Artículo de método

Síntesis de perlas sensibles al pH, cargadas de aceite de semilla negra, a base de alginato mediante la técnica de electropulverización

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DOI:

10.3791/66958

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18 de octubre de 2024

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1Faculty of Pharmacy, University College of MAIWP International, 2Faculty of Pharmacy, MAHSA University, 3Department of Parasitology and Medical Entomology, Faculty of Medicine, Universiti Kebangsaan Malaysia, 4Department of Medical Sciences, School of Medical and Life Sciences, Sunway University, 5Department of Biology, College of Science, Princess Nourah bint Abdulrahman University, 6Department of Zoology, College of Science, King Saud University, 7Department of Medicine and Infectious Diseases, Faculty of Veterinary Medicine, Cairo University, 8Department of Pharmaceutical Sciences, Pharmacy Program, Batterjee Medical College, 9Pharmacology Department, Faculty of Veterinary Medicine, Suez Canal University, 10Department of Pharmacy, Pharmaceutical Technology and Physical-Chemistry, Faculty of Pharmacy and Food Sciences, University of Barcelona, 11Research and Development, Sabrena Experience, 12Alphastar Lab Systems

En este artículo

Resumen

Se presenta una técnica que emplea alto voltaje eléctrico y una emulsión dirigida y cargada de ingrediente activo para fabricar microperlas uniformes y sensibles al pH.

Resumen

El aceite de semilla negra (BSO), derivado de las semillas de la planta Nigella sativa , ha llamado la atención por sus posibles propiedades anticancerígenas, particularmente en el contexto del cáncer de colon. Su compuesto activo, la timoquinona, puede ayudar a inhibir el crecimiento de las células cancerosas e inducir la apoptosis en las células de cáncer de colon. Además, los efectos antiinflamatorios y antioxidantes del aceite de semilla negra podrían contribuir a un entorno intestinal más saludable, lo que podría reducir el riesgo de cáncer. Por lo tanto, este estudio sintetizó perlas de alginato sensibles al pH para administrar BSO en el colon de una manera de liberación controlada sin liberar el fármaco a pH 1.2 (estómago), proporcionando así un patrón de liberación bien definido a pH 6.8. El uso de la tecnología de electropulverización mejora el rendimiento del proceso al facilitar la formulación de perlas pequeñas y homogéneas con una mayor tasa de hinchazón y difusión en el medio gastrointestinal.

Las perlas formuladas se caracterizaron mediante una prueba de fuerza mucoadhesiva ex-vivo , tamaño de perla, factor de esfericidad (SF), eficiencia de encapsulación (EE), microscopio electrónico de barrido (SEM), comportamiento de hinchazón in vitro (SB) y liberación in vitro del fármaco en medios ácidos y tampón. Todas estas cuentas fabricadas demostraron tamaños modestos de 0,58 ± 0,01 mm y una forma esférica de 0,03 ± 0,00 mm en esta prueba. La formulación mostró prometedoras propiedades de flotación y liberación in vitro. Con un porcentaje acumulado muy bajo de perlas, el EE de aceite de 90.13% ± 0.93% fue alto, y el estudio de liberación demostró más del 90% en pH 6.8 con buena naturaleza flotante en el estómago. Además, las cuentas estaban espaciadas uniformemente por todo el intestino. El enfoque de electropulverización utilizado en este protocolo puede ser reproducible, lo que produce resultados consistentes. Por lo tanto, este protocolo se puede utilizar para la producción a gran escala con fines de comercialización.

Introducción

La semilla negra, y más especialmente la BSO, se ha utilizado durante siglos para curar una amplia gama de enfermedades debido a sus propiedades medicinales bien establecidas. La timoquinona es quizás uno de los fitoquímicos más importantes que se encuentran en BSO1. En los últimos años, los investigadores han estudiado los posibles beneficios terapéuticos de la timoquinona in vivo e in vitro, produciendo evidencia empírica que respalda el uso de BSO. Estos estudios han demostrado propiedades antihipertensivas, antibacterianas, antihistamínicas, antifúngicas, analgésicas, antidiabéticas, hipolipemiantes y antiinflamatorias para el BSO, que puede usarse para tratar síntomas como eccema, presión arterial alta, asma, tos, dolor de cabeza, influenza, fiebre, anticáncer, mareos y actividad 2,3.

