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ABSTRACT - The experimental method usually used to monitor a drug release is not always representative of the natural conditions under which this process occurs. In most cases, the study of drug release kinetics is a static process that is unaffected by the fluid dynamics that occur in all living organisms. In this thesis, a dynamic cell was developed to quantify the release of Brimonidine, a drug used in the treatment of glaucoma, from a thin nanostructured film in real-time. More specifically, the design and subsequent 3D printing of a dynamic cell under a constant flow of an aqueous solution were made to monitor the release of Brimonidine. For the present work, multilayer films composed of Brimonidine encapsulated in Polymer β-cyclodextrin alternated with a water-soluble polymer, poly-β-amino ester was prepared by the layer-by-layer technique, and their growth was controlled by Ultraviolet-Visible Spectroscopy, Atomic Force Microscopy and Neutron Reflectivity Brimonidine release kinetics were monitored in the dynamic cell immersing the films in a volume of about 25 cm3 under the influence of two flow rates: Q= 4.14 mL/min and Q=2 mL/min. Samples were collected at specific times and analyzed by Ultraviolet-Visible spectroscopy. Results demonstrated a stratified release of Brimonidine at both flow rates, where each step corresponded to the release of a bilayer. The kinetics have been found to be slower for the lower flow rate. This work demonstrated the relevance of using a dynamic drug release control system that can be used in other drug delivery systems.
RESUMO - O método experimental para a monitorização da libertação de um fármaco nem sempre é representativo das condições naturais em que este processo ocorre. Na maior parte dos casos, o estudo da cinética de libertação de um fármaco ocorre de forma estática, sem sofrer influencia das dinâmicas de fluidos que se encontram presentes em qualquer organismo vivo. Nesta tese desenvolveu-se uma célula que permite quantificar a libertação de Brimonidina, fármaco usado no tratamento do glaucoma, a partir de filmes finos e nanoestruturados em tempo real. Mais especificamente, foi feito o projeto e posterior impressão 3D de uma célula dinâmica que serviu como suporte para os filmes criados com a Brimonidina serem sujeitos uma solução aquosa com um fluxo dinâmico e caudal ajustável. Para o presente trabalho, filmes de multicamadas compostos por Brimonidina encapsulada em polímero de β-ciclodextrina e alternadas com um polímero hidrossolúvel, poli- β-amino-éster (PBAE) foram preparados pela técnica de camada sobre camada e o seu crescimento foi controlado por Espectroscopia de Ultravioleta-Visível, Microscopia de Força Atómica e Reflectividade de Neutrões A cinética de libertação da Brimonidina foi monitorizada na célula impressa com um volume de cerca de 25 cm3 sob a influência de dois caudais: 4.14 mL / min e 2 mL / min. As amostras foram recolhidas em tempos específicos e analisadas por Espectroscopia de Ultravioleta-Visível. Os resultados demonstraram uma liberação estratificada de Brimonidina em ambos os caudais, onde cada etapa correspondia à libertação de uma bicamada. Verificou-se que a cinética é mais lenta para o caudal mais baixo. Com este trabalho demonstrou-se a importância de usar um sistema dinâmico para o controlo da libertação de fármacos onde é possível observar uma libertação passo por passo e pode ainda ser usado para outros sistemas semelhantes.
RESUMO - O método experimental para a monitorização da libertação de um fármaco nem sempre é representativo das condições naturais em que este processo ocorre. Na maior parte dos casos, o estudo da cinética de libertação de um fármaco ocorre de forma estática, sem sofrer influencia das dinâmicas de fluidos que se encontram presentes em qualquer organismo vivo. Nesta tese desenvolveu-se uma célula que permite quantificar a libertação de Brimonidina, fármaco usado no tratamento do glaucoma, a partir de filmes finos e nanoestruturados em tempo real. Mais especificamente, foi feito o projeto e posterior impressão 3D de uma célula dinâmica que serviu como suporte para os filmes criados com a Brimonidina serem sujeitos uma solução aquosa com um fluxo dinâmico e caudal ajustável. Para o presente trabalho, filmes de multicamadas compostos por Brimonidina encapsulada em polímero de β-ciclodextrina e alternadas com um polímero hidrossolúvel, poli- β-amino-éster (PBAE) foram preparados pela técnica de camada sobre camada e o seu crescimento foi controlado por Espectroscopia de Ultravioleta-Visível, Microscopia de Força Atómica e Reflectividade de Neutrões A cinética de libertação da Brimonidina foi monitorizada na célula impressa com um volume de cerca de 25 cm3 sob a influência de dois caudais: 4.14 mL / min e 2 mL / min. As amostras foram recolhidas em tempos específicos e analisadas por Espectroscopia de Ultravioleta-Visível. Os resultados demonstraram uma liberação estratificada de Brimonidina em ambos os caudais, onde cada etapa correspondia à libertação de uma bicamada. Verificou-se que a cinética é mais lenta para o caudal mais baixo. Com este trabalho demonstrou-se a importância de usar um sistema dinâmico para o controlo da libertação de fármacos onde é possível observar uma libertação passo por passo e pode ainda ser usado para outros sistemas semelhantes.
Description
Mestrado em Engenharia Biomédica
Keywords
Drug delivery system Dynamic cell 3D printing Brimonidine Layer-by-layer technique Distribuição de fármacos Célula dinâmica Impressão 3D Brimonidina Técnica de camada-sobre-camada
Citation
Pereira TA. Development of a liquid cell to study the release of brimonidine in real time [dissertation]. Lisboa: Escola Superior de Tecnologia da Saúde de Lisboa - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa/Instituto Politécnico de Lisboa; 2019.
Publisher
Instituto Politécnico de Lisboa, Escola Superior de Tecnologia da Saúde de Lisboa