Copolímeros de e-caprolactona e l,l-dilactídeo têm sido investigados com a finalidade de desenvolver materiais biodegradáveis para aplicações médicas. As sínteses dos homopolímeros e copolímeros de epsilon-caprolactona e l,l-dilactídeo por abertura de anel e polimerização em massa transcorreram a 120oC sob atmosfera de nitrogênio, usando o octanoato de estanho como iniciador. A composição dos copolímeros variou de 5,90% a 97,30% em massa de l,l-dilactídeo. As massas molares dos polímeros sintetizados foram determinadas por viscosimetria capilar e cromatografia de permeação em gel (GPC). A composição dos copolímeros foi determinada por RMN de 13C. As propriedades térmicas e mecânicas foram avaliadas por DSC e DMTA. O grau de cristalinidade e as fases cristalinas dos copolímeros foram determinados por difração de raios X (WAXS). Foram observadas altas taxas de conversão de monômeros para os homopolímeros e para os copolímeros Co60 ao Co90 (taxas de 70-80%). Os homopolímeros e copolímeros sintetizados apresentaram altas massas molares (M w até 106.500 g/mol para os copolímeros) e moderada polidispersidade (1,50). As análises de RMN de 13C demonstraram a predominância da formação de copolímeros estatísticos e a ausência da transesterificação durante a polimerização em massa. As propriedades dinâmico-mecânicas foram fortemente dependentes da estrutura cristalina e do grau de cristalinidade dos copolímeros. Os copolímeros sintetizados apresentaram propriedades mecânicas variando do flexível ao rígido termoplástico. Os copolímeros com composição próxima a equimolar (Co30 ao Co40) apresentaram os mais baixos graus de cristalinidade (13 a 15%) e, por conseqüência, apresentaram maior taxa de degradação (20% em 408 horas para o Co40), em comparação com os demais copolímeros. / Copolymers of epsilon-caprolactone with l,l-lactide have been investigated in order to develop biodegradable materials for medical applications. The synthesis of homopolymers and copolymers of e-caprolactone with l,l-lactide by ring-opening bulk polymerization was performed using stannous octoate as initiator at 120 ºC under nitrogen atmosphere. The copolymers composition was varied from 5.90 to 97.30 % in mass of l,l-lactide. The molecular weight of synthesized polymers were determined by viscometry and GPC. The copolymers composition was determined by 13C NMR. Thermal and mechanical properties have been evaluated by DSC and DMTA. The degree of crystallinity and the crystalline phase of copolymers were determined by WAXS. High conversion was observed for homopolymers and copolymers Co60 to Co90 of l,l-lactide (70-80%). The homopolymers and copolymers presented hight molecular weight (M w up to 106,500 g/mol for copolymers) and low polydispersivity (1,50). The analyses by 13C- NMR spectroscopy have shown the predominance of statistical copolymers formation and the transesterification reaction did not occur during the bulk polymerization. Thermal and mechanical properties were dependent on the crystalline phase and of the degree of crystallinity. The synthesized copolymers presented mechanical properties from rubbery to stiff thermoplastics. The copolymers with equimolar composition presented low degree of crystallinity (13 ? 15%) and higher degradation (20% during 408 hours for Co40).

