A Cannabis sativa L. constitui uma matéria-prima de excelência tanto na investigação e desenvolvimento, como à escala industrial e empresarial, devido às suas características sustentáveis, renováveis, biodegradáveis, recicláveis e rentáveis. A presença de compostos ativos como o tetrahidrocanabinol (THC) e o canabidiol (CBD), apresenta um grande potencial terapêutico que tem sido utilizado em aplicações biomédicas. Assim, o desenvolvimento de sistemas que controlem a taxa de libertação destas moléculas ativas, e que preservem as suas propriedades terapêuticas, constitui um exemplo inovador de investigação multidisciplinar na área do projeto de tratamentos específicos adaptados a diferentes necessidades. Com este propósito, o objetivo do presente trabalho é desenvolver Drug Delivery Systems (DDS) à base de biomateriais de Cannabis em três aplicações distintas: suplementos alimentares, formulações orais e sistemas dérmicos. Para alcançar este objetivo, foi realizada inicialmente uma moagem a partir de sementes de cânhamo através do processo de crio-moagem. De forma a preservar os compostos bioativos e obter uma textura suave e uniforme, foram otimizadas as condições de número de ciclos de operação (6), o tempo (10 minutos por ciclo), a temperatura (0-20ºC), e a frequência utilizada (25 Hz). Adicionalmente, foi utilizada a técnica de EDX para a sua caracterização. Posteriormente, foram obtidas fibras de Cannabis a partir dos caules através de processos de cozimento e branqueamento. A caracterização destas foi realizada em termos de microscopia ótica e microscopia eletrónica de varrimento (SEM), obtendo-se 43% das fibras compreendidas entre 10 e 20 µm. Foi também desenvolvida uma metodologia de otimização da matriz 3D de fibras de Cannabis, com função de reter e libertar controladamente as moléculas bioativas do extrato e do óleo de Cannabis, utilizando ferramentas computacionais de simulação computacional e modelação 3D. Os DDS dedicados às formulações orais foram produzidos com diferentes proporções e combinações de biomateriais, entre os quais se incluem as moléculas ativas, presentes na flor, extrato e óleo de Cannabis, e também polímeros e fibras para formação da matriz 3D de retenção e libertação controlada. Nestes incluem-se o alginato e a Carboximetilcelulose (CMC), assim como as fibras de celulose, das quais se destacam as fibras de Cannabis e de Celulose Nano Fibrilada (CNF). Efetuaram-se também estudos in vitro de estabilidade dos DDS utilizando três soluções a fim de mimetizar o pH do estômago (pH = 2), duodeno (pH = 6,6), e da corrente sanguínea (pH = 7,4). Os resultados mostraram que foram obtidos DDS estáveis e uniformes, apresentando no seu interior uma rede 3D à base de biomateriais de celulose e fibras de Cannabis, com capacidade de reter e libertar controladamente substâncias ativas de interesse. A incorporação das fibras de Cannabis nestes sistemas também promoveu um aumento da estabilidade da estrutura e conformidade do DDS, inibindo a sua degradação ao longo do tempo. Por fim, os DDS dérmicos foram desenvolvidos utilizando como base matrizes 3D de fibras de celulose branqueadas de Eucalyptus globulus e não-branqueadas de Picea abies. A fim de serem aplicados nestas estruturas, os canabinóides de duas amostras de Cannabis foram ainda incorporados, após o processo de descarboxilação, em diversos óleos de interesse, sendo posteriormente caracterizados por FTIR-ATR. A estratégia do design, desenvolvimento e otimização experimental e computacional de DDS com CBD como substância ativa, contendo combinações diversificadas de óleo de Cannabis, fibras de celulose de Cannabis, bem como extrato de Cannabis e incorporação da flor após descarboxilação, constitui numa abordagem inovadora no desenvolvimento de formulações de valor acrescentado para suplementação alimentar, na forma oral e dérmica, com elevado potencial de aplicação industrial.Cannabis sativa L. is an excellent raw material, both in research and development, at industrial and business scale, due to its sustainable, renewable, biodegradable, recyclable, and profitable characteristics. The presence of active compounds such as tetrahydrocannabinol (THC) and cannabidiol (CBD) presents a high therapeutic potential that has been used in biomedical applications. Therefore, the development of systems that control the release rate of these active molecules, and that preserve their therapeutic properties, constitutes an innovative example of multidisciplinary research in the field of specific treatments, constitutes an innovative example of multidisciplinary research in the field of the design of specific treatments adapted to different needs. For this purpose, the present work aims to develop Drug Delivery Systems (DDS) based on Cannabis biomaterials in three distinct applications: food supplements, oral formulations, and dermal systems. To achieve this goal, an extraction of Cannabis oil was initially carried out from seeds through the cryo-milling process. To preserve the bioactive compounds and obtain a smooth and uniform texture, the conditions of number of operating cycles (6), time (10 minutes per cycle), temperature (0-20ºC), and the frequency used (25 Hz) were optimized. Additionally, EDX technique was used for its characterization. Subsequently, Cannabis fibers were obtained from the stems through cooking and bleaching processes. Their characterization was performed in terms of optical microscopy and scanning electron microscopy (SEM), obtaining 42.9% of the fibers between 10 and 20 µm. A methodology for optimizing the 3D matrix of Cannabis fibers was also developed, using computational tools of computational simulation and 3D modeling approach. This 3D network retains and controllingly release the bioactive molecules of the Cannabis extract and oil. The DDS dedicated to oral formulations were produced with different proportions and combinations of biomaterials, including the active molecules present in the Cannabis flower, extract, and oil, as well as polymers and fibers for the formation of the 3D matrix for retention and controlled release. These included the alginate polymer, and carboxymethyl cellulose (CMC), as well as cellulose fibers, including Cannabis and Nano Fibrillated Cellulose (NFC). In vitro stability studies of DDS were also performed using three solutions to mimic the pH of the stomach (pH = 2), duodenum (pH = 6.6), and bloodstream (pH = 7.4). The results showed that stable and uniform DDS were obtained, presenting inside a 3D network based on cellulose biomaterials and Cannabis fibers, with the ability to retain and release active substances of interest in a controlled way. The incorporation of Cannabis fibers in these systems also promoted an increase in DDS structure and compliance, inhibiting its degradation over time. Finally, dermal DDS were developed using 3D matrixes of bleached Eucalyptus globulus and unbleached Picea abies cellulose fibers. To be applied in these structures, the cannabinoids from two samples of Cannabis flowers, after the decarboxylation process, were also incorporated into several oils of interest, being afterwards characterized by FTIR-ATR. The strategy of design, development, and experimental and computational optimization of DDS with CBD as an active molecule, containing diverse combinations of Cannabis oil, Cannabis cellulose fibers, as well as Cannabis extract and incorporation of the flower after decarboxylation, constitutes an innovative approach in the development of formulations with added value for food supplementation, in the oral and dermic form, with high potential for industrial application
