<p dir="ltr">Opioid use disorder (OUD) presents a challenging and nuanced condition with potential for debilitating social and physical consequences. Patients with OUD have access to treatment options, but they may encounter issues such as diversion, invasiveness, or poor adherence. With over 2.5 million adults in the US experiencing OUD as of 2021, the need for an OUD treatment that overcomes these challenges is clear. One available treatment method is Sublocade®, a PLGA-based in situ forming implant (ISFI) that releases buprenorphine. This treatment shows promise due to its physician administered extended release design, which addresses many current issues in OUD treatment. However, the practicality of this treatment remains a challenge due to its monthly injection requirement. To address this, we investigated how altering ISFI components impacts the timeframe of buprenorphine release from a PLGA-based ISFI. Our focus was on evaluating factors that lead to extended buprenorphine release while maintaining zero-order release. We varied polymer-to-solvent ratios, drug percentage, and solvent composition, assessing their effects through drug release studies. We also conducted SEM imaging and swelling/erosion studies to evaluate polymer behavior and implant microstructure, gaining further insights into drug release mechanisms. Our drug release studies revealed that higher buprenorphine content in the implant significantly reduced total drug release and linearized drug release patterns. Decreasing the polymer-to-solvent ratio similarly linearized drug release and reduced drug burst, although the overall amount of drug released over time remained similar. Introducing Triacetin (TA) as a solvent helped reduce drug burst and maintain release linearity in lower drug content implants. In higher drug content implants, TA appeared to increase drug release over time, likely due to degradation processes indicated by high swelling and increased degradation observed in SEM imaging. Erosion studies showed less implant erosion with higher drug loading, aligning with release study observations. In conclusion, solvent type and drug content significantly influence buprenorphine release in ISFI systems and should be carefully considered when designing extended release systems similar to Sublocade®.</p>

The aim of this thesis was to examine the ability of metal organic frameworks (MOFs) to store and controllably release biologically significant amounts of nitric oxide (NO). Initial work involved the synthesis of a series of isostructural MOFs, known as M-CPO-27, which display coordinatively unsaturated metal sites (CUSs) when fully activated (guest solvent molecules both coordinated and uncoordinated to the metal atom are removed). Two of these frameworks (Ni and Co CPO-27) displayed exceptional performance over the entire cycle of activation, storage and delivery showing the largest storage and release of NO of any known porous material (up to 7 mmolg⁻¹). These frameworks would therefore be considered for initial research into the formulation of MOFs, for possible use in medical applications. It was shown that they still release large amounts of NO even when placed inside porous paper bags, creams or hydrocolloids. The other versions of M-CPO-27 also displayed significant adsorption of NO however they show poor total NO release. It was also shown that it is possible to synthesise both Ni and Co CPO-27 using microwave synthesis without any detrimental effect to the porous structure. Several iron-based MOFs were also investigated for NO storage and release. The results showed that Fe MIL-88 based structures adsorb good amounts of NO but only release a small amount of the irreversibly adsorbed NO. Two successfully amine grafted giant pore MOFs were then investigated to attempt to improve the NO adsorption and release. This result was not observed however, due to the poor total amine grafting coverage and pore blockage resulting from the amines. In-situ IR studies reveal that when exposed to NO, activated Fe MIL-100 forms a chemical bond with the NO. The studies also displayed that when water is then allowed to attempt to replace the NO that only a small amount of NO is actually released, the majority of the NO either remains chemically bonded to the Fe atom or forms N₂O in conjunction with a Fe-OH group. Other MOFs were also successfully synthesised and characterised for NO storage and release. Both Ni succinate and Ni STA-12 display good adsorption and excellent release of NO. This indicates that Ni based MOFs show the best results for NO adsorption and release. In the conclusion of the thesis I am able to categorise the NO release ability of MOFs based on composition and formulate a theory as to why this happens.

L’utilisation de lentilles cornéennes peut servir à améliorer le profil d’administration d’un principe actif dans les yeux. Avec une efficacité d’administration de 5% par l’utilisation de gouttes, on comprend rapidement que l’administration oculaire doit être améliorée. Cette faible administration a donné naissance à plusieurs tentatives visant à fabriquer des lentilles cornéennes médicamentées. Cependant, à cause de multiples raisons, aucune de ces tentatives n’a actuellement été mise sur le marché. Nous proposons dans cette étude, une possible amélioration des systèmes établis par le développement d’une lentille cornéenne à base de 2-(hydroxyéthyle)méthacrylate (HEMA), dans laquelle des microgels, à base de poly N-isopropylacrylamide (pNIPAM) thermosensible encapsulant un principe actif, seront incorporé. Nous avons donc débuté par développer une méthode analytique sensible par HPCL-MS/MS capable de quantifier plusieurs molécules à la fois. La méthode résultante a été validée selon les différents critères de la FDA et l’ICH en démontrant des limites de quantifications et de détections suffisamment basses, autant dans