Copolímeros de e-caprolactona e l,l-dilactídeo têm sido investigados com a finalidade de desenvolver materiais biodegradáveis para aplicações médicas. As sínteses dos homopolímeros e copolímeros de epsilon-caprolactona e l,l-dilactídeo por abertura de anel e polimerização em massa transcorreram a 120oC sob atmosfera de nitrogênio, usando o octanoato de estanho como iniciador. A composição dos copolímeros variou de 5,90% a 97,30% em massa de l,l-dilactídeo. As massas molares dos polímeros sintetizados foram determinadas por viscosimetria capilar e cromatografia de permeação em gel (GPC). A composição dos copolímeros foi determinada por RMN de 13C. As propriedades térmicas e mecânicas foram avaliadas por DSC e DMTA. O grau de cristalinidade e as fases cristalinas dos copolímeros foram determinados por difração de raios X (WAXS). Foram observadas altas taxas de conversão de monômeros para os homopolímeros e para os copolímeros Co60 ao Co90 (taxas de 70-80%). Os homopolímeros e copolímeros sintetizados apresentaram altas massas molares (M w até 106.500 g/mol para os copolímeros) e moderada polidispersidade (1,50). As análises de RMN de 13C demonstraram a predominância da formação de copolímeros estatísticos e a ausência da transesterificação durante a polimerização em massa. As propriedades dinâmico-mecânicas foram fortemente dependentes da estrutura cristalina e do grau de cristalinidade dos copolímeros. Os copolímeros sintetizados apresentaram propriedades mecânicas variando do flexível ao rígido termoplástico. Os copolímeros com composição próxima a equimolar (Co30 ao Co40) apresentaram os mais baixos graus de cristalinidade (13 a 15%) e, por conseqüência, apresentaram maior taxa de degradação (20% em 408 horas para o Co40), em comparação com os demais copolímeros. / Copolymers of epsilon-caprolactone with l,l-lactide have been investigated in order to develop biodegradable materials for medical applications. The synthesis of homopolymers and copolymers of e-caprolactone with l,l-lactide by ring-opening bulk polymerization was performed using stannous octoate as initiator at 120 ºC under nitrogen atmosphere. The copolymers composition was varied from 5.90 to 97.30 % in mass of l,l-lactide. The molecular weight of synthesized polymers were determined by viscometry and GPC. The copolymers composition was determined by 13C NMR. Thermal and mechanical properties have been evaluated by DSC and DMTA. The degree of crystallinity and the crystalline phase of copolymers were determined by WAXS. High conversion was observed for homopolymers and copolymers Co60 to Co90 of l,l-lactide (70-80%). The homopolymers and copolymers presented hight molecular weight (M w up to 106,500 g/mol for copolymers) and low polydispersivity (1,50). The analyses by 13C- NMR spectroscopy have shown the predominance of statistical copolymers formation and the transesterification reaction did not occur during the bulk polymerization. Thermal and mechanical properties were dependent on the crystalline phase and of the degree of crystallinity. The synthesized copolymers presented mechanical properties from rubbery to stiff thermoplastics. The copolymers with equimolar composition presented low degree of crystallinity (13 ? 15%) and higher degradation (20% during 408 hours for Co40).

A L-Asparaginase (ASNase) é um importante agente quimioterapêutico utilizado para o tratamento da leucemia linfoblástica aguda (ALL) há mais de 40 anos. No entanto, devido à origem biológica da ASNase, enzima produzida por Escherichia coli, problemas como a imunogenicidade e baixa meia vida-plasmática devem ser considerados. Com o objetivo de minimizar essas desvantagens, várias ASNases homólogas bem como formulações de ASNase de E. coli foram investigadas. Nenhuma das formulações desenvolvidas, entretanto, foi capaz de resolver definitivamente esses problemas associados à sua origem. Nesse sentido, considerando os recentes avanços na ciência de polímeros com a possibilidade do obtenção de vesículas poliméricas usando copolímeros, este trabalho concentrou-se no desenvolvimento de polimerossomos de poli(etileno glicol)-b-poli(ε-caprolactona) (PEG-PCL) para encapsular a ASNase. Diversas condições experimentais foram investigadas e, ao final, os polimerossomos foram produzidos pela técnica de hidratação do filme polimérico utilizando a centrifugação como técnica de pós-filme para remoção de copolímero precipitado, produzindo assim vesículas polímericas de 120 a 200nm com PDI de aproximadamente 0,250. A eficiência de encapsulação da ASNase, utilizando as metodologias de centrifugação ou cromatografia de exclusão molecular, revelou taxas de encapsulação de 20-25% e 1 a 7%, repectivamente. Esses resultados apontam a importância de se determinar a eficiência de encapsulação por cromatografia de exclusão molecular ou método direto no caso de nanoestruturas auto-agregadas formadas por copolímeros, devido a valores superestimados com o emprego da centrifugação. Ainda que estudos complementares se façam necessários para liberação da enzima encapsulada ou penetração da L-asparagina nas vesículas, nossos resultados demonstram o potencial de polimerossomos para veiculação de ASNase, bem como de outras proteínas terapêuticas. / L-Asparaginase (ASNase) is an important chemotherapeutic agent used for the treatment of acute lymphoblastic leukemia (ALL) for more than 40 years. However, due to the biological origin of ASNase (produced by Escherichia coli) some drawbacks such as immunogenicity and low plasma half life are present. In order to minimize the disadvantages, several ASNases proteoforms and formulations of E. coli ASNase were investigated. However, none of this formulations completely solved the main drawbacks of ASNase. In this sense, considering the recents advances in polymers science with the possibility to develop polymeric vesicles using copolymers, this work aimed at the development of poly(ethylene glycol)-b-poly(ε-caprolactone) (PEG-PCL) vesicles to encapsulate ASNase. Different experimental conditions were investigated and, the final polymersomes formulation was prepared by film hydratation using centrifugation as a post-film technique to remove the bulky coplymer. Polymeric vesicles of 120 to 200nm with PDI of approximately, 0.250 were obtained. The encapsulation efficiency of ASNase was determined indirectly by centrifugation and directly by size exclusion chromatography, resulting in encapsulation rates of 20-25% and 1 to 7%, respectively. These results indicate the importance of determining the efficiency of encapsulation by size exclusion chromatography or direct method in the case of self-aggregated nanostructures formed by copolymers, due to values overestimated with the use of centrifugation. Our results point to the potential of polymersomes for ASNase delivery, as well as other therapeutic proteins. Nonetheless, complimentary studies are still necessary for ASNase release or L-asparagine penetration into the vesicles.

