Sistemas Microemulsionados contendo Óleo de Babaçu para Drug Delivery: formulação experimental, predição por redes neurais e compreensão molecular por Simulações Coarse-Grained

Abstract

As microemulsões (MEs) são sistemas coloidais termodinamicamente estáveis com estruturas internas altamente dinâmicas, formadas por dois líquidos imiscíveis. Sua capacidade de incorporar fármacos e aumentar a biodisponibilidade os torna candidatos promissores para a administração de medicamentos. No entanto, o desenvolvimento de formulações de microemulsão robustas e reprodutíveis para produção em larga escala requer tradicionalmente um extenso trabalho experimental. O presente trabalho aborda esses desafios explorando métodos computacionais avançados para a caracterização e predição da formação de microemulsões. O primeiro estudo se concentra na predição da formação de microemulsões usando Redes Neurais Artificiais (RNAs). Quatro modelos de RNA foram desenvolvidos e avaliados, utilizando o Balanço Hidrofílico-Lipofílico (HLB) e o Parâmetro de Solubilidade de Hildebrand, combinados com informações composicionais, como dados de entrada. Dados experimentais de 560 formulações (176 microemulsões), compostas por óleo de babaçu, água, Tween® 80, Tween® 21 e Transcutol®, demonstraram que a combinação de HLB para a mistura de surfactante e o Parâmetro de Solubilidade de Hildebrand para toda a formulação resultou em acurácias de modelo de até 95%, reduzindo significativamente o desvio padrão na validação cruzada em comparação com os outros modelos. Essa abordagem mostra um potencial significativo para reduzir a carga de trabalho experimental no desenvolvimento de microemulsões. O segundo estudo investiga a caracterização estrutural desses sistemas de automontagem usando simulações de Dinâmica Molecular (MD). Devido à estruturação em nanoescala de MEs e cristais líquidos (LCs), as técnicas de caracterização para aplicação industrial são limitadas. MD, um método clássico de simulação, fornece insights dinâmicos e estruturais em sistemas nanoestruturados. Após a preparação das formulações, dezessete sistemas distintos foram simulados em resolução coarse-grained. Os três sistemas mais promissores foram posteriormente analisados computacionalmente para Funções de Distribuição de Distância Mínima e Integrais de Kirkwood-Buff e caracterizados experimentalmente por SAXS e Cryo-EM. Os resultados revelaram estruturas internas variadas, incluindo microemulsões bicontínuas, uma mesofase hexagonal inversa e uma quasi-microemulsão com agregados semelhantes a bicelas, estruturas bicontínuas e organização de lamelas. A forte concordância entre os dados de simulação de coarse-grained e a caracterização experimental confirma a eficácia dos modelos computacionais desenvolvidos na captura das principais características físico-químicas desses sistemas coloidais automontados. Coletivamente, esses estudos destacam o potencial significativo de abordagens computacionais, especificamente RNAs para prever a formação de microemulsões e simulações de MD para compreensão estrutural, para acelerar e otimizar a formulação de sistemas microemulsionados e outros sistemas auto-organizáveis para aplicação em drug delivery.