Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências da Saúde, Programa de Pós-Graduação em Farmácia, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-03-15T04:04:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 337780.pdf: 3614006 bytes, checksum: 62f9c6382c9f71f3407b7666a8858472 (MD5) Previous issue date: 2015 / O presente trabalho descreve o desenvolvimento de nanoemulsões do tipo óleo em água contendo constituintes de Punica granatum (romã) e hidrogéis termosensíveis incluindo nanoemulsões para aplicação cutânea visando sua utilização na fotoproteção. A fração acetato de etila foi obtida por partição líquido-líquido, a partir do extrato seco das cascas de P. granatum, e caracterizada pela quantificação de polifenóis totais, ácido gálico, ácido elágico e punicalagina - 638,1 mg/g, 238,6 mg/g, 84,7 mg/g e 296,7 mg/g - respectivamente. As nanoemulsões contendo óleo de semente de romã (EAF-PSO-NE) ou triglicerídeo de cadeia média (EAF-MCT-NE) como fase oleosa, encapsulando a fração acetato de etila, foram obtidas através de dois métodos: emulsificação-evaporação do solvente e emulsificação espontânea, respectivamente. As nanoemulsões apresentaram forma esférica e distribuição monodispersa das gotículas. O tamanho médio das gotículas obtido pela técnica de espalhamento de luz dinâmico (DLS) foi de aproximadamente 180 nm e 220 nm, para EAF-PSO-NE e EAF-MCT-NE, respectivamente. Estes dados foram confirmados por microscopia eletrônica de transmissão (MET). O teor médio de fenóis totais, ácido elágico, ácido gálico e punicalagina para EAF-PSO-NE foi de 2,3 mg/mL, 35,1 µg/mL, 1248,9 µg/mL, 425,6 µg/mL, respectivamente; para EAF-MCT-NE foi de 2,3 mg/mL, 89,9 µg/mL, 1320,7 µg/mL, 383,6 µg/mL, respectivamente. As nanoemulsões apresentaram valores de eficiência de encapsulação de acordo com a lipofilicidade de cada composto polifenólico e considerável ação antioxidade frente aos ensaios de DPPH e FRAP. As nanoemulsões foram caracterizadas como não irritantes/fotoirritantes em ensaio preliminar utilizando eritrócitos humanos. Ainda empregando eritrócitos humanos como modelo de biomembrana, verificou-se que as nanoemulsões foram capazes de interagir com a bicamada lipídica e proteger a mesma de danos oxidativos induzidos pelo iniciador de radical livre AAPH. O efeito fotoprotetor das nanoemulsões contra radiação UVB foi evidenciado pela proteção a danos no DNA celular. O fator de proteção solar (FPS) determinado in vitro foi de até 25 para EAF-PSO-NE. Estudos in vitro demonstraram que nas concentrações testadas as nanoemulsões e fração livre não foram citotóxicas ou fototóxicas. O comportamento das nanoemulsões na presença do meio de cultura foi verificado pela técnica de DLS e crio-microscopia eletrônica de transmissão (Crio-MET). Nos estudos de internalização celular as nanoemulsões demonstraram10habilidade de se acumularem ao redor da célula e também internalizar. A estabilidade físico-química (exceto teor de punicalagina) das nanoemulsões foi evidenciada por 60 dias. A fotoestabilidade das formulações foi verificada pela exposição a doses mínimas preconizadas de radiação UVA e UV-visível; as nanoemulsões foram consideradas fotoestáveis. A baixa viscosidade das nanoemulsões inviabiliza sua aplicação na pele, deste modo um copolímero termosensível foi incorporado nas mesmas. A presença das nanoemulsões nos hidrogéis foi confirmada pela técnica de DLS e por microscopia eletrônica de varredura de alta resolução (SEM-FEG). Os hidrogéis foram caracterizados físicamente e quimicamente e foi verificado que na concentração mais baixa de copolímero um hidrogel de textura agradável e de fácil aplicação em spray foi obtido. Estudos de permeação e retenção dos compostos fenólicos através de pele de orelha suína também foram conduzidos. A fração nanoemulsionada aumentou substancialmente a liberação tópica dos compostos polifenólicos quando comparada com a fração livre. A permeação e retenção dos compostos polifenólicos dependeram de suas características físico-químicas, do veículo e de possíveis interações com a pele. As concentrações dos compostos polifenólicos retidos no stratum corneum, e permeados até a epiderme viável e derme evidenciaram a possibilidade de aplicação das formulações como fotoprotetor atuando na absorção de fótons e complementando