O objetivo desta dissertação é a utilização de metodologias de RMN para caracterizar a separação de fases e, em algum grau, a dinâmica de segmentos moleculares em copolímeros em bloco. Na primeira parte do trabalho, técnicas de RMN de Difusão de Spins, cujo fenômeno envolvido traz informações sobre a formação de domínios de segmentos moleculares, foram exploradas no sentido de avaliar seu desempenho assim como as principais dificuldades experimentais. Para isso, foi usado como referência o copolímero tri-bloco SEBS (Estireno-EtilenoButileno-Estireno), cuja morfologia é bem conhecida. Os testes experimentais foram realizados em equipamentos de RMN com campo magnético de 0.5 T e 9.4 T, sendo que em baixo campo uma proposta alternativa de tratamento dos dados foi utilizada. Como já apontado na literatura, os resultados indicaram que embora seja possível realizar tais experimentos em baixo campo a análise dos dados se torna mais complexa devido aos tempos de relaxação T1 mais curtos, tornando necessário o uso de simulações numéricas, que fazem a análise mais dependente de modelos específicos. A segunda parte do trabalho foi dedicada ao estudo de copolímeros em bloco compostos por polióxidoetileno (POE) ou Polietileno Glicol (PEG - POE de baixo peso molecular) e poliestireno (PS) e atambém copolimeros a base de PS e acrilatos ramificados com POE (PMAPEG - do inglês Poly Methyl Acrilate Polyethylene Glicol). Nesses estudos, técnicas de RMN de 1H e 13C como função da temperatura foram usadas para estudar as principais transições dinâmicas das cadeias de POE. Foi demonstrado que, embora o comportamento dinâmico das cadeias de POE seja similar em todos os copolímeros estudados, nas amostras de copolímeros com PMAPEG o grau de heterogeneidade dos movimentos das cadeias de POE é consideravelmente menor, o que foi atribuído ao empacotamento local semelhante e mais regular nos segmentos PMAPEG. Experimentos de RMN de Difusão de Spins foram utilizados nos estudos de morfologia, sendo demonstrada a separação de fases com formação de domínios em todas as amostras, com a regularidade desses domínios dependendo da composição. As dimensões médias dos domínios foram estimadas e os resultados correlacionados com os aspectos dinâmicos. / The main objective of this dissertation is the use of NMR methods to characterize the phase separation and, to some extent, the dynamics of the molecular segments in block copolymers. In the first part, NMR Spin Diffusion methods were explored in order to evaluate their performance as well as the main experimental difficulties. For that, a reference tri-block polymer SEBS (styrene-block-butadiene-block-styrene), which had a well known morphology, was used. The experimental tests were carried out in NMR equipments with magnetic field of 0.47 T and 9.4 T and at low filed an alternative proposal for data analysis was used. A already shown in the literature, the results indicated that , despite being possible to accomplish these experiments in low field, the data analysis become more intricate due to the shorter T1 values at this magnetic field, requiring the use of numerical simulations, which make the method more model dependent. The second part was dedicated to the study of copolymers consisting of Polyoxyethylene (PEO) or Polyethylene Glycol (PEG-low molecular weight PEO) and polystyrene (PS) as well as copolymers based on PS and Poly acrylates with PEO branches (PMAPEG -Poly Methyl Acrylate Polyethylene Glicol). In these studies, 1H and 13C NMR methods as function of temperature were used to characterize the main dynamic transitions in the PEO chains. It was shown that, despite similar dynamic behavior was observed in all samples, the PS-PMAPEG copolymers present a smaller degree of motional heterogeneity, which was attributed to the similar local packing of the PMAPEG chains. Using Spin diffusion NMR information about the morphology of the samples were obtained, showing evidences of phase separation and domain formation in all samples, being the regularity of the domain related with the sample composition. The average domain sizes were estimated.

