Development of an advanced topical insulin formulation for skin burn regeneration: an experimental approach from fundamental to translational research

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Quitério, Maria João Baptista
Data de Publicação: 2020
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/10451/52581
Resumo: Trabalho Final de Mestrado Integrado, Ciências Farmacêuticas, 2020, Universidade de Lisboa, Faculdade de Farmácia.
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spelling Development of an advanced topical insulin formulation for skin burn regeneration: an experimental approach from fundamental to translational researchWound healingInsulinNanoparticlesPLGATopical administrationMestrado integrado - 2020Ciências da SaúdeTrabalho Final de Mestrado Integrado, Ciências Farmacêuticas, 2020, Universidade de Lisboa, Faculdade de Farmácia.A insulina é uma hormona peptídica com diversas funções fisiológicas. Uma das mais importantes está relacionada com o processo de regeneração cutânea. Este processo é complexo e envolve a ativação sequencial e coordenada de múltiplos tipos células e vias de sinalização. No geral, os pensos podem constituir uma barreira temporária; no entanto, estes materiais não têm a capacidade de tratar os distúrbios metabólicos, nomeadamente a regeneração cutânea de pacientes com queimaduras crónicas de elevada extensão. Esta tese de mestrado tem como objetivo produzir e avaliar um novo tratamento tópico que promova a regeneração, sendo este constituído por nanopartículas de PLGA com insulina encapsulada. As nanopartículas de PLGA com insulina foram obtidas por um método de emulsificação espontânea com difusão de solvente e foram extensamente caracterizadas em termos de tamanho, carga de superfície, eficiência de encapsulação, estabilidade ao longo do tempo e morfologia. A estabilidade da proteína após o processo de encapsulação foi avaliada por SDSPAGE, Dicroísmo Circular, Differential Scanning Calorimetry e SEC-HPLC. A libertação in vitro também foi avaliada. O mesmo foi feito para avaliar a eficácia e a segurança da formulação, como prova de conceito. O tamanho médio das nanopartículas foi de 570 nm e a carga superficial foi neutra. A eficiência de encapsulação foi de 55.3%. Estudos de estabilidade durante 60 dias indicaram que esta nanoformulação foi estável relativamente ao tamanho, carga de superfície, eficiência de encapsulação e pH. Foram observadas nanopartículas esféricas por microscopia eletrónica de varrimento e microscopia de força atómica. A estrutura da proteína manteve-se após a encapsulação, facto esse confirmado pelo SDS-PAGE. Ensaios preliminares in vitro de libertação e de difusão recorrendo a células de Franz revelaram um perfil adequado para a libertação da insulina a partir das nanopartículas de PLGA. A viabilidade celular in vitro recorrendo a células HaCat mostraram uma ligeira diminuição na viabilidade celular. Este efeito foi dependente da dose e tempo de incubação. Os ensaios microbiológicos revelaram que a formulação não apresenta atividade antibacteriana. Os ensaios in vivo demonstraram resultados muito promissores no que diz respeito ao processo de regeneração cutânea de feridas. Em suma, a preparação e caracterização de nanopartículas de PLGA com insulina foram bem sucedidas com parâmetros compatíveis com a administração tópica. Estudos posteriores incluem uma avaliação histológica e das citocinas inflamatória nos ensaios in vivo num número de animais maior.Insulin is a peptide hormone with several physiological functions. One important role of insulin is related to the wound healing process. Wound healing is a complex physiological process that involves the sequential activation of multiple cell types and signalling pathways in a coordinated manner. In general, the wound care dressings may constitute a temporary barrier; however, these materials generally do not have the ability to significantly restore metabolic disturbances, namely wound healing in patients with high-extension chronic burns. This master thesis aims to produce and evaluate a new topical treatment for wound healing made of insulin-loaded poly-DL-lactide/glycolide (PLGA) nanoparticles. Insulin-loaded PLGA nanoparticles were obtained by a modified-spontaneous emulsification solvent diffusion method and fully characterized in terms of size, surface charge, encapsulation efficiency, stability over the time and morphology. The protein stability after encapsulation was assessed by SDS-PAGE, Circular Dichroism, Differential Scanning Calorimetry and SECHPLC. In vitro release and diffusion of insulin and in vitro safety assessment using cell lines were performed. In vivo preliminary assay as proof-of-concept was performed to evaluate the efficacy and safety of the formulation. The mean size of loaded nanoparticles was 570 nm and surface charge was neutral. The encapsulation efficiency was 55.3%. Stability studies over 60 days showed that this nanoformulation was stable in terms of size, surface charge, encapsulation efficiency and pH. Spherical nanoparticles were observed by scanning electron microscopy and atomic force microscopy. The protein structure remained the same after the encapsulation, as confirmed by SDS-PAGE. Preliminary in vitro release using dialysis method assay and in vitro diffusion assay using Franz cells showed an adequate profile of insulin released from PLGA nanoparticles for topical delivery. In vitro cell viability using HaCat cells showed that insulinloaded PLGA nanoparticles slightly decreased the cell viability. This effect was dose- and timedependent. As expected, microbiological assays revealed that this formulation has no antibacterial activity. Preliminary in vivo assay revealed promising results for wound healing of burns. In conclusion, insulin-loaded PLGA nanoparticles were successfully obtained with suitable parameters for topical administration. Further studies will include histological and inflammatory cytokines evaluation in in vivo assays with higher number of animals.Reis, Ana Catarina Beco PintoPozo, Jesús Molpeceres García delRepositório da Universidade de LisboaQuitério, Maria João Baptista2020-11-252020-10-292023-11-25T00:00:00Z2020-11-25T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10451/52581TID:202680150enginfo:eu-repo/semantics/embargoedAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-11-08T16:57:52Zoai:repositorio.ul.pt:10451/52581Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T22:03:39.935950Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
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