Nome do Projeto
UTILIZAÇÃO DE AMIDOS MODIFICADOS EM FILME MUCOADESIVO DE LIBERAÇÃO CONTROLADA E SEUS EFEITOS NA REDUÇÃO DA DIGESTIBILIDADE DE CARBOIDRATOS
Ênfase
Pesquisa
Data inicial - Data final
31/07/2020 - 31/07/2023
Unidade de Origem
Coordenador Atual
Área CNPq
Ciências Agrárias
Resumo
O projeto de pesquisa “Utilização de amidos modificados em filme mucoadesivo de liberação controlada e seus efeitos na redução da digestibilidade de carboidratos” consta de dois subprojetos, o primeiro tem por objetivo modificar amido com diferentes teores de amilose por fosfatação e por ligação cruzada. Neste subprojeto serão avaliados o teor de amilose, grau de substituição, propriedades de pasta, textura do gel, poder de inchamento, solubilidade, propriedades térmicas, cristalinidade relativa, morfologia dos grânulos, propriedades térmicas, FTIR e digestibilidade. Com os resultados destas análises, buscar-se-á as melhores características de amido modificado para a elaboração de filme mucoadesivo de liberação controlada. No segundo subprojeto objetiva-se a elaboração e caracterização de filme mucoadesivo de liberação controlada e seus efeitos sobre a digestibilidade de carboidratos. Neste subprojeto serão elaborados filmes mucoadesivos para o aprisionamento e liberação controlada de medicamento para o tratamento do diabetes. Serão utilizados para o aprisionamento os amidos modificados no subprojeto 1. Nestes filmes mucoadesivos serão verificadas a avaliação subjetiva, espessura do filme, poder de inchamento, solubilidade, resistência ao dobramento, teor de umidade, uniformidade do medicamento, capacidade de interação amido:medicamento, propriedade mucoadesiva, morfologia, porosidade, grau de hidratação, percentual de erosão, tempo de residência e a simulação in vitro do efeito do uso do filme no processo de digestão de carboidratos. Como resposta dos dois subprojetos, espera-se desenvolver novos sistemas mucoadesivos de liberação controlada e que estes auxiliem no tratamento de diversas doenças.

Objetivo Geral

Elaborar um filme mucoadesivo de liberação controlada a partir de amido modificado e avaliar suas características físicas, químicas e morfológicas, bem como seus efeitos sobre a redução da digestiblilidade de carboidratos.

