Hidrogéis de carboximetilcelulose com incorporação de nanocristais e nanofibras de celulose obtidos de fibra sub-utilizada do semiárido modificados com vitamina D para aplicações de liberação de fármaco controlada

Abstract

Hidrogéis são estruturas tridimensionais formadas por redes poliméricas, que adsorvem grande quantidade de água ou fluído de interesse. Dentre os vários polímeros naturais existentes, a celulose e seus derivados têm sido amplamente utilizados como componentes naturais na preparação de hidrogéis, em razão de sua biocompatibilidade para serem aplicados biologicamente. Além disso, esses hidrogéis podem ter nanopartículas incorporadas, como os nanocristais de celulose (CNC) com o intuito de melhorar diversas propriedades, tais como biodegradabilidade, biocompatibilidade, baixa densidade, resistência mecânica e aumento da cristalinidade. Esses nanocristais possuem algumas características, tais com alta resistência e alta área superficial específica, propriedades essas que podem melhorar as aplicações dos hidrogéis, entre elas a liberação de fármacos. No caso desses nanocristais, eles podem ser extraídos de diversas fontes naturais e possuírem diversos processos de isolamento. Entre os principais processos estão os químicos, com emprego de ácidos fortes, como o ácido sulfúrico, para realizar a hidrólise das regiões amorfas da celulose. Nessa conjuntura, considerando as melhorias provenientes da incorporação de nanocristais de celulose em hidrogéis, principalmente na liberação de fármacos para diferentes tratamentos, a vitamina D se torna um promissor agente de tratamento para diversas doenças, como osteoporose, doenças do aparelho reprodutor feminino, entre outras, podendo ser incorporada na matriz tridimensional do hidrogel para ter sua liberação controlada no tratamento dessas doenças. Essa vitamina D é lipossolúvel, desempenhando um papel importante na regulação do cálcio e do fosfato no corpo humano. Ela pode ser produzida fisiologicamente através da exposição à luz solar, consumo de alimentos ricos em vitamina D ou suplementos alimentares, sendo essencial para a saúde óssea, além de ter papel importante no sistema imunológico, na absorção de minerais no intestino, na função muscular e na redução do risco de doenças crônicas, como diabetes, hipertensão, doenças cardiovasculares, entre outras. Neste enfoque, o presente trabalho realizou a síntese de hidrogéis à base de carboximetilcelulose (CMC), reticulados quimicamente com ácido cítrico, modificados com vitamina D com incorporação de nanocristais de celulose obtidos por duas rotas químicas. Esses hidrogéis e nanocristais foram caracterizados por espectroscopia no infravermelho (FTIR), espectroscopia no ultravioleta visível (UV-Vis), difração de raio-X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV), microscopia eletrônica de transmissão (MET), espectroscopia de fotoelétrons (XPS), ensaio de citotoxicidade, cinética de liberação acumulada da vitamina D, intumescimento e gel-fraction. Os resultados demonstraram que a formação da estrutura reticulada ocorreu especialmente pela reação dos grupos hidroxilas da CMC com as hidroxilas do ácido cítrico, confirmada por espectroscopia no infravermelho. A morfologia dos hidrogéis foi analisada por MEV, apresentando uma superfície lisa e homogênea, enquanto os nanocristais apresentaram dois tipos de morfologia típica de nanocelulose a depender da rota química utilizada, formando nanocristais e nanofibrilas. A difração de raio-X apresentou picos associados à cristalinidade dos nanocristais obtidos pelas diferentes rotas, diferentes dos hidrogéis sem os nanocristais que apresentaram uma estrutura mais amorfa. A espectroscopia no ultravioleta visível mostrou bandas associadas à celulose presentes na incorporação dos CNC nos hidrogéis. A cinética de liberação acumulada da vitamina D demonstrou que os hidrogéis de ambas as rotas obtiveram uma liberação em torno de 38 ng.mL-¹ de vitamina D, resultado dentro da faixa ideal de vitamina D diária necessária ao corpo humano. Ademais, os nanocristais não apresentaram nenhuma citotoxicidade nas diferentes concentrações testadas. Logo, neste trabalho foram desenvolvidos hidrogéis com características compatíveis para a utilização como biomateriais, para potencial aplicação na liberação controlada de fármaco.