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Les inquiétudes concernant la gestion des déchets sont croissantes dans un contexte environnemental préoccupant. De ce fait, il est apparu urgent de trouver des substituts aux plastiques conventionnels et les biopolymères semblent être une réponse prometteuse. Leurs propriétés leur permettent des usages très divers, de l'emballage alimentaire à la bio-ingénierie tissulaire en passant par la formulation cosmétique ou la pharmaceutique. S'ils jouissent d'une image positive et de l'intérêt croissant des scientifiques comme des industriels, on ne connait encore que peu leur comportement lors du vieillissement. Ce travail de thèse se propose d'étudier d'une part le vieillissement en enceinte climatique à paramètres contrôlés de certains polymères bio-sourcés et biodégradable (HPMC, Chitosan, PLA) et d'autre part, l'influence d'un traitement micro-onde sur des films de chitosan dans le cadre d'une utilisation comme le packaging alimentaire. Au cours du vieillissement, les biopolymères subissent plusieurs modifications structurales telles que des ruptures de chaînes et des phénomènes de cristallisation. Ces modifications altèrent les propriétés mécaniques des films de biopolymères. Par ailleurs, les films de chitosan, exposés au micro-onde, vont présenter un phénomène de jaunissement, révélateur de la production de composés néo-formés issus de la réaction de Maillard et susceptibles de migrer vers l'aliment en cas de contact avec le film de biopolymère / Today's increased environmental concerns and the growing questions about disposal management are contributing to growth in biopolymer industry. These materials are used in various fields such as pharmaceutic, bioengineering or tissue engineering as cell support, food formulation or packaging. In spite of a positive perception of biopolymers to improve environmental issues, biopolymers properties remain unknown, even though their biodegradability is well documented. Here we consider the influence of aging in climatic chamber on different biopolymers (HPMC, Chitosan and PLA) and in to what extent it could modify their structure and properties. Moreover, considering the opportunity for theses materials to be used as food packaging, influence of microwave heating was also tested on chitosan films. The food consumption trends tend, indeed, to the development of ready-to-eat meal that is why it is crucial to investigate theses biopolymers behavior when used in microwave oven in food contact. The aim of this study is to bring new knowledge of theses materials and to guarantee an optimal and safe use as a food contact packaging. The results showed several deep modifications in the biopolymers structure such as chain scissions or crystallization. These modifications involved a decrease in the polymer's properties. Chitosan films, exposed to increasing microwave heating times, showed gradually increasing yellowing. Maillard neoformed compounds are responsible for this color change and could be deleterious for consumer safety because of the possibility of migration in case of food contact

Parmi les nouveaux matériaux massifs pour le silicium photovoltaïque (PV), le silicium multicristallin haute performance (HPmc-Si) a émergé en raison de son rendement de conversion supérieur à celui du silicium multi-cristallin (mc-Si) utilisé largement pour le solaire PV. Ce travail de recherche vise à comprendre l'influence des germes et des conditions de croissance sur les lingots HPmc-Si (structure de grains, dislocations, impuretés et propriétés PV). Cinq lingots ont été élaborés par solidification dirigée. Pour l’un d’entre eux, deux types de germes ont été utilisés. Les caractéristiques de la région de croissance initiale (jusqu’à 50 mm) sont directement liées aux propriétés de la couche de germes. Or, celle-ci dépend à la fois des types de germes utilisés et des paramètres de l’étape de fusion. Les paramètres de croissance prennent le contrôle de la structure de grains après la région affectée par la couche initiale de germes. Cependant, les paramètres de croissance étudiés modifient peu les caractéristiques entre lingots HPmc-Si et le rendement de conversion des cellules solaires. Les zones de faible durée de vie des porteurs minoritaires déterminent le rendement de conversion et peuvent être principalement associées aux défauts structuraux et à la taille du grain, en plus des impuretés métalliques. La compétition des grains est un phénomène dynamique qui permet la disparition de certains grains défectueux pendant la croissance et surtout le maintien d’une taille de grains et homogène. Cette homogénéité obtenue pour la gamme de paramètres étudiée est une des caractéristiques principales des lingots HPmc-Si / Among new bulk silicon PV materials, HPmc-Si is one to be considered due its higher conversion efficiency compared to mc-Si solar PV. This research work aims at understanding