La aplicación de recubrimientos relativamente delgados sobre pequeñas gotas de líquidos y dispersiones, o partículas de material sólido, se conoce como microencapsulación. Cuando se trata de aceite, el aceite microencapsulado suele ser bastante valioso porque algunas formas de aceite, como el BSO, se consideran alimentos nutritivos yofrecen ventajas medicinales. Sin embargo, la adición de aceites directamente a la matriz de los alimentos puede provocar volatilización, lo que puede hacer que las actividades desaparezcan rápidamente como resultado de la exposición al oxígeno y ala luz ultravioleta. Además, la falta de control sobre la tasa de liberación de los aceites da lugar a un efecto inmediato y transitorio. La creación de un recubrimiento polimérico alrededor del aceite esencial mediante microencapsulación o microesferificación es un método para superar estos inconvenientes6.

Las microcápsulas, también conocidas como microesferas, protegen los aceites de las condiciones ambientales dañinas7. Este proceso se ha utilizado ampliamente para aumentar la eficacia de los medicamentos, preservar el contenido de los medicamentos, permitir tabletas de liberación prolongada, mejorar el enmascaramiento del sabor, reducir la pérdida de sabor durante la vida útil del producto, prolongar la sensación en boca y separar los ingredientes incompatibles en una soladosis. La microencapsulación también ayuda a mantener la absorción metabólica, controlar la tasa de liberación de aceite y mantener las concentraciones adecuadas para producir el resultado deseado enun lugar en particular.

La encapsulación electrohidrodinámica es un método sencillo y adaptable. El principio activo se encuentra en el núcleo interno de una microcápsula, que está compuesto por una cubierta exterior. En este sentido, presenta una matriz bastante fuerte para garantizar que el componente activo se pueda diseminar de manera más efectiva en lugar de un núcleo claramente definido. Antes de la esfericiclación, la sustancia activa y la solución polimérica deben combinarse para producir las microesferas9. Por otro lado, debido a que el aceite es volátil, microencapsularlo puede ser extremadamente difícil y requiere un control cuidadoso de la temperatura.

Existen varios métodos para encapsular aceites. Por ejemplo, ciertos aceites deben encapsularse a bajas temperaturas para evitar la descomposición o volatilización de sus componentes bioactivos. Para crear estructuras de tamaño micro y nanométrico, la atomización electrohidrodinámica (EHDA) ha sido ampliamente estudiada por los investigadores10. En este sentido, las condiciones de procesamiento, que incluyen el caudal, el voltaje aplicado y el tamaño de la boquilla, así como las propiedades de distancia de recolección de la solución polimérica, son los dos factores principales que deben tenerse en cuenta para producir el tamaño de partícula o morfología deseado11,12.

En esta investigación, se utilizaron alginatos, un tipo de polisacáridos naturales aptos para la ingestión oral, para encapsular el BSO. Las algas pardas contienen alginato, un polímero aniónico que se produce de forma natural. Está formado por dos estructuras monoméricas: el ácido α-L-gulurónico (G) y el ácido 1-4βD-maniurónico (M)13. Su polímero no es tóxico14, tiene un alto grado de biocompatibilidad, es barato y se degrada eficazmente15. Por lo tanto, se emplea con frecuencia en los sectores de la biotecnología y la ingeniería.