des fluides simulés que dans les tissus d’yeux de lapins. La méthode a été validée pour sept médicaments ophtalmiques : Pilocarpine, lidocaïne, proparacaïne, atropine, acétonide de triamcinolone, timolol et prednisolone. Nous avons ensuite fait la synthèse des microgels chargés négativement à base de NIPAM et d’acide méthacrylique (MAA). Nous avons encapsulé une molécule modèle dans des particules ayant une taille entre 200 et 600 nm dépendant de la composition ainsi qu’un potentiel zêta variant en fonction de la température. L’encapsulation de la rhodamine 6G (R6G) dans les microgels a été possible jusqu’à un chargement (DL%) de 38%. L’utilisation des isothermes de Langmuir a permis de montrer que l’encapsulation était principalement le résultat d’interactions électrostatiques entre les MAA et la R6G. Des cinétiques de libérations ont été effectuées à partir d’hydrogels d’acrylamide chargés en microgels encapsulant la R6G. Il a été trouvé que la libération des hydrogels chargés en microgels s’effectuait majoritairement selon l’affinité au microgel et sur une période d’environ 4-24 heures. La libération à partir de ces systèmes a été comparée à des formules d’hydrogels contenant des liposomes ou des nanogels de chitosan. Ces trois derniers (liposomes, microgels et nanogels) ont présenté des résultats prometteurs pour différentes applications avec différents profils de libérations. Enfin, nous avons transposé le modèle développé avec les gels d’acrylamide pour fabriquer des lentilles de contact de 260 à 340 µm d’épaisseur à base de pHEMA contenant les microgels avec une molécule encapsulée devant être administrée dans les yeux. Nous avons modifié la composition de l’hydrogel en incorporant un polymère linéaire, la polyvinylpyrrolidone (PVP). L’obtention d’hydrogels partiellement interpénétrés améliore la rétention d’eau dans les lentilles cornéennes. L’encapsulation dans les microgels chargés négativement a donné de meilleurs rendements avec la lidocaïne et cette dernière a été libérée de la lentille de pHEMA en totalité en approximativement 2 heures qu’elle soit ou non encapsulée dans des microgels. Ainsi dans cette étude pilote, l’impact des microgels n’a pas pu être déterminé et, de ce fait, nécessitera des études approfondies sur la structure et les propriétés de la lentille qui a été développée. En utilisant des modèles de libération plus représentatifs de la physiologie de l’œil, nous pourrions conclure avec plus de certitude concernant l’efficacité d’un tel système d’administration et s’il est possible de l’optimiser. / The development of corneal contact lenses initially aimed to correct vision troubles but more recently targets to improve administration of ophthalmic drugs. Eye drops from ophthalmic solutions has a poor administration efficiency of 5% or less and is currently the most used method to deliver drugs to the eye. Such administration technique needs to be improved and contact lenses could be the solution according to many opticians. However, no marketed therapeutic contact lenses has been marketed up to date. In this project we have developed a model of a contact lens made of 2-(hydroxyethyl)methacrylate embedding microgels of poly N-isopropylacrylamide (pNIPAM), encapsulating a model drug. We first developed an analytical method capable to quantify simultaneously seven ophthalmic drugs: Pilocarpine, lidocaine, proparacaine, atropine, triamcinolone acetonide, timolol and prednisolone. This method was developed on a HPLC-MS/MS device and was validated according to FDA and ICH criteria. Using this method, we achieved very low detection and quantitation limits with high precision and accuracy in both simulated lachrymal fluids and in rabbit ocular tissues. Each seven drugs was validated using this method. We proceeded with the synthesis of negatively charged microgels of NIPAM using methacrylic acid (MAA) as comonomer. Resulting size were ranging between 200-600 nm and zeta potential was found to increase (absolute value) with temperature. The microgels were used to encapsulate a model molecule, rhodamine 6G (R6G), in different medium and were loaded in the microgel up to 38% (drug loading, DL%). Using Langmuir isotherms to measure affinity and adsorption of R6G, it was found well correlated to MAA content in microgels, suggesting electrostatic interaction was the main parameter for drug loading. Release kinetics was performed using a model hydrogel of acrylamide embedding the R6G-loaded microgels. The measured release was found to follow an affinity-based mechanism for over 4-24 hours. The release kinetics were then compared to a formulation of liposomes and nanogels of chitosan embedded in hydrogel. All formulations exhibited interesting release profiles making them promising systems for different therapeutic applications. Finally, we changed the acrylamide gels for pHEMA designed to reproduce contact lenses containing drug-loaded microgels. The hydrogel composition, in terms of monomer / cross-linker ratio, was first optimized to fit contact lenses properties of 260-340 µm thick contact lenses. We also made use of semi-interpenetrated polyvinylpirrolidone (PVP) in the pHEMA hydrogel matrix to increase its water content. The highest DL% of negatively charged microgels were obtained using lidocaine and were used for release studies, where the total content of lidocaine was released in approximately 2 hours with and without microgels. In the end, this was a pilot study aiming to evaluate the potential of microgel usability in contact lenses. However, the impact of microgels on release was not fully conclusive. Additional studies should be undertaken to achieve a better comprehension and characterization of the release mechanism such as using more eye relevant physiological models. Such studies would provide further insights on the use of such materials for eye drug delivery and its applicability.