A enzima L-Asparaginase (ASNase) é um biofámaco utilizado no tratamento da leucemia linfoblástica aguda, no entanto, a evolução da produção da ASNase como um medicamento desde o final da década de 1970 resultou em apenas quatro alternativas disponíveis no mercado farmacêutico, com relatos de graves reações imunogênicas e toxicidade. Desse modo, a nanotecnologia é uma plataforma que pode ser explorada para administração dessa enzima diminuindo a exposição da mesma a proteases e aumentando a sua meia-vida aparente. Os polimerossomos (PL) são opções que pela nanoestrutura vesicular poderiam encapsular a ASNase em seu core aquoso e pela presença de uma membrana polimérica, são mais robustos que os lipossomos. Assim, neste trabalho objetivou-se desenvolver PL para encapsulação da ASNase como uma alternativa às formulações deste biofármaco existentes. Foram desenvolvidos PL de PEG-PLA, PMPC-PDPA, PEG-PDPA e Pluronic® L-21. Foram estudados fatores relacionados à composição dos copolímeros (fração hidrofílica, responsividade a fatores externos tais como pH e temperatura) e métodos de elaboração (hidratação do filme polimérico, troca de pH e temperatura) bem como foi feita a caracterização dos PL obtidos (tamanho, índice de polidispersão, espessura de membrana, formação de excessivo bulk polimérico, obtenção de micelas). Também foi feito um planejamento racional para encapsulação da ASNase (hidratação direta do filme polimérico e encapsulação por eletroporação, autoagregação com encapsulação por troca de pH ou de temperatura). Para os PL preparados com PEG-PLA, a extrusão resultou em distribuição de tamanhos mais estreitos correspondentes aos valores de PDI de 0,345, 0,144 e 0,081 para PEG45-PLA69, PEG114-PLA153 e PEG114-PLA180, respectivamente. Foi demonstrado que copolímeros com menor fração hidrofóbica resultam em maior eficiência de encapsulação para proteínas, já que possuem volumes aquosos maiores. Com o PMPC25-PDPA72 foi possível encapsular em média três unidades de ASNase por vesículas através da eletroporação ou troca de pH, sendo que no primeiro método houve formação de túbulos e no último método as micelas não foram completamente removidas. Para PEG100-PDPA80, grandes agregados permaneceram após a purificação levando a um PDI alto, mas não foi observada a formação de túbulos, já a troca de pH para este copolímero resultou em maior perda de copolímeros como bulk polimérico precipitado. Para o copolimero tribloco Pluronic® L-121, foi observado que as vesículas eram estáveis durante uma semana à temperatura ambiente, contrariando o que era descrito na literatura. Nesses sistemas, quando preparados por hidratação do filme, a encapsulação da ASNase foi realizada por eletroporação mas a proteína não foi detectada dentro das vesículas. Atribuímos a não-encapsulação à organização da bicamada Pluronic® L-121 sem conformação definida das cadeias poliméricas, dificultando a reorganização do bloco hidrofílico na porção interna do poro durante eletroporação. Por troca de temperatura, cerca de 5 % de ASNase foi encapsulada e o método resultou em total recuperação da atividade da enzima. Desse modo foram obtidos diferentes PL com diferentes características nanoestruturais de acordo com os copolímeros utilizados para carreamento da ASNase. / The enzyme L-Asparaginase (ASNase) is a biopharmaceutical used in the treatment of acute lymphoblastic leukemia, still the industrial production of ASNase as a marketable drug since the late 1970s has resulted in only four alternatives available in the pharmaceutical market, with reports of severe immunogenic reactions and toxicity. In this sense, nanotechnology is a platform that can be exploited to administer this enzyme by decreasing its exposure to proteases and increasing its apparent half-life. Polymerosomes (PL) are interesting routes which by its intrinsically vesicular nanostructure could encapsulate the ASNase in its aqueous core and by the presence of a polymeric membrane, being more robust than the liposomes. Thus, in this work it was intended to develop PL for ASNase encapsulation as an alternative to existing formulations of this biopharmaceutical. PL of PEG-PLA, PMPC-PDPA, PEG-PDPA and Pluronic® L-21 were developed. It was studied the copolymers composition (i.e. hydrophilic fraction, responsiveness to external factors such as pH and temperature), PL design (i.e. polymer film hydration, pH change and temperature) and PL characterization (i.e. size, polydispersity index - PDI, membrane thickness, formation of excessive polymer bulk, micelles production). A suitable experimental planning for ASNase encapsulation (i.e. direct hydration of the polymeric film and encapsulation by electroporation, self-aggregation with encapsulation by pH or temperature change) was also performed. For the PL prepared with PEG-PLA, the extrusion resulted in narrower size distribution corresponding to the PDI values of 0.345, 0.144 and 0.081 for PEG45-PLA69, PEG114-PLA153 and PEG114-PLA180, respectively. It has been shown that copolymers with lower hydrophobic fraction result in higher encapsulation efficiency