Síntese, caracterização e avaliação do potencial em drug delivery de BioMOFs (Biocompatible Metal-Organic Frameworks) de Zn (II)

Abstract

Metal-Organic Frameworks (MOFs) são polímeros ou redes de coordenação que possuem estrutura aberta contendo poros potencialmente disponíveis. Por serem cristalinos, porosos, leves e possuírem valores elevados de área específica e considerável estabilidade térmica, essa nova classe de compostos vem sendo estudada em diversas áreas como armazenamento e separação de gases, catálise heterogênea, drug delivery, sensores químicos, entre outras. A possibilidade de construção desses materiais porosos usando bioelementos e ligantes orgânicos biocompatíveis ou com atividade biológica deu origem aos BioMOFs (Biocompatible Metal-Organic Frameworks). Esses compostos, além das características já descritas anteriormente, possuem baixa ou nenhuma citotoxicidade frente a células humanas, sendo adequados então para serem investigadas em drug delivery. Desta forma, objetiva-se neste trabalho realizar a síntese, caracterização e avaliação do potencial em drug delivery de BioMOFs baseados no ligante adenina e íons zinco (II). Na primeira etapa do trabalho foi investigado o efeito de alterações nas condições de síntese de um sistema já estudado na literatura (BioMOF-1 e BioMOF-100), incluindo pH e razão CTAB:Zn. Medidas de difração de raios-X do pó e ressonância magnética nuclear no estado sólido mostraram que, de uma maneira geral, as mudanças nesses parâmetros levaram à formação de um mesmo produto, o BioMOF-1. No entanto, medidas de fisissorção de N2 e fotoluminescência evidenciaram um material com porosidade e luminescência, respectivamente, distintas das observadas em seus análogos. Incrementos no pH da síntese diminuíram nucleação dos cristais do BioMOF-Zn levando a obtenção de cristais de até 31,11 µm em pH 6,75. A presença do surfactante CTAB também influenciou a nucleação dos cristais de BioMOF-Zn, sendo possível obter partículas de até 46,73 µm com o uso da razão CTAB:Zn igual a 1. Experimentos de fisissorção de N2 revelaram a natureza micro e mesoporosa do BioMOF-Zn, com diâmetros de porode 5,70 nm e área específica de 350,71 m2 g-1. Esse composto também apresenta forte emissão no visível em 465 nm quando excitado com radiação UV (λex = 365 nm). Ensaios de drug delivery mostraram que o BioMOF-Zn tem alta capacidade de adsorção de diclofenaco de sódio (1,78 g do fármaco por grama de material em 7 dias de encapsulamento). Aliado a isto, o perfil de liberação do diclofenaco em tampão PBS pH 7,4 (56% após 48 horas) revela que este material pode ser considerado um promissor candidato a carregador de fármacos aniônicos em sistemas de drug delivery.

Metal-Organic Frameworks (MOFs) are coordination polymers that have an open structure, containing potentially void porous. Being crystalline, porous, light and have high values of specific area and a considerable thermal stability, this new class of compounds has been studied in various fields such as storage and separation gas, heterogeneous catalysis, drug delivery, chemical sensors, among others. The possibility of construction of porous materials using bioelements and biocompatible organic ligands with biological activity provided the called BioMOFs (Biocompatible Metal-Organic Frameworks). Moreover, these class of materials has a low or none citotoxicity against human cells, being suitable to be investigated in drug delivery systems. Thus aim of this study is synthesis, characterization and evaluation potential of drug delivery of BioMOFs based on adenine linker and zinc (II). In the first stage of the work was investigated the effect of changes in conditions of synthesis of a system have reported, the BioMOF-1 and BioMOF-100, including pH and CTAB:Zn ratio. Powder x-ray diffraction and nuclear magnetic resonance measurements showed that in general, changes in these parameters led to the formation of a single product, the BioMOF-1.However, nitrogen adsorption and photoluminescence measurements showed a material with porosity and luminescence, respectively, different of the analogues it. Increase in pH of the synthesis decreased nucleation of BioMOF-Zn crystals, leading to obtaining crystals of up 31,11 µm at pH 6,75. The presence of CTAB surfactant also influenced BioMOF-Zn crystals nucleation, it is possible to obtain particles of up to 46,73 µm using the CTAB:Zn ratio equal to 1. Nitrogen adsorption studies showed a micro and mesoporous nature of BioMOF-Zn, with average pore size of 5.70 nm and BET surface area of 350 m2 g -1. These material also shows stronger emission in visible at 465 nm upon excited with UV ligth (λex = 365 nm). Drug delivery experiments showed that BioMOF-Zn has a high capacity for adsorption of diclofenac (1,78 drug per gram of material). Allied to this, the release profile of diclofenac in PBS buffer pH 7,4 (56% after 48 hours)reveals that this material it is a promising candidate for anionic molecules carrier in drug delivery systems.