Los alginatos son el material de elección para la encapsulación por gelificación iónica porque pueden crear una estructura reticulada entre los grupos G de varias cadenas de alginato mediante la formación de conexiones iónicas con cationes divalentes como los iones Sr2+, Ca2+ o Zn2+. El proceso de gelificación se puede caracterizar adecuadamente mediante el modelo de caja de huevos, que limita el catión divalente a dos grupos carboxilo en las moléculas de alginato lado a lado. Se ha sugerido que las características del hidrogel de las perlas de alginato de sodio pueden regular la liberación de macromoléculas y moléculas pequeñas. Las perlas de alginato de sodio pueden adherirse a la mucosa intestinal durante un período prolongado de tiempo debido a sus cualidades mucoadhesivas. Además, el alginato ofrece un escudo que puede proteger a los aceites de elementos externos como los medios ácidos16 y transfiere los aceites a los canales de entrega del tracto gastrointestinal17. Desde entonces, se ha empleado en la investigación para ayudar en la administración de medicamentos específicos del sitio a los tejidos mucosos18,19.

En este estudio se utilizó el enfoque electrohidrodinámico para investigar la viabilidad de emulsionar aceites comerciales para crear cápsulas20. Aquí, se utilizó el enfoque electrohidrodinámico para generar y analizar microesferas cargadas con alginatoBSO 20. Este estudio evaluó una serie de otros factores, incluyendo las propiedades SF de las microesferas, ex-vivo, mucoadhesivas, EE%, apariencia física, distribución de tamaño y potencial zeta; Se utilizó espectroscopía infrarroja de reflectancia total atenuada por transformada de Fourier (ATR-FTIR) para probar la compatibilidad química20.

Protocolo

1. Preparación de la emulsión de alginato-BSO

  1. Disperse el 10% p/v de BSO en una solución de alginato de sodio al 1% p/v que contenga 1, 3 y 5% p/v de lecitina en un vaso de precipitados de 50 mL.
  2. Obtención de una nanoemulsión mediante el uso de un homogeneizador ultrasónico. Ajuste el nivel de potencia al 20%. Haga funcionar el homogeneizador durante 55 s haciendo clic en el botón de inicio para completar el proceso.

2. Caracterización de la emulsión de alginato-BSO

  1. Analice el potencial zeta y la distribución del tamaño de partícula
    1. Tome 0,1 mL de la emulsión recién preparada en un vaso de precipitados de vidrio de 25 mL y dilúyalo con 9,9 mL de agua destilada.
    2. Tome 2,5 mL de esta solución diluida en una cubeta de cuarzo de 3 mL y coloque la cubeta en una cámara de medición.
    3. Abra la tapa y coloque la cubeta dentro del dispositivo, asegurándose de que la cubeta esté orientada correctamente con respecto a la trayectoria del haz de luz. Haga clic en el icono de medición .
    4. Saca la cubeta. Recupere la muestra o deséchela adecuadamente.
    5. Guarde los datos como un archivo pdf en una carpeta personal para su uso posterior.
  2. Determinar la estabilidad de la emulsión (ES)
    1. Tome 5 mL de emulsión recién preparada en tubos de centrífuga de 10 mL. Centrifugar las emulsiones (n = 3) durante 5 min a 894 × g.
    2. Utilizando la ecuación (1), determine el ES en función de la posición de la interfaz de separación de fases.
      figure-protocol-1(1)
      Donde Vemul es el volumen de emulsión restante después de la centrifugación y Vinitial es el volumen de la emulsión inicial.
  3. Preparación de cuentas
    1. Perlas de alginato BSO
      1. Prepare las perlas de alginato BSO utilizando la técnica de electrospray llamada EHDA. Emplee una emulsión de BSO de peso por volumen (p/v) que esté compuesta por una solución de 10% de BSO, 1% de alginato de sodio y 3% de lecitina).
      2. Usando una bomba de jeringa para regular el caudal, cargue la emulsión en una jeringa de plástico de 10 mL y empújela a través de una aguja de 22 G. Conecte la punta de la aguja al electrodo positivo de una fuente de alimentación de alto voltaje.
      3. Como colector, utilice un vaso de precipitados conectado a tierra con 50 ml de cloruro de calcio al 1% p/p (baño gelificante). Alternar el caudal de goteo entre 1 mL/min y 3 mL/min a voltajes de 3, 5 y 7 kV manteniendo una distancia de 10 cm sobre la superficie de la solución de cloruro de calcio.
      4. Para confirmar la gelificación completa, deje las perlas en el baño gelificante durante 30 minutos mientras las agita. Use un filtro de acero inoxidable para quitar las perlas del baño de gelificación y lave las perlas recogidas con agua destilada ultrapura.
      5. Deje que las perlas se sequen durante 16 horas a temperatura ambiente en una mesa de laboratorio. Utilice la ecuación (2) para calcular el rendimiento porcentual de las cuentas.
        figure-protocol-2 (2)
    2. Perlas de alginato sin BSO
      1. Prepare una solución al 1% p/v de alginato de sodio. Agregue lecitina a concentraciones de 1%, 3% y 5% p/v a la solución. Mezcle bien la solución hasta que la lecitina se disuelva por completo.
      2. Utilice la solución del paso 2.3.2.1 para preparar perlas de alginato sin BSO como se describe en los pasos 2.3.1.2-2.3.1.5. Calcule el rendimiento usando la ecuación (2).