a ação antioxidante na pele. Com o intuito de visualizar a permeação e retenção a partir da aplicação tópica de nanoemulsões ou de hidrogéis contendo as nanoemulsões, um agente fluoróforo (vermelho de nilo) foi juntamente nanoemulsionado com a fração acetato de etila. As imagens obtidas por microscopia confocal de varredura laser (MCVL) corroboraram os resultados obtidos nos estudos de permeação e retenção cutânea. Assim, os resultados obtidos indicam que as nanoemulsões e hidrogéis contendo constituintes de P. granatum (óleo da semente e fração), oferecem uma estratégia promissora para liberação tópica de compostos polifenólicos (ácido gálico, ácido elágico e punicalagina) com potencial aplicação na fotoproteção.<br> / Abstract : This work describes the development of oil in water nanoemulsions containing Punica granatum (pomegranate) constituents and thermosensitive hydrogels thickened nanoemulsions for topical application aiming its use in photoprotection. The polyphenol-rich ethyl acetate fraction (EAF) was obtained by liquid-liquid partition from the dry peel extract of P. granatum and characterized by quantification of total polyphenols, gallic acid, ellagic acid, and punicalagin - 638.1 mg/g, 238.6 mg/g, 84.7 mg/g and 296.7 mg/g - respectively. The nanoemulsions containing pomegranate seed oil (EAF-PSO-NE), or medium chain triglyceride (EAF-MCT-NE) as oil phase entrapping the EAF was obtained by two methods: emulsification-evaporation of the solvent and spontaneous emulsification, respectively. Nanoemulsions presented spherical shape and monodisperse distribution of droplets. The average droplet size obtained through dynamic light scattering (DLS) was around 180 nm and 220 nm for EAF-PSO-NE and EAF-MCT-NE, respectively. These data were confirmed by transmission electron microscopy (TEM). The average of total phenolic content, ellagic acid, gallic acid and punicalagin for EAF-PSO-NE were 2.3 mg/mL, 35.1 µg/mL, 1248.9 µg/mL and 425.6 µg/mL, respectively; for EAF-MCT-NE were 2.3 mg/mL, 89.9 µg/mL, 1320.7 µg/mL and 383.6 µg/mL, respectively. The encapsulation efficiency values were according to the lipophilicity of each polyphenol compound and considerable antioxidant activity was observed for nanoemulsions through DPPH and FRAP assays. In preliminary testing using human erythrocytes the nanoemulsions were characterized as non-irritant/photoirritant. Also employing human erythrocytes as a biomembrane model, it was found that the nanoemulsions were able to interact with the lipid bilayer and protect against oxidative damage induced by the free-radical initiator AAPH. The photoprotective effect of nanoemulsions was demonstrated by cellular protection against UVB radiation induced DNA damage. The in vitro sun protection factor (SPF) was up to 25 for EAF-PSO-NE. In vitro studies showed that the concentrations tested for free EAF and nanoemulsions were not cytotoxic or phototoxic. The droplet size and zeta potential of the nanoemulsions in contact with culture medium were verified by DLS technique and cryo-transmission electron microscopy (Cryo-TEM). In the cellular internalization studies nanoemulsions demonstrated an ability to accumulate around the cell and also to internalize. The12nanoemulsions were physically and chemically stable for 60 days (except for punicalagin content). The photostability of the formulations was verified by UVA and UV-visible exposure at recommended minimum doses; nanoemulsions were considered photostable. Since the nanoemulsions exhibit low viscosities, which restrain their application to the skin surface, a thermoreversible copolymer was incorporated into the formulations. The presence of nanoemulsions in the hydrogels was confirmed by DLS technique and by high resolution scanning electron microscopy (FEG-SEM). The hydrogels were physically and chemically characterized. It was noticed that when the lowest concentration of the copolymer was employed, a hydrogel easy to spray and with pleasant texture was obtained. Permeation and retention studies of phenolic compounds across the porcine ear skin were also conducted. The nanoemulsified EAF increased substantially the topical delivery of polyphenolic compounds compared with the free EAF. The skin permeation and retention of polyphenolic compounds depended on its