the influence of the seeding materials and growth conditions on HPmc-Si ingots (dislocations and impurities). Five ingots were grown, and two types of seeding materials are compared to study the grain structure, the electrical properties and the conversion efficiency of solar cells. The initial growth region up to 50 mm is directly linked to the seed layer properties which are dependent on the melting segment parameters. The growth parameters take control on the grain structure after the seed affected region. The growth parameters studied modify little the characteristics of HPmc-Si ingots and the solar cell conversion efficiency. Low carrier lifetimeareas determine the conversion efficiency and they can mainly be associated to the grain size, besides metallic impurities. The grain competition is very dynamic to suppress defective grains and to maintain smaller grain size variation, homogeneous grain size and properties being the most important characteristic of HPmc-Si ingots

L'objectif de ce travail a été l'utilisation d'une méthodologie de formulation des formes à libération prolongée. Le choix de «matrices hydrophiles» a été fait en raison de l'intérêt et de l'importance des travaux qui lui sont consacrés, mais surtout en raison de la possibilité d'utilisation de la technologie simple de fabrication des comprimés par compression directe.Le principe actif choisi est le diclofenac de sodium, un anti-inflammatoire largement utilisé dont la molécule est tombée dans le domaine public. Utilisé  à raison de 100 mg par comprimé. La première partie bibliographique résume l'intérêt des formes à libération prolongée, décrit les différentes formes galéniques existantes pour la voie orale et fait le point sur les formules et les propriétés des agents matriciels hydrophiles parmi les plus utilisés, notamment les éthers de celluloses, hydroxypropymethylcellulose (METOLOSES®) (1). Dans la partie expérimentale, nous avons réalisé les différentes étapes nécessaires au développement d'une forme à libération prolongée qui correspondant aux étapes classiques  de pré-formulation, formulation et optimisation. Dans une première étape d'essais préliminaires  nous avons étudiés le comportement d'un point de vue pharmacotechnique des matières premières utilisés seuls et en mélange. Ce qui a permis de faire des orientations en ce qui concerne les différents types de METOLOSES, la nature du diluant, et leurs concentrations. Dans une deuxième étape, nous avons réalisé un premier plan d'expériences de criblage des facteurs, qui permet de déterminer le poids de chacun et leurs éventuelles interactions. Ce qui nous a permis de conclure sur l'effet des différents facteurs en formulation. Dans une troisième étape, nous avons réalisé un deuxième plan d'expériences d'optimisation de la formulation  en utilisant un plan composite centré constitué de 9 expériences ce qui a permis de sélectionner une zone de formules optimales. Enfin, la réalisation d'une formule optimale nous a permis de confirmer les résultats obtenus dans les travaux de développement et dont l'objectif été une libération sur 12 heures. / The objective of this work was the use of a formulation methodology of prolonged release dosage forms. The choice of “hydrophilic matrices” was done because of the interest and the numbered works which is devoted to it, but also for the use of a simple manufacture technology by direct compression. The selected active pharmaceutical ingredient is one of the most largely used nonsteroidial anti-inflammatory drug, the sodium diclofenac which is out of patent and used at 100 Mg per tablet. The first bibliographical part summarizes the interest of the prolonged release dosage forms, described the existing oral dosage forms and gives a progress report on the formulas and the properties of hydrophilic matrices agents among most used, in particular the cellulose ethers, hydroxypropymethylcellulose (METOLOSES®) (1). In the experimental part, we carried out the various steps necessary to the development of a prolonged release dosage form which correspond to the traditional steps of pre-formulation, formulation and optimization. In a first step of pharmaceutics preliminary tests we studied the behavior of raw materials used alone and in mixture. What made orientations with regard to the various types of METOLOSES, the nature of diluents, and their concentrations. In a second step, we carried out a first screening factors experimental design, which enabled us to conclude on the effect of the various factors in formulation. In a third step, we carried out a second optimization experimental design using a centered composite plan consisted of 9 experiments which lead us to define a space design of optimal formulas. Lastly, the manufacture of a formula from the design space enabled us to confirm the results to development work and for which the objective was a sustained release over 12 hours.

