1.1. Boala inflamatorie a intestinului. Epidemiologie și tratament. Boala inflamatorie a intestinului (IBD) se caracterizează prin inflamație cronică… [608987]

1
CAPITOLUL 1
1. Introducere

1.1. Boala inflamatorie a intestinului. Epidemiologie și tratament.
Boala inflamatorie a intestinului (IBD) se caracterizează prin inflamație cronică
neinfecțioasă a tractului gastrointestinal și include în principal boala Crohn (care poate afecta
orice segment al tractului gastrointestinal de la gură până la anus), colită ulceroasă (care poate
afecta mucoasa colonică) și colită de cauză nedeterminată. În boala Crohn și colita ulcerativă
sunt frecvent întâlnite dureri abdominale și diar ee. Sângerarea rectală apare mai frecvent în colita
ulceroasă decât cu boala Crohn, dar pacienții cu boala Crohn se confruntă adesea cu pierderi în
greutate și boli perianale. Bolile inflamatorii ale intestinului apar de obicei la adulți cu vârsta
cuprinsă între 20 și 40 de ani. Bolile inflamatorii ale intestinului pot afecta negativ toate
aspectele vieții unei persoane. Deși cauza bolii nu este încă cunoscută în totalitate, se sugerează
că boala inflamatorie a intestinului este un rezultat al răspunsului i mun necontrolat la un factor
declanșator la persoanele predispuse genetic. Rolul factorilor de mediu, fie ca declanșatori sau
cauze ale răspunsului imun necontrolat, continuă să fie dezbătut.
Boala inflamatorie a intestinului a fost considerată o boală a ț ărilor dezvoltate, dar s -a
observat o schimbare a modelului epidemiologic, indicând stabilizarea incidenței în țările
dezvoltate, prevalența bolii fiind ridicată, dar și o creștere rapidă de cazuri în țările nou
industrializate în America de Sud, Europa de Est, Asia și Africa. Boala Crohn și colita ulceroasă,
cunoscută colectiv ca boală inflamatorie a intestinului (IBD), se caracterizează prin inflamații
cronice ale tractului gastrointestinal. Cea mai mare prevalență a bolii raportată în 2017 în Europa
a fost în Norvegia (505 cazuri de colită ulcerativă la 100 000 de persoane), în Germania (322
cazuri de boală Crohn la 100 000 de persoane) și în America de Nord în SUA (286 cazuri de
ulcerative colită la 100000 persoane), precum și în Canada (319 cazuri de bo ală Crohn la 100
000 de persoane) [ 1,2]
Scopul tratamentului bolilor inflamatorii intestinale cronice este de a reduce inflamația care
declanșează semnele și simptomele. În cele mai bune cazuri, acest lucru poate duce nu numai la
ameliorarea simptomelor, ci și inducerea și menținerea remisiei pe termen lung ceea ce determină
riscuri reduse de complicații. Tratamentul IBD implică, de obicei, fie terapie medicamentoasă, fie
chirurgie. Ca și medicație sunt utilizati aminosalicilații, corticosteroizii (sunt ineficienți în menținerea
remisiei), imunom odulatorii (in general nu sunt recomandati datorită incetării acțiunii și a toxicității).
În unele cazuri de boală Crohn perianala se pot utiliza antibiotice cum ar fi ciprofloxacin si
metronidazol împreuna cu alte medicamente.
Tratarea bolii inflamatorii de colon cronice presupune reducerea inflamației care
declanșează semnele și simptomele. În cele mai bune cazuri, acest lucru poate conduce nu numai
la ameliorarea simptomelor, ci și la inducerea și menținerea remisiei pe termen lung, ceea ce
determină ris curi și complicații reduse. Tratamentul pentru IBD implică, de obicei, fie terapie
medicamentoasă, fie chirurgie. Aminosalicilații, corticosteroizii (sunt ineficienți în menținerea
remisiei), imunomodulatoarele (în general, nu sunt recomandate din cauza în cetării acțiunii și a
toxicității) sunt utilizate ca medicamente. În unele cazuri de boală Crohn perianală, antibioticele
precum ciprofloxacina și metronidazol pot fi utilizate în combinație cu alte medicamente [3].

2

În prezent nu exista strategii terapeu tice capabile să modifice semnificativ prognosticul
bolii inflamatorii de colon. Terapia nutriționala deține posibilități interesante pentru tratament iar
curcumina a câștigat interes datorită acțiunii sale farmacologice și proprietaților sale. Cercetările
anterioare au remarcat potențialele beneficii ale utilizării curcuminei în tratarea bolilor
intestinale. Principalul mecanism, prin care curcumina mediază aceste efecte este legată de
suprimarea factorului nuclear Kappa -light-chain -enhancer (NF -KB). În pl us, activitatea
curcuminei include suprimarea interleukinei 1 (IL -1) și a factorului nec rozei tumorale alfa (TNF –
α) două cytokine importante în reglarea răspunsurilor inflamatorii. Pentru aceste activități
importante, curcumina este considerată un tratament potențial în boala inflamatorie intestinală [4,
5].
1.2. Curcumina.
1.2.1. Istoric și generalități.
Turmeric ( Curcuma longa ), o plantă perenă aparținând familiei de ghimbir. Este cultivată
intens în sudul și sud -estul Asiei tropicale. Rizomii acestei plante sunt cel mai des utilizați în
scopuri culinare și medicinale. Componenta biologică activă din turmeric este curcumina, și se
găsește în condiment într -un procent care variază între 2% și 5%. Culoarea galbenă caracteristică
a turmericului se datorează curcuminoizilor, izolați pentru prima dată de Vogel în 1842.
Curcumina este o pulbere cristal ină de culoare galben -portocalie, insolubilă în apă.
Structura curcuminei (C21H20 O6) a fost descrisă pentru prima dată în 1910 de către Lampe și
Milobedeska și s -a arătat a fi diferuloilmetan. Turmericul este utilizat ca și condiment dietetic
sau colorant în alimente și textile. Este utilizat pe scară largă în medicina tradițională indiană
pentru a vindeca afecțiunile biliare, anorexia, tuse, răni diabetice, tulburări hepatice, reumatism
și sinuzită.
Pasta de turmeric în var stins este un remediu popular u tilizat în casă pentru tratamentul
inflamațiilor și rănilor. Timp de secole, curcumina a fost consumată sub formă de condiment
dietetic, în doze de până la 100 mg / zi. Cercetările ample effectuate în ultimele cinci decenii au
indicat că curcumina reduce c olesterolul din sânge [6].
Turmericul sălbatic este denumit Curcuma aromatica , iar speciile domestice sunt
denumite Curcuma longa . În ultimele decenii, au fost effectuate cerectări ample pentru a stabili
activitățile biologice și acțiunile farmacologice ale turmericului și ale extractelor sale. Curcumina
(diferuloilmetan), principalul component bioactiv al turmericului de culoare galben ă s-a dovedit
a avea un spectru larg de acțiuni biologice. Acestea includ activități antiinflamatoare,
antioxidante, anti carcinogene, antimutagenice, anticoagulante, antifertilitate, antidiabetice,
antibacteriene, antifungice, antiprotozoice, antivirale, antifibrotice, antivenin, antiulcer,
hipotensive și hipocolesterolemice. Efectul său anticancer este mediat în principal p rin inducerea
apoptozei.

1.2.2. Compoziția curcuminei

3
Turmericul conține proteine (6,3%), grăsimi (5,1%), minerale (3,5%), carbohidrați (69,4%) și
apă (13,1%). Uleiul esențial (5,8%) obținut prin distilarea cu aburi a rizomilor conține α –
feandandren (1%), sabinen (0.6%), cineol (1%), borneol (0.5%), zingiberen (25%) și
sesquiterpine (53%).
Curcuminoizii (diferuloilmetan) (3 –4%) sunt responsabili pentru culoarea galbenă și cuprind
curcumina I (94%), curcumina II sau demetoxicurcumina (6%) și curcumina III s au
bisdemetoxicurcumina (0.3%) . Derivații demetoxi și bisdemetoxi ai curcuminei au fost de
asemenea izolați. Curcumina a fost izolată pentru prima dată în 1815 și structura chimică a fost
determinată de Roughley și Whiting în 1973. Are un punct de topire la 176 -177 ° C; formează o
sare brun -roșiatică cu alcali și este solubila în etanol, alcali, cetone, acid acetic și cloroform [7].
Depinzând de originea sa și de condițiile solului unde a crescut, turmeric conține între 2 -9 %
curcuminoizi – un grup de com puși ce includ curcumina (component major),
demetoxicurcumina, bis -demetoxicurcumina și curcumina ciclică (component minor) [8, 9].
Curcumina comercială conține curcumina I (~ 77%), curcumina II (~ 17%) și curcumina III (~
3%) ca și componente principale a le acesteia. ???

1.2.3. Structura curcuminei
În timp ce majoritatea cercetărilor au urmărit aspectele biologice, doar câțiva cercetători
au fost interesați de înțelegerea importanței structurii chimice a curcuminei pe lângă activitatea
biologică. În chimia organică extragerea și sinteza curcuminei și a noilor derivați sintetici a fost
principalul scop al cercetărilor. Chimia anorganică a utilizat abilitatea sa de chelator metalic prin
gruparea α, β -diceto pentru a forma noi entități structurale cu modificarea activității biochimice.
Fizico -chimia s -a concentrat pe proprietățile spectroscopice foarte sensibile ale curcuminei
pentru a studia interacțiunile sale cu structurile microeterogene și biomolecule. Chimia analitică
a fost implicată în proprietățile sale unice spectroscopice de absorbție pentru a identifica și
estima urmele de elemente [10]. Alte studii chimice folositoare în întelegerea activității biologice
a curcuminei sunt reactivitatea sa chimică cu specii reactive de oxigen, reacții de adiție, reacții de
degradare și formarea nanoconjugatelor și a form ulării lor.
Structura principalilor curcuminoizi este prezentata in Fig. 1.

4

Figura 1. Structura chimică a principalilor curcuminoizi.
Curcuminoizii exista in doua forme tautomere, dintre care cea bis -cetonica este
predominanta in mediu acid sau neutru cât si în stare solidă, pe când cea enolică este
predominanta în soluție alcalină. Marele dezavantaj al curcuminei îl constituie insolubilitatea în
apă și biodisponibilitatea scăzută în celule [11].
Este aproape insolubilă în apă și ușor solubilă în solv enți polari cum ar fi DMSO,
metanol, etanol, acetonitril, cloroform, acetat de etil, etc. Este greu solubilă în solvenți
hidrocarbonați cum ar fi ciclohexan și hexan. Este un acid Bronsted slab cu 3 protoni labili și în
consecință 3 pKa -uri corespunzând la trei echilibre prototropice. Reactivitatea chimică și
solubilitatea cresc la pH bazic. Soluțiile apoase de curcumină pot fi preparate prin adăugarea
surfactanților, lipidelor, albuminei, ciclodextrinelor, biopolimerilor, etc. Soluțiile micelare care
utilizează surfactanți sunt mai potrivite în prepararea soluțiilor apoase de curcumină la o
concentrație ridicată. Când se utilizează soluții apoase cu surfactanți în sisteme biologice, este
necesară o grijă suplimentară la efectuarea experimentelor, deoarece s urfactanții pot interfera în
studiile biologice [9, 12].

1.2.4. Reactivitatea curcuminei
Curcumina are 3 grupe funcționale reactive: o grupare dicetonă și două grupări fenolice. Reacții
chimice importante asociate cu activitatea biologică a curcuminei sunt cele de cedare a hidrogenului
care conduc la oxidarea curcuminei, adiție reversibilă sau ireversibilă (reacți i Michael), hidroliza,
degradarea și reacții enzimatice.
1.2.4.1. Reacții cu specii reactive de oxigen
Curcumina s -a dovedit a fi un compus de eliminare excelent al speciilor reactive de oxigen,
proprietate care îi conferă activitate antioxidantă în celul ele normale. Speciile reactive de oxigen sunt
formate din ambii radicali liberi oxidanți și oxidanți moleculari [12-19] Toate cele trei locuri active
ale curcuminei pot fi supuse oxidării prin transferul de electroni și captarea oxigenului. Investigații

5
detaliate au confirmat că în timpul reacțiilor cu radicali liberi cel mai ușor se detașează hidrogenul de
la gruparea feno l cu formarea radicalilor fenoxil, care sunt stabilizați prin rezonanță de -a lungul
structurii ceto -enol. Ca exemplu reacția radicalilor peroxil cu curcumina produce radicali fenoxil care
sunt mai puțin reactivi decât radicalii peroxil și prin aceasta comp ortare determină o protecție față de
speciile reactive de oxigen [13, 16, 20] Reacțiile sunt reversibile iar compusul poate reveni la
structura chimică inițială prin intermediul antioxidanților solubili în apă cum ar fi acidul ascorbic
[20] Literatura menț ionează reacțiile de eliminare ale altor radicali liberi din speciile reactive de
oxigen: radicalii hidroxil, radicalii superoxid, radicalii alcoxi [14-17]. Dintre oxidanții moleculari,
reacțiile cu peroxinitril, peroxid de hidrogen sunt cele mai comune. Î n multe modele biologice,
curcumina poate proteja celulele în condiții în care există o producere excesivă a acestor oxidanți
moleculari. Există puține rapoarte în literatura de specialitate privind reacția directă a curcuminei cu
peroxinitril [18] Constan tele de viteză și concentrațiile de inhibare a curcuminei pentru a preveni
formarea de nitrotirozină indică faptul că aceasta este un antioxidant puternic împotriva stresului
oxidativ [9].
1.2.4. 2. Degradarea chimică și metabolism
Curcumina suferă o degradare chimică în soluții apoase -organice, ce se intensifică cu
creșterea pH -ului, ceea ce reprezintă o problemă serioasă în aplicațiile sale [13, 21 -25]. Degradarea
curcuminei au loc prin gruparea nesaturată α, β -diceto, fiind mai pu țin intensă în soluții concentrate,
când produșii rezultați sunt 6 -trans -(4‘hidroxi -3‘-metoxifenil) – 2,4-dioxo -5 hexanal, aldehida
felurică, feruloil metan și vanilină. Deși nu este pe deplin înțeleasă se crede că degradarea se
efectuează prin intermediul fragmentului diceto. Cu toate acestea, degradarea este redusă în mod
semnificativ atunci când curcumina este atașată la lipide: lipozomi, albumină, ciclodextrină,
curcubituril, surfactanți, polimeri și alte macromoleculare și microeterogene [13, 26]. Astfe l s-a
dovedit a fi de mare folos faptul că soluții stabile de curcumină ar putea fi preparate într -un mediu de
cultură ce conține 10 % ser fetal bovin, precum și sânge uman. Curcumina suferă o degradare mult
mai rapidă atunci când este expusă la lumina soa relui [9, 12, 27]. Produsele identificate în timpul
fotodegradării sunt: vanilina, acidul feluric și alți fenoli mai mici indicând o distribuție a produșilor
de degradare fotochimică similară cu degradarea chimică în soluție. Unele rapoarte indică faptul c ă
curcumina generează oxigen singlet și alte specii reactive de oxigen în momentul
fotodegradării,reponsabile pentru activitatea sa fotobiologică și fotodinamică [28]. Fotodegradarea
este accelerată în prezența nanoparticulelor de TiO2, iar această metodă poate fi utilizată pentru a
îndepărta petele de turmeric din țesuturile de bumbac [29]. Metabolizarea curcuminei la șobolani și
oameni produce diferite produse. Două căi biologice majore au fost identificate pentru metabolizarea
curcum inei cum ar fi cea de conjugare cu oxigen și de reducere. Produșii de conjugare cu oxigen sunt
glucuronid curcumina și sulfat de curcumină iar cei de reducere sunt tetrahidrocurcumin,
hexahidrocurcumin și octahidrocurcumin. Alți produși pot fi: dihidrocurc umin glucuronid,
tetrahidrocurcumin glucuronid, acid ferulic și acid dihidroferulic. [9]. Deși s -a raportat că procesele
au loc pe cale enzimatică, enzimele implicate în toate aceste produse de reacție specifice sunt încă un
subiect de dezbatere. Reacțiile enzimatice specifice sunt probabil, mult mai rapide și nu permit
degradarea hidrolitică lentă, prin urmare, procesul hidrolitic nu poate concura cu reacțiile enzimatice
[30].
1.2.4.3. Reacții de adiție nucleofilă

6
Gruparea nesaturată α, β -diceto din curcumină participă la reacția de adiție nucleofilă (adiția
Michael), cu anioni de –OH, -SH, -SeH ca donori. Această reacție a fost raportată ca fiind utilă
pentru a explica chimia și activitatea biologică a curcuminei î n celulele vii [21, 31 -36].
Un interes deosebit a primit reacția tiolilor biologici, cum ar fi glutation ce conține grupări –
SH [33, 34]. Conjugatele curcumină -glutation au fost izolate din diferite sisteme biologice. Formarea
acestui produs de adiție ar conduce la epuizarea nivelurilor de glutation în celule, conducând astfel la
reducerea apărării antioxidante. Cu toate că unele rapoarte su gerează că acestă reacție este
reversibilă, teoria nu este încă confirmată încă în celulele vii. O reacție similară a fost observată în
timpul inhibării tioredoxin reductazei, de către curcumină [35]. Centrul activ al acestei enzime este
selenocisteina. Selenol din 40 selenocisteină fiind puternic nucleofil la pH fiziologic este supus ușor
reacției de adiție 1,4 cu curcumina, formând diferite specii legate covalent. Se speculează că această
reacție este responsabilă pentru inhibarea enzimei tioredoxin reductaza de către curcumină.
Hidrogenul metilenic al fragmentului diceto/enol a curcuminei poate acționa ca și un nucleofil și să
participe la reacții de adiție Michael cu electrofilie puternică, dar acest ea nu pot avea o semnificație
în sisteme biologice [37]. Derivații de curcumină obținuți prin modificare chimică au fost preparați
prin reacții de condensare și adiție, cum ar fi, de exemplu, derivații de semicarbazonă și derivații
oximă ai curcuminei. Ace ste produse stabile, preparate independent au fost examinate pentru
activitatea anticancer. În cele mai multe dintre studii s -a raportat că acești derivați sunt mai citotoxici
pentru celulele canceroase decât curcumina liberă [38, 39 ].

1.2.4.4. Interacțiune cu ioni metalici
Curcumina formează complecși puternici cu majoritatea ionilor metalici cunoscuți. Gruparea
nesaturată α, β -diceto a curcuminei este un agent de chelare excelent. Curcumina este considerat un
ligand monobazic bidentat și form ează complecși stabili cu aproape toate metalele și non -metalele,
obținându -se structuri stabile la un raport stoechiometric curcumină: ion metalic de 2:1. Există foarte
puține studii pentru raportul 3:1. A fost raportat un complex octaedral cu Fe3+ [40]. Coordinarea
curcuminei cu metalul are loc prin gruparea enolică. Există mai multe lucrări privind complecșii de
curcumină cu metale tranziționale cum ar fi Fe3+, Mn2+, Ni2+, Cu2+, Zn2+, Pb2+, Cd2+, Ru3+, Re3+ și
multe altele. Există complecși cu metale net ranziționale și ioni rari cum ar fi: Al3+, Ga3+, Sm3+, Eu3+,
Dy3+, Y3+, Se2+ , precum și oxizi metalici cum ar fi VO2+. Structura și proprietățile fizice ale acestor
complecși depind de natura ionului metalic precum și de stoechiometria condițiilor de reacție care la
rândul lor decid stabilitatea și reactivitatea lor. Complecșii metalici nu modifică numai proprietățile
fizice ale curcuminei dar afectează și reactivitatea biologică a metalelor. În general s -a observat că
complexarea cu curcumină reduce t oxicitatea metalelor și unele complexe de curcumină cu metale
cum ar fi Cu2+, Mn2+ acționează ca antioxidanți [41-48]. Datorită reacției reversibile de transfer de
electroni cu ionul superoxid, complecșii de Cu2+, Mn2+ ale curcuminei acționează ca o enzimă ce
mimează superoxid dismutaza. Complecșii metalici ai curcuminei au o mare semnificație în ceea ce
privește patologia bolii Alzheimer, în cazul căreia s -a constatat că datorită naturii lipofile, curcumina
poate trece de bariera hemato -encefalică și ionii metalici chelați sunt toxici pentru neuroni. S -a
observat, de asemenea, că incidența bolii Alzheimer este redusă în mod semnificativ în rândul
persoanelor care sunt cunoscute a consuma în mod frecvent curcumină. Curcumina formează

7
complecși stabili cu toa te metalele implicate în boala Alzheimer [48-50]. Interacțiunea Al3+ cu
curcumina, anterior considerată a fi responsabilă pentru apariția bolii a fost studiată extensiv.
Curcumina formează trei tipuri diferite de complecși cu Al3+, în funcție de stoechiome tria reacției.
Raportul stoechiometric curcumină: Al3+ de 1:1 a prezentat o afinitate mai mică la legarea ADN -ului
decât Al3+ liber, care a fost atribuită abilității sale de reducere a incidenței bolii Alzheimer [49, 50 ].
Au fost raportate numeroase alte a plicații ale complecșilor metalici cu curcumina. Complexele de
Ga3+ cu curcumină au fost concepute pentru materiale bioceramice inovative [51]. Complexul de
curcumină cu zinc a prezentat efecte anticancer, gastroprotective și antidepresive la șobolani [52,53 ].
Complecșii de curcumină cu aur au arătat o activitate antiartritică la testele in vivo [54]. Complecții
vanadil -curcumină au prezentat activitate antioxidantă și antireumatică [55]. Prin formarea
complecșilor metalici cu curcumină se reduce toxicit atea metalelor grele cum ar fi Hg2+, Cd2+, Pb2+
unde stresul oxidativ indus de metalele grele este redus semnificativ prin formarea complexului [56-
60]. Datorită sarcinii pozitive complecșii metalici ai curcuminei se pot leaga de ADN [61]. Unele
rapoarte a firmă faptul că aceștia induc deteriorarea ADN -ului și prin urmare prezintă un efect pro –
oxidant. Ca urmare, ei sunt explorați ca agenți antitumorali mai buni decât curcumina în sine [62,
63].Evaluarea biologică a acestor complecși este mai dificil de efectuat in vivo , deoarece
biodisponibilitatea lor este foarte scăzută iar experimentele sunt dificil de efectuat datorită
solubilității scăzute în solvenți organici cum sunt DMSO sau în fluidele biologice. Cu toate acestea
fără nici o îndoială această complexare in vivo a curcuminei cu metalele joacă un rol semnificativ în
reducerea toxicității induse de metale. Curcumina poate complexa cu diferiți liganzi. Complecșii cu
punți de porfirină cu Cu2+, Ni2+ și Zn2+ prezintă o îmbunătățire a activității fotodinamice în modele de
ADN plasmidic [64]. Complecșii cu 4,4 bipiridină și Zn2+sunt mai eficienți decât curcumina pentru a
distruge celulele de neuroblastom. Cei cu terpiridin lantanida (La3+) au arăt at o creștere în
fototoxicitate în celulele HeLa [65]. Complecșii de bipirdin -curcumină cu Pd2+ inhibă formarea
celulelor canceroase de prostată [62].
1.2.5. Studii farmacologice efectuate pe curcumină
Insolubilitatea în apă și biodisponibilitatea scăzută a curcuminei în celule au determinat
dezvoltarea de noi formulări pe bază de substanțe organice biocompatibile: lipozomi,
biopolimeri, hidrogeluri [66-68]. Pentru a crește biodisponibilitatea și a obțin e o circulație mai
eficientă, o permeabilitate mai bună și rezistență la procesele metabolice au fost preparate mai
multe formulări ce includ nanoparticule, lipozomi, micele și complexe fosfolipidice. Studiile
farmacologice relevă faptul că curcumina este sigură și eficientă, ceea ce a determinat să fie
utilizată în tratamentul și prevenirea unei game largi de boli umane. Cu toate acestea, datele
acumulate au arătat că curcumina are o biodisponibilitate relativ scăzută și o slabă solubilitate în
soluții apo ase. Pentru prima dată Wahlstrom și Blennow (1978) au raportat faptul că după
administrarea orală a 1 g curcumină/kg la șobolani concentrațiile de curcumină care s -au găsit în
plasmă au fost neglijabile, fapt care se poate datora slabei absorbții din intes tin [69]. Într-un
studiu în care curcumina a fost administrată oral la o doză de 2 g/kg la șobolani, o concentrație
serică maximă de 1.35 μg/ml a fost observată la un interval de timp de 83 h, în timp ce la oameni
la aceeași doză, cantitatea de curcumină e ste nedectabilă sau foarte redusă în concentrațiile serice
(0.006 ) [70]. Un alt studiu efectuat pe șobolani a arătat că administrarea per os a curcuminei 500
mg/kg a condus la o biodisponibilitate de 1% în plasmă; s -a observat faptul că administrarea
orală a curcuminei (1000 mg/kg) la șobolani a prezentat o concentrație plasmatică de 15 ng/ml

8
după 50 min [71]. Spre deosebire de administrarea la rozătoare, administrarea a 4 -8 g de
curcumină la om au arătat nivele plasmatice maxime de 0.41 -1.75 μM după o oră de la
administrare [72]. Într-un alt studiu efectuat pe voluntari umani sănătoși, 3,6 g curcumină
administrată oral a fost regăsită la nivel plasmatic într -o concentrație de 11,1 μmol/l, după o oră
de la administrare [73]. S-a constatat că 10 mg/kg curcum ină administrată intravenos la șobolani
a atins nivelul seric maxim în curcumină de 0.36 μg/ml, în timp ce o doză de 50 de ori mai mare
administrată pe cale orală a dat o concentrație doar de 0.06 0.01 μg/ml în nivelele serice ale
șobolanilor [74]. Sun și colab. au arătat că administrarea intravenoasă a curcuminei libere 43 la
șobolani prezintă o mai bună biodisponibilate in plasma sangvină. Concentrația a fost de 6.6
μg/ml în sânge cand s -au administrat 2 mg/kg curcumină intravenos [75]. Aceste stud ii sugerează
rolul căii de administrare pentru atingerea nivelelor serice ale curcuminei și, de asemenea,
comparația între nivelele serice la rozătoare și oameni.
1.2.6. Efecte adverse ale curcuminei
Dezavantajul major al curcuminei este insolubilitatea sa în apă și, prin urmare,
biodisponibilitatea scăzută în celule [68]. Studiile clinice au arătat că, curcumina este bine
tolerată de organism în doze de până la 8 g/zi. Efectele secundare apar atunci când se
administrează mai mult de 4 g/zi. Reacțiile adverse dependente de doză raportate au fost: (a)
tulburări gastrointestin ale (b) infertilitate (c) inhibarea sintezei de Hepcidin (d) chelator pentru
fier-determină scăderea nivelului de fier din organism, poate conduce la apariția anemiei, (e)
creșterea tranzitorie a enzimelor hepatice (f) suprimarea agregării plachetare, (g) dermatită de
contact și urticarie atunci când este administrat în formulări topice.
Cea mai bună complianță a pacienților a fost atunci când s -au administrat 2 -4 g pe zi
deoarece numărul mare de capsule sau creșterea în dimensiune a capsulelor devine cli nic
nepractică, în special la populația în vârstă. Datele epidemiologice sugerează o incidență scăzută
a cancerului gastric în India datorită consumului ridicat de curcumină. Doza de curcumină
estimată în dieta celor care consumă zilnic cantități mari de t urmeric este de 0.15 g/zi. În lipsa
studiilor clinice pe termen lung, această doză poate fi considerată potrivită atunci când
curcumina este utilizată pentru perioade lungi de timp. Această doză de curcumină este similară
cu cea recomandată de World Health Organization dar este de 10 ori mai mica decât cea
recomandată în general în suplimente [76, 77]. Curcumina standard se utilizează în general
împreună cu piperina (un extract din piperul negru) pentru a crește biodisponibilitatea acesteia.
Studiile anteri oare de cercetare privind efectele secundare ale piperinei au arătat că aceasta poate
conduce la tulburări gastrice, conduce la efecte negative dovedite asupra fertilității și poate
inhiba efectul terapeutic al unor medicamente daca se administrează simult an [76, 78, 79].
Atenuarea sau eliminarea acestor dezavantaje a fost încercată prin pregătirea formulărilor
pe bază de micelele, lipozomi, nanoparticule polimerice, complexe, emulsii [80, 81].
Matricele polimerice pot proteja curcumina de condițiile adverse de mediu; îmbunătățește
timpul de înjumătățire al compusului bioactiv, crescând astfel biodisponibilitatea acestuia atât in
vitro cât și in vivo [82].
Un număr crescut de studii raportează încapsularea / încorporarea curcuminei în
nanoparticule pe baza de polimeri naturali, cum ar fi chitosanul, guma ghatti sau polimerii

9
sintetici: poli (etilenglicol), poli (acid lactic), poli (N -vinil pirolidon), poli (acid glicolic lactic –
co-acid) pentru a obține diverse formulări farmaceutice [83-87].