for proteins, since they have larger aqueous volumes. With PMPC25-PDPA72 PL, it was possible to encapsulate three units of ASNase per vesicles through electroporation or pH change. In the first method, tubules were formed and in the latter one the micelles were not completely removed. For PEO100-PDPA80 PL, large aggregates remained after purification leading to a high PDI value, nevertheless no tubule formation was observed, since the pH change for this copolymer resulted in greater loss of copolymers as a precipitated polymer bulk. For the Pluronic® L-121 triblock copolymer PL, it was observed that the vesicles were stable for one week at room temperature, contrary to what was described in the literature. These PLs were prepared by film hydration method and ASNase encapsulation was performed by electroporation, nonetheless the protein was not detected within the vesicles. It is attributed the non-encapsulation to the organization of the Pluronic® L-121 bilayer without defined conformation of the polymer chains, making it difficult to reorganize the hydrophilic block in the internal portion of the pore during electroporation. By temperature change, about 5% of ASNase was encapsulated and the method resulted in complete recovery of enzyme activity. In conclusion, several PLs with a vast range of differential nanostructural characteristics were obtained according to the copolymers used for ASNase loading.

A L-Asparaginase (ASNase) é um importante agente quimioterapêutico utilizado para o tratamento da leucemia linfoblástica aguda (ALL) há mais de 40 anos. No entanto, devido à origem biológica da ASNase, enzima produzida por Escherichia coli, problemas como a imunogenicidade e baixa meia vida-plasmática devem ser considerados. Com o objetivo de minimizar essas desvantagens, várias ASNases homólogas bem como formulações de ASNase de E. coli foram investigadas. Nenhuma das formulações desenvolvidas, entretanto, foi capaz de resolver definitivamente esses problemas associados à sua origem. Nesse sentido, considerando os recentes avanços na ciência de polímeros com a possibilidade do obtenção de vesículas poliméricas usando copolímeros, este trabalho concentrou-se no desenvolvimento de polimerossomos de poli(etileno glicol)-b-poli(ε-caprolactona) (PEG-PCL) para encapsular a ASNase. Diversas condições experimentais foram investigadas e, ao final, os polimerossomos foram produzidos pela técnica de hidratação do filme polimérico utilizando a centrifugação como técnica de pós-filme para remoção de copolímero precipitado, produzindo assim vesículas polímericas de 120 a 200nm com PDI de aproximadamente 0,250. A eficiência de encapsulação da ASNase, utilizando as metodologias de centrifugação ou cromatografia de exclusão molecular, revelou taxas de encapsulação de 20-25% e 1 a 7%, repectivamente. Esses resultados apontam a importância de se determinar a eficiência de encapsulação por cromatografia de exclusão molecular ou método direto no caso de nanoestruturas auto-agregadas formadas por copolímeros, devido a valores superestimados com o emprego da centrifugação. Ainda que estudos complementares se façam necessários para liberação da enzima encapsulada ou penetração da L-asparagina nas vesículas, nossos resultados demonstram o potencial de polimerossomos para veiculação de ASNase, bem como de outras proteínas terapêuticas. / L-Asparaginase (ASNase) is an important chemotherapeutic agent used for the treatment of acute lymphoblastic leukemia (ALL) for more than 40 years. However, due to the biological origin of ASNase (produced by Escherichia coli) some drawbacks such as immunogenicity and low plasma half life are present. In order to minimize the disadvantages, several ASNases proteoforms and formulations of E. coli ASNase were investigated. However, none of this formulations completely solved the main drawbacks of ASNase. In this sense, considering the recents advances in polymers science with the possibility to develop polymeric vesicles using copolymers, this work aimed at the development of poly(ethylene glycol)-b-poly(ε-caprolactone) (PEG-PCL) vesicles to encapsulate ASNase. Different experimental conditions were investigated and, the final polymersomes formulation was prepared by film hydratation using centrifugation as a post-film technique to remove the bulky coplymer. Polymeric vesicles of 120 to 200nm with PDI of approximately, 0.250 were obtained. The encapsulation efficiency of ASNase was determined indirectly by centrifugation and directly by size exclusion chromatography, resulting in encapsulation rates of 20-25% and 1 to 7%, respectively. These results indicate the importance of determining the efficiency of encapsulation by size exclusion chromatography or direct method in the case of self-aggregated nanostructures formed by copolymers, due to values overestimated with the use of centrifugation. Our results point to the potential of polymersomes for ASNase delivery, as well as other therapeutic proteins. Nonetheless, complimentary studies are still necessary for ASNase release or L-asparagine penetration into the vesicles.