A hidroxipropil-metil-celulose (HPMC) é um éter de celulose que possui estrutura variável dependendo da quantidade de grupos metila, apolares, e hidroxipropoxila, polares, inseridos na cadeia polimérica celulósica. A polaridade do polímero é controlada através da quantidade de grupos metila (DS) e de hidroxipropoxila (MS) e afeta as propriedades de filmes poliméricos finos e espessos, além de alterar as características de liberação controlada de princípios ativos (neste caso nicotina) incorporados em filmes de HPMC, reticulados através de uma reação de esterificação com ácido cítrico. Com exceção do polímero com baixo DS e alto MS (e por consequência mais polar), filmes finos apresentam valores de energia superficial próximos aos de poliestireno ou poli(metacrilato de metila) (~41 mJ/m/2), indicando forte orientação molecular dos grupos metila ao ar, de acordo com um modelo apresentado. Esta orientação favoreceu as interações com o ar, que se organizou na superfície, formando pequenas cavidades superficiais, de acordo com imagens de microscopia de força atômica (AFM). Apesar de seguirem a mesma ordem de acordo com a polaridade dos polímeros, os valores de energia superficial observados para filmes espessos foram mais elevados, devido a uma menor quantidade de grupos metila orientados ao ar, acarretados por uma maior interação intermolecular no \"bulk\" do filme polimérico e uma consequente diminuição nos graus de liberdade da molécula polimérica. Um modelo para a estrutura de filmes espessos é proposto, no qual a variação nos valores de DS e MS explica as diferentes estruturas superficiais observadas em imagens de AFM. A incorporação de nicotina em filmes espessos também sofre influência dos valores de DS e MS; uma maior incorporação do princípio ativo foi observada em maiores DS e menores MS. A liberação controlada do princípio ativo também é influenciada por esses fatores estruturais, porém o pH do meio externo também é um fator a ser considerado: somente em pHs maiores que 8,8, onde a nicotina se encontra majoritariamente na sua forma neutra/desprotonada, pode-se observar uma cinética mais lenta e controlada para o polímero de maior MS e menor DS. A força iônica também influencia a cinética de liberação, porém em uma extensão muito menor que uma variação no pH. Os resultados obtidos também foram analisados segundo o modelo de liberação de Korsmeyer-Peppas, que quantifica a interação princípio ativo-matriz polimérica e descreve o mecanismo de liberação através do parâmetro difusional n. Ao final, baseado nos resultados obtidos, pode-se recomendar para uso tópico o polímero J, com menor DS e maior MS, como sendo o mais indicado para Terapia de Reposição de Nicotina (TRN), devido à sua liberação quantitativa e em velocidades mais lentas, possuindo a menor retenção de nicotina ao final do processo dentre os polímeros estudados; em casos de peles fortemente oleosas, mais alcalinas, a indicação do polímero E, com maior DS e menor MS, é recomendada pela sua capacidade de liberar uma maior quantidade de princípio ativo quando em pHs mais elevados. / Hydroxypropyl-methyl-cellulose (HPMC) is a cellulose ether with variable structure, depending on the amount of methyl groups, with apolar characteristics, and hydroxypropyl groups, with polar characteristics, inserted on the polymer backbone chain. The polymer polarity is controlled through the amount of methyl (DS) and hydroxypropyl (MS) groups, and affects the properties of thin and thick polymer films, as well as impacts the active principle release rate (in this case, nicotine) from HPMC polymer films, crosslinked through a esterification reaction with citric acid. With exception of the polymer with low DS and high MS (and consequently, more polar), thin films present surface energy values close to those determined for polystyrene or poly(methyl-methacrylate) (~41 mJ/m2), indicating strong orientation of the methyl groups to the air, according to a proposed model. This orientation favored the interactions with the air, which has been organized at the surface, forming small superficial cavities, according to Atomic Force Microscopy (AFM) images. Despite following the same pattern according to the polymer\'s polarities, values of surface energy observed for thick films were higher, due to a lower amount of methyl groups oriented to the air, driven by a higher interchain interaction in the bulk polymer film and consequent lowering in the polymer molecule degrees of freedom. A model to the thick films structure has been proposed, where the variation in the values of DS and MS explains the differences observed in the AFM images. Nicotine incorporation in thick films is also influenced by the values of DS and MS; a higher incorporation of the active principle has been observed in higher DS and lower MS. The active principle\'s controlled release is influenced by these structural parameters as well, although the medium\'s pH should also be considered: only at pHs higher than 8,8, where nicotine can be found mostly at its neutral/non-protonated form, a slower and controlled release can be observed for the polymer with higher MS and lower DS. The ionic strength influences the release kinetics too, but in a much minor extension than the medium pH does. The results obtained were analyzed using the Korsmeyer-Peppas model, which quantifies the active principle-polymer matrix interaction and describes the release mechanism through the diffusional parameter n. At the end, based on the results obtained, the polymer J, with higher MS and lower DS, can be the most indicated for Nicotine Replacement Therapy (NRT), due to its quantitative release and at lower rates and constant amounts over time, allowing the lowest nicotine retention at the end of the process amongst all evaluated polymers; at highly oily skin, more alkaline, the polymer E, with higher DS and lower MS, can be recommended by its characteristics of more quantitative release under higher pHs.