1.3. Sisteme de eliberare controlată pe bază de polizaharide
Un polimer ideal utilizabil pentru imobilizare și transport de compuși biologic activi
trebuie să prezinte trei caracteristici:
-să fie biocompatibil și biodegradabil.
-produșii de degradare ai polimerului trebuie să fie netoxici și să nu creeze răspuns
inflamatoriu din partea organismului [88]
-degradarea polimerului trebuie să se producă într -o perioadă rezonabilă de timp [89].
Alegerea suportului polimeric ține seama de următoarele criterii:
 masa moleculară și distribuția maselor moleculare [90, 91]
 structura : liniară sau ciclică, ramificată, reticulată, etc.
 relația polimer – principiu biologic activ:
 tipul de legătură: covalentă, ionică sau complex
 încapsularea în matricea polimeră;
 localizarea unității farmacologic -activă în polimer: în lanț sau ca ramificație
1. fenomene stereochimice [92]
 natura chimică a polimerului [93].
 compoziția chimică;
 solubilitatea în sisteme a poase;
 încărcarea ionică;
 solubilitatea în fluidele corpului.
Polizaharidele îndeplinesc condițiile cerute pentru imobilizarea unui principiu biologic
activ: sunt lipsite de toxicitate, inerte farmacologic, nu conțin impurități sau aditivi și compuși
rezid uali ai proceselor de reticulare sau polimerizare, prezintă structură chimică bine precizată.
În plus, pot fi cu succes utilizate ca suporturi pentru imobilizare deoarece reacționează cu
substanțele biologic active formând compuși stabili. Atunci când mole culele principiului
biologic activ nu conțin grupe complementare cu cele ale polimerului, acesta din urmă poate fi
funcționalizat.
Abilitatea polizaharidelor de a forma hidro geluri chiar și la concentrații foarte mici
reprezintă una dintre cele mai importa nte proprietați funcționale ale acestora. Formarea
structurilor tridimensionale oferă o cale de creștere a stabilitații chimice și mecanice a sistemului.
Amestecurile de polizaharide obținute natural și gelurile binare pot fi utilizate ca modele pentru
structuri celulare complexe.
Datorită proprietăților pe care le posedă, unele hidrogeluri polizaharidice au fost
introduse în domeniul materialelor inteligente cu posibile aplicații în realizarea de țesuturi
artificiale, sisteme de eliberare controlată a prin cipiilor biologic active. Principiile biologic active
sunt fixate de către macromolecule fie prin procese analoage absorbției, fie prin procese chimice

10
care duc la formarea de complecși. În cazul polizaharidelor grupele hidroxil și carbonil pot lega
direct principiul activ.
Polizaharidele sau moleculele polimerice de carbohidrați sunt lanțuri lungi de
monozaharide legate prin legături glicozidice. Materialele care au la bază polimeri natural i sunt
utilizați pe scară largă în aplicații biomedicale.

1.3.1. Importanța sistemelor de eliberare controlată a medicamentelor pe bază de polizaharide

Eficacitatea clinică a chimi oterapicelor cu masa moleculară mica și a macromoleculelor
biologice funcționale (adică protein e și oligonucleotide) este adesea limitată de o serie de
obstacole cum ar fi: solubilitatea scăzută, pierderea structurii bioactive înainte de a ajunge la
locul țintă, absorbția celulară inadecvată, timpul mic de injumătățire în plasma determinat de
clearance -ului renal sau de degradarea enzimatică , rezistența organismului la medicamente
determinat de supraexprimarea transportatorului de efflux și a efectelor adverse nedorite ale
medicamentelor citotoxice determinate de efectul “off target” în timpul chimioterapiei [94-98].
Dezvoltarea unui sistem inteligent de eliberare a medicamentelor de dimensiuni
nanometrice a atras atenția cercetătorilor pentru a rezolva nu numai aceste probleme menționate
mai sus ci și pentru a ajuta la dezvoltarea nanomedicinei în bolile neinfecțioase, în special
cancerul [99-103].
Nanos isteme de administrare a medicamentelor cu dimensiune și structură controlată pot
fi realizate în mod corespunzător pentru a traversa cel mai mic perete capilar și au capacitatea de
a evita în același timp clearance -ul prin intermediul sistem ului mononuclear de fagocite (sistemul
fagocitar mononuclear), ceea ce determină o durată prelungită de staționarea a lor în fluxul
sangvin. Datorită efectului de permeabilitate și retenție crescut (EPR), macromoleculele și
nanoparticulele de dimensiuni ma i mari pot fi mai bine prinse în țesuturile tumorale decât
moleculele cu masă moleculară mică și nanoparticulele de mici dimensiuni [104-106].
Pe de altă parte, moleculele bioactive cu masă moleculară mare (de exemplu citokine,
factori de creștere) au utilizări limitate determinate de instabilitatea lor la eliberarea in vitro și in
vivo, precum și datorită imunogenității reduse și a timpului scur t de înjumătățire [107] .
Pentru a depăși aceste limitări, tehnologiile moderne de obținere a medicamentelor au
facilitat de abilitățile cercetătorilor pentru a crea așa numita „a doua generație de medicamente”
proteice. Pe baza proprietăților fizico -chimi ce ale macromoleculelor cum ar fi: masa moleculară,
structrura secundară și disponibilitatea grupelor funcționale de suprafață, au fost utilizate în
obținerea conjugatelor polimer -proteină sau proteină -proteină. Cu toate acestea structura
proteinei poate f i alterată prin procesul de modificare [108] . Prin urmare, există o mare necesitate
de a dezvolta sisteme de eliberare a medicamentelor, ceea ce poate determina îmbunătățirea
timpului de înjumătățire și imunogenitate scăzută. Această strategie poate fi apoi utilizată în zone
farmaceutice care utilizează proteinele ca și agenți terapeutici.
Cercetările efectuate pe parcursul ultimelor deceni i au condus la dezvoltarea unor
nanosisteme standard utilizate pentru eliberarea agențil or terapeutici cum ar fi: lipozomi, micele,
conjugate polimerice, nanoparticule anorganice ș.a. Printre acestea polizaharidele sunt cele mai
cunoscute biomateriale, fiind derivate din polimeri naturali carbohidrați. În general sunt
considerate sigure și su nt utilizate pe scară largă în industria alimentară [109] . De asemenea, au
fost utilizate ca excipienți în diferite formulări de medicamente. Practic polizaharidele sunt

11
carbohidrați care conțin mai mult de două molecule de zahăr legate covalent prin legăt uri
glicozidice. Pe lângă polizaharide, în definiția carbohidraților există și monozaharidele și
dizaharidele.
Polizaharidele oferă o gamă largă de funcționalități versarsatile și diversitate structurală
datorită masei moleculare variabile și a grupărilor funcționale abundente (grupări amino,
carboxil, carbonil și hidroxil) pe catena principală [110] .
Polizaharidele există la diferite specii de plante (celuloza), animale ( chitosan, de origine
naturală obținut prin deacetilarea chitinei provenite din crust acee și insecte exoscheletice), alge
(alginat) și microorganisme (dextran). În comparație cu alți polimeri sintetici hidrofobi,
polizaharidele dețin un număr mare de grupări hidroxilice sau alte grupări hidrofile, cum ar fi
grupările carboxilice din algina t și gelan, grupările amino din chitosan, ceea ce determină o
solubilitate crescută în apă și consolidează caracteristicile lor de bioaderare și biorecunoaștere
(ex. Interacțiuni electrostatice între țesuturile biologice și polizaharide) [111]. De exemplu,
chitosanul, singura polizaharidă cu sarcină negativă este capabil să se atașeze de straturile
mucoaselor încărcate negativ prin interacțiuni electrostatice [112] . În mod similar acidul
hialuronic poate recunoaște și lega antigenul glicoproteinei CD44 de p e suprafața membranelor
celulare [113] .
Mai mult de atât, fragmentele lor funcționale intrinseci pot servi ca punți de atașare a
chimioterapicelor, a sondelor imagistice și a agenților de țintire prin modificări chimice facile
[114-116], cum ar fi PEG -ilarea și conjugarea anticorpilor, pentru a se asigura o circulație
sistemică prelungită și posibilitatea de acumulare a chimioterapicelor la locul țintă din organism.
Datorită proprietăților lor biochimice asemănătoare cu matricele extracelulare umane,
polizah aridele sunt ușor de recunoscut ș i metabolizat de către organism [117] . Cercetările
efectuate anterior eu evidențiat implicarea lor în multe procese biologice , inclusiv în
recunoașterea sistemului imunitar și semnalizarea celulară [118] , responsabil e de activarea
răspunsurilor antimicrobiene și antiinflamatorii [119] . În plus acești biopolimeri suferă o
degradare enzimatică și hidrolitică in vivo conducând la produse secundare de degradare
inofensive care pot fi reutilizate în sistemele biologice sau pot fi eliminate de sistemul imunitar
[120] . Pe baza caracteristicile menționate anterior, polizaharidele ar putea fi utilizate pentru
dezvoltarea sisteme lor terapeutice de administrare a medicamentelor.

1.3.2. Obiectivele eliberării controlate a medicamentelor din sisteme de administrare pe bază
de polizaharide

Biomaterialele obținute din polizaharide au fost exploatate de către cercetători datorită
capacității lor de eliberare controlată a agenților bioactivi (chimioterapice, antibiotice, protei ne,
peptide, acizi nucleici) utilizând diferite căi de administrare [121] . Progresele recente în
dezvoltarea nanomaterialelor pe bază de polizaharide au determinat apariția unor tendințe pentru
obținerea unor sisteme multifuncționale complexe pentru transp ortul și eliberarea controlată a
substanțelor active terapeutice, care vor marca un pas important în medicina teranostică și
regenerativă, sistemele de administrare având profiluri terapeutice îmbunătățite cum ar fi
eficacitatea terapeutică, proprietăți le mecanice și siguranța.
În general obiectivele eliberării controlate sunt următoarele:
 Pentru a proteja medicamentul împotriva degradării.

12
Această proprietate este extinsă și pentru protecția biomoleculelor pe bază de proteine,
cum ar fi citokinele și fa ctorii de creștere, care conțin o structură secundară sofisticată care poate
fi degradată în timpul eliberării [122] .
 Pentru a crește timpul de înjumătățire și biodisponibilitatea unor medicamente .
Un exemplu obișnuit este administrarea pe cale parenterală de insulină după fiecare masă .
Au fost obținute nanoparticule de dextran cu insulină imobilizată pentru a crește timpul de
înjumătățire al insulinei iar administrarea să se efectueze mai rar [123] .
 Pentru îmbunătățirea efectelor terapeutice și pentru a reduce din efectele secundare
ale medicamentelor
Acest obiectiv este des întâlnit în dezvoltarea sistemelor de administrare al medicamentelor
utilizate în terapia cancerului, unde chimioterapia și radi oterapia afectează condiția organismului
pacienților.
 Pentru scăderea costului cercetărilor privind identificarea unei noi ținte moleculare
terapeutice.
Costurile pentru cercetările efectuate în scopul de a identifica o nouă moleculă de
medicament sau pentru a descoperi o nouă cale de semnalizare intracelulară eficientă în terapie
sunt enorme . Prin urmare cercetătorii identifică unele molecule de medicament deja existente,
care au fost deja utilizate în terapie (profil ul lor farmacologic fiind cunoscut) și utilizează tehnici
noi de administrare pentru a direcționa medicamentul la locul țintă din organism unde va fi
eliberat controlat . În acest mod farmacocinetica medicamentului este îmbunătățită iar costurile
pentru cer cetarea fundamentală și pentru cercetarea clinică vor fi mai mici [124] .
Există numeroase principii de bază utilizate pentru dezvoltarea sistemele de administrare
a medicamentelor care nu se limitează doar la sisteme obținute din polizaharide.

1.3.3. Mecanismel e de eliberarea a medicamentelor

Mecanisme le de eliberare a medicamentelor conduc la elaborarea de sisteme de
administrare versatile pe bază de polizaharide utiliz ând diferite modificări chimice și cele mai
importante principii care trebuie respectate atunci când se proiectează un astfel de sistem pentru
o eliberare eficientă componentelor bioactive încorporate sunt următoarele:
1.3.3.1. Dimensiunea ochiurilor rețelei polimerice poate controla difuzia moleculelor de
medicament [125].
Hidrogelurile sunt contituite dintr-o rețea de polimeri reticulati și spații deschise (adică
ochiuri) între lanțurile polimer ice; ochiurile permit difuzia lichidului și substan ței active de masa
moleculară mica. Dimensiunea ochiurilor rețelei variază între 5 și 100 nm pentru hidrogeluri și
există diferite metode pentru determinarea diametrului lor. Din cauza eterogenității rețelei ș i a
polidispersității , majoritatea hidrogelurilor au o distribuți e largă a dimensiunilor ochiurilor de
rețea [126, 127] .
Când diametrul ochiului rețelei polimerice este de trei ori mai mare decât diametrul
moleculei de medicament, difuzia este factorul dominant pentru eliberarea medicamentului.
Ecuația Strokes -Einstein este utilizată de obicei pentru a determina difuzabilitatea (D), care
depinde de dimensiunea (raza) moleculei de medicament (y drug) și vâscozitatea soluției ( η) [128] .
(1)
Unde R este constanta ideală a gazului iar T este temperatura absolută.

13
Când ochiurilor rețelei au raza similară cu a moleculei de medicament, difuzia
medicamentului va fi oprită de împiedicările sterice [125] . Prin urmare, controlul domensiunii
porilor rețelei polimerice devine important în elaborarea sistemelor de eliberare. Dimensiunea
porilor p oate fi ajustată în matricea polimerică prin ajust area concentrației de polimer, a
concentr ației de agent de reticulare și a stimulilor externi cum ar fi temperatura și pH -ul.

1.3.3.2. Eliberarea controlată a medicamentelor prin degradarea rețelei
O strategie de a controla eliberarea de molecule de medicament inițial prinse într -un
hidrogel este de a controla degradarea rețelei . Dimensiunea ochiurilor rețelei cresc pe măsură ce
rețeaua se degradează, permițând medicamentelor să difuzeze din hidrogel . Degradarea poate să
apară în catena principală a polimerului sau la legăturile formate prin reticulare și este de obicei
mediată de hidroliză [129-131] sau activată enzimatic [132-134].
Legăturile de esterice suferă o hidroliză lentă și au fost folosite pentru a forma o clasă de
hidrogeluri obținute din poli(etilenglicol) (PEG) biodegradabile, iar eliberarea de proteine
imobilizate în acest tip de hidrogeluri este extrem de lentă având timpul de înjumătățire până la
17 zile [131] . Legătur ile oligo -peptidice sunt scindabile cu metaloproteinaze matriceale (MMPs)
[133] . Un exemplu de utilizare a acest or legături este încorporarea unei peptide scindabilă cu
metaloproteinaze matriceale (GGRMSMP V) într -un hidrogel de acid hialuronic care a fost
utilizat pentru a elibera un inhibitor tisular recombinant al metaloproteinazei matriceale într -un
model porcin de infarct miocardic [135] . Acest studiu prezintă un hidrogel sensibil la
biomolecule care se poate degrada ca răspu ns la metaloproteinaza matricială și eliberează
medicamente pentru tratamentul infarctului miocardic.
În plus față de hidrogelurile cu răspuns la metaloproteinaze matriceale, există și alte
sisteme de scindare care răspund la biomoleculele prezente în organism, cum ar fi hidrogelurile
cu răspuns la glucoză pentru eli berarea insulinei [136, 137] și hidrogelurile cu răspuns la
trombină pentru a controla coagularea sângelui [138, 139] . Degradarea poate fi, de asemenea,
declanșată în timp real, cu stimuli externi. De exemplu, condițiile acide ac celerează de obicei
hidroliza [140]
Lumina ultravioletă (UV) poate declanșa degradarea microgelurilor care conțin
fragmente de o -nitrobenzil eter (NBE) datorită datorită scindării o-nitrobenzil eter, însoțită de
eliberarea factorului de creștere de transformare beta 1 încapsulat (TGF -β1) [141].
Pierderea masei polimerului prin degradarea hidrogelului, cunoscută și sub denumirea de
eroziune, poate avea loc simultan în tot hidrogelul sau în mod preferențial pe suprafața
hidrogelului; eroziunea in tot hidrogelul și de suprafață poate fi utilizată pentru a controla
diferențial eliberarea de medicamente. Multe hidr ogeluri suferă o eroziune în masă , deoarece
rețeaua este permeabilă la apă sau la enzime care mediază degradarea; dacă viteza de difuzie a
acestor agenți este rapidă în comparație cu viteza de degradare a legăturii, degradare a va avea loc
simultan in toată masa de gel [142]. Hidrogelurile constituite din polizaharide oxidate (de
exemplu, alginat și chitosan oxidate cu periodat de sodiu) suferă de obicei o eroziune în toată
masa , iar viteza de degradare poate fi mediată de gradul de oxidare [143, 144]. Polies terii
hidrofobi, cum ar fi poli(caprolactona) (PCL) și poli (lactida) (PLA) care se degradează prin
hidroliză sunt adesea utilizați prin copolimerizare cu polietilengli col hidrofil (PEG), ceea ce
determină o degradare în masă a hidrogelurilor [145] .
Acești copolimeri sunt ades ea utilizați cu o concentrație ridicat ă de polim er (20-30% în
greutate), ceea ce permite eliberarea substanțelor bioactive controlată de degradare; de exemplu,
un copolime r triblock de PCL -PEG -PCL a determinat eliberarea BSA timp de două săptămâni.

14
În schimb, eroziunea de suprafață rezultă când viteza de scindare a legăturilor este mai mare
decât viteza de difuzie a enzimei sau a apei din exterior în cea mai mare parte a hidrogelului
[146].
Hidrogelurile reticulate care utilizează asociate grupări hidrofobe (de exemplu, între β –
ciclodextrină și colesterol) pot inhiba intrarea apei, conducând la o erodare mai mare a suprafeței
hidrogelului . Pierderea de masă poate fi liniară în timp pentru gelurile erodate la suprafață, ceea
ce poate determina o eli berare de ordinul zero a medicamentelor încapsulate [147]. Pentru o
varietate de hidrogeluri , se poate reacț ia de degradare și mecanismul de eroziune pot fi controlate
pentru a obține cinetica de eliberare dorită cuprinsă între săptămâni și luni, permițând astfel o
eliberarea prelungită . Cu toate acestea, trebuie să avem în vedere că produsul de degradare
trebuie să fie netoxic și suficient de mic pentru eliminarea sa naturală.

1.3.3.3. Comportamentul de umflare a materialului ar putea determina eliberarea
controlată a molecule lor de medicament.
Particulele de hidrogel pe bază de polizaharide se umflă pentru a absorbi apa iar
dimensiunea s tructurii poroase va fi mărită iar medicamentul încapsulat va fi eliberat. Gradul de
umflare a unui hidrogel reprezintă echilibru l între forțele care comprimă deformarea rețelei și
osmoza care determină absorbția apei [148, 149]. Diverși factori au fost intens studiați cum ar fi
pH-ul, temperatura, puterea ionică, câmpuri le electrice, lumina și glucoza și pot influența gradul
de umflare [125] .
Umflarea hidrogelurilor dependentă de pH este deosebit de importantă pentru sistemele
de administrare a medicamentelor pe cale orală și în terapia cancer ului. În această aplicație,
umflarea hidrogelurilor în mediul acid din stomac este de obicei minimă și astfel medicamentul
este protejat prin încapsulare fizică . Pe măsură ce particulele de hidrogel traverseză tractul
intestinal unde pH -ul este neutru, rețeaua polimeră poate fi elaborată să se umf le dramatic,
permițând difuzia rapidă a medicamentului. Astfel au fost elaborate hidrogeluri utilizând
polimeri diferiți cu grupări funcționale acide sau bazice; dintre polizaharide alginatul este cel mai
des utilizat. În condiții acide, hidrogelul pe bază de alginat este atât de compa ctat încât
medicamentele nu pot fi eliberarte ; atunci când pH-ul devine neutru, grupările de acid carboxilic
de pe alginat sunt deprotonate și generează acidul carboxilic se grupează pe alginat deprotonează
și generează o osmoză considerabilă , ceea ce determină umflarea rețelei polimere și eliberarea
substanței bioactive imobilizate [150] . Declanșarea e liberării în funcțe de pH poate determina
țintirea și eliberarea medicamente lor în tumorile solide în care mediile extra – și intracelulare
sunt mai acide decât în țesuturile normale [151] .
Alte mecanisme care determină umflare hidrogelului au fost, de asemenea, exploatate
pentru direcționarea eliberării medicamentelor încapsulate. De exemplu, un nanogel sensibil la
temperatură a fost utilizat pentru a elibera un medicament chimioterapic cisplatin celulelor
canceroase de sân , în care temperatura a fost puțin mai ridicată decât temperatura normală a
corpului [152] . O limitare a sisteme lor în care eliberarea medicamentului este controlată de
umflare este că răspunsul la stimuli este relativ lent pentru hidrogelurile macroscopice datorită
difuziei lente a apei. Pentru particulele de hidrogel de 1 mm, modificările în urma procesului de
umflare și eliberarea controlată a medicamentelor ar trebui să necesite zeci de minute. Pentru a
obține un răspuns rapid la stimul, se poate reduce distanța de difuzie prin reducerea dimensiunii
particulelor de hidrogel sau modificarea structurii prin cons truirea de macropori interconectați în
interiorul hidrogelului. Ca altern ativă la modificarea structurii hidrogel ului, au fost studiate

15
utilizarea diferite lor straturi superficiale care se pot umfla rapid pentru a controla difuzia
medicamentelor încapsulat e [153].

1.3.3.4. Eliberarea controlată prin deformare mecanică

O ultimă abordare pentru eliberarea moleculelor de medicament încapsulate în matricea polimeră
este de a deforma mecanic rețeaua, deoarece dimensiunile ochiurilor rețelei polimere pot crește
prin schimbarea structurii rețelei polimere și declanș area fluxul ui convectiv în rețea . Această
strategie poate genera tipare de eliberare pulsatilă cu un control fin asupra vitezei de eliberare
instantanee [154] . Eliberarea pulsatilă poate imita unele modele biologice de semnalizare, de
exemplu, în administrarea insulinei în urma consumului de alimente [155] . Deformarea rețelei
polimere poate fi realizată abordând diferite metode, inclusiv deformarea pur mecanică sa u
utilizarea deformațiilor induse de ultrasunete și de câmpul magnetic. S-a demonstrat că
deformarea mecanică directă determină eliberarea controlată a unui factor de creștere utilizat
pentru a intensifica vascularizarea tisulară [156]. Un câmp magnetic poate deforma rețeaua
polimeră a unui hidrogel care conține nanoparticule magnetice [157, 158] , iar includerea unor
macropori are ca rezultat o deformare extinsă și rapidă a structurii, ceea ce determină
îmbunătățirea eliberarii de moleculelor medicament [159].
Ultrasunetele pot perturba temporar structura hidrogelului iar aceasta deformare este
avan tajoasă datorită rezoluției spaț iotemporale ridicate și a difuziei profunde în țesuturi [160] .
Eficacitatea ultrasunetelor pentru a asigura o eliberare de medicamente pulsatilă a fost
demonstrată cu o serie de medicamente, inclusiv insulină și ɣ-interferon [161]. O potențială
problemă care are legătură cu deformarea mecanică este deteriorarea cumulativă a hidrogelurilor,
ceea ce determină defecte mecanice în structura hidrogelului . Această problemă poate fi
rezolvată prin utilizarea de hidrogeluri care au capacitatea de autovindecare. De exemplu,
hidrogelurile pe bază de alginat reticulate reversibil cu cationii divalenți se pot vindeca în
condiții fiziologic e în urma încetării acțiunii ultrasunetelor, permițând eliberarea repetată
(pulsatilă) de molecule mici, proteine și oligonucleotide condensate (compactate) [154]
Există multe posibile abordări de clasificare a polizaharidelor: în funcție de compoziția
chimică, de structură, solubilitate și de surselor de unde provin. În funcție de compoziția chimică
polizaharidele pot fi clasificate în două categorii: homopolizaharide sau homoglicani (conțin un
singur tip de monozaharide; ex chitina sau chitosanul, amid onul, celuloza) și heteropolizaharide
sau heteroglicani (sunt constituite din mai multe tipuri de monozaharide; ex. Alginații,
glucozaminoglicanii, acidul hialuronic și pectina). O altă clasificare a polizaharidelor este în
funcție de sarcina electrică și acestea pot fi polizaharide cationice (chitosanul care conține
gruparea aminică cu sarcină pozitivă) și polizaharide anionice (alginații, gelanul conțin gruparea
carboxilică cu sarcină negativă). Moleculele cu aceleași grupări funcționale pot fi similar
modificate chimic. În plus, metodele utilizate în prepararea biomaterialelor sunt comparabile și
pot fi abordate pentru obținerea unor sisteme utilizate pentru eliberarea controlată a
medicamentelor [162] .