Justificativa

O mercado de amido vem crescendo e se aperfeiçoando ao longo últimos anos, levando à busca de produtos com características específicas que atendam às exigências industriais. O amido é um polímero versátil tanto pelo baixo custo, por ser obtido a partir de recursos naturais, quanto às suas propriedades físico-químicas que variam dependendo do teor de amilose, ou ainda, que podem ser alteradas pela modificação, que pode ser química, física ou enzimática. Na área alimentícia, o amido é aplicado diretamente como agente espessante, em molhos, sobremesas, cremes, e pode, depois da hidrólise enzimática, ser usado como adoçante em bebidas e produtos de confeitaria. O amido também é importante para fins não alimentares, como na indústria papeleira, no dimensionamento de papel e cartão, na produção de adesivos, na indústria têxtil e de embalagens (Jobling, 2004).
O uso de amido na elaboração de filmes tem sido motivo de estudo nas últimas décadas (Bruni et al., 2018; Colussi et al., 2017; Ghavimi et al., 2014; Meneguin et al., 2014; Tuovinen et al., 2003; Nair et al., 2003;), e, estes estudos apontaram que em sua forma nativa nem sempre apresenta propriedades adequadas a este fim, ainda, alguns estudos mostram que o teor de amilose possui grande influência nas propriedades físicas, químicas e tecnológicas dos filmes (Colussi et al., 2017). Para buscar as características desejadas, a modificação têm sido uma excelente alternativa. A fosfatação e ligação cruzada por exemplo, além de melhorarem as características dos filmes de amido, como a resistência a tração, redução da solubilidade e ao vapor de água, também se destacam por serem bons aprisionadores de compostos, como óleos essenciais e medicamentos (Simi & Abraham, 2007).
Dentre os vários estudos publicados, podemos citar alguns, como o Meneguin et al. (2014), que elaboraram filmes de amido modificado e pectina para o aprisionamento de medicamento para liberação controlada no cólon, e verificaram elevada efetividade no aprisionamento e liberação controlada do mesmo. O potencial do amido acetilado também foi estudado para a elaboração de filmes com liberação controlada (Tuovinen et al., 2003), onde foi verificado que todas as intensidades de acetilação estudadas apresentaram maior eficiência no aprisionamento do medicamento do que o amido nativo. Ispas-Szabo et al., (1999) estudaram a relação entre a estrutura e as propriedades do amido de alta amilose com ligação cruzada para uso na liberação controlada de drogas, eles verificaram que o amido modificado com ligação cruzada forma uma rede (altamente estabilizada por ligação covalente e de hidrogênio) que é capaz de controlar a penetração da água e a liberação do fármaco. Os produtos obtidos a partir deste amido modificado também exibiram maior dureza, maior tempo de liberação da droga e melhor resistência mecânica durante e após o inchaço. Bruni et al., (2018) modificou amido de trigo por fosforilação e ligação cruzada para a elaboração de filmes, os filmes obtidos pelo amido modificado por ligação cruzada foram homogêneos, enquanto que o filme obtido a partir do amido fosfatado apresentou elevada porosidade e baixa permeabilidade ao vapor de água, fator que pode ser interessante na aplicação como mucoadesivo de liberação controlada, entretanto, apresentou algumas rachaduras, os autores mencionam que é necessário mais estudos para melhorar o processo tecnológico de formação de filme.
Além das características de aprisionamento, os filmes de amido, quando umedecidos, apresentam boa capacidade de adesão, características estas que são fundamentais na elaboração de mucoadesivos para a liberação controlada. O sistema de mucoadesão envolve a ligação de um polímero natural ou sintético a um substrato biológico. É um método prático de imobilização ou de localização de drogas e um aspecto importante na liberação controlada de fármacos (Huang et al., 2000). Dispositivos mucoadesivos podem melhorar a eficácia de drogas, mantendo sua concentração no plasma a níveis terapêuticos durante longos períodos de tempo, inibindo a diluição da droga nos fluidos corporais (Bravo-Osuna et al., 2007).
Neste contexto, acredita-se que o uso do amido modificado seria uma excelente maneira de aprisionar medicamentos para o tratamento de diabetes, como a glipizida e a acarbose, que já foram encapsuladas em sistemas de liberação controlada elaborados com hidroxipropimetilcelulose (HPMC) e apresentaram bom desempenho (Patel et al., 2010). Outros estudos como os reportados por Gaba et al 2011 e Gayathri & Jayakumari, (2019) reportam os benefícios da liberação controlada destes medicamentos, uma vez que a administração imediata geralmente causa efeitos colaterais, como dores abdominais, diarreias e flatulências (Araujo et al., 2000). Assim, a proposta do uso do amido modificado como agente de liberação controlada ampliaria a gama de matrizes de liberação controlada presentes no mercado.
A melhor maneira de verificar a eficiência de aprisionamento dos medicamentos seria pela avaliação do seu desempenho frente à digestão de carboidratos em sistemas de digestão simulados. Ao encontro disso, cada vez mais aperfeiçoados, os sistemas de digestão in vitro simulam o processo digestivo de seres humanos. O sistema de digestão in vitro geralmente usado para estudar a digestão do amido em laboratório baseia-se nas condições da boca, do estômago e do intestino delgado usando fluidos de digestão. Deste processo de digestibilidade in vitro obtém-se uma curva que representa o quanto de glicose foi liberado tanto na boca, no estômago e no intestino delgado. Embora a digestão in vitro seja uma técnica altamente útil, existem algumas limitações, como a dificuldade de simular exatamente a fisiologia do corpo humano, que pode influenciar a taxa de digestão de amido. No entanto, quando uma metodologia é padronizada, é possível comparar amostras de forma mais precisa, uma vez que na digestão in vivo (usando animais) podem ocorrer mudanças de indivíduo para indivíduo, resultando em grandes variações na mesma amostra. Vários estudos científicos encontraram uma boa correlação entre os resultados de digestão in vitro e in vivo (Colussi & Singh, 2017).
Nosso grupo de pesquisa vem estudando a modificação de amido ao longo da última década (Colussi et al., 2018; El Hallal et al., 2015; Colussi et al., 2015; Kein et al, 2014; Colussi et al., 2014; Klein et al, 2013; Vanier et al., 2012; Dias et al., 2011), a modificação do amido e o efeito da modificação sobre a digestão (Colussi et al., 2018; Colussi et al., 2017), e, mais recentemente a digestão do amido na matriz do alimento (Batista et al., 2019; Goebel et al., 2019). Como já possuímos uma metodologia bem definida para a digestão do amido, neste estudo buscamos uma alternativa para a redução da digestão ou uma redução da taxa de digestão. Nossa motivação são os crescentes números de pessoas obesas, com doenças cardiovasculares, diabetes e consequentemente síndrome metabólica que, de acordo com o Ministério da Saúde são 12,5 milhões de brasileiros, o que representa 7% da população.

Metodologia

O presente projeto está dividido em dois subprojetos, conforme descrito a seguir:

Subprojeto 1: Amido modificado como matriz polimérica para a elaboração de sistema mucoadesivo.
Este estudo visa modificar amido com diferentes teores de amilose por dois diferentes métodos. Este estudo visa melhores características do amido para posterior elaboração de sistema mucoadesivo para a administração controlada de medicamentos. O delineamento consta de três amidos com diferentes teores de amilose, dois tipos de modificação, mais os três amidos nativos, totalizando 9 tratamentos.