3. Caracterización de cordones

  1. Determinación del tamaño y la forma
    1. Para determinar el tamaño y la forma de las cuentas, utilice un analizador de imágenes. Tome fotos con una cámara digital de las cuentas húmedas y secas.
    2. A continuación, mida el diámetro del cordón utilizando la barra de escala preinstalada del instrumento. Usando los valores de diámetro, calcule el SF a partir de los valores de diámetro obtenidos usando la ecuación (3):
      SF = figure-protocol-3 (3)
      Donde Dmax representa el diámetro más grande que pasa por el centro de una cuenta (en mm), mientras que Dper se refiere al diámetro que es perpendicular a Dmax y pasa por el centro de la cuenta (en mm).
      NOTA: Un SF de cero denota una cuenta idealmente esférica, y los valores de SF crecientes significan una mayor desviación de una forma esférica. Además, las cuentas se consideran esféricas si su SF es de 0,05 o menos.

4. Determinación del EE%

  1. Desintegre las perlas en solución salina tamponada con fosfato (PBS) para devolverlas a la emulsión. Mida la absorbancia de la emulsión resultante a 600 nm utilizando un espectrofotómetro UV-vis.
  2. Utilice el valor de absorbancia para representar la turbidez de la emulsión. Cree una curva estándar utilizando una cantidad conocida de BSO en la emulsión.
  3. Calcule el EE% usando la ecuación (4):
    figure-protocol-4(4)

5. Microscopía electrónica de barrido (SEM)

NOTA: Utilice SEM para observar la microestructura y la morfología de la superficie de las perlas de alginato BSO.

  1. Para inspeccionar el interior de las cuentas secas, corte algunas de ellas. Localiza las cuentas cortadas en trozos de aluminio y pégalas con cintas adhesivas de carbono.
  2. Cubra las perlas con un módulo de pulverización catódica de carbono en un evaporador al vacío en una atmósfera de argón. Aplique un espesor de 100 Å y 50 Å para el recubrimiento de carbono.
  3. Adquiera imágenes de las perlas recubiertas a alto vacío con un acelerador de voltaje entre 10 kV y 15 kV.

6. Determinar la interacción fármaco-excipiente mediante ATR-FTIR

  1. Ajuste los números de onda del instrumento entre 4.000 cm-1 y 400 cm-1 utilizando aire ambiente como fondo y una resolución de 1 cm-1. Ver Archivo Complementario 1.
  2. Registre los espectros de BSO, alginato de sodio, lecitina, cloruro de calcio, perlas sin BSO, perlas de alginato-BSO y mezcla física de ingrediente activo y excipientes (alginato de sodio, lecitina, cloruro de calcio y BSO) por separado.
    1. Coloque la muestra (5-10 mg) en el área de muestreo. Ajuste 20 escaneos, resolución 4, fuerza manométrica 80, brazo de presión con punta plana. Verifique que el Incremento automático permanezca establecido en la opción En blanco para que el espectro se almacene automáticamente en la carpeta deseada.
    2. Para comenzar la medición de la muestra, haga clic en el botón [Muestra]. Después de seleccionar [Muestra], dado que no hay período de espera, asegúrese de tener la muestra lista y la pinza de presión reducida. Analice todas las muestras individualmente. Analice individualmente todos los espectros registrados mediante un software de espectroscopia.