1.3.4. Tipuri de polizaharide utilizate în obținerea sistemelor de eliberare controlată

1.3.4.1. Gelanul
Gelanul, exopolizaharid polianionic de cultura microbiana, a devenit un polimer extrem de
important pentru bioaplicații odata cu aprobarea sa, in anul 1992, de catre FDA ca aditiv alimentar. Gama
aplicati ilor sale s -a extins rapid in domeniul farmaceutic, cosmetic, alimentar, medical, inginerie tisulara,

16
biotehnologii etc. Este un polimer anionic, liniar cu secvențe de tetrazaharide care se repetă și sunt
constituite din două reziduuri de de β-D-glucoză, unul de acid β-D-glucuronat și unul de α-L-
ramnoză (fig. 1) intr -un raport 2:1:1 . [163, 164]

Fig. Unitățile de tetrazaharide care se repetă ale gelanului deacetilat (sunt indicate locurile unde
substituenții gliceril si acetil sunt atașati în gelanul bogat in grupe acil) [163, 164]
Polizaharida nativă cum este biosintetizată, are un substituent L -gliceril pe O(2) de la al
3-lea reziduu de glucoză legat de secvența de tetrazaharide și, în cel puțin câteva unități care se
repetă o grupă acetil la O(6) al aceluiasi reziduu .[165]
În producția comercială obișnuită ambele tipuri de substituenți sunt înd epărtați prin
tratarea masei de fermentație cu alcali fierbinți. Polimerul deacetilat rezultat este cunoscut ca și
“guma gelan” sau prin numele comercial Kelcogel (pentru aplicații alimentare) sau Gelrite
(pentru aplicații nealimentare). Este comercializat și gelanul bogat în grupe acil. Gruparile acil
pot fi păstrate prin utilizarea procedurilor de extracție mai blânde. Catenele ramificate au fost
vizualizate direct prin microscopie de fortă atomică pentru o rețea formată prin uscarea soluțiilor
diluate d e gelan pe mică prospăt macinata. Lungimea segmentelor liniare între punctele de
formrte a microgrefelor variază considerabil, dar în general este de 150 nm. Macromoleculele de
gelan se asociaza cate doua, intr -o structura de dublu helix (fig. 2). Cele dou a lanțuri polimerice
sunt paralele unul față de celălalt și sunt imbinate exact la jumătate (cu o rotație a lanțului de
180ș), în așa fel încat distanța care se repetă a helixului este jumătate din catena individuală, un
aranjament similar cu cel observat pentru caragenan. [166].
Gelanul este exopolizaharidă microbiană anionică, solubilă în apă, cu masa moleculară cuprinsă
între 1 -2x 106 Da pentru gelanul bogat în grupe acil și 2 -3 x105 Da pentru gelanul deacetilat
[167] . Gelanul acetilat este solubil în apă caldă în timp ce gelanul deacetilat sau cel care conține
puține grupe acil (deacetilat) este solubil atât în apă caldă cât și în apă rece. Proprietățile
gelanului depind de numarul de grupe acil/mol [168, 169] .
Încălzirea la 85 -95șC a gelanului bogat în grupe acil este suficientă pentru solubilizarea
sa în apă. Când dispersia de gelan bogat în grupe acil este încălzită la 40 -50șC, se umflă și
formează o suspensie sub formă de pastă. Continuând încălzirea, această suspensie dispare brusc
și solubilizarea este completă. Prin răcire, macromoleculele suferă o schimbare conformațională
de la o formă neregulată la una regulată, elicoidală. Agregarea structurii elicoidale este limitată
în prezența grupelor acetil, când s e formeaza geluri moi, elastice. Gelurile acetilate nu manifestă
sinereză sau histerezis termic. Gelurile de gelan bogat în grupe acil au o vâscozitate joasă;

17
comportamentul la gelifiere al gelanului bogat în grupe acil este similar cu cel al xantanului și
locust bean . [170].
În cazul gelanului deacetilat sau cu puține grupe acil hidratarea depinde de tipul și
concentrația ionilor, el fiind solubil în apă deionizată la temperatura camerei, la fel ca și sarea sa
de sodiu. Prin adăugarea unei concentrații fo arte mici de ioni în soluția de gelan aceasta se
schimbă în hidrogel la modificarea temperaturii. În comparație cu alte geluri de polizaharide
gelul de gelan este mai rezistent la temperatură și mai puțin sensibil la pH [171].
Gelifierea gelanului a fost investigată de mulți cercetători, constatându -se ca este un
proces în două etape. În prima etapă are loc o schimbare conformațională de la o conformaț ie
dezordonată la o conformație ordonată de dublu helix și în a doua etapă are loc agregarea
dublu lui helix și formare punctelor de joncțiune [172].
Gelifierea gelanului depinde de concentrația solutiei de polimer, temperatură și de
prezența în soluție a cationilor monovalenți sau bivalenți. Gelanul formeaza un helix ordonat din
catene duble la temperaturi scăzute, în timp ce la temperaturi înalte apare o singură catenă de
polizaharidă, ceea ce reduce semnificativ vâscozitatea soluției. Temperatura de tranziție pentru
transformare de fază sol -gel este de 35șC dar poate varia între 3 0-50 șC. Sub această temperatură
se formează gelul de gelan. Mecanismul de gelifiere constă în formarea unor zone de joncțiune
dublu elicoidale, urmată de agregarea segmentelor dublu elicodale pentru a forma o rețea
tridimensională prin complexare cu catio ni și prin legături de hidrogen cu apa [173] .
S-a sugerat că mecanismul de gelifiere a gelanului deacetilat (sau gelanul care conține
puține cu grupe acil) în prezența ionilor bivalenți este diferit de mecanismul de gelifiere care are
loc în prez ența ionilor monovalenți [172] . În prezența cationilor monovalenți, gelifierea apare cu
agregarea ulterioară a dublu helixului și la o temperatură mai scăzută decât cea la care apare
tranziția de la o structură neregulată la structura ordonată de dublu helix. Î n schimb, se presupune
ca în cazul cationilor bivalenți aceștia ar interacționa imediat cu segmentele de lanț din gelan
atunci cand are loc răcirea, formând o structură ordonată specifică la o temperatură mai ridicată
decât temperatura de tranziție . Rețele le de gel astfel formate devin foarte stabile la temperatură
după adăugarea progresivă de cationi [174] .
Cationii monovalenți scad repulsia electrostatică prin legarea lor la structura elicoidală în
locurile specifice din jurul grupelor carboxilice ale polimerului. Puterea legăturii crește cu
creșterea razei ionice (Li+< Na+< K+< Rb+< Cs+). Sunt necesare concentrații mai mari de cationi
monovalenți pentru obținerea unor geluri de gelan cu o tărie optimă în timp ce sunt necesare
concentrații de cationi bi valenți mult mai mici pentru obținerea unui gel cu aceeasi tărie [172,
175]. Agregare și gelifierea cu cationii bivalenți apare direct în zonele de legare din helixul dublu
al ionilor bivalenți. Concentrații mari de sare sau de acid cauzează agregarea exce sivă și în
consecință scade tăria gelului. Aceste structuri ordonate devin extrem de stabile la temperatură
prin adăugarea progresivă de cationi bivalenți, mai eficienți decât cei monovalenți 51. Cationii
bivalenți ai metalelor tranziționale (Zn2+, Cu2+ și Pb2+) dau geluri mai puternice decât metalele
din grupa II [176] . Utilizând pentru reticularea gelanului săruri ce conțin cationii Ca2+ și Mg2+ s-a
observat, prin comparare, că gelurile care conțin cationii Ca2+ sunt de 1.1 -1.4 ori mai puternice

18
decat cele care conțin cationii Mg2+ la aceeași concentrație de sare. [172]. Potențialul de gelifiere
a gelanului este îmbunătățit prin adăugarea de cationi monovalenți sau bivalenți în timpul
procesului de răcire ceea ce duce la creșterea numărului de punți de sare din zona de joncțiune.
S-au facut cercetări asupra mecanismului de agregare a lanțurilor de gelan în timpul gelifierii și
asupra proprietăților reologice ale soluțiilor de polimer și ale gelurilor pentru a eluc ida relația
dintre structura macromoleculelor și cationi. Pentru a observa schimbările conformaționale ale
lanțurilor de gelan în timpul gelifierii de la o structură dezordonată la o structură ordonată dublu
elicoidală s -a utilizat spectrometria de dicrois m circular. O valoare maximă a elipticității molare
a apărut la 201 nm și temperatura la care tranziția conformațională a avut loc devine mai mare cu
creșterea concentrației de cationi. Au fost inregistrate si spectre RMN pentru a monitoriza
schimbările în mobilitatea lanțurilor de gelan în timpul transformării de fază (tranziției sol -gel) în
prezența cationilor monovalenți sau bivalenți, observandu -se legăturile de hidrogen care se
formează [177] . Metodele reologice reprezintă o cale de monitorizare a proc esului de gelifiere a
fluidului vâscoelastic, deoarece vâscoelasticitatea soluției de polimer se schimbă mult la punctul
de gel. Temperatura de gelifiere creste cu cresterea concentrației de cationi [178-180].
Studiile reologice și de microscopie confocală laser de baleiaj demonstrează că soluțiile
cu concentrații de gelan între 0.005 -0.05 %, în prezența a 10 mM CaCl 2 duc la formarea unei
rețele de gel. La concentrații mai mici de gelan, spectrul mecanic arată un comportament de gel
iar observațiil e microscopice indică formarea unei rețele tridimensionale chiar dacă vâscozitatea
soluției este redusă semnificativ. Creșterea progresivă a concentrației de gelan determină un
caracter elastic al sistemelor de gel obținute dar imbunătățirea proprietăților gelului depinde de
concentrația de cationi. [181, 182].
Aplicatii in farmacie
Polimerul a fost utilizat inițial ca ingredient alimentar dar datorită proprietăților sale
funcționale este tot mai mult utilizat și pentru crearea de noi sisteme de transport pentru
medicamente. Gelurile de gelan sunt termoreversibile și au o temperatură de topire de 50șC,
depinzând de concentrație și de prezența cationilor care il stabilizeaza, determinand astfe l
cresterea acestei proprietati [183].
Pacientii au ară tat o complianță ridicată la sistemele de eliberare pe ba ză de gelan
datorită formării in situ a gelului și de aceea el a fost invest igat pentru obținerea de sisteme
polimerice de administrare a medicamentelor oftalmice eliberate cont rolat în globul ocular . Gel ul
de gelan prezintă o vâscozitate scăzută în absența cationilor iar în momentul administrării
picăturilor de soluții oftalmice ce conțin gelan și substanță activă medicamentoasă (fără a conține
cationi), în prezența lichidului lacrimal are loc tranziția s ol-gel. Biodisponibilitatea
medicamentului depinde de tăria gelului. Studiile in vivo au arătat ca numai atunci când tăria
gelului este între anumite limite se obține o biodisponibilitate ocu lară optimă. Timpul de contact
al gelului cu globul ocular crește cu creșterea concentrației de gelan. Procesul de autoclavare
care se utilizează pentru sterilizarea soluțiilor de gelan poate duce la o scădere semnificativă a
tăriei gelului în produsul final ca urmare a ruperii lanțului polimeric, fiind proporționala cu
timpul de autoclavare [184, 185] . Gelurile formate cu soluție hipotonică (ser fiziologic) își
mențin integritatea căteva ore. Gelurile de gelan pot fi formate in lichidul lacrimal cand

19
concentrația polimerului este foarte mică, iar sodiul s -a dovedit a fi un ion adecvat pentru
formarea in situ a gelului [186] .
Gelanul a fost de asemenea testat in vivo pentru administrare nazală cu formarea gelului in situ .
Shi-lei Cao și colab. 2009 [187] , au creat un nou gel de gelan cu formare in situ pentru eliberarea
controlată a furoatului de mo metazo nă administrabil pe cale nazală. Acest medicament (din clasa
corticosteroizilor) este eficient în inhibarea simptomelor asociate rinitei alergice Testele in vivo
au arătat că 20 μg/zi de furoat de mometozonă sunt suficiente pentru a reduce numărul de
strănuturi la șobolani [188, 189] .
Pentru comparatie, medicamentul a fost administrat la șobolani atat ca suspensie simplă cat si
încoporat în soluția de gelan. S -a dovedit ca eficiența medicamentului din gelul ce se formează in
situ este superioară medic amentului liber, efectele sele fiind mult îmbunătățite. Vâscozitatea
sistemului are o importanță majoră; la început el are vâscozitatea unui fluid ce poate fi pulverizat
si apoi, în prezența cationilor se formează gelul care trebuie sa -și mențină integrita tea structurală
pentru a facilita eliberarea susținută a medicamentului pe o perioadă prelungită fără a se eroda
sau dizolva repede. Gelanul necesită cantități mici de ioni pentru a se transforma în gel;
vâscozitatea acestuia crește cu creșterea concentraț iei de polizaharid. Pentru formularea
sistemului de transport al medicamentului s -au utilizat xantan (agent de suspendare), gelan 0.5%
și furoatul de mometazonă. Prin testele in vivo efectuate s -a demonstrat ca efectele terapeutice
ale medicamentului pot f i îmbunătățite dacă acesta este încorporat în sistemul polimeric special
formulat pentru gelifiere in situ ; gelul format are un caracter pseudoplastic și a prezentat
siguranță pe tot parcursul studiului [187] .
Au fost elaborate microparticule de gelan car e conțin clorhidrat de metoclo rpramid prin
metoda pulverizare -uscare, pentru administrare intranazală. Metoda de obținere nu este
dependentă de caracteristicile de solubilitate a medicamentului și a polimerului. Microparticulele
de gelan și clorhidrat de m etoclopramid nu sunt toxice pentru mucoasa nazală. Dimensiunea
particulelor a variat între 9.38 -10.67 μm, fiind potrivită pentru administrarea nazală. După
pulverizarea microsferelor se formează un gel pe mucoasa nazală datorita proprietăților lor
mucoadez ive, prin retragerea apei de pe mucoasa nazală și prin interacțiunea cu cationii prezenți.
Eliberarea medicamentului din microparticule a fost controlată moderat, fiind atribuită formării
hidrogelului. Rezultatele studiilor in vitro sunt promițătoare și arată ca metoda pulverizare -uscare
utilizată pentru formarea microparticulelor de gelan cu clorhidrat de metoclopramid ar putea fi
utilizată pentru elaborarea de sisteme cu administrare intranazală. Sunt necesare încă studii
farmacoci netice și de farmacodinamie înainte de administrarea nazală la oameni [190] .
Gelanul a fost de asemenea testat pentru administrarea orală a medicamentelor.
Au fost efectuate cercetări pentru obținerea unui sistem de gelifiere in situ pentru
eliberarea con trolată a naproxenului. Naproxenul este un medicament antiinflamator
nesteroidian, cu efect antipiretic și antiinflamator. Se leagă de albumina din plasmă, prezintă
toxicitate gastrică și ar fi mai eficient dacă doza de medicament ar fi eliberată controlat pe o
perioadă prelungită.
S-au utilizat trei tipuri de polimeri care au proprietăți de gelifiere: alginat de sodiu, pectină și
gelan. Ca agenți de reticulare s -au utilizat clorura de calciu și citrat de sodiu de o anumita

20
concentratie, pentru fiecare pol imer in solutie. O concentrație de medicament de 2.5% a fost
inclusă în fiecare din soluțiile de polimer [191] .
Gelifierea in situ a fost testată prin adăugarea soluțiilor de polimer sub formă de picături în
fluidul gastric simulat la un pH=1.2 [192]. S-a urmărit efectul diferitelor concentrații de CaCl 2 și
citrat de sodiu asupra proprietăților de gelifiere. Concentrațiile minime care mențin fluiditatea
soluțiilor înainte de administrare și cele care determină gelifierea soluțiilor în fluidul gastric su nt
de 0.25% (m/v) citrat de sodiu, respectiv de 0.075% (m/v) CaCl 2. Cresterea concentrației de
CaCl 2 cu 0.1% (m/v) ( păstrând aceeași cantitate de citrat de sodiu) cauzează gelifierea
formulării înainte de contactul cu fluidul gastrointestinal simulat. De asemenea, eliberarea
naproxenului din geluri este afectată de tipul și concentrația agenților de gelifiere [191] .
Metoda de gelifiere ionica este cunoscută și s -a studiat efectul diferiților cationi și a concentrației
de polimer asupra eficienței de încap sulare a medicamentului precum și asupra vitezei de
eliberare a acestuia la locul țintă din tractul gastrointestinal. Particulele au fost testate in vitro și
in vivo și au arătat rezultate promițătoare în eliberarea controlată pe o perioadă mai mare de tim p,
reducerea efectelor secundare, creșterea biodisponibilității și o complianță mai bună a pacienților
datorită reducerii frecvenței administrării [193, 194] .
Anurag Verma și Jazant K Pandit, 2011 [195] au studiat efectul calciului și a concentrației de
polimer asupra eficienței în încorporarea și eliberarea medicamentului. Au utilizat particule
flotabile de gelan în care a fost încorporat rifabutin (medicament utilizat în tratamentul infecțiilor
rezisten te ale stomacului cum este și infecția cu bacteria Helicobacter Pyloris ). Particulele au
fost preparate prin gelifiere ionotropică cu ioni de calciu în mediu acid. Particulele sunt sferice,
au o suprafață rugoasă, iar secțiunea transversală evidentiaza un interior foarte poros.
Încapsularea medicamentului în particule variază între 40.3% si 60.7%. Creșterea concentrației
de calciu crește eficiența de încapsulare a medicamentului. Proprietățile de flotabilitate depind
mult de concentrația de NaHCO 3. Elibera rea medicamentului descrește cu creșterea concentrației
de calciu. În faza inițială eliberarea a fost rapidă, ulterior aceasta devenind lentă. Chiar daca
concentrația de gelan a variat, nu a fost observată vreo diferență în eliberarea medicamentului,
in prima oră eliberandu -se 48 -69% din acesta. Eficiența scăzută în imobilizare a medicamentului
se poate datora utilizării NaHCO 3 ca agent generator de gaz care în reacție cu acidul acetic (din
baia de extrudere a particulelor) eliberează CO 2. Dioxidul de carb on rămâne blocat în rețeaua de
gel, în acest fel crescând porozitatea particulelor și scazand rezistența peretelui particulei. Ca
rezultat medicamentul difuzează ușor în lichidul de gelifiere. Studiul demonstreaza faptul că
eficiența încorporării cu medica ment poate fi controlată prin reglarea factorilor procesului.
Particulele astfel preparate pot fi utilizate ca sisteme particulate polimerice pentru eliberarea
controlată a rifabutinului, fiind administrate oral pentru tratarea diverselor infecții reziste nte ale
stomacului [195] . Amit Kumar Nayak și colab.au elaborat noi particule de gelan din semințe de
tamarind și gelan pentru eliberarea controlată a clorhidratului de metformin cu administrare
orală. Semințele de tamarind sunt necancerigene, biocompatibi le și au o stabilitate excelentă la
pH acid [196] .

21
Ele au. de semenea și proprietăți mucoadezive gasindu -și utilizare în eliberarea medicamentelor
[197] . Ca metodă de preparare a particulelor a fost aleasă gelifierea ionică. Ca agent de reticulare
în for mularea particulelor sferice de gelan cu semințe de tamarind a fost utilizat CaCl 2.
Clorhidratul de metformin este utilizat pentru scăderea glicemiei în diabetul de tip II neinsulino –
dependent. Are timpul de injumătățire de 1.5 -1.6 h și absorbție în intes tinul superior [198, 199 ].
Biodisponibilitatea sa orală a fost de 50 -60% [197] .
Particulele sferice mucoadezive au fost optimizate printr -un model factorial 32 și
analizate prin RSM (response surface methodology). A fost observată o creștere a eficienței
încapsulării cu medicament cu scăderea raportului de gelan -semințe de tamarind cat și cu
reducerea concentrației de CaCl 2. O scădere în eliberarea medicamentulu i a fost observată cu
scăderea raportului de gelan -seminte de tamarind și cu creșterea concentrației de CaCl 2. Eficiența
de încapsulare este de 95.73
4.02 % iar eliberarea medicamentului în primele 10 ore este de
61.22
3.44%. Particulele au fost caracterizate prin analize SEM și FTIR. Particulele astfel
formulate prezinta un grad de umflare dependent de pH, au o bună mucoadezivitate la mucoasele
membranei biologice iar testele in vivo pe șobolani au arătat o bună activi tate hipoglicemiantă
.Particulele sferice astfel formulate ar putea fi utilizate pentru eliberarea controlată, prelungită a
clorhidratului de metformin pentru menținerea nivelului optim de glucoză din sânge și pentru o
bună complianță a pacienților. Astfel de particule mucoadezive ar putea fi utilizate și pentru
încapsularea altor medicamente care necesită eliberare controlată pe o perioadă mai lungă de
timp, pentru îmbunătățirea biodisponibilității și a eficienței lor terapeutice [200] .
Amit Kumar Nayak ș i colab.,2014 [201] au elaborat și particule de gelan cu mucilagii de
ispaghula (tărâte de psyllium ) în care au încorporat clorhidratul de metformin. Ca și în studiul
anterior, metoda de obținere a fost gelifierea ionica iar ca agent de reticulare s -a util izat CaCl 2.
Particulele sferice mucoadezive au fost optimizate printr -un model factorial 32 și analizate prin
RSM (response surface methodology). Eficiența în încapsulare a fost de 94.24
4.18 % iar
eliberarea medicamentului în primele 10 ore este de 59.13
2.27 %. Particulele mucoadezive
care conțin clorhidratul de metformin sunt indicate pentru eliberarea controlată a medicamentului
pe o perioadă lungă de timp. Ele au propr ietăți antidiabetice demonstrate prin administrarea la
șobolani cărora li s -a indus diabetul cu aloxan și dupa o administrare prelungita a particulelor s -a
observat ca nivelul optim de glucoză din sânge este menținut și complianța pacienților este
imbunătă țită [201] . Particule sferice de gelan preparate prin metoda de gelifiere ionica au fost
utilizate pentru eliberarea controlată a cefalexinului. S -a urmărit efectul parametrilor de
formulare în eficiența încapsulării, si eliberarea controlată a medicamentu lui. Dispersia de gelan
care conține cefalexin a fost extrusă într-o baie ce conține o soluție cu ioni de calciu și zinc.
Variabilele pentru optimizarea procesului, cum ar fi pH -ul soluției în care are loc extruderea și
cantitatea de cefalexin din solutia de p olimer extrusă , au fost modificate pentru a obține o
imobilizare eficientă a medicamentului, o eliberare controlată pe o perioada prelungită, o
dimensiune și o morfologie optimă a particulelor sferice. Particulele preparate în mediul acid au
o struct ură poroasă, în timp ce cele preparate în mediu bazic au o suprafață netedă.
Caracterizarea particulelor s -a facut prin spectroscopie FTIR, DSC și difractie laser. Particulele
sunt de formă sferică, cu un diametru mediu variind intre 925 si 1183 μm. A fost obținută o
eficiență în încapsulare de 69.24%. Eficienta de eliberare a medicamentului a fost mai mare

22
atunci cand o cantitate mai mare de medicament a fost imobilizată în particule. Particulele
preparate în mediu acid elibereaza cu viteza mai ma re. Testele in vitro au fost efectuate în 0.1N
HCl sau în mediu de soluție tampon fosfat la pH 7.4, dar nu a fost observată o diferență
semnificativă. Studiul demonstrează ca prin combinarea ionilor de calciu cu zinc se obțin
particule de gelan de dimensiu ne uniformă ce au proprietăți de eliberare controlată a
medicamentelor [202] .
Shiv Sankar Bhattacharya și colaboratorii [203] au preparat microparticule de gelan,
prin tehnica de reticulare ionică utilizând ca agent de reticulare clorura de aluminiu și au
imobilizat în interiorul microparticulelor acidul tranexamic. Acidul tranexamic este un
medicament antifibrinolitic, are un timp de înjumătățire de 1.9 -2.7 h și biodisponibilitatea de
39%; de aceea necesită administrări repetate pentru a se menține la niv elul terapeutic optim.
Particulele au fost preparate prin tehnica de reticulare ionică. Caracterizarea bilelor a fost
efectuată prin microscopie electronică de baleiaj, spectroscopie FTIR, difracție cu raze X, DSC și
HPLC. Eficiența în încapsulare scade de la 89.12 % la 71.15 % prin variația concentrației
solutiei de gelan de la 0.75 % la 1.25 %. Particulele sunt sferice și au dimensiunea de la 8.11×102
μm până la 9,11×102 μm. Diametrul lor crește cu creșterea concentrației de polimer. Între
polimer și medicament nu există interacțiuni, acest lucru fiind pus în evidență prin spectroscopie
FTIR. Microparticulele au un grad de umflare scăzut în mediul acid dar acesta crește
considerabil în mediul bazic. Cu cât gradul de umflare a polimerului este mai mare cu atât este
mai mare viteza de eliberare a medicamentului din microparticule. Eliberarea completă a
medicamentului a fost atinsă în mediu alcalin în diferite perioade de timp și depinde de mai mulți
factori cum ar fi concentrația de polimer și concentrația de reticulant. Rezultatele acestui studiu
au evidențiat faptul ca microparticulele de hidrogel încărcate cu medicament pot fi utilizate
pentru a minimiza eliberarea acidului tranexamic în mediu acid și pot fi utilizate pentru a modela
eliberarea medicamentului în mediul bazic, ceea ce ar ajuta la scăderea pierderii de medicament
și la creșterea biodisponibilității. Testele in vivo au arătat o eliberare lentă și prelungită dar sunt
necesare mai multe studii clinice [203] .
Clorura de aluminiu a fost utilizată pentru studiul încapsulării glipizidei în particule de gelan
acetilat pentru eliberarea controlată și prelungită a medicamentului. Metoda utilizată pentru
prepararea particulelor a fost gelifierea ionotropică urmată o reticulare covalentă cu aldehidă
glutarică. Glipizida este un medicament care scade glicemia, utilizat în tratamentul diabetului de
tip II [204] .
Absorbția orală este rapidă, uniformă și completă cu o biodisponibilitate de aproape 100 %
[205] .
Încapsularea în particule de polimer ar putea avea ca efect creșterea eficienței sale
terapeutice având în vedere ca timpul de înjumătățire al medicamentului este mic, de aproximativ
3.4 h și necesită administră ri repetate [206] . A fost obținută o eficiență în încapsulare de 97.67%.
Prin tratament cu aldehida glutarică eficiența în încapsulare a fost redusă cu 11.89 %. Viteza de
eliberare a medicamentului a fost de 10% în mediu acid în 2h; în mediu alcalin ea a f ost de 38 –
47% pentru particulele de gelan retyculate ionic cu Al3+ și de 15% pentru particulele tratate cu
aldehidă glutarică. Eliberarea medicamentului a fost corelată și în acest caz cu gradul de umflare,
la fel ca în studiul efectuat de Shiv Sankar B hattacharza și colab. Utilizarea aldehidei glutarice