physico-chemical characteristics, the vehicle and possible interactions with the skin. The amounts of polyphenolic compounds retained in the stratum corneum and that permeated into the viable epidermis and dermis, highlight the possible application of the formulations as photoprotectors acting in the absorption of photons and complementing the antioxidant protection in the skin. In order to visualize the permeation and retention after topical application of nanoemulsions or hydrogels containing nanoemulsions, a fluorophore agent (nile red) was nanoemulsified together with the ethyl acetate fraction. The images obtained by confocal laser scanning microscopy (CLSM) corroborated the results obtained in the skin permeation and retention studies. Thus, the results indicated that nanoemulsions and hydrogels containing constituents of P. granatum (seed oil and EAF), offer a promising strategy for topical delivery of polyphenolic compounds (gallic acid, ellagic acid, and punicalagin) with potential application in photoprotection.

A estimativa das taxas de coalescência em sistemas de fluxo multifásico é um factor chave para prever situações críticas , em que as fases começam a separar . Esta pode ser uma orientação para controlar a estabilidade da emulsão e para impedir a substituição desnecessária em processos em que são usados de óleo / água (O / A) dispersões . Estudos CFD apresentar alternativas atraentes para prever o aumento de tamanho de gota , devido a fenômenos de coalescência nos casos em que as emulsões fluem através de diferentes sistemas de circulação , e estão sujeitas a repentinas expansões e contrações . Neste estudo o comportamento de emulsões sob diferentes condições de fluxo foi investigada por acoplamento em equações de Navier Stokes com modelos de equilíbrio populacional e de gotículas de coalescência. Este estudo analisa os efeitos de coalescência em um sistema de O / A, quando as forças hidrodinâmicas promoverem eventos em que duas gotículas colidem para dar origem a novas gotículas. No estudo, o desempenho dos diferentes modelos de turbulência (K-, k-Q) é comparado a avaliar a sua influência sobre a interacção entre as fases. Diferentes algoritmos para acoplamento pressão-velocidade (PIMPLE, SIMPLEC, PIMPLEC) são avaliados também, uma vez que podem afetar os tempos computacionais e de convergência. O efeito das condições de fluxo e as propriedades de cada fase da distribuição de tamanho das gotículas é estudado para o fluxo de emulsões O / A numa tubagem com súbita alargamento. Os resultados permitem avaliar o efeito de coalescência e modelo de eficiência na média de gotículas de diâmetro Sauter. O desempenho de cada modelo em relação ao tempo computacional e a convergência é também discutida. / The estimation of coalescence rates in multiphase flow systems is a key factor to predict critical situations, in which phases start to separate. This can be a guideline to control emulsion stability and to prevent unnecessary replacement in processes where oil/water (O/W) dispersions are used. CFD studies exhibit attractive alternatives to predict the increase of droplet size due to coalescence phenomena in cases where emulsions flow through different circulation systems, and are subject to sudden expansions and contractions. In this study the behavior of emulsions under different flow conditions was investigated by coupling Navier Stokes equations with population balance and droplet coalescence models. This study analyzes coalescence effects in an O/W system, when hydrodynamic forces promote events in which two droplets collide to give rise to new droplets. In the study, the performance of different turbulence models (k-, k-) is compared by evaluating their influence on the interaction between phases. Different algorithms for pressure-velocity coupling (PIMPLE, SIMPLEC, PIMPLEC) are also evaluated, since they can affect computational times and convergence. The effect of flow conditions and properties of each phase on droplet size distribution is studied for the flow of O/W emulsions in a pipeline with sudden enlargement. The results enable to evaluate the effect of coalescence model and efficiency on the mean Sauter diameter of droplets. The performance of each model with respect to computational time and convergence is also discussed.

