As microesferas de amido tornaram-se um foco de pesquisa significativo nas indústrias farmacêutica, alimentícia e cosmética, valorizadas por sua biocompatibilidade, biodegradabilidade, não toxicidade e custo de produção relativamente baixo. Produtos como Spherex™, Arista™ e EmboCept™ já demonstraram sua viabilidade comercial como veículos de administração de medicamentos, agentes hemostáticos e agentes de embolização. À medida que a procura cresce, aumenta também a necessidade de métodos de produção escaláveis e económicos. Um estudo de 2018 publicado na LWT – Food Science and Technology por Li et al. aborda esse desafio diretamente, apresentando um método de emulsão água em água (W/W) para produzir microesferas de amido recristalizadas (RSMs) combinado com uma estratégia prática para reciclar a fase contínua de polietilenoglicol (PEG).
Por que o método de emulsão água em água?
Os métodos convencionais de emulsão para produção de microesferas normalmente dependem de sistemas água em óleo (A/O), que envolvem solventes orgânicos e emulsificantes químicos que levantam preocupações de segurança, ambientais e regulatórias. A abordagem de emulsão W/W substitui a fase oleosa por uma solução aquosa de PEG, criando um sistema de duas fases no qual as gotículas de amido são dispersas dentro da fase contínua de PEG. Como ambas as fases são à base de água, este método é inerentemente mais seguro e mais ecológico. No entanto, o PEG é um reagente relativamente caro e a produção em grande volume geraria quantidades substanciais de resíduos contendo PEG se a solução fosse descartada após cada lote. Os investigadores investigaram, portanto, se e como a solução PEG poderia ser efetivamente recuperada e reutilizada.
Duas estratégias de reciclagem: DR-PEG vs. RS-PEG
A equipe testou duas rotas de recuperação. No primeiro, a solução de PEG coletada após a separação das microesferas foi utilizada diretamente no próximo lote de produção sem qualquer modificação – denominada DR-PEG (PEG diretamente reutilizado). Na segunda rota, a solução de PEG recuperada foi suplementada com PEG sólido fresco para restaurar a concentração original antes da reutilização - referida como RS-PEG (PEG reabastecido/suplementado).
Uma ferramenta analítica chave foi a relação exponencial entre a concentração de PEG e a viscosidade aparente, que os investigadores estabeleceram com um valor R² de 0,99. Ao medir a viscosidade da solução recuperada, eles puderam calcular com rapidez e precisão quanto PEG foi perdido e quanta suplementação foi necessária, sem a necessidade de análises químicas complexas.
Resultados: RS-PEG supera reutilização direta
A abordagem DR-PEG revelou-se problemática. Como cada ciclo removeu o amido juntamente com algum PEG, a concentração de PEG na solução recuperada diminuiu constantemente. Isso fez com que o rendimento dos RSMs caísse de 0,7% a 11,9% em sucessivas reciclagens. Mais significativamente, foram observadas aglomerações e aglomeração de microesferas no primeiro e segundo lotes de reciclagem – um resultado que seria inaceitável em aplicações farmacêuticas ou de qualidade alimentar.
A abordagem RS-PEG produziu resultados consideravelmente melhores. Ao manter uma concentração consistente de PEG (aproximadamente 331–334 g·kg⁻¹) por meio de suplementação direcionada, o método não apenas evitou a aglomeração em todos os cinco ciclos testados, mas na verdade aumentou o rendimento de 78,2% no lote de linha de base para acima de 83% na quarta reciclagem, estabilizando em cerca de 83% a partir de então. A melhoria é atribuída ao acúmulo progressivo de moléculas de amido na solução de PEG reciclado. À medida que o amido residual na fase contínua aumenta, o gradiente de concentração que conduz a migração do amido para fora das gotículas dispersas diminui, o que significa que mais amido é retido nas gotículas e, finalmente, convertido em microesferas.
A microscopia eletrônica de varredura (MEV) confirmou que os RSMs produzidos usando solução RS-PEG mantiveram sua morfologia esférica e natureza bem dispersa em todas as cinco reciclagens. A análise de difração de raios X (XRD) mostrou ainda que a estrutura cristalina característica do tipo B - com picos de difração em aproximadamente 5,5°, 17°, 22° e 24° - permaneceu idêntica à das microesferas produzidas com PEG fresco, confirmando que a reciclagem não teve efeito adverso na qualidade cristalina.
Implicações Práticas
Este estudo estabelece que o PEG pode ser reciclado múltiplas vezes na produção de emulsões A/A de RSMs sem comprometer a qualidade do produto, desde que a concentração seja monitorada e restaurada entre os ciclos. O método de estimativa de concentração baseado em viscosidade oferece uma abordagem analítica simples e de baixo custo, adequada para configurações práticas de fabricação. As descobertas contribuem significativamente para reduzir o custo do material e a pegada ambiental da produção de RSM. Os autores observam, no entanto, que a capacidade de carga do medicamento e o desempenho de liberação controlada de RSMs produzidos através do método RS-PEG ainda precisam ser caracterizados – uma área importante para investigação futura antes que essas microesferas possam ser totalmente avaliadas para aplicações farmacêuticas específicas.