1. Transport properties of hydrophilic compounds in PLGA microspheres
- Author
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Glaucia Regina Medeiros Burin, Talitha Caldas dos Santos, Mariana Alves Battisti, Angela Machado de Campos, Sandra Regina Salvador Ferreira, and Bruno Augusto Mattar Carciofi
- Subjects
Modelización matemática ,Polímero biodegradável ,Difusión ,Liberação controlada ,Diffusion ,Liberación controlada ,Polímero biodegradable ,Erosão ,Biodegradable polymer ,Modelagem matemática ,General Earth and Planetary Sciences ,Controlled release ,Erosion ,Mathematical modeling ,Difusão ,Erosión ,General Environmental Science - Abstract
Biodegradable polyesters, such as the poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA), have been extensively used as a polymer matrix for entrapping a variety of active compounds. In this study, the physicochemical phenomena that control the mass transport mechanism of hydrophilic compounds released from PLGA microspheres were identified. This study aims to produce and characterize PLGA microspheres loaded with metformin hydrochloride (MH) and perform a case study using the literature data of PLGA microspheres loaded with fluorescein isothiocyanate-dextran (FITC-dextran). The MH is a low molecular weight compound that was easily and rapidly transported by diffusion mechanism through the microsphere pores. The FITC-dextran, as a high molecular weight compound, depended on the mechanism of polymer erosion and mesopore formation, with 18 days of duration, before its release by diffusion mass transfer. Values of the effective diffusion coefficient of MH and FITC-dextran, both in PLGA, were 2.4 x 10-13 and 5.3 x 10-18 m2 s-1, respectively, with a difference of five orders of magnitude attributed to the molecular weight of these hydrophilic compounds and the main mass transport that governed their release. This study provides important insights into the mechanisms of mass transfer and their correlation with the physicochemical properties of both hydrophilic compounds and the PLGA matrix, contributing to the development of biodegradable controlled delivery systems for a variety of applications in chemical, biotechnological, and pharmaceutical industries. Los poliésteres biodegradables, como el poli(ácido láctico-co-glicólico) (PLGA), se han utilizado ampliamente como matriz polimérica para encapsular una variedad de compuestos activos. En este estudio, se identificaron los fenómenos fisicoquímicos que controlan el mecanismo de transporte de masa de los compuestos hidrofílicos liberados de microesferas de PLGA. Este estudio tiene como objetivo producir y caracterizar microesferas de PLGA cargadas con clorhidrato de metformina (CM) y realizar un estudio de caso utilizando datos de la literatura de microesferas de PLGA cargadas con isotiocianato de fluoresceína (FITC)-dextrano. El CM es un compuesto de baja masa molecular que fue transportado rápidamente por el mecanismo de difusión a través de los poros de la microesfera. El FITC-dextrano, como compuesto de alta masa molecular, dependió del mecanismo de erosión del polímero y de la formación de mesoporos, durante 18 días, antes de su liberación por transferencia de masa por difusión. Los valores del coeficiente de difusión efectivo del CM y del FITC-dextrano, ambos en PLGA, fueron iguales a 2,4 x 10-13 y 5,3 x 10-18 m2 s-1, respectivamente, con una diferencia de cinco órdenes de magnitud atribuida a las diferentes masas moleculares de estos compuestos hidrofílicos y al principal mecanismo de transporte de masa durante la liberación. Este estudio proporciona importantes conocimientos sobre los mecanismos de transferencia de masa y su correlación con las propiedades fisicoquímicas tanto de los compuestos hidrofílicos como de la matriz de PLGA, contribuyendo al desarrollo de sistemas biodegradables de liberación controlada para diversas aplicaciones en la industria química, biotecnológica y farmacéutica. Poliésteres biodegradáveis, como o poli(ácido láctico-co-glicólico) (PLGA), têm sido amplamente utilizados como matriz polimérica para encapsular uma variedade de compostos ativos. Neste estudo, os fenômenos físico-químicos que controlam o mecanismo de transporte de massa de compostos hidrofílicos liberados de microesferas PLGA foram identificados. Este estudo visa produzir e caracterizar microesferas de PLGA carregadas com cloridrato de metformina (CM) e realizar um estudo de caso utilizando dados da literatura de microesferas de PLGA carregadas com isotiocianato de fluoresceína (FITC)-dextrano. O CM é um composto de baixa massa molecular que foi rapidamente transportado por mecanismo difusivo através dos poros da microesfera. O FITC-dextrano, por ser um composto de alta massa molecular, dependeu do mecanismo de erosão do polímero e formação dos mesoporos, com 18 dias de duração, antes da sua liberação por transferência de massa por difusão. Os valores do coeficiente de difusão efetivo do CM e do FITC-dextrano, ambos em PLGA, foram iguais a 2,4 x 10-13 e 5,3 x 10-18 m2 s-1, respectivamente, com uma diferença de cinco ordens de grandeza atribuídas às diferentes massas moleculares desses compostos hidrofílicos e ao principal mecanismo de transporte de massa durante a liberação. Este estudo fornece informações importantes sobre os mecanismos de transferência de massa e sua correlação com as propriedades físico-químicas tanto dos compostos hidrofílicos quanto da matriz de PLGA, contribuindo com o desenvolvimento de sistemas de liberação controlada biodegradáveis para uma variedade de aplicações nas indústrias químicas, biotecnológicas e farmacêuticas.
- Published
- 2022