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Artículo de método

Autonanoemulsificación de aceites saludables para mejorar la solubilidad de fármacos lipofílicos

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DOI:

10.3791/63995

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27 de julio de 2022

 ,  ,  ,  , 
1Department of Pharmacy, Quaid-i-Azam University, 2Department of Pharmaceutics, Faculty of Pharmacy, The Islamia University of Bahawalpur, 3Nazar College of Pharmacy

* These authors contributed equally

En este artículo

Resumen

Los aceites utilizados para aplicaciones de administración de fármacos pueden alterar el perfil lipídico de los pacientes, lo que no es deseable en las enfermedades cardiovasculares. Los aceites ricos en ácidos grasos omega-3 son una alternativa saludable a los aceites convencionales y tienen un enorme potencial para los sistemas de administración de fármacos autoemulsionados.

Resumen

La baja solubilidad acuosa de muchos fármacos reduce su biodisponibilidad en la sangre. Los aceites se han utilizado durante siglos para mejorar la solubilidad de los medicamentos; sin embargo, pueden alterar el perfil lipídico de los pacientes. En este estudio, los sistemas de administración de fármacos autonanoemulsionantes de aceites ricos en ácidos grasos omega-3 están preparados y optimizados para la administración de fármacos lipofílicos. La rosuvastatina, un potente fármaco hipolipidémico, se utilizó como fármaco lipofílico modelo. El aceite de pescado mostró una solubilidad de rosuvastatina más de 7 veces mayor que otros aceites y, por lo tanto, fue seleccionado para el desarrollo de sistemas de administración de fármacos auto-nanoemulsionantes (SNEDDS). Se examinaron diferentes combinaciones de tensioactivos y cotensioactivos y se seleccionó una mezcla de tensioactivos de Tween 80 (surfactante) y Capryol PGMC (cosurfactante) para determinar su compatibilidad con el aceite de pescado y la rosuvastatina. Se diseñó un diagrama de fase pseudoternario de aceite, surfactante y co-surfactante para identificar la región de la emulsión. El diagrama de fase pseudoternario predijo una mezcla de aceite y surfactante de 1:3 como la proporción más estable para el sistema de emulsión. Luego, se aplicó una metodología de superficie-respuesta (diseño Box-Behnken) para calcular la composición óptima. Después de 17 corridas, se seleccionó aceite de pescado, Tween 80 y Capryol PGMC en proporciones de 0,399, 0,67 y 0,17, respectivamente, como formulación optimizada. Los sistemas de administración de fármacos autonanoemulsionantes mostraron un excelente potencial de emulsificación, robustez, estabilidad y características de liberación del fármaco. En los estudios de liberación de fármacos, SNEDDS liberó el 100% de la carga útil en alrededor de 6 horas, mientras que la liberación del fármaco simple fue inferior al 70% incluso después de 12 horas. Por lo tanto, los lípidos saludables ricos en ácidos grasos omega-3 tienen un enorme potencial para mejorar la solubilidad de los fármacos lipofílicos, mientras que la autoemulsificación puede utilizarse como un enfoque sencillo y factible para explotar este potencial.

Introducción

Los lípidos se han utilizado durante siglos para aumentar la absorción gastrointestinal de los componentesinsolubles en agua de los alimentos y los medicamentos. Las emulsiones son las formulaciones más utilizadas para uso oral, intravenoso (suplementación nutricional) y tópico2. Una variedad de lípidos (grasas y aceites) se utilizan en la fabricación de emulsiones farmacéuticas y sistemas de administración de fármacos autonanoemulsionantes basados en lípidos (SNEDDS). Las técnicas de autoemulsificación son ampliamente adoptadas en las ciencias farmacéuticas para la administración transmucosa de fármacos. A diferencia de las emulsiones, las SNEDDS consisten en una mezcla de aceite y tensioactivo que se autoemulsiona en un medio acuoso del estómago para formar gotas de emulsión3. Pueden cargar fármacos lipofílicos en la fase oleosa y evitar que se degraden en el entornoestomacal 4. Se ha demostrado que los SNEDDS mejoran eficazmente la fracción biodisponible de los fármacos lipofílicos (de cuatro a seis veces) al mejorar la solubilidad y la permeabilidad 5,6. La ausencia de una fase acuosa en SNEDDS ofrece ventajas significativas en términos de facilidad de fabricación y estabilidad en comparación con las emulsiones que son dispersiones metaestables propensas a la degradación química7. Muchas combinaciones de excipientes lipídicos están disponibles comercialmente debido a sus características deseables 8,9.