Made available in DSpace on 2014-07-29T15:29:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese Rodinelli resumo.pdf: 19418 bytes, checksum: 1be52e77b9ebe222b50b13d4efcfa7a5 (MD5) Previous issue date: 2010-02-08 / Ketoprofen is a nonsteroid anti-inflammatory drug (NSAID) which is used in rheumatic disorders and in mild to moderate pain. Ketoprofen has a short biological half life and the commercially available conventional release formulations require dosages to be administered at least 2-3 times a day. Due to these characteristics, ketoprofen is a good candidate for the preparation of controlled release formulations. In this work, a multiparticulate sustained release dosage form containing ketoprofen in a carnauba wax matrix was developed. Particles were prepared by emulsion congealing technique, spray drying, fluidized bed and conventional granulation. Hydroxypropylmethylcellulose (HPMC) and carnauba wax were used in the formulations as the main ingredients to promote sustained release. Particles were evaluated for their rheological properties, morphology and drug release characteristics. For the emulsion congealing technique, system variables were optimized using fractional factorial and response surface experimental design in order to obtain spherical particles with high drug load and sustained drug release profile. The optimized particles had an average diameter of approximately 200 μm, 50% (w/w) drug load, good flow properties and a prolonged release profile (up to 24 hours) for ketoprofen. Particles prepared with HPMC 2208 by spray drying, fluidized bed and conventional granulation did not exhibit prolonged release of the ketoprofen after the dispersion of the drug dosage for in the dissolution medium. Due to their good flowability and capability in prolonging ketoprofen release, carnauba wax pellets prepared by emulsion congealing were submitted to permeation studies through Wistar rats intestinal segments. Results demonstrated that carnauba wax microparticles were able to promote continuous and sustained ketoprofen release, leading to high apparent permeability coefficient in the upper small intestine. Carnauba wax microspheres prepared in this work represent a new multiparticulate sustained release system for the NSAID ketoprofen, exhibiting good potential for application in further pharmaceutical processes. In addition, the microspheres can be prepared without incorporating the drug and used as an excipient in direct compression processes. / O cetoprofeno é um antiinflamatório não-esteróide usado em doenças reumáticas e dores leves a moderadas. Apresenta meia-vida curta e as formulações convencionais de liberação imediata são administradas de 2 a 3 vezes ao dia. Essas características de farmacocinética e posologia, além do aparecimento de efeitos colaterais relacionados à administração de altas doses do fármaco, diminuem o seu uso clínico. O presente trabalho propõe o desenvolvimento de sistemas multiparticulados de liberação prolongada para o antiinflamatório cetoprofeno. As partículas foram preparadas pela técnica de emulsão congelante, spray drying, leito fluidizado e granulação convencional. Nas formulações foram utilizados hidroxipropilmetilcelulose e cera de carnaúba como os principais agentes promotores de liberação prolongada. As partículas foram avaliadas principalmente quanto às suas propriedades reológicas, morfologia e perfil de dissolução do fármaco. A otimização da técnica de emulsão congelante permitiu a preparação de partículas esféricas de cera de carnaúba com carga do cetoprofeno em torno de 50 %, diâmetro próximo de 200 μm e liberação do fármaco de forma contínua por período maior do que 24 h. As partículas constituídas por hidroxipropilmetilcelulose (HPMC) 2208, preparadas pelas técnicas de spray drying, leito fluidizado e granulação convencional, não resultaram em liberação prolongada após a dispersão da forma farmacêutica em meio de dissolução, como ocorre para as partículas de cera de carnaúba preparadas por emulsão congelante. Os pellets de cera de carnaúba, por apresentarem melhores propriedades de fluxo, alta dispersibilidade e liberação contínua e prolongada, foram utilizados para estudo de permeação em diferentes segmentos intestinais de ratos Wistar. Este estudo demonstrou que as partículas de cera de carnaúba disponibilizaram o cetoprofeno de forma lenta e gradual e proporcionaram alto coeficiente de permeabilidade aparente no intestino delgado superior. Em virtude das suas propriedades, os pellets de cera de carnaúba preparados no presente trabalho podem ser perfeitamente utilizados nos processos farmacêuticos e representam um novo sistema multiparticulado para a liberação prolongada do fármaco cetoprofeno. Além disso, as partículas podem ser preparadas sem a incorporação do fármaco e utilizadas como excipiente nos processos de compressão direta.