23
ca reticulant chimic a dus la scăderea vitezeide eliberare a medicamentului. Medicamentul se
eliberează controlat pe o perioadă prelungită. Aceste particule au potențial pentru a fi utilizate în
aplicați i de eliberare controlată și ar putea minimiza frecvența de administrare a dozei dar și
efectele secundare asociate cu medicamentul [207] .
Metoda coacervării complexe este bazată pe interacțiunile electrostatice dintre polimeri
anionici și cationici rezultând capsule insolubile sferice.
Chitosanul poate forma complecsi polielectrolitici prin interacțiuni electrostatice cu polianionii și
polizaharidele cu grupele COO- sau SO 4- [208, 209] . Gelanul a fost testat pentru încapsularea
componenților biologic activi în complexul de poliioni format cu chitosan de masă moleculară
joasă în soluție apoasă, cercetările conducand la concluzia ca acest complex polielectrolitic nu
poate fi încărcat cu o cantitate mare de medicament datorită naturii acide a mediului de gelifiere,
iar eliberarea medicamentului este rapidă datorită mediului acid din stomac [210] . Anurag
Verma și colab.,2012 [211], au ales un sistem polimeric format din chitosan și gelan pentru
transportul piroxicamului urmărindu -se eliberarea controlată a medicamentului în stomac,
eficientizarea încapsulării, creșterea stabilității medicamentului, complianța pacienților și
evitarea dezavantajelor asociate cu particulele de gel formate în emulsie pe bază de ulei.
Particulele sunt formate dintr -un complex de polielectroliți pe bază de gelan și chitosan, prin
tehnica coacervării complexe, fără a utiliza nici un reticulant chimic. Gelucire (39/01 și 50/13)
este utilizat ca fază de lipide datorită biocompatibilității, biodegradabilității, conține cantități
foart e mici de acid și previne iritarea gastrică, formând un înveliș în jurul medicamentului.44
Diametrul particulelor obținute variază între 1.09 -1.3 mm; ele prezintă o bună flotabilitate, o
eficiență a încapsulării crescută (medicamentul este încorporat în pa rticule într -o proporție de 93 –
98%). Elaborarea particulelor flotabile utilizând complexul polielectrolitic poate avea rezultate
eficiente în eliberarea controlată a antiinflamatoarelor nesteroidiene (AINS) administrate oral
pentru un efect terapeutic opt im, reducerea efectelor secundare (reduc iritația gastrică) și pentru o
bună complianță a pacienților [211] .
Alte studii au fost efectuate pentru prepararea microsferelor obținute prin metoda
reticulării în emulsie utilizând ca polimeri gelan și polia(lco olul vinilic) iar ca agent de reticulare
aldehida glutarică, pentru încapsularea unui medicament antihipertensiv [212] .
Rezistența mecanică a fost îmbunătățită atunci când s -a utilizat o retea interpenetrată de polimeri
(IPN) față de microsferele obținute prin reticulare ionică. Particulele obținute au formă sferică și
prin creșterea densității de reticulare se obțin dimens iuni mai mici datorită formării unei rețele
polimerice mai dense. În schimb creșterea concentrației de gelan duce la o dimensiune mai mare
a microsferelor cu formarea mai multor matrici cristaline. Microsferele IPN rezultate au arătat o
rezistență la tracț iune mai mare față de microsferele obținute doar dintr -un singur polimer. S -au
efectuat studii in vitro pentru a se stabili viteza de eliberare a medicamentului din microsfere și s –
a stabilit că aceasta este mai mare la microsferele care conțin cantități m ai mici de gelan.
Eficienta de eliberare a medicamentului din microsfere depinde și de mediul de difuzie și de
solubilitatea medicamentului în diferite medii [213] .
O rețea interpenetrată de polimer s -a utilizat în obținerea microcapsulelor de gelan și
albumină din ou în care sunt înglobate un complex răsină -diltiazem pentru eliberarea controlată a

24
medicamentului. Diltiazem clorhidrat, un medicament solubil în apă, a fost legat de Indion 254 –
o rășină schimbătoare de cationi. Metoda utilizată pentru obțin erea microcapsulelor de gelan cu
albumină a fost gelifierea ionotropică combinata cu reticularea chimică covalentă. Agentul de
gelifiere ionic utilizat este clorura de calciu iar cel de reticulare chimică este aldehida glutarică.
Caracterizarea microcapsul elor obținute s -a realizat prin analize SEM, DSC, TGA, XRD și
FTIR. Microcapsulele au formă sferică, cu o suprafață aspră (rugoasă) iar diametrul variază între
841 și 1118 µm. Dimensiunea particulelor reticulate ionic descrește odată cu a doua reticulare
(cu aldehida glutarică) și ar putea fi atribuită contractarii rapide a matricei IPN datorită
reticulării covalente între lanțurile polimerului. Cu creșterea concentrației de aldehidă glutarică
scade dimensiunea microcapsulelor datorită creșterii densități i de reticulare. Cu creșterea
cantității de rezinat, particulele își măresc diametrul datorită ocupării spațiului interstițial între
segmentele polimerului. Eficiența de încapsulare a fost de 68.02 -89.06 %. Cu creșterea
concentrației de CaCl 2 descrește efi ciența în încapsulare. Eficiența de încapsulare a
microcapsulelor obținute doar prin reticulare ionică a fost mai mare decat cea în care
microcapsulele au fost dublu reticulate. Pe de altă parte, eficiența de încapsulare a
medicamentului in microcapsulele preparate cu cantități mici de aldehidă glutarică a fost mai
mică decât atunci când s -au utilizat cantități mai mari de aldehidă glutarică. Eliberarea
medicamentului a fost studiată in vitro în fluidul gastric simulat pH=1.2 și în fluidul gastric
intestina l pH= 7.4. Medicamentul simplu (clorhidratul de diltiazem) prezintă o dizolvare rapidă
și completă în 60 min. Eliberarea medicamenbtului din rezinat a durat 3h dar din microcapsulele
IPN a fost mai lentă [214] .
S-au făcut cercetări pentru obținerea de filme pe baz ă de gelan pentru aplicații
dermatologice în care să fie incluse principii active medicamentoase și să le elibereze controlat.
Ming -Wei și colab., 2010 [215] au studiat prepararea, caracterizarea și prop rietățile biologice ale
gelanului reticulat cu 1 -etil-3-(3-dimetilpropil) carbodiimida utilizată ca activator al reactiei de
reticulare. S -au utilizat filme cu grosimea de 26 μm de gelan care reacționează cu agentul de
reticulare în etanol (40%), cu aplica ții medicale în vindecarea rănilor postoperatorii. Au fost
efectuate teste de biocompatibilitate in vivo și in vitro și s-a constatat că filmul de gelan este
compatibil cu celulele fibroblaste L929 și cu sângele. Prin implatare subcutanată filmul cauzează
o ușoară inflamație în primele zile după operație , dar nu apare nici o fibroză sau reacție
stromală. Un astfel de film are potențial de a fi utilizat în aplicații cutanate [215] .
C.Cencetti și colab. [216] au preparat și caracterizat un pansament antimicrobian pe bază de
argint, gelan, poli(alcool vinilic) și borax. Crearea unui pansament în care argintul este
încorporat trebuie sa asigure activitate antimicrobiană locală, cu avantajul unei eliberări
control ate a argintului și schimbarea pansamentului la un interval mai mare de timp. Acest tip de
pansament trebuie să asigure un mediu umed, nu trebuie ca din pansament să iasă fire textile (să
se destrame), deshidratarea și aderența la locul rănii. În acest stu diu este descrisa prepararea unui
nou pansament (nețesut) pe bază de gelan tratat cu un amestec de poli(alcool vinilic) și borax
capabil sa crească capacitatea de încapsulare a argintului și pentru a modela eliberarea sa. Noul
pansament arată o creștere a capacității de absorbție a apei (o proprietate fundamentală pentru
absorbția exudatelor plăgii) și o viteza scăzută de deshidratare. Argintul este eliberat controlat

25
pe o perioadă mai lungă de timp, activitatea sa antibacteriană fiind testată pe Staphyloc occus
aureus si Pseudomonas aeruginosa [216] .
Un nou hidrogel pe bază de gelan și acid hialuronic sulfat a fost raportat de C.Cencetti și colab.
[217] cu scopul de a forma o barieră în formarea cicatricilor epidurale apărute după operații
chirurgicale. N oul hidrogel are în compoziția sa gelan 2% (m/v) și acid hialuronic sulfat 1%
(m/v). Prezența polimerului sulfat induce proprietăți hidrofile și, prin intersectarea cu zonele de
joncțiune ale gelanului, se obține un hidrogel cu proprietăți mecanice și re ologice îmbunătățite, și
mult mai ușor de extrudat [217] .\
S-au efectuat cercetări pentru obținerea unui sistem polimeric utilizat în eliberarea
controlată a ciprofloxacinei cu potențiale aplicații dermice, format din derivați de gelan ce conțin
grupe de amoniu cuaternar. Acestia au fost obținuți prin substituție nucleofilă la grupele hidroxil
primare din gelan a clorurii de N -(3-cloro -2-hidroxipropil) – trimetil amoniu în prezența alcalilor,
în anumite condiții de reacție specifice, utilizând diverse rapoarte molare gelan/ N -(3-cloro -2-
hidroxipropil) -clorură de tri metil amoniu. Caracterizarea s -a făcut prin spectroscopie 1H RMN,
FT-IR și titrare conductometrică cu AgNO 3 pentru determinarea gradului de cuaternizare;
analiza termogravimetrică a fost utilizată pentru investigarea comportamentului termic. Au fost
formu late particule pe bază de gelan cuaternizat și chitosan cu reținerea activității antibacteriene
a fragmentelor de amoniu cuaternar. Studiile in vitro s-au efectuat pe piele de șobolan în soluție
tampon fosfat (pH=7.43). Ciprofloxacina a fost eliberată în 24 h, confirmând faptul că particulele
astfel obținute pot fi utilizate ca sisteme pentru eliberarea controlată a medicamentelor cu
aplicații dermice locale [218] .

Aplicații medicale
În ultimii ani, transplantarea celulelor terapeutice a jucat un rol tot mai important în medicina
regenerativă. Un rol determinant pentru un tratament adecvat și care să funcționeze îl reprezintă
cantitatea și calitatea celulelor.Suporturile polimerice sunt utilizate ca vehicule pentru transportul
și eliberarea controlată a celulelor terapeutice la un loc țintă din corp. Ele au, de asemenea, rolul
de a menține viabilitatea celulară și fenotipul celular trebuie să rămână intact în timpul
transportului [219, 220] .
Au fost efectuate studii pentru obținerea de noi sisteme poli merice capabile sa poată
transporta și elibera celule pentru tratarea diverselor afecțiuni cu utilizare în medicina
regenerativă tisulară. Chunming Wang și colab.,2008 [221] au obținut un suport polimeric de
hidrogel pe bază de gelan, utilizat ca vehicul pentru transportul și eliberarea controlată a
celulelor care ajută la regenerarea diverselor țesuturi. Obținerea microsferelor de gelan se
realizează prin metoda emulsiei apă în ulei, urmată de o serie de tratamente de reticulare redox.
Pentru a îmbunătăți adeziunea celulară, un strat de gelatină va acoperi suprafața microsferelor,
rezultând un suport gelatină -grefat -gelan pentru transportul celulelor. Celulele care au fost
imobilizate pe acest suport au fost fibroblaste dermice umane și osteoblaste fetale umane. Prin
microscopie optică și microscopie electronică de baleiaj s -a putut observa că celulele fibroblaste
sunt uniform răspândite și populează rapid suprafața microsupor tului de gelatină și gelan. În
cazul celulelor osteoblaste ce sunt imobilizate pe acelasi tip de suport, viabilitatea celulară și
potențialul lor pentru osteogeneză sunt demonstrate prin teste de fluorescență și prin indicații

26
histologice și biochimice spe cifice. Aceste microsfere de gelan și gelatină ar putea fi utilizate
pentru transportul celulelor pentru aplicații în medicina regenerativă tisulară [221] .
În aplicațiile ingineriei tisulare, cartilajul articular, datorită funcției sale în mobilitate și
locomoție este considerat cel mai important cartilaj. Traumatismele și bolile degenerative
(osteoartrita, artrita reumatoidă) pot crea stări de invaliditate,conduc la apariția durerii și scad
calitatea vietii. Au fost încercate multe tratatmente dar rezulta tele nu sunt satisfăcătoare și din
această cauză s -au făcut cercetări în domeniu pentru dezvoltarea altor tehnici pentru tratarea
acestor afecțiuni [222] .
Au fost studiate suporturi biopolimerice pentru încorporarea celulelor și pentru formarea
unui țesut cartilaginos funcțional [223] .
Sistemele injectabile de hidrogel pot fi aplicate printr -o tehnică foarte puțin invazivă și
datorită capacității acestora de a gelifia in situ în condiții fiziologice au fost utilizate în
cercetările pentru aplicații în regenerarea cartilajului [224] .
Gelanul a fostunul dintre biopolimerii propusi pentru aplicații în ingineria tisulară.
În studiul efectuat de J. T. Oliveira și colab., 2010 [225] a fost testat un hidrogel
injectabil de gelan care conține celule autologe pentru regenerarea cartilajului articular afectat la
iepure. Celulele încapsulate în hidrogelul de gelan au fost condrocite articulare umane.
Hidrogelul împreuna cu celulele au fo st introduse prin injectare în locul defect din cartilajul
articular, iar gelifierea a avut loc in situ , in condiții fiziologice. Dupa 8 saptasmani de actiune au
fost efectuate teste histologice, biochimice, moleculare și imunologice . Rezultatele au preze ntat
o distribuție celulară uniformă și condriocitele în matrice au o formă rotundă [225] .
Un alt studiu efectuat de Jiabing Fan și colab. [226] utilizează, de asemenea,
hidrogeluri injectabile de gelan în care sunt încorporate celule stem mezenchimale -sinoviale
(CSMS) prelevate de la iepure. Sistemul astfel format a fost testat in vitro pentru aplicații în
ingineria tisulară a cartilajului. Condro geneza CSMS de iepure cu hidrogelul injectabil de gelan a
fost testată in vitro utilizând culturi condrogenice. Rezultatele au arătat formarea unui țesut
cartilaginos prin tratarea culturilor de celule cu TGF -β1, TGF -β2 sau BMP -2, ceea ce conduce la
concl uzia că CSMS încorporate în hidrogelul injectabil de gelan prezintă un mare potențial de
formare a construcțiilor cartilaginoase. Aceste studii reprezintă o bază pentru studii viitoare in
vivo [226] .
Datorită temperaturii înalte de gelifiere și lipsei de rezistență mecanică, utilizarea gelanului în
ingineria tisulară este limitată. Au fost efectuate cercetări și pentru imbunătățirea acestor
proprietăți și a fost obținut un nou biomaterial pe bază de ge lan și chitosan cu posibile aplicații
în ingineria tisulară. Gelanul a fost mai intai oxidat și amestecat apoi cu carboximetil chitosan
ceea ce a dus la obținerea unui hidrogel complex format dintr -o rețea dublă. S -a observat o
îmbunătățire a temperaturii de gelifiere care este mai mică de 42 șC, s -a observat o creștere a
modulului de comprimare de 278 kPa și după comprimare poate reveni la forma inițială. În acest
nou hidrogel format au fost încapsulate condriocite iar testele in vitro au arătat ca aceste a
proliferează și au o viabilitate crescuta. Acest hidrogel pe bază de gelan și carboximetil chitosan
este un material care ar putea fi utilizat în aplicații ale îngineriei tisulare a cartilajului [227] .
Gelanul poate fi modificat prin metacrilare; în ac est mod se poate utiliza o metodă
alternativă pentru obținerea hidrogelului, fotopolimerizarea. Utilizarea fotopolimerizării conduce
la obținerea de hidrogeluri cu caracteristici structurale și mecanice imbunătățite [228] .

27
Obținerea de hidrogeluri cu rezistență mecanică mare este un obiectiv major în aplicatii
ale ingineriei tisulare. Pentru atingerea acestui obiectiv, o strategie ar fi crearea unei rețele duble
de hidrogel în care celulele să poată fi încapsulate. S -au efectuat studii în acest sens și s-a creat
un hidrogel format din rețele duble prin fotoreticulare în două etape utilizând ca polimer
metacrilat de gelan pentru prima rețea rigidă și fragilă, respectiv gelatina metacrilamidă pentru a
doua rețea moale, și elastică. Proprietățile mecanice ale fiecărei rețele au fost obținute prin
controlul gradului de metacrilare a fiecărui polimer. Reteaua dublă este formată prin
fotoreticularea gelanului metacrilat, difuzarea gelatinei metacrilamidă în prima rețea, și
fotoreticularea gelatinei metacrilami dă pentru a forma a II -a rețea. Rezistența la compresiune a
hidrogelurilor obținute prin această metodă a fost de până la 6.9 Mpa, o valoare ce este apropiată
de rezistența cartilajului. Raportul masic al polimerilor influenteaza rezistența mecanica a
hidrogelurilor. În aceste rețele au fost încapsulate celule fibroblaste iar testele au arătat
compatibilitate celulară și viabilitatea celulelor nu a fost afectată de condițiile de prelucrare a
hidrogelului [229] .
S-au făcut teste ale hidrogelului de gelan di n punct de vedere al potențialului
angiogenic pentru aplicarea sa în regenerarea nucleului pulpos. Hidrogelurile pentru regenerarea
nucleului pulpos trebuie să aibe proprietăți nonangiogenice sau chiar antigiogenice. Datorită
capacității hidrogelurilor de gelan de a realiza suporturi pentru încapsularea de celule cu
proprietăți mecanice optime și datorită lipsei de toxicitate, acestea pot fi utilizate ca și înlocuitori
(substituenți) pentru nucleul pulpos în diferite s trategii acelulare sau celulare. Testu l pe
membrană corioalantoică s -a efectuat pentru a stabili dacă hidrogelurile de gelan au răspuns
angiogenic. Pentru acest s -au utilizat discuri de hidrogel de gelan, respectiv metacrilat de gelan
reticulat ionic și metacrilat de gelan fotoreticulat. Acest test demonstrează că hidrogelurile de
gelan nu au nici nici un răspuns angiogenic, nu inhibă și nici nu induc formarea de noi vase de
sânge. Testele histologice și imunohistochimice efectuate au arătat ca hidrogelurile sunt
nepermisive în refacerea celul elor endoteliale. Hidrogelul pe baza de metacrilat de gelan
reticulat ionic sau fotoreticulat nu provoacă nici un răspuns inflamator acut. Angiogeneza este
un proces asociat puternic cu deteriorarea progresivă a nucleului pulpos și aceasta ar putea fi
prevenită prin utilizarea hidrogelului de metacrilat de gelan reticulat ionic sau fotoreticulat
deoarece hidrogelul ar putea contribui la regenerarea țesutului deteriorat al discului
intervertebral. Datorită proprietăților sale funcționale și foarte adaptabil e, precum și datorită
abilității sale de a controla infiltrarea de celule și invazia vaselor de sânge, hidrogelurile pe bază
de gelan au potențial de a fi utilizați ca înlocuitori pentru nucleul pulpos [230] .
S-au efectuat cercetări și pentru regenerarea și repararea defectelor osteocondrale. Ele apar după
o traumă, cancer sau disfuncții metabolice. Defectele osteocondrale necesită regenerarea
cartilajului și a osului subcondral în același timp, ceea ce implică utilizarea unor construcții
bistratificate [231]. Construcții bistratificate, reprezentate printr -o structură structură
cartilaginoasă și una osoasă au fost propuse de către J.M. Oliveira . Sistemele combină
construcțiile bifazice, biomimetice și sunt compuse din hidroxiapatită și chitosan [232] .
Hidrogelurile au atras atenția în tratarea defectelor osteocondrale. Gelanul formează
hidrogeluri ce pot gelifia in situ . Datorită structurii lor caracteristice își găsesc aplicații in
regenerarea țesutului cartilaginos. În cercetările recente făcute de Diana R. Pereira și colab.66,
gelanul slab acilat a fost utilizat pentru construcțiile bistratificate din hidrogel în ingineria

28
tisulară osteocondrală. Construcțiile bistratificate au fost obținute din soluție apoasă de 2 % gelan
slab acilat (pentru structu ra cartilaginoasă) și dintr -o soluție de 2 % gelan slab acilat în care se
adaugă diferite cantități de hidroxiapatită (5 – 20%), în acest mod obținându -se o structură osoasă.
Bioactivitatea a fost analizată in vitro prin imersarea construcțiilor de hidrogel într-o soluție ce
simulează fluidul din corp timp de 14 zile. Analizele pentru construcțiile de hidrogel obținute,
prin microscopie electronică de baleiaj, spectroscopie FT -IR, difracția cu raze X au demonstrat
că formarea apatitei este limitată de stratu l cu structură de os. Testele de bioactivitate prezintă un
comportament diferit în ambele structuri. Structura de os este bioactivă (un strat de apatită a fost
format în contact cu fluidul simulat al corpului) pe cand structura cartilaginoasă nu a arătat o
natură bioactivă. Prezența hidroxiapatitei induce nucleația apatitei și ionii de calciu accelerează
nucleația apatitei în stratul cu structură de os. Construcțiile de hidrogel de gelan bistratificat au
un potențial major de a fi utilizate în ingineria ti sulară [233] .
Regenerarea limitată a cartilajului articular a condus la diverse cercetări conceperea de
noi tratamente și investigarea de noi tehnici medicale pentru atingerea acestui obiectiv.
Încorporarea celulelor stem, a celulelor precursoare impreună cu factorii de creștere în diverse
suporturi pe bază de hidrogeluri de polizaharide reprezintă o abordare în regenerarea cartilajului
articular [234] .
Rigiditatea substratului poate influența comportamentul celular și poate susține diferențierea
celulară in diferite fenotipuri de celule [235-237].
Substraturi mai moi au tendința să promoveze diferențierea neurogenă, adipogenă și
condriogenă, în timp ce substraturile mai rigide s -au dovedit că sprijina miogeneza și
osteogeneza în funcție de compoziția specifică a mediilor de cultură [236, 238, 239] .
Mark Ahearne și Daniel J Kelly [240] au comparat hidrogelurile de fibrină, agaroză și
gelan ca vehicule sub formă de microsfere pentru transportul și încorporarea celulelor stem și a
factorilor de creștere utilizate în aplicații de regenerare a cartilajului. Gelatina MSs a fost
utilizată pentru a controla factorul de creștere TGF -β3 și celulele precursoare (progenitoare)
extrase din lipidele infrapatellar e ale genunchiului s -au utilizat pentru a determina capacitatea
celor trei hidrogeluri de a susține formarea țesutului cartilaginos hialin. Studiile au fost efectuate
in vitro . Cel mai înalt nivel al AND -ului a fost observat în hidrogelurile de gelan care conțin
factorul de creștere TGF -β3 și elib erează MSs. Este necesară optimizarea raportului dintre
concentrația de gelan și concentrația de CaCl 2 pentru a obține un hidrogel cu o temperatură de
gelifiere potrivită, dat fiind faptul că utilizarea gelanului este limitată de gelifiarea rapidă a
hidrog elului la temperaturi scăzute [240] .
Capacitatea de regenerare a țesutului adult accidentat (deteriorat) din sistemul nervos central este
foarte limitată. Leziunile traumatice ale măduvei spinării pot duce la pierderea permanentă a
funcțiilor motorii și s enzoriale precum și la alte complicații. Abordările medicamentoase sunt
limitate și se bazează pe utililizarea medicamentelor antiinflamatoare cum ar fi metilprednisolon
[241] . Transplantul de celule stem ar putea fi o strategie de regenerare a acestor țesuturi, dar
celulele au o rată mică de supraviețuire, (sub 1 %). Pentru a crește viabilitatea acestor celule, ele
pot fi imobilizate într -o matrice biopolimeră care poate să le a sigure un mediu favorabil de
supraviețuire după transplant. Gelanul a fost ales ca biomaterial pentru transportul celulelor, dar
pentru creșterea adeziunii celulare gelanul a fost modificat cu o peptidă sistemică derivată din
fibronectină. Gelanul modifica t a avut un efect profund asupra morfologiei și proliferării

29
celulelor stem neuronale precursoare, diferit de efectul gelanului nemodificat cu aceleași celule.
Acest studiu demonstrează că gelanul modificat de această peptidă utilizat ca biomaterial și
încapsularea de celule stem în acest biomaterial ar putea avea beneficii în tratarea leziunilor din
măduva spinării [242] .
Caracterul biocompatibil al gelanului determina utilizarea sa in numeroase aplicatii in
care acest polizaharid lucreaza in contact sau chiar in interiorul organismului. Putand fi formulat
ca particule, filme, hidrogeluri mai mult sau mai putin fluide, gelanul constituie un transportor
ideal pentru medicamente, administrabil oral, transdermal, pe caile respiratorii, instilat in sacul
conju nctival al ochiului etc, si avand capacitatea de a determina o eliberare sustinuta, controlata a
principiilor active pe care le contine. De aici aplicatiile numeroase in medicina, in formulari
farmaceutice, in cosmetica sau in ingineria tisulara. Acestea s e adauga la aplicatiile numeroase in
domeniul alimentar – fie in biotehnologii (imobilizarea de enzime, celule de drojdie de bere etc.)
fie in realizarea de alimente functionale -, ca mediu de cultura pentru tesuturi de plante, s.a.
3.1. Chitosanul
Chitosanul e ste un material promițător pentru o gamă largă de aplicații biomedicale.
Chitosanul este produsul principalul obținut prin procedeul de deacetilare alcalină a chitinei, (β –
(1-4)-2-amino -2-deoxi -D-glucoză); este un polimer liniar natural semi -cristalin, sem i-sintetic,
policationic din familia polizaharidelor cu structură liniară, compus din unități (1→4) -2-
acetamido -2-deoxi -β-D-glucan(N -acetyl -D-glucozamină) și (1→4) -2-amino -2-deoxi -β-D-glucan
(D-glucozamină) [243]. In literatura de specialitate sunt raportate cercetări intense cu privire la
morfologia sa, [244] datorită faptului că acesta deține proprietăți excelente cum ar fi:
biodegradabilitate, biocompatibilitate, netoxicitate, mucoadezivitate, grupări amino și hidroxilice
reactive ideale pentru mo dificarea chimică [245, 246 ].
Sursa de proveniență a chitosanului este determinantă pentru proprietățile sale fizice,
astfel că polimerul obținut din ciuperci este preferat în locul celui obținut din crustacee din punct
de vedere al alergogenității, al di stribuției grupelor deacetilate și a masei moleculare, fiind mult
mai indicat pentru utilizările în aplicațiile biomedicale. Denumirea de chitosan este atribuită
chitinei care are peste 60% resturi D -glucozaminice, ceea ce corespunde unui grad de deacetila re
de 60%. [247]
Proprietățile reactive, datorate grupărilor hidroxil și grupărilor aminice primare în
concentrație mare permit chitosanului să reacționeze cu multe substanțe obținându -se
micro/nanosfere, micro/nanocapsule, derivați cu un spectru larg de utilizări. Încorporarea
principiilor active conduce la obținerea de produse farmacologice noi cu diverse aplicații. Pe
lângă faptul că este o resursă regenerabilă și există din abundență, chitosanul iese în evidență
datorită proprietăților sale chimice, fi zice și biologice unice ca biocompatibilitatea,
biodegradabilitatea, mucoadezivitatea, caracteristicile anti -bacteriene, antitumorale, hemostatice,
toxicitate și imunogenitate scăzută [248]. caracterul fungic, analgezic, precum și caracteristici
peliculoge ne. Toate aceste proprietăți au atras cercetări cu privire la numeroase bioaplicații cum
ar fi: agent antibacterian pentru bandajele (pansamentele) utilizate la oprirea sângerarilor,
ingineria tisulară ca înlocuitor temporar de piele, suturi resorbabile, t ransport de medicamente.
Având la bază chitosanul găsim raportate și elaborate în literatură matrici cu rol de vehicule

30
transportoare de principii active, sub formă particulată, lipozomală, membrane osmotice,
structuri spongioase, hidrogeluri, filme etc. Î n aplicațiile oftalmologice chitosanul înlocuiește cu
succes polimerii sintetici datorită proprietăților sale caracteristice, cum ar fi claritatea optică,
stabilitatea mecanică adecvată, corecția optică suficientă, higroscopicitate și compatibilitate. Un
alt avantaj îl reprezintă faptul că poate modificat chimic ușor, iar matricile pe bază de chitosan se
pretează la furnizarea eficientă a medicamentelor polare prin diferite bariere biologice ale
corpului [249, 250].

Figura 5. Structura chimică (a) chitină, (b) chitosan distribuția eter ogenă a grupelor acetil pe lanț
[250].
3.2. Caragenanul
Caragenanul aparține familiei de galactani hidrofili liniari sulfatați cu o masă moleculară
mare, fiins format din unități alternante de D -galactopyranoză și 3,6 -anhidro-galactoză (3,6 -AG)
unite prin legături alternative alternante de α -1,3 și β -1,4- glicozidice. Tipurile de caragenan cum
ar fi λ, κ, ι, ε, μ, θ au un conținut de 22 -35 % grupe sulfat, clasificare realizată în funcție de
solubilitatea acestora în clorur ă de potasiu [251] .
În procesul de obținere a caragenanilor, pe lîngă galactoză și sulfat, pot exista și alte
reziduuri de carbohidrați: xiloza, glucoza, acizi uronici și substituienți cum ar fi grupe de metil
eteri și piruvat [252]. Proprietățile caragenanilor sunt influențate în principal de numărul și
poziția grupelor de ester sulfat și de asemenea de conținutul de 3,6 -anhidro -galactoză(3,6 -AG)
Conținutul de grupe ester -sulfat pentru kappa -caragenan este în jur de 25 -30% și 28 -35 % grupe
3,6-anhidro-galactoză, iotta -caragenan conține grupe sulfat în jur de 28 -30% și 25 -30 % grupe
3,6-anhidro -galactoză, iar lambda -caragenan conține grupe ester -sulfat în jur de 32 -39 % și nu
conține nici o grupă 3,6 -anhidro -galactoză.
Masa moleculară medie a caragen anilor diferă în funcție de natura sa; spre exemplu
caragenanul nativ ar avea o valoare a masei moleculare medii de la 1.5 × 106 la 2 × 107 g/mol , iar
cel de calitate alimentară o valoare de 100.000 –800.000 g/mol sau 200.000 – 400.000 g/mol, pe
când caragenanul degradat (poligeenan) are o masă moleculară medie de 20.000 –30.000 g/mol .
Domeniul de toleranță a pH-ului pentru caragenani este cuprins în intervalul 4 -10, în
mediu acid acestia având o stabilitate slabă. Caragenanii sunt sensibili la depolim erizarea
realizată prin hidroliză acidă, pentru că o temperatură ridicată și un pH scăzut conduc la
pierderea completă a funcționalității lor. Studiile au relevat că acesta este netoxic și neiritant, este
sigur de utilizat în industria alimentară nefiind s tocat în organele animalelor testate (șoareci,
maimuțe, iepuri, porcușori), și nu este nici cancerigen; de asemenea toxicitatea depinde de masa
moleculară și nu de grupele sulfat. [251]

31
Stabilitatea caragenanilor
Soluțiile de caragenan sunt destul de stabile la pH neutru sau alcalin. La pH mic
stabilitatea soluțiilor scade, în special la temperaturi ridicate, datorită hidrolizei care conduce la
pierderea capacității de vâscozitate și de gelifiere; în cazul în care gelul este deja format nu mai
intervine procesul de hidroliză acesta fiind stabil chiar și la pH 3,5 – 4. Datorită limitărilor
caragenanului în condiții acide pentru aplicațiile practice este de dorit evitarea prelucrării
soluțiilor lor la pH mic și temera turi ridicate pe o perioadă mai îndelungată de timp. [253]

Metode de ob ținere a sistemelor de eliberare

Înțelegerea avansată a chimiei materialelor și a tehnicilor de inginerie facilitează multiple
strategii de fabricare a sistemelor de eliberare a medicamentelor pe bază de polizaharide. În
această secțiune, discutăm elementele de bază ale chimi ei asociate cu legătura de reticulare în
cadrul sistemelor de polizaharide și tehnicile de inginerie utilizate pentru fabricarea sistemelor de
administrare a medicamentelor .

Forțe intra și intermoleculare în sistem ele de de eliberarea a medicamentelor pe bază de
polizaharide
 Legăturile covalente

Pentru creșterea stabilității nanoparticulelor pe bază de polizaharide și pentru a evita
dizolvarea lanțurilor/segmentelor de pol imeri hidrofili în faza apoasă, se realizează, de obicei, o
reticulare chimică, menținând în același timp biodegradab ilitatea materialelor (figura 2 ).
Reticularea chimică este procesul d e legare a lanțurilor polimerice prin legături covalente,
obținându -se rețele tridimensionale care reduc mobili tatea structurii și îmbunătățește de obicei
proprietățile mecanice, de barieră și cele de rezistență la apă. Cei mai comuni agenți de reticulare
sunt compuș i bifuncționali simetrici cu grupe reactive cu specificitate pentru grupele funcționale
prezente pe macromolecule.

32

Fig. 2 Schematic illustration of different intra – and intermolecular
forces in polysaccharide systems. A) Covalent cross -linking. B) Metal –
polymer coordination. C) Electrostatic interactions. D) Hydrophobic
interactions.
Legăturile chimice din structura matricei polimere sunt de obicei conceput e fie pentru a fi
biodegradabile , fie pentru a răspunde stimulilor în condiții specifice endo gene și exogene [254-
256].
Deși legăturile reti culate covalente reprezint ă principala interacțiune între
macromolecule , există și alte interacțiuni necovalente (de exemplu, legăturile de hidrogen și
interacțiunile hidrofobe) care ar putea fi de asemenea implicate în formarea matricei polimerice,
în funcție de tipul de polizaharid utilizat și de modificările chimice efectuate . În general,
legăturile labile, incluzând legăturile peptidice (reacții mediate de carbodiimidă), legăturile
esterice (esterificarea mediată de anhidridă) și legăturile disulfidice (oxidarea grupărilor tiol)
facilitează în mod obișnuit reticularea intramoleculară a polizaharidelor [255,257 ].

Reacții de coordinare metal -polimer
Spre deosebire de reticularea covalentă, reacția de coordi narea metal -polimer formează
legături mai puternice între lanțurile de polizaharide prin legătur i coordinative -covalente
(chelatizare) între cationii metalici (de exemplu, calciu, cupru, fier, zinc) și fragmentele de ligand
cu sarcină negativă ale p olizaharidelor [258-260].

33
Aceste legături intramoleculare permit formarea reversibilă și facilă a nanocompozitelor metal –
polizahar id, [261] cum ar fi hidrogelurile cu proprietăți fizico -chimice variabile, care depind de
dimensiun ea și valența metalelor , precum și de gradul de modificare chimică și de concentrația
polimerului [261, 262]. În plus, legăturile coordinative metal -polimer sunt în general sensibile la
pH, proprietate care favorizează utilizarea lor în aplicații biomedicale ca sisteme pentru
elibera rea controlată a medicamentelor, deși această proprietate poate provoca și instabilitatea
rețelei polimere reticulate [263]. Alginatul este un exemplu binecunoscut de polizaharidă care
poate fi reticulat prin interacțiuni cu diferiți ioni metalici divalenți, în principal ionii Ca2+[264].
Aceș ti ioni de calciu pot fi coordi nați cu grupările carboxilice din unitățile de acid α -l-guluronic
ale alginatului [265]. Drept urmare, se formează rețeaua polimerică de hidrogel . Particulele de
hidrogel pe bază de alginat pot fi preparate la temperatura camerei și la pH fiziologic; astfel, ele
sunt utilizate pe scară largă pentru imobilizarea celulelor vii și eliberare a controlată a proteine lor
[266].

Interacții electrostatice

Pe lângă sistemele de eliberare obținute pe baza polizaharidelor anionice reticulate prin
coordonare cu ioni metalici, pot fi obținute sisteme de eliberare obținute prin complexare
polielec trolitică (PEC) formate prin interacțiuni electrostatice între polizaharide le de sarcini
opus e [267, 261 ]. Complexele polielectrolitice asigură o legătură fizică reversibilă și
necovalentă, fără a utiliza alți agenți reactivi sau catalizatori pentru imobilizarea substanțelor
active terapeutice. Complexele polielectrolitice sunt obținute din macromolecule de sens opus
polianioni și policationi cum ar fi a cizii nucleici (de exemplu, p ADN, siARN), proteine (de
exemplu, albumină, colagen, gelatină), polizaharide (de exemplu, chitosan, acid h ialuronic,
alginat) și polimeri sintetici cu sarcină pozitivă și negativă (de ex. , pol ietilenimină, acid
poliacrilic ) [262, 268 ] Complexitatea, stabilitatea și proprietățile fizice (de exemplu,
permeabilitatea, umflarea) complexelor polielectrolitice sunt determinate de mai mulți factori,
inclusiv proprietățile intrinseci ale complexelor polielectrolitice (de exemplu, rezistența ionică,
densitatea sarcinii, masa moleculară, flexibilitatea) și mediul fizico -chimic în care are loc reacția
(de exemplu, temperatura și pH -ul soluției, tipul solventului, gradul de interacț iune dintre
polimeri ), precum și ordinea și durata de interacțiune a polimerilor in amestec pentru obținerea
complexelor polielectrolitice [121, 255, 256, 268, 269] .
Printre polizaharidele existente, chitosanul este polizaharida cationică cel mai frecvent utilizată
în apl icații pentru a forma complexe polielectrolitice datorită caracteristicilor sale biocompatibile
și datorită solubilității în apă [256], în timp ce acidul hialuronic, [270] sulfatul de dextran , [271]
alginat ul, [272] acizi i nucleici, [273] și câteva peptide / proteine bogate în acid aspartic și
glutamic s unt utilizate ca polielectroliți anionici [274, 275]. În plus, polizahar idele anionice pot
forma complexe polielectrolitice cu peptide / proteine încărcate pozitiv, cum ar fi pol ilizina, care
este o peptidă încărcată pozitiv care se combină electrostatic cu alginat ul pentru a forma
nanoparticule obținute prin complexare polielectrolitică [274].

Interacții hidrofobe
Hidrogelurile, prin definiție, absorb o cantitate mare de apă, iar natura lor hidrofilă face
problematică încapsularea și eliberarea medicamentelor hidrofobe. Separarea pe faze între
medicamentele hidrofobe încapsulate și hidrogel poate deteriora, de aseme nea, stabilitatea și
rezistența hidrogelului. Aceste probleme au motivat dezvoltarea de hidrogeluri care conțin

34
polimeri hidrofobi sau componente hidrofobe pentru a servi drept locuri de legare pentru
medicamente hidrofobe [276].
Abordările tipice pentru a include domenii hidrofobe în hidrogeluri includ copolimerizarea
monomerilor hidrofobi și încorporarea moleculelor hidrofobe (de exemplu, ciclodextrina și
colesterolul ). Lanțurile alifatice hidrofobe au fost încorporate în peptide care s -au autoasamblat
în nanoparticule pentru a forma un sistem pentru eliberarea medicamente lor anticancer hidrofobe
[277, 278].
Tiocolesterolul a fost încorporat într -un hidrogelpe bază de alcool polivinil pentru administrarea
de medicamente hidrofobe [279].

Cu toate acestea, încorporarea domeniilor hidrofobe poate reduce semnificativ absorbția de apă
în hidrogeluri și poate modifica proprietățile fizice și biochimice ale acestora. În acest scop,
includerea ciclodextrinelor în hidrogeluri este avantajoasă deoarece nu s chimbă hidrofilicitatea
generală a hidrogelurilor. Aceste oli gozaharide macrociclice conțin atât un caracter hidrofil
extern cât și o cavitate hidrofobă interne la care se pot asocia medicamentele hidrofobe. În astfel
de sisteme, eliberarea medicamentului este controlată în principal de compartimentarea relativă a
medicamentelor solubilizate între hidrogel și mediul de eliberare și este independentă de
dimensiunea ochiurilor rețelei de hidrogel [280].

Este esențial să recunoaștem că hidrogelurile oferă ade sea numeroase posibilități pentru crearea
interacțiunilor cu medicamentele, ceea ce poate permite, să hibridizarea mai multor interacțiuni
într-un singur hidrogel [281]. Controlul eliberării medicamentelor pr in interacțiuni chimice oferă
adesea un grad în plus de libertate în elaborarea sistemelor polimerice . Totuși, acest avantaj
potențial trebuie cântărit împotriva problemelor potențiale legate de impactul modificărilor
chimice asupra biocompatibilității medicamentului sau hidrogelului. Modificările chimi ce ale
unui medicament în apropierea unui situs activ sau a unei regiuni din vecinătatea unei proteine
care determină o schimbare conformațională determinând reduce rea efectului medicamentului
[282, 283 ].. De exemplu, unele enzime își pierd bioactivitate a atunci când sunt PE Gilate prin
intermediul grupării ε -amino din reziduurile de lizină [284].

Metode și tehnici de obținere a sistemelor de eliberare

Sistemele de încapsulare care sunt utilizate în alimente includ lipozomi, coacervate,
particule, geluri si complecși de incluziune moleculară [285, 286] .
Deși polimerii sunt des utilizați pentru a crea hidrogeluri pentru aplicații farmaceutice și
biomedicale, mulți nu sunt permiși în alimente și băuturi. [287].
În locul polimerilor sintetici, polizaharidele și unele proteine alimentare pot fi utilizate
pentru a crea hidrogeluri de tip alimentar. Există un număr de tehnici pentru a forma particule de
hidrogel. Multe se bazează fie pe ruperea matricei continue de gel pentru a forma particule de
hidrogel sau formarea picăturilor dispersate care apoi sunt gelifiate printr -un mecanism specific
cum ar fi schimbarea temperaturii (gelifierea prin încălzire sau la rece ), prin adăugarea unei
enzime sau prin adăugarea de ioni, cum ar fi calciul [288, 289 ].
În acord cu Mc Clements principalele metode pentru a crea particule de hidrogel sunt
următoarele: ruperea gelului macroscopic, coacervarea simplă, injecția si emulsionarea. În scopul
de a elabora sisteme de eliberare potrivite, nutraceuticele și suplimente le nutritive pot fi

35
clasificate în componente hidrofile, lipofile și amfifile și componente care nu sunt solubile nici în
ulei nici în apă (ex. probiotice). Cele hidrofile pot fi transportate într -o matrice formată din
biopolimeri, în timp ce componentele lipofile sunt în general transportate într -un sistem pe bază
de emulsie. [289]
4.1. Metoda extruderii este cea mai utilizată pentru imobilizarea celulelor micr obiene și
a principiilor active [290-292]. Ea are loc în condiții blânde care permit ca încapsularea să se
producă fără a distruge microorganismele [293] .
Metoda implică un dispozitiv simplu având unul sau mai multe capilare prin care
suspensia cu microorganisme în soluție de polimer este extrudată în picături mici. Producția la
scară industrială prin această metodă este dificil de realizat și nepractică chiar dac ă s-a încercat
îmbunătățirea ei prin introducerea unor dispozitive cu jet de aer și dispozitive vibraționale,
deoarece apar probleme operaționale prin blocarea capilarei, apar dificultăți la curățare și
probleme sanitare [294, 295] .
Particulele obținute p rin această metodă sunt de dimensiuni mari, de aproximativ 1 mm în
diametru [296, 297] .
Microsferele sunt în general preferate pentru încapsularea celulelor microbiene pentru a
forma microbioreactoare datorită dimensiunii mici și suprafeței mari raportată la unitatea de
volum pentru un transfer de masă eficient [298] .
Dispozitive de extrudere cu capilare mai fine pot produce particule mici, dar înfundarea
orificiilor este des întâlnită mai ales atunci când se produc particule mai mici de 100 μm [299,
300].

4.2. Metoda emulsiei
O altă tehnică de încapsulare alternativă este procesul de emulsifiere care a fost dezvoltat
pentru a preîntâmpina această problemă [301] . Multe studii au pornit de la imobilizarea
medicamentelor prin emulsifierea unei soluții apoase ce formează un gel într -o fază nemiscibilă
compusă dintr -un solvent organic sau ulei [302] . Prin metoda emulsifierii se obțin microsfere de
dimensiuni mici, cu un diametru ce variază de la câțiva microni la aproape 1 mm.
Polidispersitatea dimensională este largă în comparație cu a particulelor produse prin metoda
extruderii [303] .
Emulsionarea se realizează, de regulă, într -un vas unde soluția cu materialul de încapsulat
și polimerul sunt dispersate într -o fază organică nemiscibilă, prin utilizarea unui rotor de viteză
mare. [302]. Picăturile dispersate sunt stabilizate prin adăugarea unui amestec de surfactanți
[304] . Microsferele sunt formate prin gelifierea picăturilor folosind diferite metode care depind
de natura polimerului. Microînc apsularea prin emulsionare necesită un control strict al unor
parametri cum ar fi concentrația de polimer, tipul și cantitatea de surfactanți [305] . Dimensiunea
picăturilor dispersate prin emulsionare va determina dimensiunea microsferelor produse. Pe
lângă surfactanți, dimensiunea particulelor este influențată de viteza de agitare și de vâscozitatea
soluției de polimer [302]. Caracteristicile microsferelor sunt influențate de structura chimică și
de masa moleculară a polimerului utilizat pentru imobilizarea celulelor microbiene.

36
4.3. Coacervarea soluțiilor polimerice
Coacervarea este o metodă fizico -chimică de microîncapsulare. Termenul de coacervare
provine de la cuvântul latin cuacervus care înseamnă gramadă sau teanc . Coacervarea reprezintă
procesul de formare a unor agregate macromoleculare ca urmare a separării de fază ce are loc
într-o soluție omogenă de polimer, la adăugarea unui nesolvent.
Coacervarea este de două tipuri:
► coacervarea simplă
► coacervarea complexă
4.3.1. Coacervarea simplă are loc ca rezultat al interacțiunii dintre soluția unui polimer
și a substanței micromoleculare (medicamentoase).
Coacervarea prin interacțiunea dintre doi polimeri se numește compusă sau complexă.
În prezent procedeul coacervării compușilor macromoleculari este considerat ca formarea
unui sistem bifazic în urma stratificării.
În coacervarea simplă , coacervatele se obțin prin adăugarea unui agent de coacervare
peste o dispersie apoasă a unui biopoli mer. Agentul de coacervare acționează ca un nesolvent
pentru biopolimer.Coacervatele formate se absorb la suprafata picăturilor de ulei în care se află
componentul activ. Pentru formarea peretelui microcapsulei se adaugă un agent de reticulare
(aldehida gl utarica, taninuri, etc). Prin coacervare simplă se pot încapsula substanțe
medicamentoase solide, insolubile în apa (sulfanilamide, antibiotice etc).
4.3.2. Coacervarea complexă se referă la separarea fazelor de un precipitat lichid, sau
faza în care solu țiile a doi coloizi hidrofili sunt amestecate în condiții adecvate. Ea se poate
aplica la o arie foarte largă de componente: compuși de aromă,vitamine, fitosteroli, coloranți,
substanțe medicamentoase, etc. Prin coacervarea complexă se obțin microcapsule s imple,
mononucleare, cu diametrul de 30 – 800 μm și un conținut de substanță încapsulată de 80 – 90
%. Păstrate în condiții de umiditate de peste 70 % capsulele se umflă și permit eliberarea
substanței încapsulate.
Coacervarea compusă este însoțită de acț iunea dintre incărcăturile pozitive și negative a
doi polimeri și este inițiată de obicei de schimbul de pH.
Un coacervat este o picatură mică,sferică, de molecule organice care sunt deținute
impreună de forțele hidrofobe de la un lichid care le inconjoar ă.
Coacervatul reprezintă un ansamblu de molecule mari , cum ar fi proteinele, lipidele,
acizii nucleici care formează o unitate coloidală stabilă cu proprietați care seamănă cu materia
vie. Multe sunt acoperite cu o membrană lipidică și conțin enzime care sunt capabile de
conversie pentru substanțe ca glucoza, în molecule mai complexe, cum ar fi amidonul.
Coacervatele au mărimi cuprinse între 1 și peste 100 micrometri, au proprietăți osmotice și se
formează în mod spontan de la anumite soluții organice diluate [305, 306].
Complexul de coac ervare implică separarea unei soluții compusă din cel puțin două
macromolecule în două faze nemiscibile: o fază bogată în ambele macromolecule și o altă fază
constând într -o fază de echilibru. Cele două macromolecule implicate în complexul de
coacervare su nt în general de sarcini opuse ( spre exemplu o proteină și o polizaharidă). În

37
funcție de puterea de interacțiune dintre cele două macromolecule ar putea apare coacervarea sau
precipitarea. Precipitarea apare atunci când polielectroliți puternici interacț ionează. Precipitatele
sunt comple cși destul de den și, care tind să se separe din soluție sub formă solidă [307, 308] .
Structura coacervatelor în comparație cu precipitatele este mai ordonată și sunt mai
puțin predispuse la agregare și sedimentare. Pentru aceste motive, coacervarea este de obicei
preferată în locul precipitării pentru încapsularea ingredientelor bioactive. Pentru încapsularea
substanțelor active uleioase în interiorul coacervatelor și pentru a forma particule de biopolimeri
care conțin componenti bioactivi lipidici, în primul rând uleiul este dispersat într -o soluție de doi
polielectroliți care au abilitate a de a forma coacervate. Condițiile ( temperatură, pH, viteză de
agitare etc) sunt ajustate astfel încât coacervarea să fie favorizată și uleiul dispersat să fie
încapsulat în interiorul noilor complexe formate. Pentru a obține o încapsulare maximă pH -ul
trebuie ajustat la o valoare optimă.
Coacervatele disociază și se rup în momentul ajustării pH -ului sau atunci când tăria
ionică este reglată; coacervatele sunt, de asemenea, susceptbile la fuziune. Pentru a îmbună tăți
stabilitatea coacervatelor unul sau ambii polielectroliți prezenți trebuie să fie reticulați chimic,
enzimatic sau printr -un tratament termic [289, 308 ].
4.4. Uscarea prin pulverizare este cea mai utilizată metodă în industrie pentru formarea
particulelor. Este un proces rapid înt r-un singur pas utilizând un pulverizator pentru uscare. Este
o metodă potrivită pentru o gamă largă de aplicații în diferite industrii cum ar fi cele
biomedicale, alimentare și farmaceutice.
Studiile au arătat că metoda de uscare prin pulverizare poate fi aplicată pentru a încapsula
medicamente [309], proteine [310], celule de drojdie și alte microorganisme [311] .
Uscarea prin pulverizare a fost, de asemenea, utilizată pentru acoperirea materialelor
magnetice utilizate în aplicații terapeutice [312] și obținerea de microparticule încărcate cu
medicament pentru eliberare controlată.
Procesul de uscare prin pulverizar e începe cu atomizarea lichidului de alimentare pentru
a forma picături fine în camera de uscare. Picăturile pot fi produse prin utilizarea diferitelor tipuri
de atomizoare rotative sau tip duză. Picăturile sunt uscate prin evaporarea umidității, prin
adău garea de aer fierbinte în camera de uscare cu controlul temperaturii și a debitului de aer.
Picăturile fine au o suprafață specifică mare care facilitează uscarea rapidă.
Particulele fine produse sunt evacuate continuu din camera de uscare și colectate prin
intermediul unui ciclon sau a unui sac de filtrare.

.

38

REZULTATE ORIGINALE

39

Obiective

Obiectivul principal al tezei îl constituie obținerea unor sisteme micro/nanoparticulate cu
caracter de hidrogel, pe bază de polizaharide reticulate ionic și complexate polielectrolitic,
destinate imobilizării de polifenoli cu potențiale aplicații biomedicale.

Realizarea obiectivului principal a presupus îndeplinir ea mai multor obiective specifice ,
precizate în cele ce urmează.
 Elaborarea unei metode de includere a curcuminei in micro/nanoparticule de chitosan
reticulate ionic cu Na2S04 pentru a îmbunătăți stabilitatea și biodisponibilitatea
principiului activ.
 Elaborarea unei metode de obținere a microparticulelor complexe pe bază de gelan sau
gelan în amestec cu caragenan cu micronanoparticulele de chitosan cu curcumină

40
imobilizată prin metoda gelifierii ionice și a complexării polielectrolitice destinate
admin istrării pe cale orală și eliberării curcuminei în colon pentru a trata boala
inflamatorie intestinală.
 Caracterizarea fizico -chimică a sistemelor de eliberare obținute prin spectroscopie FT -IR,
difractometrie laser, microscopie electronica de baleiaj, ci netica gradului de umflare.
 Testarea activității antioxidante a curcuminei libere și a curcuminei imobilizate în
particulele de polizaharide.
 Studiul procesului de eliberare in vitro a curcuminei din particulele de polizaharide

MATERIALE, TEHNICI EXPERIMENTALE, METODE DE CARACTERIZARE
În acest capitol vor fi prezentate materialele care au stat la baza microparticulelor de
hydrogel pe bază de polizaharide cu curcumină imobilizată cu aplicații biomedicale, al tehnicilor
experimentale precum și al metodelor de caracterizare utilizate.
1. Materiale
1.1. Biopolimeri utilizați în obținerea microparticulelor de hidrogel pe bază de
polizaharide cu curcumină imobilizată

Pentru obținerea microparticulelor de hidrogel cu curcumină imobilizată au fost utilizate trei
polizaharide gelanul, i -caragenanul și chitosanul. Aceste polizaharide au fost selectate datorită lipsei

41
de toxicitate, sunt biocompatibile, pot forma ușor gelur i în prezența ionilor multivalenți și complexe
polielectrolitice. În plus, utilizarea gelanului are ca scop obținerea particulelor gastrorezistente
deoarece acesta este rezistent la pH și la diferite enzime prezente în mediul gastric și intestinal dar se
degradează în prezența unei enzime prezente în colon -galactomanans.

 Gelanul este un biopolimer anionic liniar cu secvențe de
tetrazaharide care se repeat formate din două reziduuri de β -D-glucoză, un reziduu de
acid β -D-glucuronic și unul de α – L-ramnoză î ntr-un raport 2:1:1 . Structura chimică a
gelanului este prezentată în figura 4. Gelanul deacetilat utilizat pentru obținerea
particulelor de hidrogel a fost procurat de la Kelkogel și are masa moleculară
cuprinsă între 2 -3 × 105 Da.

 I-Caragenanul aparține familiei de galactani hidrofili liniari sulfatați cu o masa
moleculară mare, fiind format din unități alternante de D -galactopiranoză și 3,6
anhidro -galactoză (3,6 -AG) unite prin legături alternante de α -1,3 și β -1,4-
glicozidice. Structura i -caragenanului este prezentată în figura 9(b). I-caragenan
(Car), conține 2 grupari –HOSO3 – /mol (464 Da). A fost procurat de la Sigma
Aldrich.

 Chitosanul reprezintă produsul principalul obținut prin procedeul de deacetilare
alcalină a chitinei și este un pol imer cationic liniar natural semi -cristalin, policationic,
cu structură liniară, compus din unități (1→4) -2-acetamido -2-deoxi -β-D-glucan (N –
acetil -D-glucozamină) și (1→4) -2-amino -2-deoxi -β-D-glucan (D -glucozamină)
[354]. Structura chitosanului este prezent ată în figura 8(b). Chitosanul utilizat este
procurat de la Sigma Aldrich, are o masă moleculară medie și un grad de deacetilare
de 75% fiind procurat de la Sigma Aldrich.

1.2. Agenții de reticulare utilizați:
 Acetat de magneziu tetrahidrat: M=214.45 g/mol, Procurat de la Sigma Aldrich Figura

Fig. Structura acetatului de magneziu

42
 Sulfatul de sodiu : Na 2SO 4, M=142,04 g/mol, procurat de la Sigma Aldrich Figura 14 :

Fig. Structura chimică a sulfatului de sodiu

1.3. Compuși biologic activi utilizați pentru imobilizare:

Curcumina este un compus activ extras din planta Curcuma longa și se găsește într -un
amestec de curcuminoizi, curcumina. demetoxicurcumina, bisdemetoxicurcumina și curcumina
cicclică. Curcumina este componentul majoritar și poate fi intâlnită în două forme tautomere.
Are formula chimică C21H20O6 și masa moleculară, M =368,38 g/mol. Structura sa chimică este
prezentată în figura 1. Curcumina a fost procurată de le Sigma Aldrich.

1.4. Alte materiale utilizate

Albumina serică bovină are masa moleculară de aproximativ 66 kDa. A fost
achiziționată sub formă de pudră de la Sigma Aldrich. Este utilizată pentru determinarea
adsorbției de proteine prin metoda Lowry.
Tween 20 este un tensioactiv non -ionic cu masa moleculară 12 28g/mol și balanța
hidrofil -lipofil de 16.7. A fost utilizat pentru stabilizarea emulsiilor și pentru a crește
solubilitatea curcuminei în medii apoase. A fost procurat de la Sigma Aldrich.

Fig. Structura chimică pentru polietilen glicol sorbitan monolau rat
 Fosfat disodic, Na2HPO4·12H2O, M = 358.14 g/mol, Chemical Company.
 Fosfat monosodic, NaH2PO4·2H2O, M = 156.02 g/mol, Chemical Company.
 Acetat de sodiu, M= 82.0343g/mol, Chemical Company
 Reactiv Folin Ciocâlteu
NaOH, M=40 g/mol
 CuSO4
 Tartrat dub lu de sodiu și potasiu
 DPPH utilizat pentru determinarea activității antioxidante
 Na2CO3
 Solvenți
 Apă bidistilată produsă în laboratoarele proprii;

43
 Alcool etilic C2H5 -OH, M= 46.07g/mol, achiziționat de la Chemical Company
 Acid acetic glacial, M=60.05 g /mol, Chemical Company.

2. Tehnici experimentale

In acest subcapitol sunt prezentate toate tehnicile de caracterizare pentru particulele de hidrogel
pe bază de curcumină obținute.

2.1. Prepararea microparticulelor de hidrogel conținând cu rcumină imobilizată
în matrici de polizaharide

Metoda se bazează, pe formarea unui complex polielectrolitic fiind prezentată schematic
în figura , si presupune parcurgerea a două etape pentru obținerea microparticulelor.

Fig. Prezentarea metodei de preparare a microparti culelor de gelan ce conțin
micro/nanoparticule de chitosan cu curcumină imobilizată

În prima etapă, au fost preparate particulele de chitosan cu curcumină imobilizată astfel:
se prepară o soluție obținută din 40 ml chitosan de concentrație 0. 05% în acid acetic 0. 06 M și 16
ml soluție de Na 2SO 4 de concentrație 0.1 %. Soluția de agent de reticulare ionic (Na 2SO 4 de
concentrație 0. 1%) a fost adăugată peste soluția de chitosan. Apoi, 200 mg de curcumină au fost
dizolvat e în 20 ml de etanol absolut sub agitare și soluția de curcumină obținută a fost adăugată
în picături în soluția de chitosan preparată anterior, în timpul ultrasonicării (utilizînd o sondă cu
ultrasunete Sonics and Materials sonicator, Vibra Cell). Au fost utilizate diferite durate de
ultrasonic are: 4 minute, 8 minute și 12 minute pentru a obț ine diferite dimensiuni ale particulelor
de chitosan cu curcumină imobilizată .
Suspensia obținută conținând microparticule de chitosan de diferite dimensiuni încărcate
cu curcumină a fost menținută la temper atura de 40 °C pe o baie de ultrasunete timp de 1 oră
pentru evapora rea alcoolul ui și pentru a dispersa mi cro / nanoparticulele formate iar apoi a fost

44
menținută la aceeași t emperatură pe o plită magnetică (250 rpm) până când etanolul a fost
complet evapor at. Particulele de chitosan cu curcumină imobilizată au fost separate prin
centrifugare, au fost spălate de trei ori cu apă bidistilată iar apoi au fost resuspendate în 100 ml
apă bidistilată. Dacă suspensia cu nanoparticule nu este utilizată imediat, acea sta se poate păstra
la 4⁰C, la întuneric în recipiente închise.
În a doua etapă, gelanul sau gelan în amestec cu 10%, 20% sau 30% i -carrageenan a fost
dizolvat în 20 ml apă bi -distilată la 80 ° C pentru a obține o soluție de polimer de concentrație de
2%. Soluția a fost răcită la 40 °C iar apoi au fost adăugat un volum de 20 ml din suspensia de
particule de chitosan încărcate cu curcumină (preparate în etapa anterioară) în picături, sub
agitare puternică (6000 rpm) folosind un omogenizator Ultraturrax. Această suspensie a fost
apoi extrusă cu ajutorul unei seringi și a unui ac cu dimensiunea de 23 Gauge în 100 ml soluție
de acetat de magneziu de diferite concentrații. În aceste condiții, are loc atât formarea instantanee
a complexului polielectrolitic la suprafața particulelor de chitosan care conțin curcumină , cât și
reticularea ionică a ge lanulu i (sau a amestecului gellan / i -carragenan). Particulele complexe
obținute au fost păstrate timp de 3 ore în soluția de reticulare pentru stabilizare și apoi au f ost
separate prin filtra re, uscate la 25 ° C (temperatura camerei) pe hârtie de filtru, în vase Petri iar
apoi au fost depozitate în recipiente bine închise, la temperatura de 4 ° C, la întuneric până când
vor fi efectuate alte caracterizări. Codificarea pro belor , programul experimental utilizat și
eficiența de încapsulare a curcuminei în particulele complexe obținute sunt prezentate în tabelul
1.

Tabel 1. Programul exeperimental și eficiența de încapsulare

Proba Gelan
(%) I-Caragenan
(%) Concentrația
soluției de
acetat de
magneziu (%) Eficiența de
încapsulare
(%)
P1*
100 0 1 97.25
P2* 2 91.5
P3* 3 87.23
P4** 70 30 2 85.71
P5*** 80 20 2 90.4
P6**** 90 10 2 94.2
* Compoziția particulelor complexe de polizaharide a fost: 89% gelan și 11% chitosan; volumul soluției de acetat de
magneziu a fost de 100 ml.
** Compoziția particulelor complexe de polizaharide a fost: 26.7% i -caragenan, 62.3% gelan și 11% chitosan;
volumul soluției de acetat de magneziu a fost de 100 ml.
*** Compoziția particule lor complexe de polizaharide a fost: 17.8% i -caragenan, 71.2% gelan și 11% chitosan;
volumul soluției de acetat de magneziu a fost de 100 ml.
**** Compoziția particulelor complexe de polizaharide a fost: 8.9% i -caragenan, 80.1% gelan și 11% chitosan;
volumul soluției de acetat de magneziu a fost de 100 ml.

2.2. Tehnici de caracterizare
2.2.1. Spectroscopia FT -IR

Spectrele FT -IR au fost înregistrate pentru curcumina liberă, chitosan, gelan, particulele
de chitosan cu curcumină imobilizată, precum și pentru partic ulele complexe obtinute de gelan

45
sau gelan în amestec cu diferite concentrații de i -caragenan în care curcumina a fost imobilizată.
Spectrele au fost înregistrate pe un spectrofotometru Bruker Vertex FT -IR pe un interval de
frecvență de 4.000 -400 cm-1 la o rezoluție de 2 cm-1.

Fig.. Spectrofotometru FT -IR VERTEX 70v

2.2.2. Analiza dimensiunii particulelor prin difractometrie laser
Diametrul mediu al particulelor de chitosan cu curcumina imobilizată și distribuția lor
dimensională a fost analizată prin difractometrie laser utilizând difractometrul SHIMADZU –
SALD 7001. Măsurătorile au fost efectuate pentru suspensiile de micro / nanoparticule de
chitosan în apă bi -distilată după 24 de ore de la preparare. Suspensiile au fost sonicate înainte de
măsurători pe o baie de sonicare Bandeli Sonorex timp de 10 minute la temperatura camerei.
Precizia rezultatelor a fost asigurată, de asemenea, prin sistemul propriu de agitare din celula de
măsurare a dispozitivului, care menține particulele în suspensie, precum și prin efectuarea mai
multor determinări consecutive. Au fost efectuate trei determinări pentru fiecare probă.

2.2.3. Microscopie electronică de scanare (SEM)
Particulele complexe încărcate cu curcumină au fost caracterizate prin microscopie
electronică de balei aj (SEM) pentru a determina morfologia lor și pentru a demonstra că
particulele de chitosan încărcate cu curcumină au fost imobilizate în matricea gelan sau gelan / i –
caragenan. Particulele complexe au fost uscate, tăiate în secțiune, metalizate cu aur fol osind un
dispozitiv de pulverizare catodică și au fost analizate utilizînd un instrument Vega Tescan (Fig.) .

46
Fig. Microscop electronic de baleiaj tip Vega Tescan

2.2.4. Gradul de umflare
Particulele complexe obținute au un caracter hidrogel, de aceea s -a considerat util să se
determine capacitatea lor de reținere a apei – de obicei cuantificată prin gradul de umflare (Q,%).
Această caracteristică este esențială, deoarece apa determină creșterea dimensiunii ochiurilor
rețelei formate pe de o parte prin geli fierea ionotropă a chitosanului cu sulfat de sodiu și pe de
altă parte a matricei de gelan sau gel an / i -caragenan cu ioni de magneziu . Acestă caracteristică
este foarte importantă, deoarece ea determină difuzia mai mult sau mai puțin intensă a
curcuminei din matricea de hidrogel. Pentru particulele complexe obținute valorile Q (%) au fost
determinate gravimetric.
Au fost utilizate trei soluții, care simulează fluidele fiziologice: soluție tampon fosfat
(PBS) la pH = 6. 8 (simularea lich idului intestinal) și la pH = 7. 4 (simularea pH -ului sângelui sau
pH-ului fluidului din colon) și o soluție care simulează lichidul gastric la pH = 2, care a fos t
obținut din acid clorhidric 0. 1 N, NaCl 10 mM și apă bi -distilată.
O cantitate precis cântărită (0. 05 g) de partic ule complexe uscate (Mdry) a fost imersată
în 5 ml de agent de umflare, la 37 ° C. Periodic, agentul de umflare a fost îndepărtat prin filtrare
și suprafața particulelor a fo st tamponată cu hârtie de filtru pentru a îndepărta excesul de soluție .
Greutatea particulelor complexe umflate (Mswollen) a fost determinată. Cantitatea de agent de
umflare reținut de particulele complexe de hidrogel (agentul Mswelling) a fost diferența dintre
greutatea particulelor complexe umflate (Mswollen) și cea a particulelor com plexe uscate
(Mdry). După cântărire, probele au fost reintroduse în agentul de umflare utilizat (întotdeauna 5
ml) și operația a fost repetată până la atingerea echilibrului. Gradul de umflare a fost exprimat ca
raportul dintre cantitatea de agent de umfla re prezent în particulele complexe la fiecare interval
de timp și cantitatea de particule complexe complet uscate (ecuația 1).
(1) 100 MM Q(%)
dryagent sweeling 

Determinarea gradului de umflare s -a efectuat în triplicat . Datele sunt prezentate ca valoare a
medie ± interval ul de confidență de 95%.

2.2.5. Eficiența de încapsulare
Curba de calibrare a curcuminei în etanol a fost traasat ă utilizând soluții cu concentrații
cuprinse între 1 și 5 μg/ml. Absorbanța acestor soluții a fost înregistrată cu un spectrofotometru
BOECO -S22, UV -Vis la lungimea de undă de 425 nm (Figura).

47

Fig. Curba de calibrarea (etalonare) a curcuminei în etanol

Curcumina a fost extrasă în etanol (V = 10 ml) dintr -o cantitate cunoscută de particule
complexe . Pe baza curbei de calibrare, a fost determinată cantitatea de curcumină din probe . În
acest caz, eficiența încapsulării a fost:
Ei (%) = mcf / mi x 100 (2)
Unde mcf este cantitatea de curcumină din particulele complexe determinată
spectrofotometric și mi este cantitatea inițială de curcumină . Au fost efectuate trei determinări
pentru fiecare probă , iar erorile au fost de ± 3%.

2.2.6. Determinarea activității antiox idante (articol 2)

Metoda cu unele modificări a fost descrisă anterior de L. L. Mensor și colab., 2001 [313] și de C.
W. Choi și colab., 2002 [314]
Soluția stoc de curcumină a fost preparată prin dizolvarea a 25 mg de curcumină în 50 ml
de metanol. Pentru testarea activității antioxidante au efectuate mai multe diluții iar
concentrațiile finale ale soluției de curcumină au fost: 10, 40, 60, 80, 100, 150, 200 și 250 μg /
ml. În eprubete au fost adăugat 1 ml din fiecare concentrație de probă. Peste sol uția de curcumină
din eprubete s -au adăugat 3 ml soluție DPPH de concentrație 0. 1 mM. Probele astfel preparate au
fost vortexate timp de 20 -30 de secunde. Absorbanța probelor a fost citită după 40 de minute cu
ajutorul unui spectrofotometru UV la o lungime de undă de 515 nm. Acidul ascorbic a fost
utilizat ca standard. Valorile absorbanței au fost transformate în procent de activitate
antioxidantă (procent ul de inhibare a radicalilor liberi din DPPH) folosind următoarea formulă:

IC 50 va fi calculat din graficul I% vs. Concentratie si reprezintă concentrația probei
care poate capta 50% din radicalii liberi din DPPH.
Pentru calibrarea spectrofotometrului s -a utilizat metanol. A s reprezintă valoarea
absorbanței soluțiilor de diferit e concentrații care conțin 3 ml soluție DPPH . Ca și blank (Ab) s -a
utilizat o soluție preparată din 3 ml metanol și 1 ml din soluțiile de curcumină de diferite
concentrații (absorbanța blankului a fost măsurată pentru fiecare concentrație). Soluția pentru

48
control a fost preparată utilizând 3 ml soluție DPPH și 1 ml metanol . Determinările au fost
efectuate la temperatura camerei.
Pentru determinarea activității antioxidante a curcuminei încorporate in particulele
complexe au fost utilizate probe iradiate cu UVA la 365 nm pentru 30 minute și neiradiate UV.
Curcumina din particule a fost extrasă în metanol. Practic o cantitate cunoscută de particule a
fost imersată în 25 ml metanol și au fost menținute sub agitare, în pahare Ernemeyer, pe o baie
de apă la tempe ratura de 37⁰C pentru 24 h in recipi ente inchise , la la întuneric. Cantitatea de
curcumină extrasă din probe a fost determinată spectrofotometric pe baza curbei de calibrare.
Dupa determinarea cantității de curcumină din fiecare probă, au fost efectuate di ferite diluții,
concentrațiile finale ale soluțiilor de analizat fiind 10, 40, 60, 80, 100, 150, 200 și 250 μg / ml (ca
și la curcumina liberă). A fost determinat procentul de inhibare a radicali lor liberi din DPPH
(metoda descris ă anterior) și pe baza rez ultatelor obținute, a fost calculat IC50 atât pentru
curcumina extrasă din particule iradiate UV, cât și pentru curcumina extrasă din particule
neiradiate. Toate determinările au efectuate în triplicat.

2.2.7. Adsorbția de proteine
A fost studiat ă în trei medii de pH diferit : pH = 2 (soluție prepar ată folosind NaCl 10mM
și HCl 0. 1 N simulân d pH -ul mediului gastric), PBS la pH = 6.8 (specific pentru mediul
intestinal) și pH = 7.4 (specific pentru sânge și fluidele din colon ). Prote ina folosită ca model a
fost alb umina serică bovină (BSA) . Au fost pr eparate trei soluții de BSA cu o concentra ție de 4
mg/ml prin dizolvarea la temperatura camerei sub agitare ușoară a 100 mg BSA într-un volum de
25 ml soluție de diferite pH-uri. O cantitate cunoscută de particule compl exe au fost imersate
într-un ml so luție de B SA. Recipientele care conțin soluția de BSA împreuna cu probele au fost
acoperite și menținute la 37 °C timp de 2 ore iar apoi particulele au fost separate prin filtrar e și
spălate de trei ori cu apă bidistilată . Soluția de BSA a fost amestecată cu apa de spălare a
particulelor , a fost determinat volumul total al soluției și pe baza curbei de calibrare, cantitatea
de BSA din soluție a fost determinată spectrofotometric, utilizând metoda Lowry la o lungime de
undă de 660 nm. Cantitatea de proteină adsorbită de particule a fost calculată ca diferența dintre
cantitatea inițială de proteină din soluția de BSA și cantitatea de proteină determinată prin
metoda Lowry , după efectuarea testului .
Rezultatele au fost exprim ate în mg de albumi nă adsorbită / g particule și în eficiența de
adsorbție (AE%).
AE% = (Cantitatea totală de BSA adsorbit ă) / (Cantitatea inițială de BSA dintr -un ml soluție) × 100 (3)
Toate determinările au fost făcute în triplicat, rezultatele reprezentând valoarea medie a
adsorbției de proteine
.

2.2.8. Cinetica de eliberare a curcuminei din particulele complexe
A fost studiată în trei medii de pH diferite, cum ar fi PBS (pH = 7. 4 specific sânge lui și
fluidelor din colon, pH = 6.8 specific mediului intestinal) și pH = 2 (soluție preparată din NaCl
10 mM și HCl 0,1 N, simulând pH în mediul gastric). În acest studiu, o cantitate cunoscută de
particule complexe uscate a fost imersat ă în 20 ml d e soluție la pH = 7.4, pH = 6. 8 sau pH = 2
sub agitare ușoară (150 rot/min) la 37 ° C, la întuneric, în recipiente închise și cantitatea de

49
curcumină eliberată a fost determinată la o lungime de undă de 425 nm (BOECO -S22,
spectrofotometru UV -Vis).
Deoarece curcumina este o substanță hidrofobă și este foarte puțin solubilă în medii
apoase, a fost adăugat 1% Tween 20 în soluția în care se realizează cinetica de eliberare [315]. Pe
baza curbelor de calibrare a curcuminei libere în soluții la pH = 7.4, pH = 6.8 și pH = 2 care
conțin 1% Tween 20, a fost determinată periodic cantitatea de curcumină din mediul de eliberare.
Ecuațiile acestor curbe au fost următoarele:
-pentru curba de calibrare a curcuminei la pH = 7.4: y = 0.1201x (R2 = 0.9987)
-pentru curba de cal ibrar e a curcuminei la pH = 2: y = 0. 0856x (R2 = 0.999).
-pentru curba de calibrare a curcuminei la pH = 6.8: y = 0,1089x (R2 = 0.9977)
Pentru a determina dacă cea mai mare cantitate de curcumină din particulele complexe ar
putea fi eliberată în mediul din colon la pH = 7.4, s -a studiat și cinetica de eliberare cu aceleași
probe în medii de pH diferit: timp de 2 ore la pH = 2, apoi timp de 3 ore la pH = 6.8 și după 4 ore
la pH = 7. 4. Pentru această analiză, o anumită cantitate de particule complexe uscate a fost
cântărită și apoi imersată în mediul de eliberare la pH = 2 timp de 2 ore. După 2 ore, probele au
fost filtrate, spălate de trei ori cu apă bi-distilată și apoi imersate în mediul de eliberare la pH =
6.8 timp de 3 ore și în final la pH = 7.4 timp de 4 ore. Periodic a fost determina tă cantitatea de
curcumină eliberată la fiecare valoare a pH -ului. Determinarea eficiența de eliberare a
curcuminei din particule a fost efectuată în triplicat . Datele sunt date ca valoa re medie ± interval
de confidență de 95%.

(a) (b)

50

(c)
Fig. Curbele de calibrare a curcuminei în soluții de pH diferit la (a) pH = 2, (b) pH = 6.8 și (c) pH = 7.4

51
Capitol
Particule complexe pe bază de polizaharide cu curcumină imobilizată. Obținerea și caracterizarea fizico –
chimică a particulelor.
Curcumina, (1E,6E) -1,7-bis(4 -hydroxy -3-methoxyphenyl) -1,6-heptadiene -3,5-dione, cu formula chimică
C21H20O6 și masa moleculară de 368.38 g/mol, este un compus extras din Curcuma Longa (turmeric) cu
beneficii foarte importante pentru organismul uman. Depinzând de originea sa și de condițiile solului
unde a crescut, turmeric conține între 2 -9 % curcuminoi zi – un grup de compuși ce includ
curcumina (component major), demetoxicurcumina, bis -demetoxicurcumina și curcumina ciclică
(component minor) [9, 316].
Efectele sale farmacologice au fost evidențiate de numeroase cercetări, care au subliniat
acțiunea sa în prevenția și tratarea unor boli cronice cum ar fi artrita, cancerul, depresia și bolile
neurovegetative [30, 31, 317 -323]. Au fost raportate mai mult de 100 de ținte terapeutice iar
numărul și diversitatea efectelor biologice ale curcuminei este foarte mare variind de la
antiinflamator, antioxidant, antiviral la efectele antitumorale [324]
Boala Crohn și colita ulcerativă , cunoscută colectiv ca boală i nflamatorie a intestinului , sunt
caracterizate de inflamația cronică a tractului gastrointestinal. Cea mai mare prevalență a bolii raportată în
2017 în Europa a fost în Norvegia (505 cazuri de colită ulcerativă la 100 000 de pers oane), în Germania
(322 cazuri de boală Crohn la 100 000 de persoane) și în America de Nord în SUA (286 cazuri de
ulcerative colită la 100000 persoane), precum și în Canada (319 cazuri de boală Crohn la 100 000 de
persoane) [325]. Scopul tratamentului boli lor inflamatorii intestinale cronice este de a reduce
inflamația care declanșează semnele și simptomele. În cele mai bune cazuri, acest lucru poate duce
nu numai la ameliorarea simptomelor, ci și inducerea și menținerea remisiei pe termen lung ceea ce
determină riscuri reduse de complicații. Tratamentul IBD implică, de obicei, fie terapie
medicamentoasă, fie chirurgie.
În prezent nu exista strategii terapeutice capabile să modifice semnificativ prognosticul bolii
inflamatorii de colon. Terapia nutriționala deține posibilități interesante pentru tratament iar
curcumina a câștigat interes datorită acțiunii sale farmacologice și proprietaților sale. Principalul
mecanism, prin care curcumina mediază aceste efecte este legată de suprimarea factorului nuclear
Kapp a-light-chain -enhancer (NF -KB). În plus, activitatea curcuminei include suprimarea
interleukinei 1 (IL -1) și a factorului necrozei tumorale alfa (TNF -α) doua cytokine importante în
reglarea răspunsurilor inflamatorii. Pentru aceste activități importante, c urcumina este considerată un
tratament potențial în boala inflamatorie intestinală [4, 5].
Marele dezavantaj al curcuminei îl constituie insolubilitatea în apă și biodisponibilitatea
scăzută în celule [11]. Atenuarea sau eliminarea acestor dezavantaje a fost încercată prin
realizarea de formulări pe bază de micele, lipozomi, nanoparticule, complexe, emulsii [80, 81]
Matricile polimere pot proteja curcumina de condițiile de mediu adverse, imbunatatesc timpul d e
înjumătățire al compusului bioactiv crescand astfel biodisponibilitatea sa atât in vitro cât și in
vivo [82].
Printre polizaharidele utilizate în scopul obținerii de imobilizate ale curcuminei, având
un rol protector dar si de transport si eliberare co ntrolata a principiului activ se număra
chitosanul, gelanul și i -caragenanul.
Chitosanul este un polimer cationic liniar natural semi -cristalin, obținut prin procedeul de
deacetilare alcalină a chitinei, fiind compus din unități (1→4) -2-acetamido -2-deoxi -β-D-glucan
(N-acetil -D-glucozamină) și (1→4) -2-amino -2-deoxi -β-D-glucan (D -glucozamină ) [326, 327] .
Studii anterioare au arătat că prin imobilizarea curcuminei în microparticule de chitosan

52
reticulate cu TPP, stabilitatea, concent rația plasmatică, si biodisponibilitatea curcuminei au
crescut [328-330]. Un alt studiu prezintă încapsularea curcuminei în nanoparticule de chitosan
care au fost complexate polielectrolitic prin adăugarea lor într -o matrice formată dintr -un
amestec de alginat și caragenan, ce a dus la cresterea biodisponibilităț ii compusului bi oactiv
[331]. Nanoparticulele au eliberat 95% curcumină în 7 ore iar eficiența procesului a depins de
raportul dintre polimeri (de cantitatea de caragenan din particule). Au fost formulate cu succes si
alte nanoparticule de chitosan conținând curcumină, c u proprietăți mucoadezive, care au avut ca
țintă de eliberare colonul. Grupările aminice din chitosan sunt deprotonate in pH alcalin și, prin
urmare, este puțin probabil să exercite pe deplin funcționalitatea mucoadezivă pe baza
interacțiunilor electrostat ice. Cu toate acestea, nanoparticulele încărcate cu curcumină au
demonstrat mucoadezivitate semnificativă, ceea ce indică faptul că curcumina contribuie
probabil la acest efect, studiul demonstrand că nanoparticulele de chitosan cu curcumină
imobilizată au potențial de eliberare în colon [332].
Gelanul este un biopolimer anionic liniar cu secvențe de tetrazaharide care se repetă formate din
două reziduuri de β -D-glucoză, un reziduu de acid β -D-glucuronic și unul de α -L-ramnoză într –
un raport 2:1:1 [164]. Administrarea ingredientelor pe bază de proteine se face pe cale orală.
Acestea au o capacitate redusă de a trece peste bariera intestinală epitelială deoarece sunt
sensibile la enzimele din tractul gastrointestinal [333, 334] Sistemele polimerice pot prot eja
proteinele de aceste enzime. Astfel, absorbția proteinelor și a peptidelor va avea loc în colon și
nu în segmentele anterioare ale tractului digestiv [335]. Gelanul este rezistent la enzime cum sunt
pectinaza, amilaza, celulaza, papaina și lipaza [336]. O degradare semnificativă se produce în
prezența galactomanazei (galactomannanas), ceea ce facilitează eliberarea componenților
bioactivi din sistemul polimeric în fluidele din colon [337, 338].
Fei Yang și colab. (2013) au preparat și evaluat particulele sferice obținute din chitosan și gelan
prin gelifiere ionotropă și complexare polielectrolitică pentru încapsularea și eliberarea
controlată a proteinelor, utilizând clorura de calciu ca agent de reticulare. Albumina a fost
încorporată în parti culele obținute cu o eficiență ce variază între 65 -85%. Eficiența în încapsulare
și viteza de eliberare a proteinei depinde de concentrațiile de chitosan, calciu și gelan.
Concentrații mai mari de gelan combinate cu uscarea la vid încetinesc eliberarea rap idă a
proteinei la pH=1.2, dar se obține o eliberare susținută la pH= 6.8; o eliberare eficientă este
observată la pH=7 [339]. Particule de gelan și pectină reticulate cu AlCl 3 au fost preparate pentru
imobilizarea și eliberarea în colon a resveratrolului. Eficiența în imobilizare a fost de 76% iar
cinetica de eliberare a arătat că cea mai mare cantitate de component b ioactiv a fost eliberat la
pH 6. 8 [315].
I-Caragenanul aparține familiei de galactani hidrofili liniari sulfatați cu o masă moleculară mare ,
fiind format din unități alternante de D -galactopiranoză și 3,6 -anhidro -galactoză (3,6 -AG) unite
prin legături alternante de α -1,3 și β -1,4-glicozidice [251]. Proprietățile caragenanilor sunt
influențate în principal de numărul și poziția grupelor de est er sulfat și, de asemenea, de
conținutul de 3,6 -anhidro -galactoză (3,6 -AG). Conținutul de grupe ester -sulfat pentru kappa –
caragenan este în jur de 25 -30% și 28 -35% grupe 3,6 -anhidro -galactoză, iotta -caragenan conține
grupe sulfat în jur de 28 -30% și 25 -30 % grupe 3,6 -anhidro -galactoză, iar lambda -caragenan
conține grupe ester -sulfat în jur de 32 -39 % și nu conține nici o grupă 3,6 -anhidro -galactoză
[252]. Stabilitatea caragenanului in solutii acide este mai scăzută, astfel încat pentru aplicațiile
practice este de dorit evitarea prelucrării soluțiilor lor la pH mai puternic acid și temperaturi
ridicate pe o perioadă mai îndelungată de timp [253]. Au fost obținute particule care răspund la
pH preparate prin complexare polielectrolitică cu caragenan și chitosan pentru eliberarea

53
albuminei și administrarea acestora pe cale orală. O eficiență crescută în eliberare a avut loc la
pH 7.5 [340]
Scopul prezentei lucrari il constiutuie prepararea unor noi formulări prin imobilizarea
curcuminei în particule de po lizaharide pentru a -i crește stabilitatea și biodisponibilitatea.
Polizaharidele au fost reticulate ionic cu acetat de magneziu (în cazul gelanului și a i –
caragenanului) și cu sulfat de sodiu (în cazul chitosanului). Originalitatea studiului nostru este
oferită de natura agenților de reticulare utilizați, de realizarea unor noi particule complexe pe
bază de polizaharide prin utilizarea gelanului în amestec cu i -caragenan pentru a obține
complexe polielectrolitice cu chitosanul și de asemenea prin imobiliza rea curcuminei în
microparticulele obținute.
Particulele obținute au fost caracterizate din punct de vedere morfologic prin microscopie
electronica de baleiaj și comportamentul lor la umflare a fost studiat în trei medii apoase de pH
diferit (la pH = 2, pH = 6.8 și pH = 7.4). A fost evaluată activitatea antioxidantă a curcuminei
libere și a curcuminei incluse în particulele obținute utilizând testul cu DPPH și de asemenea a
fost analizată capacitatea matricei polimere de a adsorbi proteinelor. Cinetica de eliberare a
curcuminei a fost studiată in vitro în trei medii fiziologice: în soluție tampon fosfat (PBS) la pH
= 6.8, pH = 7.4 și într -o soluție care simuleaz ă fluidul gastric la pH = 2.
Particulele complexe ob ținute au fost special concepute pentru eliberarea controlată și
susținută a curcuminei în colon. Gelanul este rezistent la degradarea enzimatică care apare în
stomac și intestin dar este degradat semnificativ în fluidul din colon, în prezența unei enzime
galactomannans. I -caragenan a fost utilizat deoarece fiecare unitate structurală conține două
grupe ester sulfat și în amestec cu gelan conduce la structuri stabile cu porozitate adecvată.
Porozita tea matricei polimere poate fi controlată și prin variația concentrației de agent de
reticulare. Prin imobilizarea c urcuminei în micro -nanoparticulele de chitosan, biodisponibilitatea
sa crește iar chitosanul poate forma complexe polielectrolitice cu amest ecul de gelan și i –
caragenan, determinând obținerea particule stabile, gastro -rezistente. Pe de altă parte matricea de
gelan/caragenan, în care au fost incluse micro/nanoparticulele de chitosan cu curcumină
imobilizată, constitue o barieră suplimentară în eliberarea curcuminei, conducând astfel la o
eliberare susținută și controlată îmbunătățită.

Rezultate și discuții

1. Prepararea particulelor complexe pe bază de polizaharide

Doi polianioni (gelan, i -caragenan) și un polication (chitosan) au fost utilizați pentru
obținerea matricei polimere, iar selecția lor a fost determinată de faptul că sunt polimeri naturali,
netoxici, capabili să for meze complexe polielectrolite. De asemen ea, pot forma geluri ușor prin
reticulare ionică în prezența ionilor polivalenți (cationi sau anioni), evitând u-se astfel utilizarea
agenților de reticulare covalenți, cel mai adesea toxici.
Particulele obținute prin gelifiere ionică cu Na 2SO 4 sunt compuse din chitosan, în care
curcumina a fost încapsulată prin co -precipitare. S -a demonstrat deja că încapsularea curcuminei
în particule de chitosan este benefică și are ca rezultat o stabilitate și biodisponibilitate
îmbunătățită atunci când sunt administrate pe cale orală [326, 341]. Culoarea galben închis a
particulelor de chitosan cu curcumină imobilizată este o confirmare vizuală a încapsulării
principiului activ. Particulele de chitosan conținând curcumina imobilizată au fost apoi
încorporate în matricea de gelan sau gelan / i -carag enan. S -a obținut o soluție vâscoasă din cele

54
două amestecuri de polizaharide și care a fost extrusă într-o baie care conține soluție de acetat de
magneziu cu diferite concentrații. Complexul polielectrolit ic a fost format prin interacțiuni
electrostatice între grupele aminice libere de la suprafața micro /nano particulelor de chitosan și
grupele carboxilice sau sulfat ale celor două polizaharide anionice. Acetatul de magneziu
participă la reticularea ionică a grupelor carboxilat din gelan și, respectiv, sulfat din caragenan .
Aceste grupări reticulate cu acetat de magneziu nu fost implicate în complexarea polielectrolitică
a particulelor de chitosan , dar contribuie la îmbunătățirea stabilității mecanice a particulelor
complexe obțin ute. Trebuie menționat că încercarea de a lucra cu amestecuri de gelan/i –
caragenan în care procentul de i -caragenan dep ășește 30% a condus la formarea de particule
instabile. Cercetările anterioare raportate în literatură au demonstrat că ionii de potasiu sunt
eficienți pentru reticularea i -caragenanului. Cu toate acestea, nivelurile ridicate de potasiu nu
sunt de dorit în aplicațiile medicale, deoarece pot provoca aritmii severe și slăbiciune musculară
din cauza hiperkalemiei [342].
Particulele complexe formate sunt sferice, stabile și au un diametru mediu de 3 mm în
stare umflată și de 0.5 -1.0 mm în stare uscată . Rep rezentarea schematică a particulelor de
chitosan încărcate cu curcumină încorporate într -o matrice gelan este ilustrată în figura .

Fig. Reprezentarea schematic ă a particulelor complexe constituite din micro/nanoparticule de
chitosan cu curcumină imobilizată incluse într -o matrice de gelan

2. Spectrele FT -IR ale particulelor complexe obținute
Figura 3 (a) prezintă spectrele FT -IR pentru chitosan, curcumină și particulele de chitosan
încărcate cu curcumină, iar Figura 3 (b) arată spectrele FT -IR pentru particulele complexe,
gelan și caragenan.

55

(a)

(b)
Fig. Spectrele FT -IR pentru (a) chitosan, curcumină și particulele de chitosan încărcate cu
curcumină, și (b) pentru particulele complexe (proba P5C), gelan și caragenan.
Fig. 3 (a și b) indică faptul că în spectrul FT -IR al particulelor de chitosan încărcate cu
curcumină se găsesc benzile de absorbție caracteristice ale componentel or. Astfel, banda largă de
la 3420 cm-1 ar putea fi atribuită absorbției grupelor -OH din chitosan (Fig. 3a) , a grupărilor
fenol din curcumină, dar poate fi atribuită și absorbției grupei -NH 2 de chitosan.
Peak -urile de absorbție care corespund grupelor funcționale din curcumină au fost
observate la intensități mult mai mici, cum ar fi 1627 cm-1 (fragment aromatic C = C, vibrație de
întindere) și 1513 cm-1 (-C-O- și –C = C – banda de vibrație) care indică faptul că principalele
peak -uri de curcumină au fos t păstrate atunci când a fost încorporată în micro/nanoparticulele de
chitosan, iar aceste schimbări ale intensității peak -urilor sugerează că curcumina a fost
încorporată în micro/nanoparticulele de chitosan.
S-a observat, de asemenea, că peak -ul de la 15 41 cm-1 al chitosanului a fost deplasat în
spectrul micro/nanoparticulelor de chitosan încărcate cu curcumină la 1587 cm-1 și poate fi
atribuit interacțiunilor intermoleculare care pot apare între componente. Alte peak -uri de
absorbție caracteristice curcu minei sunt ușor deplasa te în spectru particulelor de chitosan cu
curcumină imobilizată , ceea ce sugerează faptul că unele interacțiuni, cum ar fi legăturile de

56
hidrogen, pot exista între grupările fenolice ale curcuminei și grupele amino ale chitosanului ș i
dovedesc că curcumina a fost i mobilizată în matricea polimer ă.
În spectrele prezentate în Fig. 3b, incluzând și spectrul probei P5C, s -a observat o bandă
de absorbție largă, între 3500 cm-1 și 3600 cm-1, specifică pentru benzilor de absorbție pentru
grupele -OH ( alcool -din polizaharid) și grupele fenolice (din curcumină) ). Vârful la 1436 cm-1 în
spectrul probei P5C este ușor deplasat în comparație cu banda de absorbție specifică curcuminei
(1428 cm-1) și dovedește că poli fenolul este prezent în compoziția particulelor complexe . Banda
intensă la aproximativ 1024 cm-1 în spectrul gel anului, a fost atribuită vibrațiilor de întindere C –
O-C (din ciclul glicozidic). S -a constatat că această bandă est e ușor deplasată în spectrul
carage nananului (1069 cm-1) și în spectrul particule lor complexe P5C la 1042 cm-1, dovedind
faptul că compoziția probei P5C conține toate polizaharidele utilizate (această bandă de absorbție
nu a fost observată în spectrul curcuminei). În cele din urmă, în spectrul de eșantion P5C, o
bandă specifică a grupei sulfat din carragena n este ușor deplasată de la 846. 1 cm-1 la 875 cm-1.

3. Determinarea diametrelor medii ale particulelor prin difractometrie laser

Diametrul mediu și polidispersitatea dimensională pentru micro/nanoparticulele de
chitosan încărcate cu curcumină au fost determinate prin difractometrie laser. Au fost analizate
trei tipuri de particule obțin ute în condiții de ultrasonicare la durate dife rite, pentru a evalua
influența duratei tratamentului cu ultrasunete asupra acestei caracteristici. S -a constata t un efect
care era de așteptat, și anume scăderea diametrului mediu al particulelor de chitosan odată cu
creșterea timpului de tratamentul cu ultrasu nete, în timp ce proba păstrând însă un caracter destul
de polispers. Prin urmare, pentru probele obținute după 4 minute de ultrasonicare , diametrul
mediu a l particulei a fost în jur de 1.45 µm; după 8 minute de ultrasonicare, diametrul a fost 0.38
µm și după 12 minute a fost 0.15 µm. Tabelul 2 prezintă diametrul mediu al particulelor pentru
trei durate de ultrasonicare , precum și deviația standard (analiza a fost realizată în triplicat pentru
toate probele). În figura 4 , sunt ilustrate curbele de polidispersitate dimensională ale probelor
obținute după 4 minute, 8 minute și 12 minute de tratament cu ultrasunete. S -a observat că pe
măsură ce timpul de ultrasonicare crește cu atât dimensiunea nanoparticulelor, cât și
polid ispersitatea dimensională scade, așa cum era de așteptat.

Tabel 2. Diametr ul mediu al particulelor de chitosan încărcate cu curcumină obținut du pă diferite
durate de ultrasonicare .

Nr. crt . Timpul de
ultrasonicare Diametrul mediu Deviația standard

57
(min) (µM)
1 4 1.445 0.138
2 8 0.376 0.174
3 12 0.154 0.190

Figura. Curbe de polidispersitate dimensională ale particulelor de chitosan cu curcumină
imobilizată determinate prin difractometrie laser, utilizând diferite durate de ultrasonicare.

4. Morfologia particulelor complexe
Figura prezintă fotografiile realizate utilizând microscopia electronică de baleiaj pentru
proba P1C în secțiune transversală.
P1

58

Fig. Fotografii de microscopie electronică de baleiaj în secțiune transversală pentru proba P1C
care conține micro/nanoparticule de chitosan cu curcumină imobilizată (tratamentul cu
ultrasunete a fost de 4 minute).

Morfologia particulelor complexe de gel an conținând micro/nanoparticulele de chitosan cu
curcumină imobilizată a fost evidențiată prin microscopiei electronică de baleiaj . Matricea de
gelan prezintă o struct ură fibrilară, specifică acestei polizaharide. Spațiile dintre formațiunile
fibrilare sunt ocupate de un număr mare de microparticule de chitosan conținând curcumina
imobilizată. Microparticulele de chitosan încărcate cu c urcumină incluse în matricea ge lan își

59
păstrează forma sferică, sunt dispersat e în număr mare în matricea gelan în care sunt puternic
ancorate , iar dimensiunea lor a fost de aproximativ 2 -3 µm. Diametrul lor este însă mai mare
decât diametrul determinat prin difractometrie laser (1.445 µm). Explicația constă în faptul că în
jurul lor, a fost depus un strat suplimenta r de gel an p rin complexare polielectrolitică cu
microparticulele de chitosan dublându -le practic diametrul .

5. Comportamentul la umflare în medii apoase
Comportamentul de umflare a particulelor complexe în diferite medii apoase a fost
evaluat prin determinarea evoluției în timp a gradului de umflare (Q,%). Evaluarea acestei
caracteristici a fost necesară deoarece gradu l de umflare determină difuzia principiului activ din
particule și astfel influențează cinetica de eliberarea a curcuminei . O valoare a gradului de
umflare mai mare, indusă de o densitate de reticulare mai mică și o porozitate mai mare, va
conduce la o difuzie mai accentuată a principiului activ din matricea polimerică [343]. Studiul
evoluți ei în timp a gradul ui de umflare (Q %) determinat gravimetric, a fost efectuat pentru
probele P1C, P2C, P3C, P4C, P5C și P6C în PBS pH = 7.4 (simulează pH -ul sângelui și a
mediului din colon), pH = 6.8 (simulează mediul intestinal) și pH = 2 (simulează med iul
gastric) . Aceste rezu ltate sunt ilustrate în figura .

(a) (b)

60
(c) (d)

(e) (f)
Fig. Evoluția în timp a gradului de umflare pentru probele P1C, P2C, P3C în (a) PBS, pH = 7.4,
(b) PBS, pH = 6.8 (c) și în soluție care simulează fluidul gastric la pH = 2 și pentru probele P2C,
P4C, P5C, P6C în (a) PBS, pH = 7.4, (b) PBS, pH = 6.8 (c) și în soluție care simulează fluidul
gastric la pH = 2. Rezultatele sunt date ca valoarea medie
intervalul de confidența de 95%.
Așa cum era de așteptat, gradul maxim de umflare scade în ordine: P1C> P2C> P3C,
efect datorat unui gra d de reticulare mai mare obținut prin creșterea concentrației soluției de
acetat de magneziu, deci a ionului reticulant. Din figura , se observă că valorile Q % au fost mai
mari la pH = 7.4 decât la pH = 6. 8 sau pH = 2, deoarece particulele complexe conțin gelan într -o
cantitate predominantă (vezi Tabelul 1). Prin urmare, pH -ul bazic induce formarea anionilor
carboxilat din grupele acide care nu au participat la reticularea cu ionii de Mg2+, ceea ce
determină apariția de repulsii electrostatic e între lanțurile polizaharidei și are ca efect relaxarea
rețelei care facilitează difuzia unei cantități mai mari de apă. El-Sherbiny și Smyth [344] au
raportat concluzii similare pentru nanoparticule de PLGA încărcate cu curcumină, cu PEG grefat
cu chitosan sau chitosan [344].
Valoarea pKa a grupelor carboxilice din gelan este de aproximativ 3.5 iar a grupelor
sulfat din caragenan este apropiată de 2.6. La un pH mai mare decât valoarea pKa grupele
carboxilice sunt deprotonate, legăturile de hidrogen nu se mai formează, apare repulsia
electrostatică și crește hidrofilicitatea ceea ce conduce la un grad mare de umflare a hidrogelului
și la eliberarea medicamentului [345] . Gradul de reticulare a probei P1C este mai scăzut ceea ce
înseamnă că multe grupe carboxilic e din gelan sunt libere. La pH=2 există posibilitatea formării
unui număr mai mare de legături de hidrogen în proba P1C ceea ce conduce la o adsorbție mai
scăzută a soluției în primele 2 -3 ore. Aceste forte de atracție intermoleculare conduc predominant
la interacțiuni polimer -polimer și nu la interacțiuni mediu -polimer rezultând o cantitate mai mică
de mediu absorbit de aceste particule de hidrogel [346] . Temperatura de 37⁰C poate conduce la o
absorbție mai mare de soluție la pH=2 iar unele legăturile de h idrogen formate pot fi scindate ca
urmare a mișcărilor moleculare [347] . Soluția se abosarbe la suprafața particulelor de chitosan și

61
protonează grupările amino iar absorbția de soluției la pH = 2 crește. Din figura 6c se observă că
valorile gradului de um flare pentru probele P2C și P3C (cu un grad mai mare de reticulare) sunt
apropiate dar superioare probei P1C în primele ore ale studiului cinetic efect determinat de
numărul mai mic de legături de hidrogen formate. Gradul de reticulare mai mare și grupele
carboxilice protonate determină o difuzie lentă a soluției în interiorul particulelor de hidrogel in
cazul probelor P2C și P3C. Din figura 6c se poate observa că la pH = 2 pentru proba P3C gradul
de umflare tinde spre echilibru după aproximativ 2 h, pentr u proba P2C gradul de umflare tinde
spre echilibru după 5 h iar pentru proba P1C gradul de umflare tinde spre echilibru după
aproximativ 5 -6 h. Literatura precizează că scindarea legăturilor de hidrogen are loc în timp după
o cinetică liniară de ordinul 1 fapt ce poate explica cinetica nespecifică a gradului de um flare la
pH=2 pentru proba P1C [347].
Curcumina inclusă în particulele complexe este mai solubilă în soluții alcaline și ar putea
permite adsorbția unei cantități mai mari de soluție PBS la pH = 7 .4. Chiar dacă la pH = 7.4
particulele pot absorbi o cantitate considerabilă de soluție, acestea nu au început să se
dezintegreze și nu au apărut pierderi de masă, efect determinat probabil de interacțiunile dintre
polimeri (gelan sau gelan în amestec cu i -carragenan și chitosan), responsabile pentru obținerea
particulelor complexe cu o rezistență mecanică suficient de ridicată [348]. Se poate observa că
valorile Q% scad la pH = 6.8, comparativ cu cele de la pH = 7.4, deoarece repulsiile
electrostatice sunt mai mici, dar rămân relativ ridicate, cu valori cuprinse între 831,25% și
1646%.
În pH acid, ar fi de asteptat obținerea de valori ridicate ale grad ului de umflare datorită
prezenței chitosanului ale cărui macromolecule trec in forma protonata, provocând, de asemenea,
respingeri electrostatice cu distanțarea macromoleculelor, ceea ce ar trebui să permită
pătrunderea unor cantități mai mari de apă. Dar particulele de chitosan de dimensiuni reduse si
puternic ancorate în matricea de gelan, respectiv gelan/caragenan, nu pot aduce un aport ridicat
la valoarea gradului maxim de umflare. În plus, gradul de umflare mai mic poate fi explicat si ca
fiind o consecință a formării legătu rilor de hidrogen între grupele carboxilice (sau/si sulfonice) și
grupările –OH din polizaharidele dominante, efect raportat anterior și de către alți cercetători
[349] . Valoarea gradului de umflare pentru probele P4C, P5C, P6C a fost mai mare decât pentru
proba P2C datorită prezenței i -carra genanului în matricea polimer ă, ceea ce conferă o porozitate
mai mare și, prin urmare, difuzia unor cantităț i mai importante de apă în particulele complexe
obținute [344]. Chiar dacă diferențele dintre valorile gradului de umflare ale particulelor
complexe care conțin ca ragenan nu sunt substanțiale, a existat o ușoară tendință a acestora să
scadă odată cu reducerea cantității acestui polizaharid în compoziția lor (P6C <P5C <P4C),
indiferent de valoarea pH–ului din mediul apos în care a fost determinat.

