubnoff. As alíquotas foram coletadas em tempos pré-determinados e o estudo foi realizado em quintuplicata. Os compósitos apesar de apresentarem baixa porosidade foram capazes de atingir taxas relativamente altas de liberação, sendo observado isso principalmente nos grupos impregnados com aminoglicosídeos. A realização do ensaio de intumescimento em PBS foi capaz de mostrar sua boa capacidade de absorção. Este estudo demonstrou valores maiores de liberação nos grupos contendo aminoglicosídeos comparado àqueles impregnados com ciprofloxacina. Compósitos com amicacina apresentaram padrão constante de liberação a partir de seis horas de análise, alcançando valores máximos de liberação estatisticamente iguais (P=1). Em relação à gentamicina, o Grupo 5% e imersão têm liberação máxima semelhante com valores estatisticamente iguais (P=0,82), e o Grupo 10% em 24 horas de análise foi o que atingiu maior porcentagem de antibiótico liberado, chegando a 90,3 ± 9,2%. Os grupos impregnados com ciprofloxacina comparados aos aminoglicosídeos foram o que obtiveram menor porcentagem de liberação. Para os Grupos 5 e 10% obteve-se valores estatisticamente diferentes (P=0,017). Também houve diferença estatística ao comparar Grupo 5% e imersão (P=0,007) e Grupo 10% com imersão (P=0,015). Os perfis de liberação foram mais adequados aos modelos de Weibull e Korsmeyer-Peppas. Apesar do modelo de Weibull ser empírico e não refletir a cinética de liberação, ele mostrou que os perfis de liberação tendem a ser parabólicos. O estudo de liberação para os aminoglicosídeos mostrou, que o processo que prevalece é a difusão, contudo, para a gentamicina 10% foi observado uma cinética de ordem-zero, ou seja, uma liberação muito rápida e independente do tempo. No caso da ciprofloxacina foi observado um mecanismo quase-fickiano. Concluiu-se que os compósitos apresentaram boa capacidade de liberação e ao levar em consideração a Concentração Inibitória Mínima (CIM), a quantidade de antibiótico liberada em todos os grupos em um período de 24 horas, possui potencial para combater algumas infecções ortopédicas.
Title in English
In vitro analysis of the release of antimicrobials in hydroxyapatite, chitosan and carbon nanotube composites as a drug delivery device
Keywords in English
Amikacin
Biomaterials
Ciprofloxacin
Gentamycin
Osteomyelitis
Abstract in English
The difficulty in controlling osteomyelitis motivates the search for alternative treatments, which are efficient for this type of condition. Drug delivery devices have been an alternative in these cases, as they increase the activity of the chosen drug, decrease the dosage interval and establish high levels of concentration in the desired location. In this work, chitosan, carbon nanotubes and hydroxyapatite (QNCHA) composites, amikacin sulfate, gentamicin sulfate and ciprofloxacin hydrochloride were incorporated. The incorporation of antibiotics was carried out by two methods: during the preparation of the matrices, in concentrations 5% and 10% in relation to the dry mass, and by immersion in concentrated antibiotic solution. The objective of this work was to study the in vitro antibiotic release, obtaining these values by UV-visible spectrophotometry. The composites were placed in a phosphate buffered saline solution (PBS), pH 7.4, and made available in Dubnoff Bath. The aliquots were collected at predetermined times and the study was carried out in quintuplicate. The composites, despite having low porosity, were able to reach relatively high release rates, being observed mainly in the groups impregnated with aminoglycosides. The PBS swelling test was able to show its good absorption capacity. This study demonstrated higher release values in groups containing aminoglycosides compared to those impregnated with ciprofloxacin. Amikacin composites showed a constant release pattern after six hours of analysis, reaching statistically equal maximum release values (P = 1). Regarding gentamicin, Group 5% and immersion have similar maximum release with statistically equal values (P = 0.82), and Group 10% in 24 hours of analysis reached the highest percentage of antibiotic released, reaching 90 , 3 ± 9.2%. The groups impregnated with ciprofloxacin compared to the aminoglycosides obtained the lowest percentage of release. For Groups 5 and 10%, statistically different values were obtained (P = 0.017). There was also a statistical difference when comparing Group 5% and immersion (P = 0.007) and Group 10% with immersion (P = 0.015). The release profiles were more suitable for the Weibull and Korsmeyer-Peppas models. Although Weibull's model is empirical and does not reflect release kinetics, he showed that release profiles tend to be parabolic. The release study for aminoglycosides showed that the prevailing process is diffusion, however, for gentamicin 10%, zero-order kinetics was observed, that is, a very fast and time- independent release. In the case of ciprofloxacin, a quasi-Fickian mechanism was observed. It was concluded that the composites showed good release capacity and when considering the Minimum Inhibitory Concentration (MIC), the amount of antibiotic released in all groups in a 24-hour period, had the potential to combat some orthopedic infections.
 
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Publishing Date
2021-03-24
 
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