A hidroxipropil-metil-celulose (HPMC) é um éter de celulose que possui estrutura variável dependendo da quantidade de grupos metila, apolares, e hidroxipropoxila, polares, inseridos na cadeia polimérica celulósica. A polaridade do polímero é controlada através da quantidade de grupos metila (DS) e de hidroxipropoxila (MS) e afeta as propriedades de filmes poliméricos finos e espessos, além de alterar as características de liberação controlada de princípios ativos (neste caso nicotina) incorporados em filmes de HPMC, reticulados através de uma reação de esterificação com ácido cítrico. Com exceção do polímero com baixo DS e alto MS (e por consequência mais polar), filmes finos apresentam valores de energia superficial próximos aos de poliestireno ou poli(metacrilato de metila) (~41 mJ/m/2), indicando forte orientação molecular dos grupos metila ao ar, de acordo com um modelo apresentado. Esta orientação favoreceu as interações com o ar, que se organizou na superfície, formando pequenas cavidades superficiais, de acordo com imagens de microscopia de força atômica (AFM). Apesar de seguirem a mesma ordem de acordo com a polaridade dos polímeros, os valores de energia superficial observados para filmes espessos foram mais elevados, devido a uma menor quantidade de grupos metila orientados ao ar, acarretados por uma maior interação intermolecular no \"bulk\" do filme polimérico e uma consequente diminuição nos graus de liberdade da molécula polimérica. Um modelo para a estrutura de filmes espessos é proposto, no qual a variação nos valores de DS e MS explica as diferentes estruturas superficiais observadas em imagens de AFM. A incorporação de nicotina em filmes espessos também sofre influência dos valores de DS e MS; uma maior incorporação do princípio ativo foi observada em maiores DS e menores MS. A liberação controlada do princípio ativo também é influenciada por esses fatores estruturais, porém o pH do meio externo também é um fator a ser considerado: somente em pHs maiores que 8,8, onde a nicotina se encontra majoritariamente na sua forma neutra/desprotonada, pode-se observar uma cinética mais lenta e controlada para o polímero de maior MS e menor DS. A força iônica também influencia a cinética de liberação, porém em uma extensão muito menor que uma variação no pH. Os resultados obtidos também foram analisados segundo o modelo de liberação de Korsmeyer-Peppas, que quantifica a interação princípio ativo-matriz polimérica e descreve o mecanismo de liberação através do parâmetro difusional n. Ao final, baseado nos resultados obtidos, pode-se recomendar para uso tópico o polímero J, com menor DS e maior MS, como sendo o mais indicado para Terapia de Reposição de Nicotina (TRN), devido à sua liberação quantitativa e em velocidades mais lentas, possuindo a menor retenção de nicotina ao final do processo dentre os polímeros estudados; em casos de peles fortemente oleosas, mais alcalinas, a indicação do polímero E, com maior DS e menor MS, é recomendada pela sua capacidade de liberar uma maior quantidade de princípio ativo quando em pHs mais elevados. / Hydroxypropyl-methyl-cellulose (HPMC) is a cellulose ether with variable structure, depending on the amount of methyl groups, with apolar characteristics, and hydroxypropyl groups, with polar characteristics, inserted on the polymer backbone chain. The polymer polarity is controlled through the amount of methyl (DS) and hydroxypropyl (MS) groups, and affects the properties of thin and thick polymer films, as well as impacts the active principle release rate (in this case, nicotine) from HPMC polymer films, crosslinked through a esterification reaction with citric acid. With exception of the polymer with low DS and high MS (and consequently, more polar), thin films present surface energy values close to those determined for polystyrene or poly(methyl-methacrylate) (~41 mJ/m2), indicating strong orientation of the methyl groups to the air, according to a proposed model. This orientation favored the interactions with the air, which has been organized at the surface, forming small superficial cavities, according to Atomic Force Microscopy (AFM) images. Despite following the same pattern according to the polymer\'s polarities, values of surface energy observed for thick films were higher, due to a lower amount of methyl groups oriented to the air, driven by a higher interchain interaction in the bulk polymer film and consequent