6. Eficiența de încapsulare
Din tabelul 1, se observă că eficiența de încapsulare a curcuminei (EE%) a fost cuprinsă
între 87.23% și 97.25%, pentru particulele complexe cu matricea polimerică formată doar din
gelan. În plus, se poate observa faptul că EE% crește odată cu scăderea concentrației de acetat de
magneziu, utilizat ca agent de reticulare ionic (P1C -P3C). Astfel, se poate afirma că eficiența de
încapsulare a micro/nanoparticulelor de chitosan încărcate cu curcumină în matricea de gelan
crește atunci când matricea polimer ă are un grad de reticulare mai scăzut, iar ochiurile rețelei

62
sunt mai flexibile, dimensiunile lor sunt mai mari și o cantitate mai mare de micro /nanoparticule
de chitosan încărcate cu curcumină pot fi incluse. Odată cu creșterea gradului de reticulare,
rețeaua de polimeri devine mai densă, iar cantitatea de micro/nanoparticule de chitosan încărcate
cu curcumină încorporate în matricea polimerică pe bază de gelan a fost mai mică. Pentru
probele P2 C, P4C, P5C și P6C cu același grad de reticulare, dar cu concentrații diferite de i –
carragenan, se poate observa că eficiența de imobilizare în aproape toate cazurile scade atunci
când cantitatea de i -caragenan crește.
Comparativ cu gelanul, i -caragenanul are două grupe sulfat capabile de gelifiere ionică, la
fiecare unitate structurală, iar gelanul doar una. Drept urmare, rețeaua formată în prezența i –
caragenanului poate fi mai densă, mai ales ca urmare a reducerii cantității de gelan. Prin urmare,
este de așteptat ca eficiența de încapsulare a curcuminei (în micro/nanoparticule de chitosan) să
crească odată cu scăderea cantității de caragenan. Eficiența de imobilizare a curcuminei pentru
probele P4C, P5C cu 30% și 20% i -carragenan în compoziție a fost mai mică. Conform metodei
de preparare a particulelor complexe, după reticularea ionică a matricei de gelan / caragenan care
conține micro/ nanoparticule de chitosan încărcate cu curcumină, acestea au fost menținute timp
de trei ore în mediul de gelifiere (solu ție de ace tat de magneziu) pentru stabilizare . În această
perioadă, o pa rte din curcumina imobilizată poate difuza în soluția apoasă de acetat de magneziu,
iar difuzia a fost mai intensă cu cât porozitatea pariculelor complexe a fost mai mare; această
caracteristică morfologică a particulelor complexe fiind corelată cu cantitatea de carage nan din
compoziția lor. Porozitatea crește odată cu creșterea cantitatății acestui polizaharid î n matrice.
Chiar dacă matricea ge lan / carragenan a fost mai densă, difuzia curcuminei a fost mai intensă
datorită porozității mai mari. În studiile noastre de cercetare ante rioare, s -a demonstrat că i –
caragenanul induce matricei polimerice o po rozitate mai mare, iar difuzia compusului bioactiv
imobilizat depinde de aceasta [350].

7. Determinarea activi tății antioxidante a curcuminei
Polifenolii sunt sensibili în diverse medii, în timpul procesării alimentelor și în timpul
depozitării. Degradarea antioxidanților naturali poate împiedica eficacitatea efectelor lor
terapeutice și împiedică utiliza rea acestor antioxidanți în aplicațiile alimentare / nutraceutice și
farmaceutice [351] . Radiațiile ultraviolete (UV) reprezintă o nouă abordare pentru sterilizarea
matricelor polimere biodegradabile [352] . Un sistem de sterilizare cu UVA a fost conceput si
pentru apa potabilă și s -a demonstrat că iradierea cu UVA pentru aproximativ 30 de minute poate
să distrugă aproape complet bacteriile nepatogene și patogene [353] .
Mecanismele care explică efectul stresului produs de diferite r adiații UV asupra
acumulării fen olilor în plante sunt multiple și complexe. Schimbările în conținutul de fenoli sunt
declanșate de speciile reactive de oxigen și etilenă – moleculele de semnalizare care activează
calea metabolică fenilpropanoidă în plantele afect ate. Radiațiile UV pot fi împărțite în: UVA
(320-400 nm), UVB (280 -320 nm) și UVC (200 -280 nm). UVA reprezintă aproximativ 6% din
radiația solară totală și reprezintă cea mai puțin periculoasă parte a radiației UV. UVB poate
provoca efecte dăunătoare în p lante și reprezintă aproximativ 1.5% din spectrul total. UVC sunt
foarte periculoase pentru organisme, dar stratul de ozon filtrează cea mai mare parte din aceste
radiații UV [354, 355 ].

63
Mecanismele prin care plantele percep radiațiile UV și inițiază răspunsuri fiziologice
nu sunt pe deplin înțelese. Majoritatea rapoartelor de cercetare anterioare au fost efectuate
utilizând UVB, deoarece se consideră că efectul radiației UVA nu aduce modi ficări
semnificative în plante și cea mai mare parte a radiației UVC a fost utilizată în principal în
produsele recoltate ca instrument de extindere a duratei de viață. Producția de specii reactive de
oxigen indusă de radiația UV și este declanșată de creș terea respirației mitocondriale și prin
ionizare în apă [355] . Conform lui Mackerness și colab. creșterea concentrației de specii reactive
de oxigen după expunerea plantelor la UVB ar putea conduce la o creștere a nivelului de acid
jasmonic și etilenă. Răspunsurile suprapuse cum ar fi acestea s -au dovedit a se extinde la nivel
transcripțional la căile de semnalizare intracelulare care reglează expresia genică [356] .
Degradarea curcuminei în prezența radiației UVB (254 nm) a fost studiată și s -a
stabilit că după 8 ore de expunere 50 % din curcumina pudră a fost degradată [357] .

Activitatea antioxidantă pentru curcumina liberă și pentru curcumina extrasă din
probele P2C, P4C a fost evaluată utilizând testul cu DPPH. Particulele au fost expuse la lumină
UVA pentru 30 de minute iar curcumina din particule a fost extrasă în metanol. S -au utilizat
pentru determinarea procentului de inhibare soluții de curcumină de diferite concentrații
(cuprinse între 10 și 130 µg/ml) iar pe baza rezultatelor obținute IC 50 a fost determinat atât
pentru curcumina din particulele iradiate UV cât și pentru curcumina din particulele care nu au
fost iradiate.
În figura 14 sunt prezentate valorile IC50 (µM) obținute în urma evaluării activității
antioxidante utilizând testul cu DP PH pentru acidul ascorbic, curcumina liberă si pentru
curcumina extrasă din probele P2C și P4C (s -au utilizat probe neiradiate și iradiate cu lumină
UVA pentru 30 minute, λ=365 nm). Cu cât valorile IC50 sunt mai mici cu atat caracterul
antioxidat al curcum inei este mai puternic.

Figura 14. IC 50 values on DPPH radical scavenging assay for free curcumin (FC) and for
curcumin extracted from P2C, P4C samples before and after exposure to UV light, at 365 nm.

Din figura 14 se observă că valorile IC 50 pentru acidul ascorbic, curcumina liberă,
curcumina extrasă din probele P2C și P4C iradiate sau neiradiate UV sunt apropiate ceea ce
înseamnă că prin imobilizare curcumina își păstrează proprietățile antioxidante iar matricea

64
polimeră are rol protectiv pentru curcumină. Pentru curcumina liberă expusă la lumină UVA se
observă că valoarea IC 50 a fost cu 60.76% mai mare decât valoarea IC50 pentru curcumina
liberă care nu a fost expusă la lumină UVA iar procentul de inhibare a radica lilor liberi din
DPPH a fost diminuat cu 15% față de curcumina liberă. Din rezultatele obținute putem
concluziona că prin expunere la UVA curcumina liberă a fost degradată partial dar își păstrează
din activitate a antioxidantă chiar dacă valorile IC50 au c rescut . Studiile precedente afirmă că
bioactivitatea curcuminei se modifică atunci când este expusă la lumină UVB și 50% din
curcumina pudra este degradată după 24 de ore de expunere. Activitatea antioxidantă a
curcuminei libere după expunerea la UV poate proveni de la produșii de degradare ( acidul
ferulic, aldehida ferulică, vanilina și unii compuși ciclici) care contin gruparea activă hidroxil
metoxifenil esențială pentru activitatea antioxidantă a curcuminei [357] .
Rezultatele obținute pentru probele P2C și P4C inainte și după expunerea la UV sunt
în concordanță cu cantitatea totală de fenoli din probe. Astfel pentru proba P4C datorită unei
porozități mai accentuate lumina UV poate difuza în particule și activitatea antioxidantă a
curcuminei este diminuată. Valoarea IC50 este mai mică cu 20.51% comparativ cu valoare IC50
pentru curcumina liberă.iar procentul de inhibare a radicalilor liberi a scăzut de asemenea cu
15% comparativ cu proba P4C neiradiată UV.
Cantitatea totală de fenoli și flavonoide după iradierea UV a curcuminei libere a fost
mai mare comparativ cu curcumina neiradiată UV dar nu determină o activitate antioxidantă
îmbunătățită așa cum susțin cercetările anterioare [358, 359] .
Prin expunere la UV se gen erează necontrolat de specii reactive de oxigen care pot
duce la acumularea lor provocând stres oxidativ în celule. Prin urmare, celulele plantelor au
dezvoltat mecanisme de apărare pentru protecția lor prin producerea unor cantități mai mari de
antioxidan ți cum ar fi fenolii și flavonoidele, pentru a controla producerea de specii reactive de
oxigen. Antioxidanții sunt eficienți deoarece pot dona propriii lor electroni speciilor reactive de
oxigen, neutralizând astfel efectele adverse ale acestora din urmă [360] . Există posibilitatea ca
speciile reactive de oxigen generate prin expunerea la UV să fie în număr mare iar cantitatea de
fenoli sau flavonoide generate de mecanismul de apărare să nu fie suficiente pentru a neutraliza
toate ROS produse și astfel can titatea de antioxidanți rămasă capabilă să capteze radicalii liberi
din DPPH să fie mai mică iar valoarea IC50 crește.

8. Determinarea adsorbției de proteine

Adsorbția de proteine pe suprafața particulelor de biopolimer are o importanță
semnificativă în apl icațiile biomedicale, atât in vitro cât și in vivo [361] . În tractul
gastrointestinal există diferite proteine și enzime care ar trebui adsorbite pe suprafața particulelor
cu medicamente imobilizate. Cercetările anterioare au arătat că mecanismul primar de absorbție
a microparticulelor cu medicamente incapsulate in intestinul subțire de șobolan a fost prin
endocitoza mediată de clathrin în combinație cu endoc itoză și fagocitoză mediată caveolar.
Endocitoza dependentă de clathrin necesită proteină adaptor și o proteină care leagă domeniile
guanozin trifosfat –GTP (dinamina) în plus față de clathrin [362] .
Forțele de interacțiune dintre moleculele de proteine și particulele de polimer pot fi
clasificate ca interacțiuni hidrofobe, legături ionice (sau electrostatice), legături de hidrogen și
interacțiuni van der Waals [361] .
Pentru determinarea adsorbției de proteine am utilizat probele P1C, P2C, P3C și P4C.
În figura 15 este prezentată eficiența de adsorbți e a proteinelor obținută la diferite pH -uri.

65

Figura 15 . Eficiența de adsorbție a proteinelor pentru probele P1C, P2C, P3C și P4C la pH2, pH
6.8 și pH 7.4
Din figura 15 putem observa că adsorbția de proteine depinde de gradul de reticulare al
particulelor, porozitate și pH. Astfel cu cat gradul de reticulare este mai mare cu atât adsorbția de
proteine pe suprafața particulelor de polizaharide scade. Probele P4C au cea ma i mare eficiență
de adsorbție datorită porozității accentuate.
Adsorbția albuminei depinde de pH iar la pH 2 observăm că adsorbția de proteine este
maximă indiferent de tipul de particule fiind cuprinsă între 60% și 76.24 %. La pH acid pot avea
loc legături electrostatice între grupările carboxilice sau s ulfonice nereticulate și gruparile
aminice protonate din proteină determinând astfel o adsorbție mai intensă. Valoarea gradului de
umflare la pH 7.4 este maximă și astfel o cantitate mai mare de sol uție de albumină poate difuza
in interiorul particulelor. Curcumina la pH 7.4 devine mai solubilă și poate determina formarea
legăturilor de hidrogen cu grupările aminice din albumina conducând astfel la o adsorbție
îmbunătățită. Adsorbția de albumină la p H 7.4 pentru probele analizate a fost cuprinsă între
36.26 % și 53.76 %. Eficiența de adsorbție a fost mai mică la pH 6.8 deoarece nu au loc
interacțiuni electroctrostatice iar valoarea gradului de umflare este medie. Eficiența de adsorbție
a albuminei la pH 6.8 a fost cuprinsă între 7.5% și 20 %.
În concluzie particulele au capacitatea de a adsorbi proteinele și pot fi utilizate pentru
eliberarea curcuminei in mediul gastrointestinal.

9. Cinetica de eliberare a curcuminei
Cinetica de eliberare a curcuminei a fost studiată la temperatură fiziologică (T = 37 ° C), în trei
medii de pH diferit: PBS (pH = 7.4 și pH = 6.8) și în soluție care simulează lichidul gastric la pH
= 2. Curbele de eliberare a curcuminei din probele analizate și influența diferiților factor i asupra
eficienței eliberării sunt prezentate în Figura 7, Figura 8 și Figura 9.
Figura 7 arată influența pH -ului și a gradului de reticulare asupra cineticii cu eliberar e a
curcuminei di n probele analizate. Figura 8 arată influența pH -ului și a porozității asupra cineticii
de eliberare a curcuminei din probele analizate. Figura 9 arată influența dimensiunii micro /

66
nanoparticulelor încărcate cu curcumină și a pH -ului asupra cineticii de eliberare a curcuminei
din probele analizate.

(a) (b)

(c)

Figure 7 . Cineti ca de eliberare a curcuminei în timp din particule complexe pe bază de
gelan pentru probele P1C, P2C, P3C: în PBS la pH = 7. 4 (a), în PBS la pH = 6.8 (b) și la
pH = 2 ( c). Datele sunt date ca valoare medie ± interval ul de confidență de 95%.

67

(a) (b)

(c)
Figure 8 . Cineti ca de eliberare a curcuminei în timp din particule complexe pe bază de
polizaharide pentru probele P2C, P4C, P5C, P6C: în PBS la pH = 7. 4 (a), în PBS la pH =
6.8 (b) și la pH = 2 ( c). Datele sunt date ca valoare medie ± interval ul de confidență de
95%.

68

(a) (b)

(c)
Figure 9 . Cinetica de eliberare a curcuminei în timp din particulele complexe P4C care conțin
micro/nanoparticule de chitosan care conțin curcumină obținute la diferite durate de
ultrasonicare: în PBS la pH = 7.4 (a) în PBS la pH = 6. 8 (b) și pH = 2 (c). Datele sunt date ca
valoare medie ± interval de confidență de 95%.
Din figura 7, figura 8 și figura 9, se observă că, independent de tipul de particule,
cantitatea maximă de curcumină eliberată, (adică eficiența de eliberare, așa cum este dat în
tabelul 3), a fost mai mare în mediu uș or alcalin (pH = 7. 4) decât în pH acid (pH = 2) și valorile
eficienței de eliberare la pH = 6. 8 au fost intermediare .
Acest efect se corelează fo arte bine cu valorile gradului de umflare a particulelor
complexe analizate, pentru cele trei medii de pH-ului diferit . Evide nt, la valori ale pH-ului într –
un domeniu ușor alcalin, unde umflarea a fost maximă (efect explicat mai sus), cantitatea
maximă de curcumină eliberată a fost mai mare comparativ cu cea eliberată în medii mai acide,
facilitând difuzia curcuminei din ComPs.
În cazul probelor P1C, P2C, P3C, prezentate în figura 7 , eliberarea curcuminei a avut loc
cu o viteză mai mare până la 1440 minute după care cantitatea eliberată începe să scadă până la

69
un punct de echilibru la aproximativ 9360 min, rămânând constantă după aceea la pH = 7.4, pH
= 6.8 și pH = 2. Mai mult, pentru toate valorile de pH, eficiența de eliberare pentru probele de
particule c omplexe conținând microparticule de chitosan încărcate cu curcumină ( P1C, P2 C și
P3C) crește odată cu scăderea gra dului de reticulare . Același comportament este observat și în
figura 8 pentru pr obele P4C, P5C și P6C la pH = 6.8 și pH = 7. 4. Eficiența de el iberare mai mare
în mediul alcalin a fost consecința a unei umflări mai intense a matricei polimere , ceea ce
permite ochiurilor de rețea să -și mărească dimensiunea și, prin urmare, difuzia principiului
bioactiv a fost intensificată.
Difuzia curcuminei din particulele P2C, P4C, P5C și P6C (figura 8) depinde de cantitatea
de i-carragenan din particule , deci de porozitate a lor . La pH = 2 după 5040 minute, cinetica de
eliberare a curcuminei are un comportament diferit în comparație cu cinetica de eliberare a
curcuminei la pH = 6.8 sau la pH = 7. 4. La pH = 2, după 6420 de minute pentru toate probele
analizate, eficiența de el iberare a curcuminei din particulele complexe a fost aproape similară
pentru toate probele. După 9360 minute, s -a observat că eficiența de eliberare a curcuminei a fost
maximă pentru proba P2C și scade odată cu creșterea con centrației de caragenan în particulele
complexe , astfe l încât valoarea minima a eficienței de eliberare a fost observată pentru probele
P4C.
Creșterea procentului de i -carragenan în compoziția particulelor complexe are ca efect
creșterea gradului de reticulare (vezi explicația anterioară); prin urmare, intensificarea eliberării
curcuminei din matricile mai reticulate ar trebui să se desfășoare mai lent. I-Carag enanul, însă,
induce o porozitate mai mare matricii polimere în care au fost imobilizate micro/nanoparticulele
de chitosan care conțin curcumină, ceea ce are ca efect intensificarea difuziei principiului activ
prin pori. Între cele două ef ecte opuse induse de caragenan, se dovedește că cel datorat creșterii
porozității a fost dominant, ceea ce explică rezultatele obținute.
Pe de altă parte, caragena nii sunt susceptibili la depolimerizare prin hidroliză acidă. La
temperaturi ridicate și pH s căzut, caragenanii își pierd rapid funcționalitatea [348]. Studii le
anterioare de degradare a caragenanului au arătat că doar 0. 1% din legăturile glicozidice sunt
deteriorate după ce probele de kappa -carragenan au fost menținute timp de 3 ore la pH = 1,2 ș i
37 ° C [251, 363]
Din figura 9, se observă că eficiența de eliberare a curcuminei depinde de dimensiunea
micro/nanoparticulelor de chitosan care conțin curcumină încorporate în matricea gelan sau
gelan / caragenan; dimensiunea acestora scade odată cu creșterea duratei de ultrasonicare. Pentru
această analiză, a fost utilizată proba P4C în care micro/nanoparticulele de chitosan, obținute cu
diferite durate de ultrasonicare – 4 minute, 8 minute și 12 minute au fost încorporate Eficiența de
eliberare a cu rcuminei crește od ată cu creșterea pH -ului și cu scăderea dimensiunii particulelor .
Astfel, pentru particulele complexe P4C care conțin micro/nanoparticulelor de chitosan cu
curcumină imobilizată cu o dimensiune de aproximativ 150 nm (ultrasonicate timp de 12
minute), s -a obținut o eficiență maximă de eliberare a curcuminei independent de pH -ul mediului
utilizat. Efectul s -a datorat creșterii suprafeței specifice a micro/nanoparticulelor de chitosan care
conțin curcumină, cu creșterea duratei ultrasonicării . Suprafața lor de contact cu mediul de
eliberare crește odată cu scăderea diametrului, facilitând eliberarea unei cantități din ce în ce mai
mari de principiu activ. Mai multe detalii referitoare la transpo rtul și eliberarea curcuminei din
matricea polime rică pot fi obținute folosind modelul cinetic Ritger -Peppas [364].

70

(3)
Valorile factorului exponențial n sunt enumerate în tabelul 3.
Tabel 3.
Proba Eficiența de eliberare
(%) Timpul
de
eliberare
(min) Valoarea factorului
exponțial , n R2
pH=7.4 pH=6.8 pH=2 pH=7.4 pH=6.8 pH=2 pH=7.4 pH=6.8 pH =
2
P1 83.87 76.73 63.99
9360 0.49 0.43 0.52 0.93 0.99 0.96
P2 69.18 66.69 61.41 0.51 0.4 0.49 0.95 0.98 0.92
P3 65.1 60.22 57.73 0.54 0.53 0.52 0.89 0.94 0.94
P4 97.94 82.15 56.08 0.5 0.41 0.53 0.94 0.97 0.81
P5 87.67 74.2 56.91 0.51 0.51 0.5 0.96 0.98 0.85
P6 84.19 70.64 57.87 0.51 0.49 0.52 0.91 0.93 0.92

Din tabelul 3, se observă că pe ntru aproape toate probele , din care a fost eliberată curcumina,
factorul de difuzie exponențial n prezintă valori egale sau foarte apropiate de 0. 5, ceea ce indică
o difuzie de tip Fickian. Mai mult, cantitatea de ingredient activ eliberat este direct proporțională
cu timpul până când s -a ajuns la o eficiență de eliberare de aproximativ 60% din totalul de
medicament eliberat, procent găsit ideal în modelele matematice utilizate pentru a descrie
sistemele de eliberare controlată a medicamentelor [365, 366].
Succesul unui sistem de administrare a medicamentului specific pentru colon depinde de
proprietățile fizico -chimice ale medicamentului, de tipul sistemului de administrare, de toți
ceilalți factori care pot influența timpul de tranzit gastrointestinal și de gradul de interacțiune
dintre medicament și tractul digestiv [367, 368]. De asemenea, sistemul de administrare orală
trebuie să protejeze medicamentul împotriva eliberării în stomac și în intestinul subțire [367]
Colonul poate fi o țintă potențială pentru absorbția sistemică a mai multor medicamente utilizate
pentru tratament ul altor afecțiuni decât cele ale colonului [367].
Datele preclinice și clinic e privind administrarea orală a curcuminei au evidențiat
biodisponibilitatea sistemică scăzută și susceptibilitatea crescută la activitatea metabolică, iar
cercetările anterioare au arătat că doar 2. 30 ± 0. 26 μg / ml curcumină au fost găsite în plasmă
după administrarea orală a 10 g de curcumină. C urcumina suferă modificări metabolice extinse
în intestin și f icat, ceea ce împiedică preluarea sistemică a curcuminei pentru a trata diferite boli.
O varietate de materiale , pe bază de polimeri naturali, sintetici și lipide , au fost utilizate pentru
obțin erea sisteme lor de eliberare care pot depăși eficient epiteliul gastrointestin al și, astfel,
curcumina poate ajunge în colon și în circulația sistemică în doze terapeutice [369].
Scopul imobilizării curcuminei în particule complexe pe bază de poliz aharide a fost acela de a
facilita administrarea orală a curcuminei, asigurând u-se depășirea barierei gastrointestinale și, în

71
consecință, eliberarea unei cantități terapeutice de curcumină în colon. Ge lanul a fost ales ca
polimer predominant cantitativ pentru pr epararea acestor particule complexe datorită stabilității
sale în mediul puternic acid al stomacului și a rezistenței sale la enzime le din tractul gastro –
intest inal. Datorită timpului în general scurt de staționare a alimentelor în stomac (golirea
stomacul ui durează 2 -6 ore) și în intestinul subțire (3-5 ore), se asigură depășirea barierei
gastroitestinale a particulelor complexe și eliberea unei cantități terapeutice de curcumină în
colon.
La trecerea particulelor prin stomac și intestinul subțire, este p osibilă eliberarea unei cantități
relativ reduse de curcumină, așa cum au demonstrat studiile descrise mai sus. A fost interesant să
studiem eliberarea curcuminei din trei tipuri de ComPs, plasându -le secvențial mai întâi într -o
soluție la pH = 2 care simu lează mediul stomacal, apoi în soluția PBS la pH = 6,8 care simulează
lichidul inte stinal și apoi în PBS la pH = 7. 4 care simulează mediul colonului. Pentru eliberare
într-un mediu acid, durata a fost stabilită la 2 ore (comparabilă cu cea de staționare a alimentelor
în stomac). Apoi,particulele complexe au fost plasate imediat într -un mediu de eliberare cu pH =
6.8 timp de 3 or e, deoarece aceasta este durata în care 50% din toate alimentele trec din intestinul
subțire în colon și apoi particulele complexe au fost p lasate într -o soluție la pH = 7.4 pentru 4 ore
(timpul de staționare în colon variază între 4 -72 ore).
Curbele cinetice obținute sunt prezentate în figura 10 , care ilustrează un comportament
diferit pentru particulele P2C, P3C și P4C. De fapt, du pă îndepărtarea particulelor complexe din
mediul acid și intestinal și plasarea lor într -un mediu ușor alcalin, eliberarea curcuminei a fost
practic intensificată.
Cantitatea totală de curcumină eliberată după aproximativ 10 ore, în cele trei medii
succesi ve, depășește cantitatea maximă de curcumină eliberată din aceleași trei ti puri de
particule, după 10 ore, fie în mediu acid, în mediu intestinal sau doar în mediu ușor alcalin (vezi
Figurile 7, 8, 9).

72
Figura 10 Curbe cinetice pentru eliberarea curcumin ei în timp din particulele P2C, P3C și P4C
în mediu acid la pH = 2 (2 h), în PBS la pH = 6.8 (3 h) și apoi în mediu ușor alcalin în PBS la pH
= 7.4 (4 h). Datele sunt date ca valoarea medie ± intervalul de confidență de 95%.

De asemenea, trebuie remarcat faptul că după aproximativ 10 ore în care particulele
complexe rămân în tractul digestiv, elibe rarea curcuminei din particulele P4C a fost practic
completă (peste 60% din curcumina ar putea fi eliberată în colon). Acest rezult at confirmă
ipoteza noastră de pornire și demonstrează rolul protector al matricei polimere pentru curcumină
în depășirea barierei stomacale; prin urmare, aceste formulări încărcate cu curcumină po t fi
potrivite pentru eliberarea acestui principiu active î n colon .