Materiais poliméricos têm sido explorados para o encapsulamento e liberação controlada de moléculas e o CO2-sc é um dos solventes alternativos de maior interesse da indústria farmacêutica para tal, por não deixar resíduos no produto final. Neste trabalho foram sintetizados e caracterizados polímeros do tipo \"core-shell\" tendo como \"core\" poligliceróis hiperramificados, sintetizados via abertura de anel glicidol, iniciados por três diferentes polióis e possuindo dois tipos de \"shell\" contendo grupos acetila, potencialmente compatíveis com CO2-sc. Também foi sintetizada &#946;-Ciclodextrina peracetilada (TA-&#946;-CD) que foi utilizada como molécula encapsulante modelo, por também ser um tipo de poliéter, ser reconhecida pela sua capacidade encapsulante, por ser uma ciclodextrina, e ser solúvel no CO2-sc. O Ibuprofeno foi o fármaco utilizado como modelo de molécula encapsulada, por ser solúvel em CO2-sc e possuir logP intermediário. O primeiro grupo de polímeros foram os poligliceróis peracetilados (PGH-Acs), que possuiam grupos acetilas como \"shell\". O estudo de seu comportamento em CO2-denso (CO2-sc e CO2 líquido próximo ao ponto crítico), pré-requisito para o encapsulamento neste meio, foi avaliado através de experimentos de expansão volumétrica e/ou solubilidade e determinação de pontos de névoa. Estes materiais apresentaram solubilidade total ou parcial, solubilizaram o CO2 e apresentaram expansão volumétrica em sua presença. A incorporação de Ibuprofeno foi realizada com sucesso, alcançando teores pouco maiores do que o apresentado para a TA-&#946;-CD, e se mostrou associada aos valores de temperatura de transição vítrea (Tg) dos polímeros, sendo que a caracterização dos materiais encapsulados sugere que a molécula do fármaco interage preferencialmente com os grupos acetila dos materiais. Os dados do estudo de liberação das moléculas de Ibuprofeno dos materiais encapsulantes foi modelado principalmente segundo o modelo de Weibull e mostrou que ela foi prolongada, para os PGH-Acs, numa escala de horas e que foi menos lenta quanto mais hidrofílico o polímero, enquanto a liberação apresentada pela TA-&#946-CD foi imediata. Com o propósito de alcançar maiores teores de encapsulamento e liberações mais prolongadas, o segundo grupo de polímeros, com maior massa molar foi proposto. Este grupo foram os polímeros estrela PGH-PVAcs, contendo os mesmos cores dos polímeros anteriores, porém possuindo como \"shell\" cadeias lineares de poliacetato de vinila, sintetizadas via polimerização por Transferência Reversível de Cadeia por Adição-Fragmentação (RAFT). Os PGH-PVAcs solubilizaram o CO2 e apresentaram expansão, mas não foram solúveis neste solvente. A comparação do comportamento de todos os materiais estudados mostrou que a presença de grupos acetila é determinante para a sua CO2-filicidade, devido a interações específicas do tipo ácido-base de Lewis. Para os PGH-PVAcs, também houve encapsulamento do Ibuprofeno, os seus teores atingiram valores seis vezes maior do que os obtidos pelos PGH-Acs e também apresentaram associação com os valores de Tg dos polímeros. A liberação a partir deste materiais também foi prolongada, mas agora numa escala de dias e/ou meses. Os materiais obtidos se mostraram CO2-fílicos e capazes de encapsular Ibuprofeno em CO2-sc, sendo que o seu comportamento em CO2 denso, sua capacidade encapsulante e suas características de liberação podem ser modulados pela composição de sua estrutura \"core-shell\". / Polymeric materials have been explored for encapsulation and controlled release of molecules and sc-CO2 is one of the alternative solvents with most interest for the pharmaceutical industry for this purpose, for it does not leave traces at the final product. In this work, core-shell type polymers were synthesized and characterized. The polymers had hyperbranched polyglycerols initiated by three different polyols and synthesized through ring opening polymerization of glicidol, as cores; and had two diferente types of shells, bearing acetyl groups, potentially compatible with sc-CO2. Also Peracetilated &#946;-Cyclodextrin (TA-&#946;-CD) was synthesized, to be used as the model encapsulating material, because it is also a kind of polyether, is known for its encapsulating capacity, for being a cyclodextrin, and is soluble in sc-CO2. The Ibuprofen was the model drug chosen for the encapsualtion because it is soluble in sc-CO2 and has an intermediary logP. The first group of polymers were the peracetilated polyglycerols (PGH-Acs), bearing acethyl groups as their \"shell\". The behavior of those materials in dense CO2 (sc-CO2 and liquid CO2), pre-requisite for the encapsulation using this media, was evaluated through experiments of volumetric expansion and/or solubility and determination of cloud points. These materials presented solubility (total or partial), solubilized the CO2 and presented expansion in its presence. The incorporation of Ibuprofen was successfully performed, reaching levels slightly higher than the one presented by the TA-&#946;-CD, and it showed to be associated with the values of the glass transition temperature (Tg) of the polymers; the characterization of the encapsulated materials suggests that the molecule of the drug interacts preferentially with the acetyl groups of the materials. The data of the release study of the Ibuprofen molecules from the encapsulating materials was modelled mainly through the Weibull model and showed, for the PGH-Acs materials, that the release was prolonged for a time scale of hours and was faster as the hydrophilicity of the polymers increases, while the release of Ibuprofeno from the TA-&#946;-CD was immediate. Aiming to reach higher levels of encapsulation and also more prolonged releases, a second group of core-shell polymers, with a higher molar mass was proposed. This group was the one of the star polymers PGH-PVAc, having the same cores as the other polymers, but bearing as shell, linear chains of polyvinyl acetate, synthesized via Reversible Addition-Fragmentation Transfer (RAFT) Polymerization. The PGH-PVAc presented expansion, solubilized the solvent, but where not soluble in it. The comparison of the behavior of all studied materials showed that the presence of the acetyl groups is determinant for their CO2 -philicity and this because these groups and CO2 show specific interactions of the Lewis acid-base type. For the PGH-PVAcs the incorporation of Ibuprofen was also successfully performed and their levels reached six times higher than the ones obtained for the PGH-Acs and also presented association with the values of the Tg of the polymers. The release from these materials are also prolonged, but now in a time scale of days/months. The obtained materials have shown to be CO2-philic and able to encapsulate Ibuprofen in CO2-sc media. Their behavior in dense CO2, their encapsulation ability and the characteristics of the release can be modulated through the composition of their core-shell structure.