Los trastornos cardiovasculares son una de las principales causas de mortalidad en todo el mundo10 y la hiperlipidemia hace que los vasos sanguíneos obstruyan el flujo sanguíneo debido al engrosamiento de los vasos sanguíneos11. El aumento de la absorción de lípidos en la dieta y un estilo de vida sedentario son los principales factores de riesgo para el desarrollo de hiperlipidemia. Además de esto, también se ha demostrado que los lípidos dañan directamente el miocardio del corazón, lo que conduce a una insuficiencia cardíaca no isquémica12. La rosuvastatina es un potente fármaco hipolipidémico que pertenece a la clase de las estatinas e inhibe la síntesis de colesterol, lo que conduce a la disminución de los niveles de lípidos para el tratamiento de la hiperlipidemia/dislipidemia13. La rosuvastatina es un sistema de clasificación biofarmacéutica (BCS) de clase II con escasa solubilidad acuosa (0,01796 mg/mL)14. Los avances recientes en la investigación farmacéutica han reconocido que los lípidos utilizados en la administración de fármacos pueden alterar el perfil lipídico de los pacientes. El papel de las emulsiones en el aumento de las lipoproteínas de baja y alta densidad y del colesterol libre se demostró a finales del siglo XX15. Además de esto, se ha demostrado que los sistemas de administración de fármacos basados en lípidos aumentan los triglicéridos16 y otros metabolitos lipídicos en la sangre17. Por lo tanto, existe una necesidad imperiosa de desarrollar formulaciones farmacéuticas de aceites que no puedan alterar el perfil lipídico de los pacientes cardiovasculares e hiperlipidémicos.

El aceite de pescado es una rica fuente de ácidos grasos omega-3 como el ácido eicosapentaenoico y el ácido docosahexaenoico. El aceite de pescado ha mostrado muchos efectos sobre la salud, con evidencia sustancial de su papel beneficioso en los sistemas cardiovascular y nervioso18. El objetivo del estudio fue utilizar el aceite de pescado como alternativa a los aceites convencionales para formular SNEDDS para la administración de un fármaco lipofílico, la rosuvastatina. Ningún estudio previo ha empleado aceite de pescado como portador para formular sistemas de administración de fármacos. Se seleccionaron los parámetros de formulación y procesamiento apropiados, y la optimización se realizó utilizando un software experto en diseño.

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Protocolo

1. Cribado de los aceites, tensioactivos y cotensioactivos

  1. Cribado de los aceites, tensioactivos y cotensioactivos para determinar la solubilidad del fármaco
    1. Mezcle 100 mg de rosuvastatina por separado en 1 mL de diferentes aceites ricos en ácidos grasos omega-3 (aceite de pescado, aceite de oliva, aceite de sésamo y aceite de linaza) y 1 mL de tensioactivos y cosurfactantes (Tween 80, Capryol PGMC, PEG 400 y etanol) mediante vórtice durante 5 min a una velocidad fija de 2.500 rpm. A continuación, colóquelo en un baño de agua agitado durante 48 h a 50 °C.
    2. Después de agitar, deje que la mezcla se asiente durante al menos 6 horas a temperatura ambiente para que se precipite el medicamento no disuelto. Tome 0,1 mL de sobrenadante utilizando una micropipeta y diluya hasta 1 mL con metanol.
    3. Analice utilizando un espectrofotómetro UV-visible a 242 nm y calcule la concentración sumando la absorción a la ecuación en línea recta de la curva de calibración19,20.
      NOTA: Establezca la curva de calibración preparando una solución madre de 100 μg/mL y realizando diluciones en serie de hasta 0,5 μg/mL. Se toma la absorbancia para todas las diluciones y se traza un gráfico entre la absorbancia y la concentración en una hoja de cálculo. La ecuación en línea recta (y = mx + b) del gráfico se reorganiza de modo que el valor de la absorbancia (y) se puede utilizar para calcular la concentración desconocida (x)19,20.
  2. Cribado de la miscibilidad del surfactante y co-surfactantes con el aceite
    1. Mezcle el surfactante y el co-surfactante (Smix) en una proporción de 3:1. Agregue Smix y aceite en diferentes proporciones; mezclar y calentar hasta 50 °C para asegurar la homogeneización.
    2. Tomar 0,1 mL de cada mezcla y diluir con 25 mL de agua destilada en un tubo de ensayo de vidrio.
    3. Invierta el tubo de ensayo; El número de inversiones a las que se forma una emulsión representa la eficacia de la emulsificación y la facilidad de emulsificación. Mida la transparencia (T%) midiendo la emulsión a 650 nm con un espectrofotómetro UV-visible utilizando agua destilada como blanco21.

2. Construcción del diagrama de fases pseudo ternarias

  1. Mezcle los tensioactivos y los cotensioactivos en varias proporciones de volumen (1:0, 1:1, 1:2, 1:3,1:4 y 1:5) para formar mezclas de tensioactivos (Smix). Agregue aceite al Smix en viales separados en varias proporciones de volumen de 1:1,1:2,1:3,1:4,1:5,1:6,1:7, 1:8, 1:9, 2:8, 3:7, 4:6, 5:5, 6:4, 7:3, 8:2 y 9:1, y mezcle por vórtice.
  2. Añadir el aceite y las mezclas Smix en un vial de vidrio de 10 ml y calentar hasta 50 °C agitando constantemente a 300 rpm para una mezcla óptima.
  3. Enfriar la mezcla a 37 °C y transferir 1 mL de la misma a un vaso de precipitados de agua de 250 mL y añadir gota a gota el agua destilada precalentada (37 °C) agitando suavemente a 50 rpm. Si se examina visualmente la dispersión, la mezcla que forma una nanoemulsión transparente azulada se considera SNEDDS21.
  4. Construya el diagrama pseudoternario en diferentes proporciones de Smix (Tabla suplementaria 1) a través de software (por ejemplo, Triplot).

3. Optimización vía software utilizando una metodología de superficie de respuesta (RSM)

  1. Seleccione tres variables independientes como aceite (A), surfactante (B) y co-surfactante, y ejecute el software para la optimización y el cribado. A continuación, seleccione el diseño flexible eligiendo "NO" a una selección difícil de cambiar.
    1. Observe el efecto crítico de estos factores en las variables dependientes, como el tamaño de partícula (Y1, nm), el potencial zeta (Y2, mV), el tiempo de emulsificación (Y3, s) y la eficiencia de atrapamiento (Y4, %) como se menciona en la Tabla 2.
      NOTA: Las tiradas se fueron incrementando hasta que desaparecieron las señales de aviso y el propio software seleccionó el diseño Box-Benhken para la optimización.
  2. Seleccione los valores superior e inferior como -1 identificando el valor de variable más bajo, mientras que +1 representa el valor más alto. El valor medio representaba el valor medio. El diseño de Box-Benhken sugirió un total de 17 carreras con cinco puntos centrales como medida para reducir el error.
  3. Registre las respuestas a las ejecuciones individuales y ajústelas a modelos lineales, 2F1 y cuadráticos para garantizar el modelo mejor ajustado. Genere ecuaciones polinómicas y utilícelas para hacer la inferencia sobre la base de la magnitud del coeficiente de signos numéricos correspondientes.
  4. Visualice los datos de la regresión polinómica como gráficos 3D. Evalúe el modelo de datos mejor ajustado comparando el valor de R2 ajustado y el valor de R2 predicho 22.
    NOTA: Los criterios de selección requeridos para la formulación se basaron en la máxima eficiencia de atrapamiento, menor tamaño de partícula, mayor potencial zeta y mínimo período de emulsificación.
    Y = β0 + β1A + β2B + β3C +β 12AB +β 13AC + β23BC + β11A2 + β22B2 + β33C2 Ec. (1)
    Aquí, β0 apareció como intersección, Y como respuesta, adβ 1, β2 y β3 como coeficientes lineales. Β11, β22 y β33 como términos cuadráticos y coeficientes al cuadrado, mientras que β12, β13 y β23 como coeficientes de interacción. A, B y C emplearon como variables independientes las cuales fueron seleccionadas a partir de los resultados del estudio preliminar.

4. Caracterización

  1. Estudios de estabilidad termodinámica
    1. Guarde el SNEDDS diluido a 4 °C en un refrigerador y luego transfiéralo a una incubadora a 50 °C . Realice seis de estos ciclos, siendo cada ciclo igual o superior a 48 h.
    2. Examine la formulación para la separación de fases23.
  2. Ensayo de centrifugación
    1. Centrifugar el SNEDDS diluido durante 30 min a 3.500 rpm a -4 °C.
    2. Examinar el SNEDDS a temperatura ambiente para detectar la separación de fases o la sedimentación del fármaco24.
  3. Ensayo de dispersabilidad para la eficacia de la autoemulsificación
    1. Añadir 1 mL de la formulación gota a gota a 500 mL de agua bidestilada mantenida a 37 °C y 50 rpm. Obsérvese el tiempo en el que se forma una emulsión clara y homogénea mediante inspección visual.
    2. Realizar una evaluación visual de acuerdo con el siguiente sistema de calificación25.
      Grado 1: una emulsión azulada clara con un tiempo de emulsificación <1 min
      Grado 2: una emulsión de color blanco azulado con un tiempo de emulsificación <1 min
      Grado 3: aspecto lechoso con tiempo de emulsificación <2 min
      Grado 4: aceite de aspecto gris, blanco en la parte superior con tiempo de emulsificación >2 min
      Grado 5: fallo de emulsificación con gota de aceite más grande en la parte superior.
      NOTA: El tiempo requerido para la emulsificación o la tasa de emulsificación es vital para la eficacia de la emulsificación. La prueba se realiza en un aparato de disolución tipo II de la USP.
  4. Robustez a las diluciones
    1. Diluya la formulación optimizada de SNEDDS 50, 100 y 1.000 veces con diferentes portadores como agua destilada, HCl 0,1 N (pH 1,0) para imitar el pH gástrico y tampón de fosfato (pH 6,8) para imitar el pH intestinal.
    2. Mezclar bien las mezclas diluidas y dejarlas reposar durante 12 h.
    3. Examinar visualmente las formulaciones para la precipitación de fármacos, la separación de fases y cualquier otro problema de estabilidad26,27.

