Physicochemical studies of chemically modified chitosans through solid-state nuclear Magnetic resonance: from properties to applications

Autor(es)

William Marcondes Facchinatto

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: São Carlos.
• Instituição: Universidade de São Paulo (USP). Instituto de Química de São Carlos (IQSC/BT)
• Data de defesa: 2021-04-30

Membros da banca

Luiz Alberto Colnago; Sergio Paulo Campana Filho; Rosane Aguiar da Silva San Gil; Sonia Maria Cabral de Menezes; Tiago Bueno de Moraes

• Orientador: Luiz Alberto Colnago

Resumo

O objetivo principal desta Tese está focado na condição preparativa para a investigação das propriedades de quitosanas modificadas quimicamente e o potencial de aplicação desses materiais em diferentes áreas do conhecimento. Para tanto, diferentes técnicas de RMN em alto e baixo campo magnético foram aplicadas a fim de elucidar características intrínsecas de quitinas, quitosanas e derivados certas vezes já verificados por outros métodos. Para atender ao requisito de cada objetivo específico, foram realizadas diversas caracterizações, incluindo não espectroscópicas e ensaios biológicas. Estudos independentes foram desenvolvidos e apresentados sequencialmente da maneira mais clara e concisa possível, sendo divididos em cinco Capítulos distintos, cada um diretamente relacionado a alguma proposta inovadora. Embora relacionados entre si, o estado da arte e as aplicabilidades específicas foram exploradas. Assim, foi proposta no CAPÍTULO I uma nova abordagem baseada em espectroscopia de 13C NMR de estado sólido de alta resolução para quantificar o índice de cristalinidade de quitosanas (Ch) preparadas com diferentes graus médios de acetilação (DA) e massa molar (Mw). Os resultados mostram que a ordenamento das cadeias a curto alcance pode ser atribuída através dos sinais C4/C6 no 13C CPMAS, sendo que o procedimento de desconvolução entre as fases revelou cristalinidade crescente com (DA), confirmado pela análise multivariada SVD. No CAPÍTULO II, o mesmo conjunto de quitosanas foi analisado por relaxometria no domínio do tempo (RMN-DT) usando a sequência de pulso RK-ROSE para adquirir o sinal de 1H NMR de materiais no estado sólido. Os dados de RK-ROSE foram modelados usando regressão multivariada PLS, que mostrou um elevada correlação entre o perfil de decaimento do sinal e os graus médios de acetilação e índice de cristalinidade. No CAPÍTULO III, foram sistematicamente investigados os efeitos do tamanho de partícula / granulometria na acidólise da β-quitina (BCH) visando a preparação de nanowhiskers de β-quitina (CWH). Os resultados mostraram que as características dos nanowhiskers podem ser acessadas escolhendo-se adequadamente o tamanho médio de partícula da quitina de partida. No CAPÍTULO IV, duas amostras de N- (2-hidroxi)-propil-3-trimetilamônio, O-palmitoil quitosana (DPCat) com diferentes graus médios de quaternização denominados como DPCat35 ( DQ = 35 %) e DPCat80 (DQ = 80 %), foram sintetizados com sucesso pela reação de GTMAC com o derivado de O-palmitoil quitosana (DPCh) (DS = 12%). Esses derivados anfifílicos de quitosana eram totalmente solúveis em água e mostraram aumento significativo da estabilidade eletrostática de uma nanoestrutura micelar automontada devido à sua camada externa carregada positivamente. Ensaios mucoadesivos e de citotoxicidade in vitro para células de fibroblastos saudáveis de camundongo (Balb/C 3T3) e linhagens celulares de câncer de próstata humano (DU145) e de câncer de fígado (HepG2/C3A) revelaram que as propriedades biológicas dos derivados de DPCat eram fortemente dependentes de DQ. DPCat35 apresentou melhores interações com o tecido biológico e com as glicoproteínas mucinas em pH 7,4. Esses derivados DPCat foram usados posteriormente no CAPÍTULO V como nanocarreadores de clotrimazol (CLT-NPs) para o tratamento tópico da candidíase vulvovaginal (VVC). O nanossistema apresentou liberação sustentada de fármaco independente do pH por até 24 horas, o que afetou tanto a atividade anti-Candida in vitro quanto a citotoxicidade. CLT-NPs apresentou valores de índice de seletividade favoráveis para um conjunto de cepas padrão e isolados clínicos de Candida spp. e linhas celulares do trato genital feminino (HEC-1-A, Ca Ski e HeLa), em comparação com o fármaco livre. CLT-NPs também melhorou a permeabilidade da droga in vitro em monocamadas de células HEC-1-A e Ca Ski, sugerindo assim que o nanotransportador pode fornecer níveis mais elevados de tecido da mucosa do composto ativo. O formato autêntico deste documento torna-o especialmente útil como ponto de partida para o desenvolvimento de diferentes segmentos de pesquisa. Dessa forma, estudos alternativos podem ampliar o foco e a aplicabilidade dos materiais e caracterizações aqui utilizados, estendendo o conhecimento para inovações distintas. (AU)

• Processo FAPESP: 16/20970-2 - Estudo de quitosanas e derivados hidrofílicos por RMN no domínio do tempo
• Beneficiário: William Marcondes Facchinatto
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado