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Vol. 7 No. 2 (2016)
Julio - Diciembre

Artículos de investigación / Research papers

Preparación y caracterización de membranas poliméricas electrohiladas de policaprolactona y quitosano para la liberación controlada de clorhidrato de tiamina / Preparation and Characterization of Electrospun Polymeric Membranes of Polycaprolactone and Chitosan for Controlled Release of Thiamine Chlorhydrate

https://doi.org/10.19053/01217488.v7.n2.2016.4818

Published 2016-11-15

  • Ángela Patricia Sánchez Cepeda

Ángela Patricia Sánchez Cepeda
Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia

Abstract

Resumen

Actualmente existen importantes investigaciones sobre la preparación de membranas porosas bioabsorbibles que permiten la liberación controlada de fármacos y vitaminas. En este estudio se propuso preparar membranas porosas a partir de policaprolactona (PCL) y quitosano (CS) bajo la técnica de electrohilado aplicando diferentes parámetros con el fin de evaluar sus características internas y propiedades para una potencial aplicación como liberador del clorhidrato de tiamina (Vitamina B1). Además se desarrolló el estudio de la cinética de liberación In vitro del TC con las membranas preparadas. Se obtuvo una membrana polimérica a partir de una disolución de PCL/CS w/w (8:1) y otra de PCL/CS w/w (10:1) con una carga del TC respecto a la PCL w/w (20:1) disueltos en TFA/DCM v/v (80:20), con mínimos defectos como bulbos y diámetros uniformes. Las fibras fueron caracterizadas con apoyo de técnicas de Microscopia Electrónica de Barrido (SEM), Espectroscopia Infrarroja (FTIR), Calorimetría Diferencial de Barrido (DSC), Análisis Termogravimétrico (TGA), Difracción de Rayos X (DRX), Ángulo de contacto (Hidrofilicidad de las fibras), Ensayos mecánicos de las membranas en estudio, Microscopía Electrónica de Transmisión (TEM), Microscopía de Fuerza Atómica (AFM). La liberación del principio activo se realizó en una solución salina amortiguada por fosfatos (PBS buffer) a 37 °C y pH= 7.4. La cinética de liberación se analizó mediante el trazado de los datos acumulativos frente al tiempo. Este sistema fue capaz de liberar desde 65% a 85% de clorhidrato de tiamina en un periodo de 60 h, aproximadamente, lo cual evidencia la potencialidad de estas membranas para liberar efectivamente a la vitamina B1.

 

Abstract

Currently there are significant research on the preparation of bioabsorbable porous membranes that allow the controlled release of drugs and vitamins. In this study it was proposed to prepare porous membranes from polycaprolactone (PCL) and chitosan (CS) under the electrospinning technique, applying different parameters in order to evaluate its internal characteristics and properties for a potential application as liberator of thiamine hydrochloride (vitamin B1). Besides studying the in vitro release kinetics developed TC with membranes prepared. A polymer membrane was obtained from a solution of PCL/CS w/w (8:1) and PCL/CS w/w (10:1) with a load of TC regarding PCL w/w (20:1) dissolved in TFA/DCM v/v (80:20), with lows defects such as bulbs and uniform diameters. The fibers were characterized with support techniques of Scanning Electron Microscopy (SEM), Infrared spectroscopy (FTIR), Differential Scanning Calorimetry (DSC), Thermogravimetric Analysis (TGA), X-Ray Diffraction (XRD), contact angle (Hydrophilicity of the fibers), mechanical testing of the membranes in study, Transmission Electron Microscopy (TEM), Atomic Force Microscopy (AFM). The release of active substance is performed in a buffered saline by phosphates (PBS buffer) over 37C and pH = 7.4. The release kinetics was analyzed by plotting cumulative data versus time. This system was able to release from 65% to 85% thiamine hydrochloride in a 60 h, approximately, which shows the potential of these membranes to effectively release vitamin B1.


Keywords

clorhidrato de tiamina, electrohilado, liberación controlada, policaprolactona, quitosano.

PDF (Español)

References

  1. G. G.Walmsley, A. McArdle, R. Tevlin, A. Momeni, D. Atashroo, M. S. Hu, A. H. Feroze, V. W. Wong, P. H. Lorenz, M. T. Longaker, and
  2. D. C. Wan, “Nanotechnology in bone tissue engineering”, Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine, vol. 11, pp. 1253-1263, 7, 2015. DOI: https://doi.org/10.1016/j.nano.2015.02.013
  3. A. Kumari, S. K. Yadav, and S. C. Yadav, “Biodegradable polymeric nanoparticles based drug delivery systems”, Colloids and Surfaces B:
  4. Biointerfaces, vol. 75, pp. 1-18, 2010.
  5. S. A. Barrera, “Obtención de nanofibras modificadas de Poli(e-caprolactona) por electrohilado para aplicaciones biomédicas”, Instituto
  6. de Investigaciones en Materiales. Universidad Nacional Autónoma de México, 2014.
  7. M. E. Pérez, D. M. Ruiz, M. Schneider, J. C. Autino, G. Romanelli, “La química verde como fuente de nuevos compuestos para el control de plagas agrícolas”, Ciencia en Desarrollo, vol. 4, no.2, pp. 83-91, 2013.
  8. T. G. L. Kim, Doo Sung; Park, Tae Gwan, “Controlled protein release from electrospun biodegradable fiber mesh composed of poly(e- caprolactone) and poly(ethylene oxide)”, International Journal of Pharmaceutics, vol. 338, 2007. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2007.01.040
  9. K. T. Shalumon, K. H. Anulekha, C. M. Girish, R. Prasanth, S. V. Nair, and R. Jayakumar, “Single step electrospinning of chitosan/ poly(caprolactone) nanofibers using formic acid/acetone solvent mixture”, Carbohydrate Polymers, vol. 80, pp. 413-419, 2010. DOI: https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2009.11.039
  10. L. M. Moreno, E. Muñoz Prieto, H. Casanova, “Flocculation with Chitosan of Microalgae Native of the Colombian Plateau”, Ciencia en Desarrollo, vol. 6, no.1, pp. 25-32, 2015. DOI: https://doi.org/10.19053/01217488.3646
  11. T. K. Dash and V. B. Konkimalla, “Poly-e- caprolactone based formulations for drug delivery and tissue engineering: A review”, Journal of Controlled Release, vol. 158, pp. 15-33, 2012. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2011.09.064
  12. Z. Sultanova, G. Kaleli, G. Kabay, and M. Mutlu, “Controlled Release of a Hydrophilic Drug from Coaxially Electrospun Polycaprolactone Nanofibers”, International Journal of Pharmaceutics, 2016. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2016.03.032
  13. A. Repanas and B. Glasmacher, “Dipyridamole embedded in Polycaprolactone fibers prepared by coaxial electrospinning as a novel drug delivery system”, Journal of Drug Delivery Science and Technology, vol. 29, pp. 132-142, 2015. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jddst.2015.07.001
  14. Y. D. Irani, Y. Tian, M. Wang, S. Klebe, S. J. McInnes, N. H. Voelcker, J. L. Coffer, and K. A. Williams, “A novel pressed porous siliconpolycaprolactone composite as a dual-purpose implant for the delivery of cells and drugs to the eye”, Experimental eye research, vol. 139, pp. 123-131, 2015. DOI: https://doi.org/10.1016/j.exer.2015.08.007
  15. E. Muñoz Prieto, J. Palacios Alquisira, C. Rius Alonso, “Microwave and Ultrasound ActivationEffect on Cationization of Corn and Potato Starches”, Ciencia en Desarrollo, vol. 4, no. 1, pp. 151-173, 2012. DOI: https://doi.org/10.19053/01217488.483
  16. S. A. Agnihotri, N. N. Mallikarjuna, and T. M. Aminabhavi, “Recent advances on chitosanbased micro- and nanoparticles in drug delivery”, Journal of Controlled Release, vol. 100, pp. 5-28, 2004. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2004.08.010
  17. H. Zhang, I. A. Alsarra, and S. H. Neau, “An in vitro evaluation of a chitosan-containing multiparticulate system for macromolecule delivery to the colon”, International Journal of Pharmaceutics, vol. 239, pp. 197-205, 2002. DOI: https://doi.org/10.1016/S0378-5173(02)00112-6
  18. S. Jiang, J. Lv, M. Ding, Y. Li, H. Wang, and S. Jiang, “Release behavior of tetracycline hydrochloride loaded chitosan/poly(lactic acid) antimicrobial nanofibrous membranes”, Materials Science and Engineering: C, vol. 59, pp. 86-91, 2016. DOI: https://doi.org/10.1016/j.msec.2015.10.005
  19. K. A. Rieger and J. D. Schiffman, “Electrospinning an essential oil: Cinnamaldehyde enhances the antimicrobial efficacy of chitochitosan/ poly(ethylene oxide) nanofibers”, Carbohydrate Polymers, vol. 113, pp. 561-568, 2014. DOI: https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2014.06.075
  20. J. Song, S. J. A. Remmers, J. Shao, E. Kolwijck, X. F. Walboomers, J. A. Jansen, S. C. G. Leeuwenburgh, and F. Yang, “Antibacterial effects of electrospun chitosan/poly(ethylene oxide) nanofibrous membranes loaded with chlorhexidine and silver”, Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine, vol. 12, pp. 1357-1364, 2016. DOI: https://doi.org/10.1016/j.nano.2016.02.005
  21. M. S. Kim, S. J. Park, B. K. Gu, and C.-H. Kim, “Polycaprolactone-Chitin Nanofibrous Mats as Potential Scaffolds for Tissue Engineering”,m Journal of Nanomaterials, vol. 2012, p. 9, 2012. DOI: https://doi.org/10.1155/2012/635212
  22. “Dielectric Constant of Common solvents. xls [online]”, Disponible en: http://depts.washington.edu/eooptic/linkfiles/ dielectric_chart[1].pdf.
  23. R. Jayakumar, H. Tamura, S. V. Nair, and T. Furuike, “Perspectives of Chitin and Chitosan Nanofibrous Scaffolds in Tissue Engineering”, Tissue Engineering, 2010. DOI: https://doi.org/10.5772/8593
  24. K. Ohkawa, D. Cha, H. Kim, A. Nishida, and H. Yamamoto, “Electrospinning of Chitosan”, Macromolecular Rapid Communications, vol. 25, pp. 1600-1605, 2004. DOI: https://doi.org/10.1002/marc.200400253
  25. C. F. Berghoff, “Desarrollo y caracterización de matrices compuestas Quitosano/Polímero sintético para regeneración de tejido óseo”, Tesis doctoral. Facultad de Ciencias Exactas. Departamento de Ciencias Biológicas. Universidad Nacional de la Plata, p. 229, 2011.
  26. Z. H. L. K. Sun, “Preparations, properties and applications of chitosan based nanofibers fabricated by electrospinning”, eXPRESS Polymer Letters, vol. 5, pp. 342?361, 2011. DOI: https://doi.org/10.3144/expresspolymlett.2011.34
  27. P. S. a. P. Supaphol, "Stability Improvement of Electrospun Chitosan Nanofibrous Membranes in Neutral or Weak Basic Aqueous Solutions”, Biomacromolecules. American Chemical Society, vol. 7, pp. 2710-2714, August 20, 2006. DOI: https://doi.org/10.1021/bm060286l
  28. M. V. Debandi, N. J. Francois, and M. E. Daraio, “Evaluación de distintas membranas para liberación in vitro de principios activos anticelulíticos”, Avances en ciencias e ingeniería, vol. 2, pp. 97-105, 2011.
  29. P. L. Ritger and N. A. Peppas, “A simple equation for description of solute release I. Fickian and non-fickian release from non-swellable devices in the form of slabs, spheres, cylinders or discs”, Journal of Controlled Release, vol. 5, pp. 23-36, 1987. DOI: https://doi.org/10.1016/0168-3659(87)90034-4
  30. M. T. V. Iborra, “Desarrollo Galénico de preparados obtenidos por interacción del Ácido 5-amino salicílico con Halloysita”, Tesis doctoral.
  31. Facultad de Farmacia. Departamento de Farmacia y Tecnología Farmacéutica. Universidad de Granada, pp. 1-307, 2008.
  32. Z. Li and C. Wang, “Effects of Working Parameters on Electrospinning”, in One-Dimensional nanostructures: Electrospinning Technique and Unique Nanofibers, o. p. m. e. a. http://electrospintech.com/beads.html#. VyaaMkweSkp, Ed., ed Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg, pp. 15-28, 2013 DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-642-36427-3_2
  33. F. A. B. y. G. A. A. P. C. Caracciolo, “Matrices Poliuretánicas nanofibrosas obtenidas por el proceso de electrospinning”, 2ˇr Encuentro de Jóvenes Investigadores en Ciencia y Tecnología de Materiales. Posadas. Misiones. Asociación Argentina de Materiales. División Polímeros. INTEMA. Univerisad de Mar de Plata, Pcia de
  34. Buenos Aires, 2008.
  35. T. Elzein, M. Nasser-Eddine, C. Delaite, S. Bistac, and P. Dumas, “FTIR study of polycaprolactone chain organization at interfaces”, Journal of Colloid and Interface Science, vol. 273, pp. 381-387, 2004. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jcis.2004.02.001
  36. S.-H. Chen, C.-H. Chen, Y. T. Fong, and J.-P. Chen, “Prevention of peritendinous adhesions with electrospun chitosan-grafted polycaprolactone nanofibrous membranes”, Acta Biomaterialia, vol. 10, pp. 4971-4982, 2014. DOI: https://doi.org/10.1016/j.actbio.2014.08.030
  37. E. Á. A. H. Hernández Cocoletzi, O. Flores Agustin, E.L. Viveros Nava, E. Ramos Cassellis, “Obtención y caracterización de quitosano a partir de exoesqueletos de camarón”, Sociedad Mexicana de Ciencia y Tecnología de Superficies y Materiales, vol. 22, pp. 57-60, 2009.
  38. W.-T. Su, P.-S. Wu, and T.-Y. Huang, “Osteogenic differentiation of stem cells from human exfoliated deciduous teeth on poly(e- caprolactone) nanofibers containing strontium phosphate”, Materials Science and Engineering: C, vol. 46, pp. 427-434, 2015. DOI: https://doi.org/10.1016/j.msec.2014.10.076
  39. G. V. Joshi, H. A. Patel, B. D. Kevadiya, and H. C. Bajaj, “Montmorillonite intercalated with vitamin B1 as drug carrier”, Applied Clay Science, vol. 45, pp. 248-253, 2009. DOI: https://doi.org/10.1016/j.clay.2009.06.001
  40. C.-S. Wu, “A comparison of the structure, thermal properties, and biodegradability of polycaprolactone/ chitosan and acrylic acid grafted polycaprolactone/chitosan”, Polymer, vol. 46, pp. 147-155, 2005. DOI: https://doi.org/10.1016/j.polymer.2004.11.013
  41. S. H. Murphy, G. A. Leeke, and M. J. Jenkins, “A Comparison of the use of FTIR spectroscopy with DSC in the characterisation of melting and crystallisation in polycaprolactone”, J Therm Anal Calorim, vol. 107, pp. 669-674, 2012. DOI: https://doi.org/10.1007/s10973-011-1771-7
  42. D. M. García Cruz, D. F. Coutinho, J. F. Mano, J. L. Gómez Ribelles, and M. Salmerón Sánchez, “Physical interactions in macroporous scaffolds based on poly(e- caprolactone)/chitosan semi-interpenetrating polymer networks”, Polymer, vol. 50, pp. 2058- 2064, 2009. DOI: https://doi.org/10.1016/j.polymer.2009.02.046
  43. V. Balsamo, L. M. Gouveia, L. Herrera, E. Laredo, and B. Méndez, “Miscibilidad en Mezclas de Poli(Estireno-co-Anhídrido Maleico) y Poli(e-Caprolactona) (SMA/PCL)”, Revista Latinoamericana de Metalurgia y Materiales, vol. 24, pp. 17-30, 2004.
  44. F. S. Kittur, K. V. Harish Prashanth, K. Udaya Sankar, and R. N. Tharanathan, “Characterization of chitin, chitosan and their carboxymethyl derivatives by differential scanning calorimetry”, Carbohydrate Polymers, vol. 49, pp. 185-193, 2002. DOI: https://doi.org/10.1016/S0144-8617(01)00320-4
  45. E. V. R. Almeida, E. Frollini, A. Castellan, and V. Coma, “Chitosan, sisal cellulose, and biocomposite chitosan/sisal cellulose films prepared from thiourea/NaOH aqueous solution”, Carbohydrate Polymers, vol. 80, pp. 655-664, 2010. DOI: https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2009.10.039
  46. C. Albacete, A. Chiralta, and C. González- Martíneza, “Efecto de la humedad y del glicerol en las transiciones de fase de biopolímeros: proteína de guisante y quitosano”, Departamento de Tecnología de Alimentos, Instituto Universitario de Ingeniería de Alimentos para el Desarrollo, Universidad Politécnica de Valencia, Camino de Vera s/n, Valencia, España, pp. 1-20.
  47. J. H. Mina Hernández, S. Anderson Otero, C. A. Bolaños Arbelaez, and E. F. Toro Perea, “Preparación y caracterización físico-química y térmica de mezclas binarias de resina mopa-mopa (elaegia pastoensis mora) y policaprolactona (PCL)”, Revista Latinoamericana de Metalurgia y Materiales, vol. 32, pp. 176-184, 2012.
  48. L. B. Rodríguez, M. S. Ballestero, J. V. Baudrit, M. C. Elizondo, and S. M. Carballo, “Estudio cinético de la degradación térmica de quitina y quitosano de camarón de la especie ?heterocarpus vicarius? empleando la técnica termogravimétrica en modo dinámico”, Revista Iberoamericana de Polímeros, vol. 11, pp. 558-573, 2010.
  49. E. P. S. Tan, S. Y. Ng, and C. T. Lim, “Tensile testing of a single ultrafine polymeric fiber”, Biomaterials, vol. 26, pp. 1453-1456, 2005. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2004.05.021
  50. S. Y. Chew, T. C. Hufnagel, C. T. Lim, and K. W. Leong, “Mechanical properties of single electrospun drug-encapsulated nanofibres”, Nanotechnology, vol. 17, pp. 3880-3891, 2006. DOI: https://doi.org/10.1088/0957-4484/17/15/045
  51. R. C. Hibbeter, “Mecánica de materiales”, 7a ed., Person Educación, p. 876, 2006. [47] E. Y. Gómez-Pachón, F. M. Sánchez Arévalo, F. J. Sabina, A. Maciel-Cerda, R. M. Campos, N. Batina, I. Morales-Reyes, and R. Vera- Graziano, “Characterisation and modelling of the elastic properties of poly(lactic acid) nanofibre scaffolds”, Journal of Materials Science, vol. 48, pp. 8308-8319, 2013. DOI: https://doi.org/10.1007/s10853-013-7644-7
  52. A. Cooper, R. Oldinski, H. Ma, J. D. Bryers, and M. Zhang, “Chitosan-based nanofibrous membranes for antibacterial filter applications”, Carbohydrate Polymers, vol. 92, pp. 254-259, 2013. DOI: https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2012.08.114
  53. E. Muñoz Prieto, Bernabé Rivas, Julio Sánchez, "Natural Polymer Grafted with Synthetic Monomer by Microwave for Water Treatment - A Review", Ciencia en Desarrollo, vol. 4, no.1, pp. 219-240, 2012. DOI: https://doi.org/10.19053/01217488.487
  54. J. C. S. Pech, ”Obtención de un membrana tubular de ácido Poli (láctico-co-glicólico) y Policaprolactona, mediante la técnica de electrohilado para la ingeniería en tejidos de la uretra”, Tesis de Maestría, vol. Centro de Investigación Científica de Yucatán, A.C. Posgrado en Materiales Poliméricos. Mérida, Yucatán, 2014.

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