Fertilizantes de liberação controlada como a ureia revestida com polímeros podem propiciar melhor sincronia entre a disponibilidade de nitrogênio (N) no solo e as exigências do nutriente pela cultura de milho (Zea mays L.). Para avaliar o efeito de diferentes estratégias de uso da ureia revestida com polímeros na disponibilização de nitrogênio inorgânico, nitrato (NO3-) e amônio (NH4+) no solo durante o ciclo da cultura de milho, e na produtividade final de grãos, foram conduzidos experimentos na safra 2012/2013, em duas condições edafoclimáticas no município de Piracicaba, Estado de São Paulo. Os solos dos experimentos foram: Latossolo Vermelho Distrófico (LVd) e Latossolo Vermelho Amarelo Distrófico (LVAd). O delineamento experimental foi de blocos completos ao acaso com quatro repetições e os tratamentos constaram da aplicação da dose de 180 kg ha-1 de N, utilizando-se duas fontes de N, ureia revestida com polímeros e ureia convencional, aplicadas, respectivamente, nas proporções de 100:0, 90:10, 80:20, 70:30, 60:40, 50:50 e 0:100%, além de um tratamento com ureia em manejo convencional com aplicação parcelada (20% na semeadura e 80% em cobertura entre os estádios V4-V6), e o controle sem aplicação de N. Foi semeado híbrido de milho com elevado potencial de produtividade. Os fertilizantes aplicados na semeadura foram incorporados a 5 cm de profundidade e 10 cm ao lado da linha de milho. Para determinar o teor de nitrogênio inorgânico no solo, nas camadas de 0-0,1, 0,1-0,2, 0,2-0,4 e 0,4-0,6 m, foram realizadas amostragens na semeadura e em V4, V12 e R3 no LVd e na semeadura e em V6, V14 e R4 no LVAd. Produtividade de grãos, massa seca da parte aérea, acúmulo de N na parte aérea, exportação de N nos grãos, e a eficiência de utilização interna de nitrogênio foram avaliados na maturidade fisiológica da cultura. Os resultados foram submetidos à análise de variância e quando observado efeito significativo de tratamentos, foram realizadas análises de contraste de médias (p<=0,1). A produtividade máxima nos dois experimentos foi da ordem de 10 Mg ha-1 de grãos de milho. Nos dois experimentos a ureia revestida com polímeros disponibilizou nitrogênio mineral no solo ao longo de todo o ciclo da cultura de milho, o que resultou no LVAd em produtividade de grãos mais elevada em relação à utilização de ureia convencional, diferentemente do ocorrido no LVd, onde não foram observados efeitos de tratamentos. A utilização de misturas de URP e U na adubação da cultura do milho, com proporções variando de 100% a 50% da fonte de liberação controlada, mostrou-se eficiente e pode ser considerada uma estratégia que fornece N conforme a exigência da cultura, o que resulta em maior produtividade de grãos em condições edafoclimáticas favoráveis. / Controlled release fertilizers such polymer coated urea can provide better synchrony between nitrogen (N) availability in the soil and its requirements by maize (Zea mays L.). To evaluate the effect of different use strategies of polymer coated urea on the availability of inorganic nitrogen, nitrate (NO3-) and ammonium (NH4+) throughout the crop cycle, and the grain yield, field experiments were carried out in the 2012-2013 growing season, in two soil-climatic conditions, in Piracicaba, São Paulo State. The soils were a clayey and a sandy Oxisol. The experimental design was randomized blocks with four replications, and the treatments consisted of 180 kg N ha-1, using two sources of N, polymer coated urea and conventional urea, respectively, in proportions of 100:0, 90:10, 80:20, 70:30, 60:40, 50:50% and 0:100%, besides a treatment with urea in conventional management, split-applied (20% at seeding and 80% side-dressed in V4-V6 corn growth stage) and a control (without N). Maize hybrid with high productivity potential was used. The fertilizers applied at seeding were placed in bands 5 cm depth and 10 cm aside the corn row. To determine the inorganic nitrogen content in the soil at 0-0.1, 0.1-0.2, 0.2-0.4 and 0.4-0.6 m soil layers, samples were collected at seeding, V4, V12 and R3 corn growth stage in the clayey Oxisol, and at sedding, V6, V14 and R4 in the sandy Oxisol. Grain yield, aerial biomass, nitrogen uptake by the aerial biomass, grain nitrogen uptake and internal utilization efficiency of nitrogen were evaluated. Data were analyzed using analysis of variance and when differences were detected, means where separated using contrast test (p<=0.1). The maximum maize grain yield in the experiments was approximately 10 Mg ha-1. In the two experiments, polymer coated urea led to a greater inorganic nitrogen availability throughout the maize cycle, which resulted in higher yield comparing to the use of conventional urea in the sandy Oxisol, not thus in the clayey Oxisol, where no effects of treatments in grain yield were observed. The use of blends of polymer coated urea and conventional urea in maize fertilization, with ratios ranging from 100 to 50% of the controlled release source, was efficient and can be considered a strategy that supplies N as the crop demands it, and thus lead to a greater maize grain yield under agro-climatic favorable conditions.

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.

