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Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Instituto de Física, Programa de Pós-Graduação em Física, 2020.

CAPES

Os sistemas de liberação de fármacos podem ser entendidos como qualquer sistema (dispositivo) desenvolvido para fornecer uma quantidade correta de fármaco para o local de ação (tecido ou órgão) em um intervalo de tempo determinado, com a finalidade de maximizar a resposta terapêutica. O objetivo principal deste trabalho consiste em desenvolver modelos estatísticos em rede para investigar a cinética de liberação de fármacos encapsulados em membranas poliméricas porosas. Para tal, modelamos cápsulas unidimensionais e bidimensionais com apenas um poro de liberação na membrana externa que reveste a cápsula, cápsulas bidimensionais e tridimensionais revestidas por uma membrana externa porosa e cápsulas bidimensionais revestidas por uma membrana externa biodegradável. As curvas de liberação (quantidade da droga dentro da cápsula como função do tempo) são obtidas através de simulações de Monte Carlo (MC) e são ajustadas para a função de distribuição empírica de Weibull, exp[−(t/τ)ᵇ], onde b e τ são parâmetros ajustáveis. Na literatura farmacêutica o parâmetro de forma b é utilizado para indicar empiricamente o mecanismo de liberação (difusão, erosão e/ou intumescimento) e τ corresponde ao tempo característico da liberação. Para guiar os resultados das simulações computacionais, resolvemos a equação de difusão para um sistema similar (cápsula 3D sem membrana), e encontramos uma boa concordância entre a solução analítica e os resultados das simulações de MC. Além disso, investigamos como a dimensionalidade (uma, duas e três dimensões), o tamanho e a porosidade da membrana externa que reveste a cápsula interferem na cinética de liberação, onde encontramos que os parâmetros de liberação de Weibull satisfazem leis de escala.

Drug delivery systems can be understood as any system (device) designed to deliver a correct amount of drug to the site (tissue or organ) in a given time interval, in order to maximize the therapeutic response. The main goal of this work is to develop statistical lattice models to investigate the release kinetics of drugs encapsulated in porous polymeric membranes. For this purpose, we model one-dimensional and two-dimensional capsules with a single release pore (leaking site) in the outer membrane that covers the capsule, two-dimensional and three-dimensional capsules covered by a porous membrane and twodimensional capsules covered by a biodegradable membrane. The release curves (amount of drug inside the capsule as a function of time) are performed using Monte Carlo (MC) simulations and are fitted to the Weibull distribution function, exp[−(t/τ)ᵇ], where b and τ are adjustable parameters. The shape parameter b is used to empirically indicate the release mechanism (diffusion, erosion and/or swelling) and τ corresponds to the release characteristic time. To guide the results of the computer simulations, we solve the diffusion equation for a similar system (3D capsule without membrane), and we found a good agreement between the analytical solution and the results of the MC simulations. Besides this, we investigated how the dimensionality (one, two and three dimensions), the size and the porosity of the external membrane that covers the capsule interfere on the release kinetics, where we found that the Weibull release parameters satisfy scaling relations.