Os copolímeros de óxidos de alquileno compreendem uma vasta classe de substâncias formadas pela adição seqüencial de um monômero a um iniciador seguida da adição seqüencial de outro monômero. Quando se utilizam como monômeros os óxidos de etileno e propileno obtêm-se os copolímeros EO/PO que são substâncias largamente empregadas na indústria, como tensoativos, emulsionantes, detergentes, etc. Os copolímeros EO/PO podem ser analisados de diversas maneiras por meio de vários métodos por via úmida e análises instrumentais, tais como Espectroscopia de Absorção na Região do Infravermelho, Espectroscopia de Absorção na Região do Ultravioleta, Espectrometria de Massas, Ressonância Magnética Nuclear, Cromatografia Gás Líquido, Polarografia, Espectroscopia Raman, Eletrólises, entre outros. Este trabalho teve como objetivo determinar o conteúdo de óxido de etileno e óxido de propileno em seus copolímeros em bloco através de Pirólise acoplada à Cromatografia à Gás, Espectroscopia Absorção na Região do Infravermelho e Termogravimetria. Essas técnicas são as mais acessíveis e existentes na maioria dos laboratórios da atualidade e foram empregadas para correlacionar os dados obtidos com os teores de EO/PO calculados nas amostras preparadas. A comparação entre as técnicas instrumentais permitiu indicar o método de melhor aplicação industrial nesta determinação. Para o desenvolvimento do estudo, foram preparadas amostras de polipropilenoglicóis e copolímeros EO/PO, com adição conhecida das massas dos reagentes, e também, foram utilizadas amostras comercias selecionadas dos processos industriais da Oxiteno S/A Indústria e Comércio. Pelos ensaios realizados, foi constatado que, por Termogravimetria, não foi possível obter uma boa correlação dos dados das curvas TG com os teores de EO/PO das amostras, nas condições testadas. Por outro lado, pelas análises por Pirólise acoplada à Cromatografia à Gás e por Espectroscopia de Absorção na Região do Infravermelho utilizando acessório de Reflectância Total Atenuada, foi possível desenvolver metodologias que atenderam aos objetivos do trabalho. No entanto, a técnica que melhor se aplicou foi a Espectroscopia de Absorção na Região do Infravermelho.

A execução de um controle rígido das características de um elastômero, tanto no aspecto qualitativo como quantitativo, é de suma importância. Deste modo, o desenvolvimento de metodologias simples e rápidas, que permitam a identificação dessas composições, torna-se atrativo para pesquisas desenvolvidas em diferentes áreas industriais. Nesta Tese de Mestrado, avalia-se a aplicabilidade de técnicas FT-IR de transmissão, reflexão atenuada (ATR), ATR-Universal (UATR), análise termogravimétrica (TG) e análise dinâmico-mecânica (DMA) na caracterização e quantificação de composições elastoméricas. São utilizados dados de propriedades mecânicas para complementação do estudo. A metodologia de pirólise gasosa PIR-G/FT-IR, desenvolvida nesta Tese, é aplicada a diferentes borrachas. Observa-se que é possível diferenciar os tipos de elastômeros, inclusive os que apresentam espectros IR similares de pirolisados líquidos. Visando o desenvolvimento de técnicas UATR e de transmissão (pirólise como preparação de amostras, sem e com controle de temperatura) para a determinação do teor de acrilonitrila (AN) no copolímero de butadieno e acrilonitrila (NBR), foram preparadas, como referência para a elaboração de curvas analíticas, amostras vulcanizadas de NBR contendo teor conhecido de AN. As curvas analíticas obtidas possibilitam a determinação de AN em NBR em amostras em que os componentes têm a mesma composição química. O acoplamento TG/FT-IR é avaliado nos aspectos qualitativo e quantitativo para alguns tipos de borrachas. Similaridades e diferenças são observadas em relação às metodologias convencionais.