O processo de micrencapsulação de proteínas em microesferas (MS) de PLGA [poli (ácido lactico-co-glicolico)] é fácil de fazer e é uma ferramenta útil para melhorar tanto uma formulação quanto para aumentar a atividade imunológica de vacinas de novas gerações. A MS-PLGA têm caráter adjuvante porque é um sistema particulado e, além disto, controla a liberação do antígeno. O escopo desta tese foi o de dar uma nova roupagem para um antígeno vacinal tradicional e muito bem estudado- o toxoide diftérico (Dtxd). Estudaram-se a produção de MS de tamanho desejado; os mecanismos que controlam danos nas proteínas durante o processo de micrencapsulação; a produção de microesferas com características de liberações em tempos distintos e ensaios biológicos. O tamanho de MS é um determinante fundamental para controlar a velocidade de liberação de um soluto. Para se produzir MS com tamanhos controlados usou-se um desenho fatorial experimental com três fatores distintos e três pontos centrais, para se determinar a influência das variáveis (concentração de poli álcool vinílico; velocidade de agitação e relação fase dispersa/fase contínua) na determinação do tamanho das MS. Foram obtidas MS esféricas e lisas de 4- 15 &#181;m de diâmetro. Estes resultados abrem a possibilidade de se formular PLGA-MS com tamanhos planejados através de um mínimo de experimentos. O mecanismo de danos conformacionais nas proteínas nas várias fases do processo de produção de PLGA-MS é ainda uma questão em aberto. Usaram-se várias técnicas biofísicas (HPLC, espectroscopias no uv, fluorescência e CD) além de ELISA para se testar a interferência dos sais da série de Hofmeister sobre a solubilidade e estabilidade da proteína durante a emulsificação e do contacto com a interface água/cloreto de metileno (primeira etapa do processo de preparação de MS). Estudaram-se também a influência de oligômeros de PLGA e SDS sobre a estrutura da proteína no meio de liberação (etapa de liberação do soluto). A emulsificação de Dtxd na presença de Mg2+ induziu agregação protéica, com exposição de resíduos hidrofóbicos para o meio; variações no ângulo diédrico do S-S proteico e perda de identidade imunológica. Esta agregação foi quase abolida pelo caotrópico SCN- (toxicidade = 30 g/ homem adulto de 70 kg). A conformação \"nativa\" do Dtxd e sua atividade biológica foram protegidas pelo KSCN. Os oligômeros de PLGA e o SDS induziram uma conformação de Dtxd nova. A adição de KSCN na fase aquosa aumentou a eficiência de encapsulação de Dtxd pela PLGA-MS em 20 %. Esta foi a solução mais simples quando comparada com aquelas descritas na literatura. Produziram-se seis formulações diferentes (diferentes massas molares e carboximetilações do PLGA) com pelo menos três cinéticas de liberações distintas. Imunizaram-se camundongos com 5 &#181;g de Dtxd encapsulado em MS-PLGA usando-se dois polímeros de 12 kDa (-COOH livre ou metilado) e um outro de 63 kDa (metilado). O padrão de resposta e a maturidade imunológicas foram medidos por titulações de IgG1 e IgG2a. Mantiveram-se os mesmos padrões de resposta humoral (desejável). Menores quantidades de antígenos foram necessárias para se obter os mesmos benefícios gerados pela vacina tradicional de Dtxd. Aumentaram-se a produção e a seletividade de anticorpos através de duas manipulações simples: a formulação e o tempo da aplicação da dose de reforço. Estes resultados colocam estas formulações na área de vacinas de sucesso uma vez que também foram obtidas memórias imunológicas. / The protein microencapsulation within microspheres (MS) of PLGA (Poly-lactide-co-glycolide) is easy to do and, it is a useful tool to enhance formulation and immunologic performances for new generation vaccines. MS-PLGA has adjuvant character because it is a particulate system and can control the antigen release. The question addressed in this thesis was to give this new dress for the traditional and well studied vaccine antigen - the diphtheria toxoid (Dtxd). The steps of MS control size production; mechanism to control protein damages; MS production with different polymers and biological assay were addressed here. MS size is a primary determinant of solute release velocity. A full factorial experimental design 23 with triplicate at the central point was used to determine the influence of variables (polyvinyl alcohol concentration, stirring velocity and the relationship between dispersed /continuous phase) on MS size. Uniformly spherical and smooth microspheres (4 - 15 &#181;m of diameter) were obtained. These results open the possibility of formulating PLGA microspheres with custom sizes performing a minimum of experiments as required for specific applications. It stills an open question to detail the conformational mechanism of protein damages during the various steps of the PLGA microencapsulation process. Various techniques (HPLC gel filtration, ELISA, Fluorescence, UV and Circular dichroism spectroscopies) were tested on the interference of the Hofmeister ion series over protein solubility and stability during the emulsification and contact with the interface water/CH2Cl2 interface (First step on MS preparation). The interference of SDS and PLGA olygomers over protein structure in the liberation media was also studied (solute liberation step). The Dtxd emulsification in the presence of Mg2+ was followed by protein aggregation, with exposition of hydrophobic residues and changes on the dihedral S-S protein angle and loses on immunological identity. This aggregation is 95% avoided by the chaotropic and little toxic salt KSCN (30g/ adult human of 70 kg). All the \"native\" Dtxd conformation and biological properties were maintained by KSCN. MS with different liberation kinetics profile and different erosion characteristics were obtained by using six different polymers. The SDS and PLGA olygomers exerted a generation of new Dtxd molecular organization. The KSCN increased Dtxd encapsulation within PLGA-MS in more than 20 %. This was the simplest solution used to solve protein aggregation compared with others solutions used in the literature. The six different formulations produced (differing in molar mass and carboxymethylation) produced, at least, three different Dtxd liberation profiles. Mice were primed with 5 µg of Dtxd microencapsulated within MS prepared with 12 kDa (ended carboxymethylated or free PLGA) and with 63 kDa (methylated) PLGA. The response patterns and the immune maturity were measured by IgG1 and IgG2a titrations. The humoral pattern was maintained, but fewer antigens were needed to obtain the same traditional Dtxd vaccine benefits. The simple change on Dtxd-PLGA formulation and timing of the booster enhanced both, antibody production and selectivity. An immunological memory was also obtained, putting so, these formulations in the field of successful vaccine.

