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Publicação
Bioneedles for tailored pain-free drug delivery
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Resumo(s)
Microneedles have gained recognition as promising alternatives for drug delivery due to their simplicity, painless application, and high patient compliance. However, despite these advantages, their widespread adoption faces challenges, particularly in the development of biocompatible materials capable of providing tuneable and controlled drug release. This study demonstrates the successful fabrication of protein-coated polymeric microneedles through a fusion micromoulding process. The polymer used was poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate-co-3-hydroxyhexanoate) (PHBHVHHx), a terpolymer composed of 55 wt% 3HB, 21 wt% HV and 24 wt%HHx. The polymer was extracted from microbial cells by Soxhlet with chloroform, purified by ethanol precipitation and characterized by thermal and structural analyses. PHBHVHHx showed low crystallinity (5.4%) and high thermal stability (T5% at 275 °C), making it suitable for fusion micromoulding. The manufactured microneedles showed good mechanical properties, including flexibility and optimal dimensions (average height of 592 µm, base diameter of 256 µm).
A pH-responsive protein was recombinantly produced in Escherichia coli and purified via inclusion body washing method (88% purity and 13% yield) and was applied as a coating to the microneedles. Thermal characterization of the protein showed high thermal stability. Scanning electron microscopy (SEM) and enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) confirmed the success of the protein coating, without altering the physical properties of the microneedles. Mechanical testing demonstrated that both coated and uncoated microneedles exhibited adequate force for skin penetration (about 4.59 N). Insertion tests using Parafilm® demonstrated excellent penetration efficiency, with coated and uncoated microneedles achieving 96 ± 2% and 97 ± 2%, respectively. Furthermore, it was simulated the drug loading with fluorescein, which was confirmed by increased fluorescence intensity on the surface of the microneedles.
These results indicate that PHBHVHHx-based microneedles, combined with the protein, have the potential as a transdermal drug delivery system.
As microagulhas têm sido amplamente reconhecidas como alternativas promissoras para a administração de fármacos, devido à sua simplicidade, aplicação indolor e elevada adesão por parte dos pacientes. Contudo, apesar destas vantagens, a sua implementação generalizada ainda enfrenta desafios, nomeadamente no desenvolvimento de materiais biocompatíveis que permitam uma libertação de fármacos ajustável e controlada. Este estudo demonstra a fabricação bem-sucedida de microagulhas poliméricas revestidas com proteínas, através de um processo de micromoldagem por fusão. O polímero utilizado foi o poli(3-hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato-co-3-hidroxihexanoato) (PHBHVHHx), um terpolímero constituído por 55 %(m/m) de 3HB, 21 %(m/m) de HV e 24 %(m/m) de HHx. O polímero foi extraído de células microbianas por Soxhlet com clorofórmio, purificado por precipitação com etanol e caracterizado através de análises térmicas e estruturais. O PHBHVHHx apresentou uma baixa cristalinidade (5,4%) e elevada estabilidade térmica (T5% a 275 °C), tornando-o adequado para a micromoldagem por fusão. As microagulhas fabricadas demonstraram boas propriedades mecânicas, incluindo flexibilidade e dimensões otimizadas (altura média de 592 μm e diâmetro da base de 256 μm). Uma proteína sensível ao pH, foi produzida por via recombinante em Escherichia coli, purificada através de um método de lavagem de corpos de inclusão (88% de pureza e 13,2% de rendimento), e utilizada como revestimento das microagulhas. A caracterização térmica demonstrou que a proteína era estável até 200 °C, decompondo-se acima de 220 °C. A microscopia eletrónica de varrimento (SEM) e o ensaio imunoenzimático (ELISA) confirmaram o sucesso do revestimento de proteína, sem alterar as propriedades físicas das microagulhas. Testes mecânicos indicaram que tanto as microagulhas revestidas como as não revestidas exibiram força suficiente para penetração cutânea (~4,59 N). Ensaios de inserção em Parafilm® demonstraram uma excelente eficiência de penetração (96 ± 2% para as microagulhas revestidas e 97 ± 2% para as não revestidas). A simulação da incorporação da fluoresceína foi confirmada pelo aumento da intensidade de fluorescência na superfície das microagulhas. Estes resultados indicam que as microagulhas de PHBHVHHx, combinadas com proteína, têm um grande potencial como sistema transdérmico de libertação de fármacos.
As microagulhas têm sido amplamente reconhecidas como alternativas promissoras para a administração de fármacos, devido à sua simplicidade, aplicação indolor e elevada adesão por parte dos pacientes. Contudo, apesar destas vantagens, a sua implementação generalizada ainda enfrenta desafios, nomeadamente no desenvolvimento de materiais biocompatíveis que permitam uma libertação de fármacos ajustável e controlada. Este estudo demonstra a fabricação bem-sucedida de microagulhas poliméricas revestidas com proteínas, através de um processo de micromoldagem por fusão. O polímero utilizado foi o poli(3-hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato-co-3-hidroxihexanoato) (PHBHVHHx), um terpolímero constituído por 55 %(m/m) de 3HB, 21 %(m/m) de HV e 24 %(m/m) de HHx. O polímero foi extraído de células microbianas por Soxhlet com clorofórmio, purificado por precipitação com etanol e caracterizado através de análises térmicas e estruturais. O PHBHVHHx apresentou uma baixa cristalinidade (5,4%) e elevada estabilidade térmica (T5% a 275 °C), tornando-o adequado para a micromoldagem por fusão. As microagulhas fabricadas demonstraram boas propriedades mecânicas, incluindo flexibilidade e dimensões otimizadas (altura média de 592 μm e diâmetro da base de 256 μm). Uma proteína sensível ao pH, foi produzida por via recombinante em Escherichia coli, purificada através de um método de lavagem de corpos de inclusão (88% de pureza e 13,2% de rendimento), e utilizada como revestimento das microagulhas. A caracterização térmica demonstrou que a proteína era estável até 200 °C, decompondo-se acima de 220 °C. A microscopia eletrónica de varrimento (SEM) e o ensaio imunoenzimático (ELISA) confirmaram o sucesso do revestimento de proteína, sem alterar as propriedades físicas das microagulhas. Testes mecânicos indicaram que tanto as microagulhas revestidas como as não revestidas exibiram força suficiente para penetração cutânea (~4,59 N). Ensaios de inserção em Parafilm® demonstraram uma excelente eficiência de penetração (96 ± 2% para as microagulhas revestidas e 97 ± 2% para as não revestidas). A simulação da incorporação da fluoresceína foi confirmada pelo aumento da intensidade de fluorescência na superfície das microagulhas. Estes resultados indicam que as microagulhas de PHBHVHHx, combinadas com proteína, têm um grande potencial como sistema transdérmico de libertação de fármacos.
Descrição
Palavras-chave
Microneedles array Polyhydroxyalkanoate Reflectin Transdermal drug delivery systems