7. Calorimetría diferencial de barrido (DSC)

NOTA: Las propiedades térmicas y la compatibilidad de las cuentas cargadas con BSO se investigaron utilizando DSC (Archivo Suplementario 1).

  1. Selle las perlas que pesan ~ 3.20 mg en una sartén de aluminio normal. Calentar las muestras a una velocidad de 10 °C/min mientras se analizan a una temperatura de 50-350 °C bajo una corriente de nitrógeno que fluye a una velocidad de 20 L/min.

8. Características de hinchamiento de las cuentas

  1. Prepare 100 mg de perlas de alginato seco-BSO.
  2. Prepare el fluido intestinal simulado (SIF) y el fluido gástrico simulado (SGF) en un recipiente de mezcla limpio y seco de un tamaño adecuado de 6 L, 10 L o 25 L. Agregue agua purificada hasta aproximadamente el 33% del volumen requerido (2 L, 3 L u 8 L) y transfiera el contenido de la botella de concentrado al recipiente. Enjuague la botella con agua purificada y agregue los enjuagues y el agua purificada al recipiente de mezcla para obtener el volumen requerido; Homogeneizar. Mida el pH y proceda si está dentro de las especificaciones; ajuste el pH si es necesario.
  3. Sumerja las perlas en 50 ml de medio que contenga líquido intestinal simulado (SIF) y fluido gástrico simulado (SGF). Mantener las condiciones durante 2 h a 37 ± 0,5 °C.
    1. Retire las cuentas infladas y fíltrelas a través de una malla metálica a intervalos predefinidos de 0, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110 y 120 min o más. Use una toalla de papel para eliminar el exceso de líquido de las cuentas hinchadas.
    2. Mida el peso de las cuentas limpias utilizando una balanza analítica electrónica. Determine el porcentaje del índice de hinchamiento (%SI) utilizando la ecuación (5):
      figure-protocol-5 (5)

Resultados

Preparación de microesferas de alginato cargadas con BSO
La Figura 1 representa la configuración experimental para preparar microesferas de alginato cargadas con BSO. La cantidad de lecitina utilizada tuvo un impacto considerable en la estabilidad de la emulsión BSO. Las emulsiones elaboradas con las tres concentraciones de lecitina fueron comparativamente estables. En este experimento se utilizó el método de centrifugación (894 × g, 5 min) para evaluar la estabilidad de la emulsión20. Los resultados verificaron que el surfactante, no la centrifugación, tuvo un mayor impacto en la estabilidad de la emulsión BSO. El potencial zeta y la distribución del tamaño de partícula de la emulsión se caracterizaron como se muestra en la Tabla 1 y la Figura 2.

Caracterización de abalorios

Tamaño, forma y EE
El tamaño, la forma y la EE de las microperlas formuladas se resumen en la Tabla 2. Las cuentas secas oscilaron entre 1,86 ± 0,02 mm (F2 y F3) y 0,58 ± 0,01 mm (F8), y las húmedas entre 4,76 ± 0,01 mm (F3) y 1,50 ± 0,02 mm (F8). El voltaje eléctrico y el caudal de emulsión fueron dos de los principales parámetros que afectaron el tamaño y la esfericidad de las perlas. Tanto el SF como el tamaño de las perlas aumentaron con el aumento del caudal, mientras que estas variables disminuyeron con el aumento del voltaje eléctrico. Sin embargo, el SF y el tamaño del cordón no disminuyeron en un momento determinado cuando el voltaje eléctrico y el caudal aumentaron proporcionalmente. Este estudio encuentra que las perlas producidas a un caudal de 2 mL/min y un voltaje eléctrico de 7 kV son consistentemente del mismo tamaño, forma y peso. Los investigadores midieron el tamaño de la cuenta y descubrieron que era de 0,58 ± 0,01 mm. Para las formulaciones de perlas húmedas y secas, la EE osciló entre 67.20 ± 1.46% (F1) a 104.50 ± 4.04% (F8) y entre 59.92 ± 0.90% (F1) a 90.13 ± 0.93% (F8), en ese orden. La proporción de EE aumentó junto con el voltaje y el caudal, lo que podría explicarse por el alto voltaje, que aumentó la unión de la reticulación a la solución gelificante de CaCl2 y produjo espacios adicionales para la reticulación iónica. Como resultado, se atrapó más petróleo y se evitaron fugas de aceite de la matriz polimérica.