O controle das características qualitativas e quantitativas de uma composição de borracha é extremamente importante para a sua adequada aplicação em diferentes setores industriais. O desenvolvimento de metodologias qualitativas, as quais consigam detectar os componentes de um sistema elastomérico, especialmente os de menor proporção, é um desafio constante. Com relação à análise quantitativa de elastômeros, existe um número pequeno de metodologias na literatura que utilizam a espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FT-IR), sendo que o método de obtenção de espectros é o de transmissão, ou seja, convencional, e dados como o preparo (tratamento) de amostras, número de repetições e erro de metodologia, normalmente, não são citados. Visando minimizar essas lacunas observadas, foi desenvolvida uma metodologia para a determinação dos teores de etileno (ET) e propileno (P) em amostras de borracha (elastômero puro, crua e vulcanizada), à base do copolímero de etileno-propileno-dieno monômero (EPDM), por FT-IR de reflexão total atenuada universal (UATR) e de transmissão, sendo as amostras analisadas tais como recebidas ou após pirólise, respectivamente. Embora ambas as técnicas tenham apresentado boa precisão, sendo a análise UATR mais apropriada para o elastômero puro, a realizada por transmissão/pirólise mostrou-se mais adequada à análise de todos os tipos de EPDM (elastômero puro, crua e vulcanizada), podendo ser usada para formulações similares. Foi também desenvolvida, outra metodologia para a determinação do teor de 5-etilideno 2-norborneno (ENB) em amostras de borracha (elastômero puro), à base do EPDM, por FT-IR de transmissão, sendo as amostras analisadas após pirólise controlada e em bico de Bunsen. Embora ambas as técnicas tenham apresentado boa precisão, a realizada por pirólise em bico de Bunsen, com uso de banda e concentração relativa, mostrou-se mais adequada à determinação e ao uso em cálculos complementares de teores de ET e P. Para a caracterização de aditivos, foi avaliada a aplicabilidade do acoplamento/associação de técnicas de cromatografia de camada fina e espectroscopia no infravermelho (TLC/IR), sendo os espectros IR obtidos por UATR. Foram utilizadas duas formulações desse elastômero, um tipo de sistema de eluente, sendo o reagente de Gibbs, o revelador. Basicamente, todos os componentes orgânicos foram detectados pela metodologia desenvolvida, sendo possível sugerir que possa ser aplicada para a detecção de aditivos, de estruturas químicas similares, mesmo presentes em pequenas quantidades na formulação.

A enzima L-Asparaginase (ASNase) é um biofámaco utilizado no tratamento da leucemia linfoblástica aguda, no entanto, a evolução da produção da ASNase como um medicamento desde o final da década de 1970 resultou em apenas quatro alternativas disponíveis no mercado farmacêutico, com relatos de graves reações imunogênicas e toxicidade. Desse modo, a nanotecnologia é uma plataforma que pode ser explorada para administração dessa enzima diminuindo a exposição da mesma a proteases e aumentando a sua meia-vida aparente. Os polimerossomos (PL) são opções que pela nanoestrutura vesicular poderiam encapsular a ASNase em seu core aquoso e pela presença de uma membrana polimérica, são mais robustos que os lipossomos. Assim, neste trabalho objetivou-se desenvolver PL para encapsulação da ASNase como uma alternativa às formulações deste biofármaco existentes. Foram desenvolvidos PL de PEG-PLA, PMPC-PDPA, PEG-PDPA e Pluronic® L-21. Foram estudados fatores relacionados à composição dos copolímeros (fração hidrofílica, responsividade a fatores externos tais como pH e temperatura) e métodos de elaboração (hidratação do filme polimérico, troca de pH e temperatura) bem como foi feita a caracterização dos PL obtidos (tamanho, índice de polidispersão, espessura de membrana, formação de excessivo bulk polimérico, obtenção de micelas). Também foi feito um planejamento racional para encapsulação da ASNase (hidratação direta do filme polimérico e encapsulação por eletroporação, autoagregação com encapsulação por troca de pH ou de temperatura). Para os PL preparados com PEG-PLA, a extrusão resultou em distribuição de tamanhos mais estreitos correspondentes aos valores de PDI de 0,345, 0,144 e 0,081 para PEG45-PLA69, PEG114-PLA153 e PEG114-PLA180, respectivamente. Foi demonstrado que copolímeros com menor fração hidrofóbica resultam em maior eficiência de encapsulação para proteínas, já que possuem volumes aquosos maiores. Com o PMPC25-PDPA72 foi possível encapsular em média