A estimativa das taxas de coalescência em sistemas de fluxo multifásico é um factor chave para prever situações críticas , em que as fases começam a separar . Esta pode ser uma orientação para controlar a estabilidade da emulsão e para impedir a substituição desnecessária em processos em que são usados de óleo / água (O / A) dispersões . Estudos CFD apresentar alternativas atraentes para prever o aumento de tamanho de gota , devido a fenômenos de coalescência nos casos em que as emulsões fluem através de diferentes sistemas de circulação , e estão sujeitas a repentinas expansões e contrações . Neste estudo o comportamento de emulsões sob diferentes condições de fluxo foi investigada por acoplamento em equações de Navier Stokes com modelos de equilíbrio populacional e de gotículas de coalescência. Este estudo analisa os efeitos de coalescência em um sistema de O / A, quando as forças hidrodinâmicas promoverem eventos em que duas gotículas colidem para dar origem a novas gotículas. No estudo, o desempenho dos diferentes modelos de turbulência (K-, k-Q) é comparado a avaliar a sua influência sobre a interacção entre as fases. Diferentes algoritmos para acoplamento pressão-velocidade (PIMPLE, SIMPLEC, PIMPLEC) são avaliados também, uma vez que podem afetar os tempos computacionais e de convergência. O efeito das condições de fluxo e as propriedades de cada fase da distribuição de tamanho das gotículas é estudado para o fluxo de emulsões O / A numa tubagem com súbita alargamento. Os resultados permitem avaliar o efeito de coalescência e modelo de eficiência na média de gotículas de diâmetro Sauter. O desempenho de cada modelo em relação ao tempo computacional e a convergência é também discutida. / The estimation of coalescence rates in multiphase flow systems is a key factor to predict critical situations, in which phases start to separate. This can be a guideline to control emulsion stability and to prevent unnecessary replacement in processes where oil/water (O/W) dispersions are used. CFD studies exhibit attractive alternatives to predict the increase of droplet size due to coalescence phenomena in cases where emulsions flow through different circulation systems, and are subject to sudden expansions and contractions. In this study the behavior of emulsions under different flow conditions was investigated by coupling Navier Stokes equations with population balance and droplet coalescence models. This study analyzes coalescence effects in an O/W system, when hydrodynamic forces promote events in which two droplets collide to give rise to new droplets. In the study, the performance of different turbulence models (k-, k-) is compared by evaluating their influence on the interaction between phases. Different algorithms for pressure-velocity coupling (PIMPLE, SIMPLEC, PIMPLEC) are also evaluated, since they can affect computational times and convergence. The effect of flow conditions and properties of each phase on droplet size distribution is studied for the flow of O/W emulsions in a pipeline with sudden enlargement. The results enable to evaluate the effect of coalescence model and efficiency on the mean Sauter diameter of droplets. The performance of each model with respect to computational time and convergence is also discussed.

Para que um produto de aplicação tópica apresente o efeito terapêutico é necessário que o fármaco seja liberado de seu veículo e atravesse a barreira do estrato córneo, atingindo seus sítios de ação nas camadas da pele nas quais o efeito é esperado. Os estudos de penetração cutânea in vitro, utilizando células de difusão de Franz modificadas, podem fornecer resultados úteis quanto à eficácia do produto. As dermatofitoses são micoses superficiais. São manifestações crônicas e resistentes ao tratamento, fato que se explica não só em decorrência da própria natureza destas afecções como também devido à baixa penetração de fármacos antimicóticos na pele. Dentre os antifúngicos disponíveis na terapêutica, ciclopirox olamina é uma substância que tem demonstrado elevada eficácia no tratamento de dermatofitoses. O presente trabalho teve como objetivo desenvolver formulações de uso tópico contendo 0,5% de ciclopirox olamina e avaliar a performance dessas formulações. Foi possível obter formulações estáveis fisicamente, contendo promotores de penetração cutânea. O sistema de amostragem automática utilizado para realização dos experimentos foi qualificado e apresentou-se em condições adequadas. / In order to present the pharmacological effect, a topical product must release the pharmaceutical active ingredient from its vehicle and this active must pass through the stratum corneum barrier, reaching the target layer of the skin, where its effect is desired. In vitro skin penetration studies, using modified diffusion Franz cells, can provide useful results regarding the product efficacy. Dermatophytosis is superficial mycosis resistant to treatment due to the disease nature and also to the low penetration profile of the antifungals into the skin. Among the antifungals available in the therapeutic arsenal, ciclopirox olamine has demonstrated a high efficacy in the treatment of dermatophytosis. The objectives of the present work were to develop topical formulations containing 0,5% of ciclopirox olamine and evaluate their performance. It was possible to obtain physically stable formulae, containing skin penetration enhancers. The automatic sampling system used in the experiments was qualified, showing adequate performance.

O desenvolvimento de algoritmos computacionais para a obtenção de distribuições de tamanho de partícula em dispersões e que utilizam dados espectroscópicos em tempo real e in-line a partir de sensores permitirá uma variedade de aplicações, como o monitoramento de propriedades em fluidos de corte industriais, acompanhamento de processos de polimerização, tratamento de efluentes e sensoriamento atmosférico. O presente estudo tem como objetivo a implementação e comparação de técnicas para resolução de problemas de inversão, desenvolvendo algoritmos que forneçam distribuição de tamanho de partículas em dispersões a partir de dados de espectroscopia UV-Vis-Nir (Ultravioleta, Visível e Infravermelho próximo). Foram implementadas quatro técnicas, sendo uma delas um método alternativo sem a presença de etapas de inversão. Os métodos que utilizaram alguma técnica de inversão evidenciaram a dificuldade em se obter distribuições de tamanho de gotas (DTG) de boa qualidade, enquanto o método alternativo foi aquele que se mostrou mais eficiente e confiável. Este estudo é parte de um programa cooperativo entre a Universidade de São Paulo e a Universidade de Bremen chamado programa BRAGECRIM (Brazilian German Cooperative Research Initiative in Manufacturing) e é financiado pela FAPESP, CAPES, FINEP e CNPq (Brasil) e DFG (Alemanha). / The development of computer algorithms to obtain the particle size distributions in dispersions using spectroscopic data in real time and in-line from sensors enable a variety of applications such as monitoring properties in industrial cutting fluids, monitoring of polymerization processes, wastewater, atmospheric sensing and other applications. The aim of this study is to implement techniques for inversion problem solving, by testing algorithms that provide particle size distribution in dispersions from UV-Vis-Nir (Ultraviolet, Visible and Near-Infrared) spectroscopic data. Four techniques have been implemented, one of them being an alternative method without the inversion step. The methods using inversion techniques showed difficulties to obtain droplet size distributions (DSD) with good quality, while the alternative method was the one that was more efficient and reliable. This study is part of a cooperative program between the University of São Paulo and the University of Bremen, within the BRAGECRIM program (Brazilian German Cooperative Research Initiative in Manufacturing) and is financially supported by FAPESP, CAPES, FINEP and CNPq (Brazil) and DFG (Germany).