Subprojeto 2: Elaboração e caracterização de filme mucoadesivo e seus efeitos sobre a digestibilidade de carboidratos.
Este estudo visa elaborar um filme mucoadesivo de liberação controlada a partir de amido modificado. O delineamento consta de três amidos com diferentes teores de amilose nativos, e modificados por dois diferentes métodos, e dois tipos de medicamento, totalizando 18 tratamentos.

Avaliações
Teor de fósforo: O teor de fósforo dos amidos será determinado conforme metodologia sugerida por Smith e Caruso (1964).
Teor de amilose: O teor de amilose será determinado por método colorimétrico com iodo, conforme metodologia descrita por McGrance, Cornell e Rix (1998).
Propriedades de pasta: As propriedades de pasta dos amidos serão avaliadas em Analisador Rápido de Viscosidade (RVA) (Rapid Visco Analyser, modelo RVA-4, Newport Scientific, Austrália), utilizando o perfil Standard Analysis 1.
Textura do gel de amido: A textura do gel será determinada pelo uso de texturômetro.
Poder de inchamento e solubilidade do amido: O poder de intumescimento e solubilidade dos amidos a 90°C serão determinados segundo metodologia de Leach, McCowene Schoch (1959).
Propriedades térmicas do amido: As características de gelatinização dos amidos serão determinadas por calorimetria diferencial de varredura, DSC.
Cristalinidade relativa do amido: Os difratogramas dos amidos serão obtidos com difratômetro de raios-X, e a cristalinidade relativa dos grânulos de amido será calculada conforme descrito por Rabek (1980).
Morfologia: A morfologia dos grânulos de amido e dos filmes será examinada por microscopia eletrônica de varredura.
FTIR: Os espectros de infravermelho das amostras de amidos nativos e modificados serão obtidos em espectrofotômetro com transformada de Fourier.
Digestibilidade in vitro: A digestão in vitro será simulada de acordo com método proposto por Dartois et al. (2010), utilizando modelo de digestão de duas fases, simulando condições gástricas e do intestino delgado. A digestibilidade será realizada tanto no amido modificado, quanto para avaliar o efeito da aplicação do sistema de liberação controlada.
Avaliação subjetiva dos filmes: Na avaliação subjetiva serão empregados parâmetros estabelecidos por Gontard (1991), verificando-se as características: continuidade (ausência de ruptura após a secagem), homogeneidade (ausência de partículas insolúveis, bolhas de ar ou zonas de opacidade) e manuseabilidade (possibilidade de ser manuseado sem riscos de ruptura).
Espessura do filme: A espessura dos filmes será avaliada em triplicata, através da média dos valores de oito pontos aleatórios em diferentes seguimentos do filme utilizando-se micrômetro digital.
A solubilidade em água: A solubilidade será avaliada conforme por Colussi et al., (2017).
Resistência ao dobramento: Será determinada pelo uso de texturômetro.
Teor de umidade: Os teores de umidade dos filmes serão determinados pelo método da estufa a 105 °C com circulação natural de ar até peso constante (AACC, 1995), sendo os resultados calculados em base úmida e expressos em g.100 g-1.
Capacidade de interação amido:medicamento: Interação do medicamento e do carboidrato será determinada usando ATR-FTIR.
Propriedade mucoadesiva: As propriedades mucoadesivas serão avaliadas simulando as condições da boca, conforme metodologia proposta por Nair et al. (2013).
Grau de hidratação: As propriedades de hidratação dos filmes serão avaliadas como percentual de hidratação, conforme descrito por Öner, Eroglu, & Sargon, (2007).
Erosão do filme: As características de erosão dos filmes serão avaliadas determinando o percentual de erosão do polímero, conforme Nair et al. (2013).
Tempo de residência do filme: O tempo de residência do filme na boca será simulado de acordo com a metodologia proposta por Sudhakar et al., (2006).

Indicadores, Metas e Resultados

-Elaborar um sistema de liberação controlada de baixo custo, a partir de amido modificado para medicamentos utilizados no tratamento da diabetes, visando melhorar a qualidade de vida da população diabética.
-Definir qual medicamento e qual concentração de medicamento melhor se adequará à matriz de liberação controlada e verificar o uso potencial deste sistema em simulação das condições gastrointestinais de digestão in vitro.
-Elaborar ao menos 1 (um) artigo científico internacional para divulgação dos resultados encontrados em revistas científicas da área.
-Elaborar ao menos 5 (cinco) resumos para divulgação em seminários, simpósios e/ou congressos da área.
-Espera-se ainda, que com a divulgação dos resultados possam ser desenvolvidos novos sistemas mucoadesivos de liberação controlada e que estes auxiliem no tratamento de diversas doenças.

Equipe do Projeto

NomeCH SemanalData inicialData final
ALANA COUTO PEREIRA
ISABEL DA CUNHA SANTOS
LARISSA BUBOLZ
LUCAS ÁVILA DO NASCIMENTO
MOACIR CARDOSO ELIAS1
NATHAN LEVIEN VANIER1
ROSANA COLUSSI2
SHANISE LISIE MELLO EL HALAL

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