lowering in the polymer molecule degrees of freedom. A model to the thick films structure has been proposed, where the variation in the values of DS and MS explains the differences observed in the AFM images. Nicotine incorporation in thick films is also influenced by the values of DS and MS; a higher incorporation of the active principle has been observed in higher DS and lower MS. The active principle\'s controlled release is influenced by these structural parameters as well, although the medium\'s pH should also be considered: only at pHs higher than 8,8, where nicotine can be found mostly at its neutral/non-protonated form, a slower and controlled release can be observed for the polymer with higher MS and lower DS. The ionic strength influences the release kinetics too, but in a much minor extension than the medium pH does. The results obtained were analyzed using the Korsmeyer-Peppas model, which quantifies the active principle-polymer matrix interaction and describes the release mechanism through the diffusional parameter n. At the end, based on the results obtained, the polymer J, with higher MS and lower DS, can be the most indicated for Nicotine Replacement Therapy (NRT), due to its quantitative release and at lower rates and constant amounts over time, allowing the lowest nicotine retention at the end of the process amongst all evaluated polymers; at highly oily skin, more alkaline, the polymer E, with higher DS and lower MS, can be recommended by its characteristics of more quantitative release under higher pHs.

A inexistência de um agente terapêutico único satisfatório para o tratamento do melanoma metastático e a potencialidade do quimioterápico 5FU (5-fluorouracil) motivou esta pesquisa, a qual teve por objetivo o desenvolvimento tecnológico de sistemas carreadores micro-/ e nanoestruturados contendo 5FU a fim de aumentar sua eficácia terapêutica e reduzir a toxicidade por meio da administração pulmonar. Duas formulações pulverulentas foram desenvolvidas com polímeros naturais, sulfato de condroitina e hidroxipropil-metil-celulose, denominadas 5FU-MS e 5FU-NS, utilizando as técnicas de aspersão e atomização vibracional piezoelétrica, respectivamente. Ambas as formulações foram avaliadas quanto às características físicas e químicas, perfil toxicológico in vivo (C. elegans e em ratos Wistar), e penetração e biodisponibilidade no tecido pulmonar pela quantificação da fração livre de fármaco por microdiálise pulmonar. A análise físico-química revelou a obtenção de partículas micrométricas para 5FU-MS e submicrométricas para 5FU-NS, com diâmetros médios de partícula de 2,546 ± 0,07 m e 0,652 ± 0,03 m, e fração respirável (FR%) de 55,12 ± 2,98 e 76,84 ± 0,07, respectivamente. Ambas demonstraram características e propriedades adequadas para administração pulmonar, com capacidade de deposição nas porções média e profunda. A toxicidade das formulações avaliada em C. elegans considerou o percentual de morte, desenvolvimento, DL50 e produção de ROS para os nematodos sob tratamento agudo e crônico. Os resultados evidenciaram redução significativa da toxicidade proporcionada pela redução da taxa de morte e maior desenvolvimento dos grupos tratados com as formulações 5FU-MS e 5FU-NS em comparação ao fármaco livre, sugerindo perfis de segurança satisfatórios para administração. Além disso, 5FU-MS revelou-se um agente pró-oxidante, representando um diferencial promissor deste sistema, podendo alcançar maior sensibilização das células tumorais com menores doses. A toxicidade pulmonar aguda foi avaliada pela análise de LDH e proteínas totais no fluido de lavagem bronco-alveolar (BALF) após a administração combinada das formulações 5FU-MS e 5FU-NS para administração como um sistema terapêutico único (5FU-MS/NS), e análise de dano tecidual pulmonar em ratos. Os resultados da análise bioquímica e histológica indicaram o baixo potencial de indução de lesão tecidual a partir da administração pulmonar combinada das formulações, em relação ao fármaco livre. A análise do perfil farmacocinético por microdiálise pulmonar evidenciou o êxito no desenvolvimento dos sistemas carreadores, tornando possível duplicar o t1/2 do 5FU e aumentar significativamente a biodisponibilidade no tecido pulmonar. Os resultados obtidos indicam a eficiência das formulações 5FU-MS e 5FU-NS em alcançar os benefícios terapêuticos do fármaco 5FU com menores doses e maiores intervalos de administração. Este