A via oral é considerada preferencial para a administração de fármacos, sobretudo no tratamento de doenças crônicas. Entretanto, princípios ativos administrados por essa via podem apresentar biodisponibilidade variável e/ou limitada. Diversos tipos de sistemas de liberação vêm sendo desenvolvidos com o objetivo de melhorar esse parâmetro, dentre os quais se destacam as nanopartículas de poli (alquil-cianoacrilato) (PACA). Pelo exposto, no presente trabalho foram desenvolvidas nanopartículas de poli(n-butilcianoacrilato) (PBCA) contendo aciclovir (ACV), revestidas por N,N,N-trimetilquitosana (TMQ), um promissor promotor de absorção. A TMQ foi sintetizada com elevado rendimento e grau de quaternização de aproximadamente 73%. As nanopartículas de PBCA foram obtidas com rendimento adequado e apresentaram características físico-químicas semelhantes às descritas na literatura. Após o revestimento, foi observado um aumento no diâmetro médio, bem com uma inversão nos valores de potencial zeta. Essas observações podem indicar a ocorrência do revestimento. A partir das análises de DSC, pôde-se comprovar a eficiência do revestimento das nanopartículas pelo derivado sintetizado, já que o comportamento das nanopartículas de PBCA-TMQ foi diferente daquele obtido para a mistura física entre os constituintes da formulação. Nessa mesma perspectiva, análises de FTIR foram conduzidas e a ocorrência do revestimento foi corroborada. Além disso, as análises morfológicas por Microscopia de Força Atômica (AFM) revelaram que as nanopartículas revestidas apresentam baixa tendência à agregação, o que pode ser um indicativo de estabilidade para a formulação desenvolvida. Em relação aos ensaios de citotoxicidade, foi evidenciado que as nanopartículas de PBCA não apresentaram toxicidade significativa frente às células Caco-2, ao passo que a formulação revestida mostrou um efeito tóxico dose-dependente influenciado pelo grau de quaternização. Além disso, as nanopartículas desenvolvidas foram capazes de diminuir, reversivelmente, a Resistência Elétrica Transepitelial (RET) da monocamada de células. A fim de quantificar o fármaco associado às nanopartículas, foi desenvolvido e validado método analítico por espectrofotometria derivada com detecção no UV. Tal método mostrou-se capaz de eliminar a interferência dos excipientes, permitindo a quantificação do ACV na formulação de nanopartículas com precisão e exatidão adequadas. Assim, a porcentagem de fármaco associado às nanoestruturas pode ser calculada, obtendo-se um valor satisfatório. De maneira semelhante, foi desenvolvido e validado método por CLAE para a quantificação do fármaco nos ensaios de permeação. A metodologia proposta mostrou-se adequada considerando-se as recomendações da RE 899/03. Por meio dos ensaios de permeabilidade em células Caco-2, foi constatado que a formulação desenvolvida aumentou em 3 vezes o valor de Permeabilidade aparente (Papp) do fármaco em estudo. Além disso, as nanopartículas revestidas foram capazes de propiciar a liberação controlada do ACV nos ensaios de liberação in vitro utilizando meios com diferentes valores de pH (1,2; 6,8 e 7,4). / The oral route is considered for the administration of drugs, especially in the treatment of chronic diseases. However, drugs administered by this route may have variable and/or limited bioavailability. Various types of delivery systems have been developed with the goal of improving this parameter, among which stand out the nanoparticles of poly (alkylcyanoacrylate) (PACA).Such nanomaterials have been coated to improve stability in the gastrointestinal tract, promote greater solubility or enhance permeation. Therefore, in this work were developed nanoparticles of poly (n-butilcianoacrilato) (PBCA) containing acyclovir (ACV), coated with N,N,N-trimethylchitosan (TMC), a promising absorption promoter. The TMC was synthesized with high-yield and approximately 73% of quaternization. The PBCA nanoparticles presented physico-chemical characteristics similar to those described in the literature. After the coating, it was observed an increase in the average diameter, and a inversion on the values of zeta potential. These observations may indicate the occurrence of coating. DSC analysis could proved the efficiency of the coating of nanoparticles, since the behavior of nanoparticles of PBCA-TMC was different from those obtained for the physical mixture between the constituents of the formulation. In this same perspective, FTIR analyses were conducted and the occurrence of coating was corroborated. In addition, morphological analyses by Atomic Force Microscopy (AFM) showed that nanoparticles coated presented low tendency to aggregate, which can be an indication of stability for the formulation developed. In relation to cytotoxicity assays, it was evidenced that the PBCA nanoparticles showed no significant toxicity against the Caco-2 cells, whereas the coated formulation showed a dose-dependent toxic effect influenced by the degree of quaternization. In addition, the nanoparticles developed were able to decrease, reversibly, Transepitelial Electric Resistance (TEER) of the monolayer. In order to quantify the drug associated with nanoparticles, was developed and validated analytical method by derivative spectrophotometry with UV detection. This method was able to eliminate the interference of excipients, allowing the quantification of ACV in the formulation of nanoparticles with appropriate precision and accuracy. Thus, the percentage of drug associated with nanostructures can be calculated, obtaining a satisfactory value. Similarly, has been developed and validated HPLC method for the quantification of drug permeation tests. The proposed methodology was appropriate considering the recommendations of the RE 899/03. Through the permeability assays in Caco-2 cells, it has been found that the formulation developed increased by 3 times the value os Apparent Permeability (Papp) of ACV. In addition, the nanoparticles were able to provide controlled release of ACV in vitro using media with different pH values (1.2; 6.8 and 7.4).