Para que um produto de aplicação tópica apresente o efeito terapêutico é necessário que o fármaco seja liberado de seu veículo e atravesse a barreira do estrato córneo, atingindo seus sítios de ação nas camadas da pele nas quais o efeito é esperado. Os estudos de penetração cutânea in vitro, utilizando células de difusão de Franz modificadas, podem fornecer resultados úteis quanto à eficácia do produto. As dermatofitoses são micoses superficiais. São manifestações crônicas e resistentes ao tratamento, fato que se explica não só em decorrência da própria natureza destas afecções como também devido à baixa penetração de fármacos antimicóticos na pele. Dentre os antifúngicos disponíveis na terapêutica, ciclopirox olamina é uma substância que tem demonstrado elevada eficácia no tratamento de dermatofitoses. O presente trabalho teve como objetivo desenvolver formulações de uso tópico contendo 0,5% de ciclopirox olamina e avaliar a performance dessas formulações. Foi possível obter formulações estáveis fisicamente, contendo promotores de penetração cutânea. O sistema de amostragem automática utilizado para realização dos experimentos foi qualificado e apresentou-se em condições adequadas. / In order to present the pharmacological effect, a topical product must release the pharmaceutical active ingredient from its vehicle and this active must pass through the stratum corneum barrier, reaching the target layer of the skin, where its effect is desired. In vitro skin penetration studies, using modified diffusion Franz cells, can provide useful results regarding the product efficacy. Dermatophytosis is superficial mycosis resistant to treatment due to the disease nature and also to the low penetration profile of the antifungals into the skin. Among the antifungals available in the therapeutic arsenal, ciclopirox olamine has demonstrated a high efficacy in the treatment of dermatophytosis. The objectives of the present work were to develop topical formulations containing 0,5% of ciclopirox olamine and evaluate their performance. It was possible to obtain physically stable formulae, containing skin penetration enhancers. The automatic sampling system used in the experiments was qualified, showing adequate performance.

O desenvolvimento de algoritmos computacionais para a obtenção de distribuições de tamanho de partícula em dispersões e que utilizam dados espectroscópicos em tempo real e in-line a partir de sensores permitirá uma variedade de aplicações, como o monitoramento de propriedades em fluidos de corte industriais, acompanhamento de processos de polimerização, tratamento de efluentes e sensoriamento atmosférico. O presente estudo tem como objetivo a implementação e comparação de técnicas para resolução de problemas de inversão, desenvolvendo algoritmos que forneçam distribuição de tamanho de partículas em dispersões a partir de dados de espectroscopia UV-Vis-Nir (Ultravioleta, Visível e Infravermelho próximo). Foram implementadas quatro técnicas, sendo uma delas um método alternativo sem a presença de etapas de inversão. Os métodos que utilizaram alguma técnica de inversão evidenciaram a dificuldade em se obter distribuições de tamanho de gotas (DTG) de boa qualidade, enquanto o método alternativo foi aquele que se mostrou mais eficiente e confiável. Este estudo é parte de um programa cooperativo entre a Universidade de São Paulo e a Universidade de Bremen chamado programa BRAGECRIM (Brazilian German Cooperative Research Initiative in Manufacturing) e é financiado pela FAPESP, CAPES, FINEP e CNPq (Brasil) e DFG (Alemanha). / The development of computer algorithms to obtain the particle size distributions in dispersions using spectroscopic data in real time and in-line from sensors enable a variety of applications such as monitoring properties in industrial cutting fluids, monitoring of polymerization processes, wastewater, atmospheric sensing and other applications. The aim of this study is to implement techniques for inversion problem solving, by testing algorithms that provide particle size distribution in dispersions from UV-Vis-Nir (Ultraviolet, Visible and Near-Infrared) spectroscopic data. Four techniques have been implemented, one of them being an alternative method without the inversion step. The methods using inversion techniques showed difficulties to obtain droplet size distributions (DSD) with good quality, while the alternative method was the one that was more efficient and reliable. This study is part of a cooperative program between the University of São Paulo and the University of Bremen, within the BRAGECRIM program (Brazilian German Cooperative Research Initiative in Manufacturing) and is financially supported by FAPESP, CAPES, FINEP and CNPq (Brazil) and DFG (Germany).