trabalho de tese apresenta uma abordagem promissora na terapia de neoplasias com recorrência de metástase pulmonar. / The absence of a single therapeutic agent suitable for the treatment of metastatic melanoma and the potential of 5FU chemotherapy (5-fluorouracil) motivated this study, which aimed the development of carrier systems based on micro-/ and nanostructures containing 5FU to increase the therapeutic efficacy and reduce toxicity of this drug by pulmonary administration. Two different formulations of dry powders were developed with natural polymers, chondroitin sulfate and hydroxypropyl-methyl-cellulose, denomined 5FU-MS and 5FU-NS, using the spray-drying and vibrational piezoelectric atomization techniques, respectively. Both formulations were evaluated in terms of physico-chemical characteristics, in vivo toxicological behaviors (C. elegans and in Wistar rats), bioavailability and penetration in the lung tissue by quantifying of drug free fraction by lung microdialysis. The physicochemical analysis showed that were obtained as micrometric (5FU-MS) and submicron particles (5FU-NS), with average diameters of particle 2.546 ± 0.07 m and 0.652 ± 0.03 m, and respirable fraction (FR%) of 55.12 ± 2.98 and 76.84 ± 0.07, respectively. Both showed suitable characteristics and properties for pulmonary delivery, with deposition capacity in the middle and deep lung portions. The toxicity of the formulations evaluated in C. elegans considered the death rate, body development, DL50 and production of ROS to nematodes under acute and chronic treatment. The results showed significant reduction of toxicity, reducing the death rate and greater development of the groups treated with 5FU-MS and 5FU-NS formulations compared to the free drug, suggesting satisfactory safety profile for administration. In addition, 5FU-MS proved to be a pro-oxidant agent, representing a promising differential of this system which can achieve greater sensitization of tumoral cells with lower doses. Acute pulmonary toxicity was evaluated by analyzing LDH, and total protein in the bronchoalveolar lavage fluid (BALF) after combined administration of 5FU-MS formulations and 5FU-NS for administration as a single therapeutic system (5FU-MS/NS) and analysis of lung tissue damage in rats. The results of biochemical and histological analysis indicated the low potential to induce tissue damage from the pulmonary administration of combined formulations, compared to free drug. Analysis of the pharmacokinetic profile for pulmonary microdialysis showed the successful development of carrier systems, making it possible to double the t1/2 of 5FU and significantly increase bioavailability in lung tissue. The results indicate the effectiveness of the formulations 5FU-MS and 5FU-NS in achieving the therapeutic benefits of the drug 5FU at lower doses and higher dosing intervals. This thesis work presents a promising approach to cancer therapy with lung metastasis recurrence.

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A inexistência de um agente terapêutico único satisfatório para o tratamento do melanoma metastático e a potencialidade do quimioterápico 5FU (5-fluorouracil) motivou esta pesquisa, a qual teve por objetivo o desenvolvimento tecnológico de sistemas carreadores micro-/ e nanoestruturados contendo 5FU a fim de aumentar sua eficácia terapêutica e reduzir a toxicidade por meio da administração pulmonar. Duas formulações pulverulentas foram desenvolvidas com polímeros naturais, sulfato de condroitina e hidroxipropil-metil-celulose, denominadas 5FU-MS e 5FU-NS, utilizando as técnicas de aspersão e atomização vibracional piezoelétrica, respectivamente. Ambas as formulações foram avaliadas quanto às características físicas e químicas, perfil toxicológico in vivo (C. elegans e em ratos Wistar), e penetração e biodisponibilidade no tecido pulmonar pela quantificação da fração livre de fármaco por microdiálise pulmonar. A análise físico-química revelou a obtenção de partículas micrométricas para 5FU-MS e submicrométricas para 5FU-NS, com diâmetros médios de partícula de 2,546 ± 0,07 m e 0,652 ± 0,03 m, e fração respirável (FR%) de 55,12 ± 2,98 e 76,84 ± 0,07, respectivamente. Ambas demonstraram características e propriedades adequadas para administração pulmonar, com capacidade de deposição nas porções média e profunda. A toxicidade das formulações avaliada em C. elegans considerou o percentual de