Uniformidad del peso del cordón
Los coeficientes de variación de peso de las perlas de alginato cargadas con BSO oscilaron entre 1,37% y 3,93%. Según las últimas investigaciones, el peso medio de todas las cuentas cargadas con BSO no difiere en más de un 5%.

ATR-FTIR
Para determinar la interacción dentro de los ingredientes, se realizó ATR-FTIR (Figura 3). El alginato de sodio exhibió bandas espectrales características a 3400 cm-1 para el estiramiento O-H y a 1595 y 1408 cm-1 para los grupos C=O y C-C como resultado de la vibración del estiramiento. También se encontraron dos bandas distintas a 1600 y 1405 cm-1 en una investigación previa, que se relacionaron con las vibraciones de estiramiento simétricas y asimétricas de los grupos -COOH, respectivamente. Además, el grupo C-H fue responsable de las bandas observadas en los espectros de alginato de sodio a 1316 y 1025 cm-1. En contraste, los espectros de lecitina revelaron tres bandas a 2922, 2853 y 1465 cm-1, correspondientes a los grupos C=O, C-H y C-C. Los picos BSO que más se destacaron se encontraron a 2953 y 2853 cm-1 (C-H en CH2 y C=C-H, respectivamente). Además, debido a que las cadenas de carbono son comunes en los ácidos grasos, las bandas que emergieron a 1.753, 1.653 y 1.453 cm-1 sugirieron C = O, C = C y C-H, respectivamente.

DSC
Se utilizó el análisis DSC para determinar el comportamiento de la temperatura de las perlas de alginato cargadas con BSO y sus interacciones con otros extractantes durante el proceso de preparación y desarrollo. La descomposición del polielectrolito es causada por procesos de despolimerización y deshidratación, muy probablemente reacciones de oxidación del polielectrolito y descarboxilación parcial de los grupos carboxílicos protonados (Figura 4).

SEM
Utilizando SEM, se capturaron con la cámara imágenes de la superficie de las perlas secas optimizadas con carga BSO. Esto demostró que las cuentas tenían una superficie lisa, tenían forma esférica y tenían numerosos poros y canales a través de su capa exterior (Figura 5).

Comportamiento de hinchamiento del cordón
La hinchazón de las perlas es un comportamiento significativo que afecta el patrón de liberación de fármacos de los materiales poliméricos21. Para evaluar la SB, las perlas que contenían BSO se ensayaron en SGF (0,1 N HCl, pH 1,2) y SIF (pH 6,8) (Figura 6).

La contracción del alginato en un pH ácido puede explicar la primera disminución del índice de hinchazón de las formulaciones de perlas F1 a F9 en SGF en comparación con SIF, lo que indica una SB sensible al pH. En consecuencia, las cuentas mostraron un mayor porcentaje de SI en SIF después de 30-90 min. El SB de las perlas en un pH alcalino puede explicarse por el intercambio de iones de calcio, mediante el cual la presencia de iones de fosfato secuestrante de calcio se une a los grupos carboxílicos de la matriz de lecitina de alginato reticulado a los iones de sodio en el tampón de fosfato. Además, las perlas de alginato cargadas con BSO reticuladas infladas se desintegraron y erosionaron en 100-110 min, y a los 120 min, todas las formulaciones se habían erosionado por completo.