O crescimento da população mundial tem como consequência direta a busca cada vez maior de uma agricultura altamente produtiva e sustentável. Isto requer uso de nutrientes de modo que haja proporcionalidade entre a aplicação e a demanda de fertilizantes. Assim, surge uma crescente busca por materiais de revestimento, para que, ao serem aplicados sobre a superfície de sólidos, controlem a liberação de espécies fertilizantes ou mesmo, de um princípio ativo para o controle de pragas e doenças. Com isso, reduzem-se as quantidades aplicadas no solo e nas plantas, com grande impacto na redução de custos e de efeitos indesejáveis de deriva e excessos na aplicação, tornando a prática agrícola mais sustentável econômica e ambientalmente. Uma das mais importantes aplicações de materiais revestidos na agricultura consiste no revestimento ou encapsulamento da ureia. Este insumo mineral é útil devido ao seu elevado conteúdo de nitrogênio (entre 44 a 46% em massa). Porém, tem-se uma desvantagem devido às perdas por volatilização e por lixiviação, levando a um total que chega a 50%. Assim, este trabalho tem como finalidade desenvolver e avaliar novos sistemas de revestimentos poliméricos, a partir de poliuretanas (PU), para liberação controlada de ureia, além de propor uma nova abordagem de análise instrumental para ensaios acelerados de dissolução controlada de espécies revestidas. O trabalho foi dividido em três etapas: (i) preparação e caracterização dos materiais para revestimento, tendo por base polióis derivados do óleo de mamona e óleo de soja; (ii) desenvolvimento de uma célula de medida com controle de parâmetros físicos e geométricos, bem como um sistema de controle térmico e de agitação; (iii) execução dos ensaios de liberação em água para verificar a influencia da porcentagem de PU na taxa de liberação, assim como a cinética difusional e o tempo de retenção. A partir da caracterização dos revestimentos nota-se que os materiais à base de mamona apresentam melhor adesão à ureia, permitindo obter melhores resultados na retenção do macronutriente. Os ensaios de liberação mostraram que o aumento da porcentagem de polímero, retarda a taxa de liberação da ureia, visto que ensaios utilizando 5% estendem a liberação por até 40 dias. Também, observa-se que existe uma faixa ótima de recobrimento, sendo que valores superiores a 7% (PU mamona), não interferem significativamente na liberação, o que se confirma a partir da modulação de Peppas, mostrando valores baixos para a cinética de liberação desses materiais. Por fim, a célula de medida elaborada para adequar e padronizar procedimentos envolvendo liberação controlada permitiu o máximo de controle de parâmetros físicos e geométricos nos ensaios, mostrando-se uma excelente ferramenta para ensaios de liberação, além de evitar possíveis erros na determinação da espécie abordada. / The world population growth implies an increasingly search for a productive and sustainable agriculture. This requires the use of nutrient so that there is proportionality between the application and the demand for fertilizer demand. Thus, there is a growing search for coating materials, so that, when applied on the surface of solids, to control the release of fertilizers or even species of an active principle for the control of pests and diseases. So, it reduces the amounts used in soil and plants, with a major impact on reducing costs and undesirable drift effects and excesses in the applications, making it the most economical and environmentally sustainable practical agricultural. One of the most important applications of coating materials in agriculture consists on coating or encapsulation of urea. This mineral input is useful because of its high nitrogen content (between 43 to 46% by mass). However, it has a disadvantage due to losses by volatilization and lixiviation (about 17 to 50%), leading to a loss that reaches 50%. This study aims to develop and evaluate systems of polymeric coatings using polyurethane (PU) for controlled release urea. The experimental procedure was divided into three steps: (i) preparation and characterization of materials for coating based on derivatives of castor oil and soybean oil polyols; (ii) development of a measuring cell with control of physical and geometrical parameters as well as a system of thermal control and agitation; (iii) execution of release tests in water to check the influence of the percentage of PU in release rate as the diffusion kinetics and retention time. From the characterization of coatings is noted that the castor-based materials have better adherence to urea allowing better results in retention of macronutrient. Release tests showed that increasing the percentage of polymer retards the release rate of urea whereas tests using 5% extended release for up to 40 days. Also, it is observed that there is an optimum range of coating with values higher than 7% (PU castor oil) does not influence the release as confirmed from the Peppas modulation showing lower values for the kinetic of release these materials. Finally, the measuring cell designed to adapt and to standardize procedures involving controlled release allowed maximum control of physical and geometrical parameters in the tests being an excellent tool to release assays and avoid possible errors in determination of studied species.

