Internship Reports and Thesis "Halloysite Clay Nanotubes for Life Sciences Applications - From drug/protein encapsulation to bioscaffold"

Abstract

The Curricular Internship is a connecting link between the academic life and the work life, the first experience which the future pharmacist is faced with and where he must be able to interrelate his theoretical knowledge with the practices of different pharmaceutical fields. As such, I chose to practice Community Pharmacy and Pharmaceutical Industry, between the months of January and August of 2017. The following report aims to analyze each internship from a retrospective way and through a SWOT Analysis, highlighting the strengths, weaknesses, threats and opportunities of each path, always regarding the knowledge foundation that the course provided me with. Over the last few decades, halloysite clay nanotubes have gained great interest among the scientific community. These nanotubes are environmental friendly clay nanomaterials, which have shown to be promising for various biomedical applications. In addition, those nanotubes are widely available at low price, being economically viable. Halloysite clay nanotubes are composed by positively charged inner layers of alumina and negatively charged outer layers of silica, which naturally curve and form hollow tubular porous structures. These structures form stable colloids in water-based solvents due to their negative zetapotential. Halloysite clay nanotubes enable the attainment of controllable and prolonged drug release profiles for several hours, days or weeks. In several performed studies, halloysite clay nanotubes were functionalized in order to improve their properties, allow specific targeting and further extend drug release, therefore improving their performance as drug delivery systems. Halloysite clay nanotubes were also recognized as excellent compression excipients for tablets and constitute strong candidates for cosmetic industry and antibacterial sprays. Besides, halloysite clay nanotubes demonstrated to be useful in improving mechanical properties of implants and in developing functional tissue scaffolds. Facing their increased research interest, the toxicology and biocompatibility of halloysite clay nanotubes were intensely assessed, and, overall, the results from those investigations supported the safe use of halloysite clay nanotubes related to their potential biomedical applications. This thesis discussed and demonstrated the potential of halloysite clay nanotubes for life sciences applications, highlighting their use from drug delivery, via oral or topical administration, to tissue scaffolds and regenerative medicine. Alongside, their toxicity, biocompatibility and stability were assessed, prospecting, ultimately, the upcoming directions for further research in the pharmaceutical and biomedical application of these nanomaterials.

O Estágio Curricular é um elo de ligação entre a vida académica e a vida laboral, a primeira experiência com a qual o futuro farmacêutico se depara e onde deve ser capaz de interligar a sua formação teórica com as práticas laborais de diferentes áreas do medicamento. Como tal, optei por realizar estágio em Farmácia Comunitária e em Indústria Farmacêutica, entre os meses de janeiro a agosto de 2017. O documento que se segue tem como objetivo analisar cada um dos estágios realizados de um modo retrospetivo e sob a forma de análise SWOT, salientando as forças, fraquezas, ameaças e oportunidades de cada percurso, procurando sempre aliar à formação de base que o Mestrado Integrado em Ciências Farmacêuticas me proporcionou. Nas últimas décadas, os nanotubos de argila haloisite têm ganho bastante interesse entre a comunidade científica. Estes nanotubos são nanomateriais de argila com baixo impacto ambiental, que se têm demonstrado promissores em várias aplicações biomédicas. Adicionalmente, estes nanotubos são largamente disponíveis a baixo custo, sendo economicamente viáveis. Os nanotubos de argila haloisite são constituídos por camadas internas de carga positiva de alumínio e por camadas externas de carga negativa de sílica, que se curvam espontaneamente formando estruturas porosas tubulares ocas. Estas estruturas formam coloides estáveis em solventes aquosos devido ao seu potencial-zeta negativo. Os nanotubos de argila haloisite permitem o controlo e o prolongamento da libertação de fármacos durante diversas horas, dias ou semanas. Em diversos estudos realizados, os nanotubos de argila haloisite foram funcionalizados com o objetivo de melhorar as suas propriedades, possibilitar a vectorização a um alvo terapêutico específico e ampliar o período de libertação de fármacos, aprimorando a sua performance como sistemas de entrega de fármacos. Os nanotubos de argila haloisite foram também reconhecidos como excelentes excipientes de compressão para comprimidos e são bons candidatos para a indústria de cosmética e sprays antibacterianos. Paralelamente, os nanotubos de argila haloisite demonstraram ser úteis na melhoria das propriedades mecânicas dos implantes e no desenvolvimento de scaffolds funcionais. Perante o aumento acentuado do interesse na sua investigação, a toxicologia e biocompatibilidade dos nanotubos de argila haloisite foi avaliada aprofundadamente, e, no geral, os resultados desta pesquisa apoiaram a utilização segura destes nanomateriais relacionada com as suas aplicações biomédicas. Nesta monografia o potencial dos nanotubos de argila haloisite para aplicações em ciências da saúde foi discutido e demonstrado, destacando a sua utilização desde a entrega de fármacos, via administração tópica ou oral, até scaffolds e medicina regenerativa. Simultaneamente, a sua toxicidade, biocompatibilidade e estabilidade foram avaliadas, perspetivando, por fim, as futuras direções que a posterior investigação destes nanomateriais irá tomar nas aplicações farmacêutica e biomédica.