três unidades de ASNase por vesículas através da eletroporação ou troca de pH, sendo que no primeiro método houve formação de túbulos e no último método as micelas não foram completamente removidas. Para PEG100-PDPA80, grandes agregados permaneceram após a purificação levando a um PDI alto, mas não foi observada a formação de túbulos, já a troca de pH para este copolímero resultou em maior perda de copolímeros como bulk polimérico precipitado. Para o copolimero tribloco Pluronic® L-121, foi observado que as vesículas eram estáveis durante uma semana à temperatura ambiente, contrariando o que era descrito na literatura. Nesses sistemas, quando preparados por hidratação do filme, a encapsulação da ASNase foi realizada por eletroporação mas a proteína não foi detectada dentro das vesículas. Atribuímos a não-encapsulação à organização da bicamada Pluronic® L-121 sem conformação definida das cadeias poliméricas, dificultando a reorganização do bloco hidrofílico na porção interna do poro durante eletroporação. Por troca de temperatura, cerca de 5 % de ASNase foi encapsulada e o método resultou em total recuperação da atividade da enzima. Desse modo foram obtidos diferentes PL com diferentes características nanoestruturais de acordo com os copolímeros utilizados para carreamento da ASNase. / The enzyme L-Asparaginase (ASNase) is a biopharmaceutical used in the treatment of acute lymphoblastic leukemia, still the industrial production of ASNase as a marketable drug since the late 1970s has resulted in only four alternatives available in the pharmaceutical market, with reports of severe immunogenic reactions and toxicity. In this sense, nanotechnology is a platform that can be exploited to administer this enzyme by decreasing its exposure to proteases and increasing its apparent half-life. Polymerosomes (PL) are interesting routes which by its intrinsically vesicular nanostructure could encapsulate the ASNase in its aqueous core and by the presence of a polymeric membrane, being more robust than the liposomes. Thus, in this work it was intended to develop PL for ASNase encapsulation as an alternative to existing formulations of this biopharmaceutical. PL of PEG-PLA, PMPC-PDPA, PEG-PDPA and Pluronic® L-21 were developed. It was studied the copolymers composition (i.e. hydrophilic fraction, responsiveness to external factors such as pH and temperature), PL design (i.e. polymer film hydration, pH change and temperature) and PL characterization (i.e. size, polydispersity index - PDI, membrane thickness, formation of excessive polymer bulk, micelles production). A suitable experimental planning for ASNase encapsulation (i.e. direct hydration of the polymeric film and encapsulation by electroporation, self-aggregation with encapsulation by pH or temperature change) was also performed. For the PL prepared with PEG-PLA, the extrusion resulted in narrower size distribution corresponding to the PDI values of 0.345, 0.144 and 0.081 for PEG45-PLA69, PEG114-PLA153 and PEG114-PLA180, respectively. It has been shown that copolymers with lower hydrophobic fraction result in higher encapsulation efficiency for proteins, since they have larger aqueous volumes. With PMPC25-PDPA72 PL, it was possible to encapsulate three units of ASNase per vesicles through electroporation or pH change. In the first method, tubules were formed and in the latter one the micelles were not completely removed. For PEO100-PDPA80 PL, large aggregates remained after purification leading to a high PDI value, nevertheless no tubule formation was observed, since the pH change for this copolymer resulted in greater loss of copolymers as a precipitated polymer bulk. For the Pluronic® L-121 triblock copolymer PL, it was observed that the vesicles were stable for one week at room temperature, contrary to what was described in the literature. These PLs were prepared by film hydration method and ASNase encapsulation was performed by electroporation, nonetheless the protein was not detected within the vesicles. It is attributed the non-encapsulation to the organization of the Pluronic® L-121 bilayer without defined conformation of the polymer chains, making it difficult to reorganize the hydrophilic block in the internal portion of the pore during electroporation. By temperature change, about 5% of ASNase was encapsulated and the method resulted in complete recovery of enzyme activity. In conclusion, several PLs with a vast range of differential nanostructural characteristics were obtained according to the copolymers used for ASNase loading.