Misturas de ureia (U) e ureia revestida com enxofre e polímero (URP) podem ser uma alternativa para melhorar a eficiência de utilização de nitrogênio (EUN) e reduzir custos quando aplicadas de uma única vez em cultivos agrícolas. Em experimentos de campo foram investigados diferentes índices de EUN (eficiência de recuperação aparente (ERA), eficiêncica fisiológica (EF), eficiência de utilização interna (EUI), eficiência agronômica (EA) e fator parcial (FPP) do N aplicado) e o acúmulo e particionamento de macronutrientes no milho (Zea mays L.) com misturas de U e URP na dose de 180 kg ha-1 aplicados totalmente na semeadura em Latossolo Vermelho Amarelo distrófico (LVAd) e Latossolo Vermelho distrófico (LVd). Foi incluído tratamento com ureia em manejo convencional (UMC). As misturas de URP+U foram incorporadas em faixa, 5 cm abaixo e 10 cm ao lado da linha de semeadura. As plantas foram amostradas em quatro estádios e divididas em quatro frações da planta (partes da planta) para a determinação de nutrientes. No LVAd, tratamentos com 100%URP, 70%URP+30%U e 60%URP+40%U apresentaram maior produtividade que o tratamento controle; 100%U e UMC tiveram menor EF e EUI que o 100%URP; todos os tratamentos com N apresentaram maior acúmulo total de N e massa seca que o controle em R6; a proporção de 70%URP+30%U apresentou maior acúmulo de S total do que o controle e UMC em R6. Não foram verificadas diferenças entre os tratamentos para produtividade, índices de EUN e acúmulo total de nutrientes no LVd. Em experimentos em casa de vegetação foram avaliados a condutividade elétrica (CE) e o pH do solo, altura, diâmetro, massa seca e acúmulo de N no desenvolvimento inicial de plantas de milho usando a mistura de 70%URP+30%U aplicada em faixa na semeadura do milho, das seguintes maneiras: 1) aplicando-se uma dose equivalente a 180 kg ha-1 de N em diferentes posições (5, 10 e 15 cm abaixo e 0, 5 e 10 cm ao lado da linha de semeadura) em um Latossolo Vermelho eutrófico (LVe) e comparando com 100%U; 2) variando as doses de N (equivalente a 0, 90, 180, 360 e 540 kg ha-1 de N) em uma posição considerada adequada (15 cm abaixo e 10 cm ao lado da linha de semeadura) no LVe e no LVAd. As aplicações feitas 15 cm abaixo da linha de semeadura apresentaram maior CE na linha do fertilizante na camada 9-18cm, pH na linha do fertilizante, massa seca total e N total que 5 e 10 cm. 70%URP+30%U apresentou maior altura, massa seca total e N total que 100%U quando aplicados abaixo da linha de semeadura. Nas aplicações 10 cm ao lado da linha de semeadura observou-se menor CE na linha do fertilizante comparado com as de 0 cm. No LVAd, massa seca total e N total apresentaram comportamento quadrático em resposta ao aumento da dose de N. Misturas de U e URP são eficientes quando aplicadas na semeadura do milho e elevadas doses interferem no desenvolvimento inicial de plantas de milho mesmo em uma posição considerada adequada no LVAd. / Blends of urea (U) and polymer sulfur coated urea (PSCU) can be an alternative to improve nitrogen (N) use efficiency (NUE) and reduce costs when applied in a single application in agricultural crops. Different indices of NUE (apparent crop recovery applied N (RE), physiological efficiency of applied N (PE), internal utilization efficiency of N (IE), agronomic efficiency of applied N (AE), partial factor productivity of applied N (PFP)) were investigated in field experiments, as well as nutrient uptake and partitioning in corn (Zea mays L.) with blends of U and PSCU applied in a single application of 180 kg N ha-1 at sowing in a Typic Haplustox and Rhodic Haplustox. It was included a treatment with urea in conventional management (UCM). The blends of U and PSCU were incorporated in a band 5 cm below and 10 cm to the side of the seed row. Plants were sampled at four growth stages and divided into four fractions for nutrient determination. In the Typic Haplustox, treatments with 100%PSCU, 70%PSCU+30%U and 60%PSCU+40%U had higher grain yield than control treatment (without N application); treatments with 100%U and UCM had lesser PE and IE than 100%PSCU; all the N treatments had higher total biomass and total N uptake than control at physiological maturity (R6); treatment with 70%PSCU+30%U had higher total S uptake than control and UCM at R6. There weren\'t differences between treatments for grain yield, indices of NUE, and total nutrient uptake at R6 in the Rhodic Haplustox. In greenhouse experiments, electrical conductivity (EC) and pH of soil, height, diameter, dry weight and nitrogen uptake in early plant growth were evaluated using a blend of 70%PSCU+30%U applied in a band at sowing maize in the following ways: 1) applying a rate equivalent to 180 kg N ha-1 in different positions (5 , 10 and 15 cm below and 0, 5 and 10 cm to the side of the seed) in a Rhodic Eutrustox and comparing with 100%U; 2) varying rates (equivalent to 0, 90, 180, 360, 540 kg N ha-1) in a position considered adequate (15 cm below and 10 cm to the side of the seed) in a Rhodic Eutrustox and Typic Haplustox. The N fertilizer application 15 cm below of the seed had higher EC in fertilizer row at 9-18cm, pH in fertilizer row, total dry weight and total N uptake than 5 and 10 cm below of the seed. The treatment with 70%PSCU+30%U had higher height, total dry weight and total N uptake than 100%U in the application 0 cm to the side of the seed. The N fertilizer application 10 cm to the side of seed had lesser EC in the fertilizer row than 0 cm. In the Typic Haplustox, total dry weight and total N uptake had quadratic behavior in response to increase N rates. Blends of U and PSCU are efficient when applied at corn sowing and can affect early plant growth at high rates even in a position considered adequate in Typic Haplustox.