Repositório UNIFEI UNIFEI - Campus 1: Itajubá PPG - Programas de Pós Graduação Dissertações
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Tipo: Dissertação
Título: Estudo das propriedades antimicrobianas de copolímeros derivados do eugenol
Autor(es): TANGERINO, Laiza Maria Borges
Primeiro Orientador: QUEIROZ, Alvaro Antonio Alencar de
metadata.dc.contributor.advisor-co1: GRASSI, Mariza
Resumo: O principal objetivo deste trabalho foi desenvolver e testar polímeros biologicamente ativos baseados nos copolímeros macroporosos PCL-co-Eg com potencial para utilização na medicina. O elemento antimicrobiano na cadeia principal do copolímero é o eugenol (Eg). O eugenol (2-alil-4-metoxifenol) é amplamente utilizado na odontologia devido às suas propriedades analgésicas e antissépticas. O eugenol é dotado de propriedades antimicrobianas devido à capacidade doadora do próton H+ do grupamento fenólico hidroxila. Neste trabalho, copolímeros bioreabsorvíveis com atividade antimicrobiana baseados nos monômeros eugenol (Eg) e caprolactona (CL) foram preparados por polimerização em massa a 25ºC utilizando iodo (I2) como iniciador. A microestrutura do copolímero obtido foi investigada por espectroscopia 1 H-NMR e FTIR bem como análises térmicas. A razão de reatividade de ambos os monômeros foi determinada pela aplicação de método não-linear mínimo-quadrado proposto por Tidwell e Mortiner. Os resultados obtidos (rEg=0,126 e rCL=2,132) confirmam que o par comonômero polimeriza estatisticamente, independente do suprimento monomérico. Para obtermos mais informações sobre os fatores que determinam a bioatividade dos copolímeros PCL-co-Eg, foi realizada modelagem molecular. Os cálculos químicos teóricos indicam que a atividade antimicrobiana dos copolímeros deve estar significativamente associada com a diferença de energia do orbital molecular (HOMO LUMO). Os achados presentes são concordantes com nossos estudos experimentais sobre a propriedade antimicrobiana dos copolímeros PCL-co-Eg por técnicas in vitro. De acordo com a energia LUMO, as moléculas podem ser classificadas como fortemente eletrofílicas (ELUMO>3,0eV) e levemente eletrofílicas (ELUMO<2,5). Em geral, moléculas fortemente eletrofílicas mostram uma atividade biológica mais marcante, sugerindo que o sítio ativo na biomolécula deveria ser um forte nucleofílico. A despeito do fato da atividade antimicrobiana do copolímero PCL-co-Eg ser influenciada por outros fatores, a energia LUMO parece ser um parâmetro teórico adequado para prever qualitativamente a atividade antimicrobiana desses copolímeros. A energia dos orbitais HOMO-LUMO no copolímero não mostrou uma dependência significativa em relação a concentração de eugenol no copolímero. A energia do orbital LUMO é inversamente proporcional a concentração de eugenol no PCL-co-Eg. Esses estudos confirmam os achados anteriores relatando propriedades antimicrobianas dos copolímeros PCL-co-Eg para S. aureus e E. coli. Investigações futuras precisam ser desenvolvidas quanto ao uso terapêutico do PCL-co-Eg em tratamentos periodontais. Os copolímeros PCL-co-Eg mostram grande potencial a esse respeito, especialmente nos casos em que ocorrem limitações como o desenvolvimento de resistência e toxicidade ao uso contínuo de antibióticos. Entretanto, mais investigações teóricas e experimentais sobre os copolímeros PCL-co-Eg auxiliarão na elucidação de suas propriedades de biodegradação e quanto à sua utilização na área biomédica, antes que possam ser desenvolvidos comercialmente como um antimicrobiano para as áreas médica e odontológica.
Abstract: The main objective of this work was to develop and to test a novel biologically active polymer based on macroporous PCL-co-Eugenol copolymers with potential for use in medicine. The antimicrobial element in the copolymer main chain is the bioactive compound eugenol (Eg). Eugenol (2-allyl-4-methoxyphenol) (Eg) has wide use as cement in dentistry due to their analgesic and antiseptic properties. Eugenol is able to act as antimicrobial due to their hydrogen donating capacity of the phenolic hydroxyl group. In this work bioresorbable copolymers with antimicrobial properties based on Eugenol (Eg) and caprolactone (CL) monomers were prepared by mass polymerization at 25 oC using iodine (I2) as initiator. The microstructure of the copolymer obtained was elucidated by means of 1H-NMR and FTIR spectroscopy as well by thermal analyses. The reactivity ratios of both monomers were determined by the application of the non-linear least-squares method suggested by Tidwell and Mortiner. The obtained results (rEg=0.126 and rCL=2.132) confirm that the comonomer pairs polymerizes statistically, independently of the monomer feed. To obtain more information about the factors that determine the bioactivity of the PCL-co-Eg copolymers, molecular orbital modeling was performed. The theoretical quantum-chemistry calculations indicated that the antimicrobial activity of copolymers might be significantly associated with the frontier molecular orbital energy gap (LUMO-HOMO energy difference). The present findings are consistent with our experimental studies about the antimicrobial property of PCL-Eg copolymers by in vitro techniques. According to the LUMO energy, the molecules can be classified as hard electrophiles (ELUMO>3.0 eV) and soft electrophiles (ELUMO<2.5 eV). In general, hard electrophiles show a more important biological activity, suggesting that the active site of the biomolecule could be a hard nucleophile. Despite the fact that the antimicrobial activity of the PCL-co-Eg may be also influenced by other factors, LUMO energy seems to be an adequate theoretical parameter to predict qualitatively the antimicrobial activity of these copolymers. The energy of the HOMO-LUMO orbitals in the copolymer did not show a significant dependence with the Eg composition in the PCL-co-Eg copolymer. The frontier orbital LUMO energy is inversely proportional to the Eg composition in the PCL-co-Eg copolymer. Our study confirms and supports the earlier findings regarding antimicrobial properties of PCL-co-Eg copolymers against S. Aureus and E. Coli. Further investigations need to be done to develop PCL-co-Eg copolymers into a useful therapeutic tool for treatment of periodontits. PCL-co-Eg copolymers show great potential in this respect, especially on the grounds of limitations such as development of resistance to side effects and toxicity of currently used antibiotics. However, more theoretical and experimental investigations about PCL-Eg copolymers will aid in the elucidation of its biodegradation properties and clarification about some potential health hazards before they can be safely evaluated and commercially developed as beneficial antimicrobial coating in medicine.
Palavras-chave: Polímeros biologicamente ativos
Copolímeros macroporosos
Eugenol
Odontologia
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Itajubá
Sigla da Instituição: UNIFEI
metadata.dc.publisher.department: IFQ - Instituto de Física e Química
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação: Mestrado - Materiais para Engenharia
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/3826
Data do documento: 7-Nov-2006
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