Modelagem computacional da transferência de massa de nanopartículas em meios fisiológicos oculares sob ação de ultrassom

Abstract

As doenças oculares representam desafio global agravado pelas limitações dos métodos convencionais de administração de fármacos, que enfrentam biodisponibilidade inferior a 5% devido às complexas barreiras anatômicas e fisiológicas do olho. A nanotecnologia emergiu como estratégia promissora, e o ultrassom terapêutico como modalidade não-invasiva para amplificar penetração tecidual e dissolução controlada de nanocarreadores. Este trabalho desenvolveu framework computacional multifísico integrando cinética de dissolução com dependência térmica, transporte browniano tridimensional, efeitos acústicos (forças de radiação, streaming, cavitação), termodinâmica de aquecimento e eletroquímica de dupla camada para investigação sistemática de nanopartículas biocompatíveis em meios oculares. O espaço paramétrico abrangeu 800 configurações combinando dez materiais (β-TCP, CaO, CaCO3, ZnO, Au, Pt, SiO2, TiO2, PEG, PEO), cinco meios fisiológicos (água, salina, humor aquoso, humor aquoso glaucomatoso, humor vítreo), dois tamanhos de partícula (5 nm e 50 nm), quatro intensidades acústicas (0,0-1,0 W/cm2) e duas janelas temporais (10 s e 60 s). Os resultados revelaram dissolução rápida e uniforme para β-TCP (66-78% em 60 s, 1,0 W/cm2) independente do meio, alta estabilidade de ZnO (<1%), e mobilidade significativa de materiais inertes confirmando separação entre efeitos físicos e químicos do ultrassom. A amplificação da dissolução escalou linearmente com intensidade acústica enquanto elevações térmicas permaneceram 35× inferiores ao limite de segurança (ΔT < 30 mK) e variações de pH desprezíveis (ΔpH < 0,04). A validação de cinética de primeira ordem, comportamento difusivo e escalamento de forças acústicas demonstrou consistência com teorias estabelecidas. O framework desenvolvido estabelece base metodológica para design racional de sistemas de entrega oftálmica mediados por ultrassom, identificando janelas terapêuticas seguras e materiais com perfis de dissolução/transporte adequados para segmentos anterior e posterior do olho.