5. Estudios de disolución in vitro

  1. Realice la liberación del fármaco de SNEDDS y de la suspensión pura del fármaco mediante el uso de un baño de agitación con agua mantenido a 37 °C y 50 rpm.
  2. Remoje las membranas de diálisis en la solución de medio respectiva durante 24 horas antes del ensayo de disolución del fármaco para lograr una buena integridad y activación. Llene la suspensión del medicamento (en agua) y SNEDDS equivalente a 10 mg de rosuvastatina en la membrana de diálisis; Ate y colóquelo en vasos de precipitados separados (50 mL).
  3. Tome 1 ml de la muestra a intervalos específicos y rellene el vaso de precipitados con medios nuevos (1 ml) después de cada muestra.
  4. Filtre las muestras extraídas y analícelas utilizando un espectrofotómetro UV-visible a 242 nm 21,28,29,30.

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Resultados

En este trabajo, se preparan y optimizan nanoformulaciones de aceite de pescado rico en ácidos grasos omega-3 mediante autoemulsificación con diferentes tensioactivos y cotensioactivos. La figura 1 muestra la solubilidad de la rosuvastatina en diferentes aceites, tensioactivos y cotensioactivos. En función de la solubilidad, se seleccionó el aceite de pescado como aceite, el Tween 80 como surfactante y el Capryol PGMC como co-surfactante en los siguientes estudios. La Tabla 1

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Discusión

Este estudio fue diseñado para explorar el potencial de los aceites ricos en ácidos grasos omega-3, como el aceite de pescado, el aceite de sésamo, el aceite de oliva y el aceite de linaza para actuar como portadores de fármacos. La auto-nanoemulsificación fue seleccionada como una técnica preferida para fabricar el sistema de suministro que carece de agua, haciéndolo más estable que los sistemas de emulsión clásicos32. Los aceites ricos en ácidos grasos omega-3 son conocidos por...

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Divulgaciones

Los autores no tienen nada que revelar.

Agradecimientos

Los autores agradecen al Departamento de Farmacia de la Universidad Quaid-i-Azam, Islamabad, Pakistán, por proporcionar las instalaciones necesarias para completar este estudio.

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Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo
NombreEmpresaNúmero de catálogoComentarios
Acetato de amonioSigma-Aldrich, AlemaniaA1542Capryol de grado analítico
PGMCGattefossé, FranciaRT9P9S09QIGrado analítico
Software experto en diseñoStatEase, Estados UnidosVersión 12.0.3.0Software analítico (disponible gratuitamente para suscripción)
Tubo de diálisis (12,000 Daltons MWCO)Visking, Reino Unido12000.02.30Membranas de celulosa natural pura regenerada con 12.000 Daltons MWCO
Aparato de disoluciónMemmert, AlemaniaSV 1422Aparato de disolución USP tipo II
EtanolHoneywell, Alemania24194grado analítico
Wilshire Labs Pvt(Ltd), Pakistánno aplicableRecibido como muestra de regalo.
Ácido clorhídricoBDH Laboratories Ltd, Reino UnidoBDH3036-54LMetanol de grado analítico
Honeywell, Alemania34966Refrigerador de grado analítico
(farmacéutico)Panasonic, PakistánMPR-161 DH-PERefrigerador para almacenamiento a 4 & grados; C
Rosuvastatina calcioSearle Pharmaceuticals Pvt(Ltd) Pakistánno aplicableRecibido como muestra de regalo.
Hidróxido de sodioHoneywell, Alemania38215Grado analítico
Span 80BDH Laboratories Ltd, Reino UnidoMFCD00082107Grado analítico
Triplot SoftwareHoja de cálculo MS Excel desarrollada por Tod ThompsonTriplot Ver. 4.1.2Software analítico (disponible gratuitamente)
Tween-80Sigma-Aldrich, AlemaniaP1754-500MLGrado analítico
Espectrofotómetro UV-VisDynamica, Reino UnidoHalo DB-20Espectrofotómetro de doble haz
Baño de aguaMemmert, AlemaniaWNB 7Lote de agua para calentar hasta 70 & grados; C
Aceite de pescado de

Referencias

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