morte, desenvolvimento, DL50 e produção de ROS para os nematodos sob tratamento agudo e crônico. Os resultados evidenciaram redução significativa da toxicidade proporcionada pela redução da taxa de morte e maior desenvolvimento dos grupos tratados com as formulações 5FU-MS e 5FU-NS em comparação ao fármaco livre, sugerindo perfis de segurança satisfatórios para administração. Além disso, 5FU-MS revelou-se um agente pró-oxidante, representando um diferencial promissor deste sistema, podendo alcançar maior sensibilização das células tumorais com menores doses. A toxicidade pulmonar aguda foi avaliada pela análise de LDH e proteínas totais no fluido de lavagem bronco-alveolar (BALF) após a administração combinada das formulações 5FU-MS e 5FU-NS para administração como um sistema terapêutico único (5FU-MS/NS), e análise de dano tecidual pulmonar em ratos. Os resultados da análise bioquímica e histológica indicaram o baixo potencial de indução de lesão tecidual a partir da administração pulmonar combinada das formulações, em relação ao fármaco livre. A análise do perfil farmacocinético por microdiálise pulmonar evidenciou o êxito no desenvolvimento dos sistemas carreadores, tornando possível duplicar o t1/2 do 5FU e aumentar significativamente a biodisponibilidade no tecido pulmonar. Os resultados obtidos indicam a eficiência das formulações 5FU-MS e 5FU-NS em alcançar os benefícios terapêuticos do fármaco 5FU com menores doses e maiores intervalos de administração. Este trabalho de tese apresenta uma abordagem promissora na terapia de neoplasias com recorrência de metástase pulmonar. / The absence of a single therapeutic agent suitable for the treatment of metastatic melanoma and the potential of 5FU chemotherapy (5-fluorouracil) motivated this study, which aimed the development of carrier systems based on micro-/ and nanostructures containing 5FU to increase the therapeutic efficacy and reduce toxicity of this drug by pulmonary administration. Two different formulations of dry powders were developed with natural polymers, chondroitin sulfate and hydroxypropyl-methyl-cellulose, denomined 5FU-MS and 5FU-NS, using the spray-drying and vibrational piezoelectric atomization techniques, respectively. Both formulations were evaluated in terms of physico-chemical characteristics, in vivo toxicological behaviors (C. elegans and in Wistar rats), bioavailability and penetration in the lung tissue by quantifying of drug free fraction by lung microdialysis. The physicochemical analysis showed that were obtained as micrometric (5FU-MS) and submicron particles (5FU-NS), with average diameters of particle 2.546 ± 0.07 m and 0.652 ± 0.03 m, and respirable fraction (FR%) of 55.12 ± 2.98 and 76.84 ± 0.07, respectively. Both showed suitable characteristics and properties for pulmonary delivery, with deposition capacity in the middle and deep lung portions. The toxicity of the formulations evaluated in C. elegans considered the death rate, body development, DL50 and production of ROS to nematodes under acute and chronic treatment. The results showed significant reduction of toxicity, reducing the death rate and greater development of the groups treated with 5FU-MS and 5FU-NS formulations compared to the free drug, suggesting satisfactory safety profile for administration. In addition, 5FU-MS proved to be a pro-oxidant agent, representing a promising differential of this system which can achieve greater sensitization of tumoral cells with lower doses. Acute pulmonary toxicity was evaluated by analyzing LDH, and total protein in the bronchoalveolar lavage fluid (BALF) after combined administration of 5FU-MS formulations and 5FU-NS for administration as a single therapeutic system (5FU-MS/NS) and analysis of lung tissue damage in rats. The results of biochemical and histological analysis indicated the low potential to induce tissue damage from the pulmonary administration of combined formulations, compared to free drug. Analysis of the pharmacokinetic profile for pulmonary microdialysis showed the successful development of carrier systems, making it possible to double the t1/2 of 5FU and significantly increase bioavailability in lung tissue. The results indicate the effectiveness of the formulations 5FU-MS and 5FU-NS in achieving the therapeutic benefits of the drug 5FU at lower doses and higher dosing intervals. This thesis work presents a promising approach to cancer therapy with lung metastasis recurrence.