El objetivo principal de este estudio es sintetizar perlas sensibles al pH cargadas de aceite de semilla negra, a base de alginato utilizando la técnica de electropulverización para liberar el medicamento donde normalmente se absorbe: en el intestino. En un pH ácido de 1,2, las perlas se encogieron o conservaron su forma original, lo que disminuyó su propensión a desintegrarse. A diferencia de esto, las perlas de alginato cargadas con BSO se hincharon rápidamente cuando se expusieron a SIF (pH 6,8). Después de 120 min, las nueve formulaciones (F1-F9) se habían disuelto por completo en el SIF. Esto se debió a la presencia de iones de fosfato en el medio, lo que aumentó la solubilidad del complejo de alginato de sodio a niveles de pH más altos. El desacoplamiento de alginato-sodio y la posterior descomposición del gel en el tampón de fosfato fueron causados por la mayor afinidad de los iones de fosfato por el Ca2+ que por los iones de alginato.

figure-results-1
Figura 1: Configuración experimental de la técnica de atomización electrohidrodinámica para la fabricación de microesferas de alginato. Configuración en tiempo real para la producción de perlas y perlas húmedas recién preparadas. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

figure-results-2
Figura 2: Distribución del tamaño de partícula y potencial zeta de la emulsión cargada de aceite de semilla negra. (A) Distribución de tamaño y (B) distribución de potencial zeta. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

figure-results-3
Figura 3: Espectros infrarrojos de reflectancia total atenuada-transformada de Fourier. (A) BSO, (B) alginato de sodio, (C) lecitina, (D) cloruro de calcio, (E) perlas libres de BSO, (F) perlas de alginato-BSO y (G) mezcla física de ingrediente activo y excipientes (alginato de sodio, lecitina, cloruro de calcio y BSO). Abreviatura: BSO = aceite de semilla negra. Esta figura fue modificada a partir de Azad et al.20. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

figure-results-4
Figura 4: Termograma de calorimetría diferencial de barrido (DSC). (A) Cuentas sin BSO y (B) Cuentas cargadas con BSO. Esta figura fue modificada a partir de Azad et al.20. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

figure-results-5
Figura 5: Microfotografías electrónicas de barrido. (A, B) Perlas secas de alginato-BSO que muestran una morfología de superficie lisa (25x y 100x); la presencia de poros y canales observados en la rebanada de cuentas secas con un aumento de (C) 100x y (D) 500x. Barras de escala = 100 μm (A-C), 20 μm (D). Esta figura fue modificada a partir de Azad et al.20. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

figure-results-6
Figura 6: Comportamiento de hinchamiento de perlas de alginato optimizadas cargadas de aceite de semilla negra. (A) Medios ácidos (pH 1,2) y (B) medios tampón (pH 6,8) [media ± DE, n = 3). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

% lecitina conc.Tamaño de partícula (nm)PDIPotencial zeta (mV)ES (%)
AntesDespués de la centrifugaciónAntesDespués de la centrifugaciónAntesDespués de la centrifugación
1253,32±4,65282.93±14.110,392±,030,333±,06-43,1±,36-37,6±2,292,50±0,23
3334,51±12,82347,44±15,140,315±,040,358±,12-46,9±2,26-43,5±1,3294,83±0,42
5430.13±14.23463,23±8,910,422±,040,548±,11-51,4±2,75-45±1,0196,50±0,40

Tabla 1: Distribución del tamaño de partícula y análisis del potencial zeta de la emulsión cargada con aceite de semilla negra. *(n = 3, media ± DE). Abreviaturas: PDI = índice de polidispersidad; ES = estabilidad de la emulsión.

CódigoVoltaje (kV)Caudal (ml/min)Tamaño del cordóna (mm)Factor de esfericidada (mm)Eficiencia de encapsulacióna (%)
MojadoSecoMojadoSecoMojadoSeco
F1314,47±0,011,82±0,010,02±0,000,04±0,0067,20±1,4659,92±0,90
F2324,52±0,031,86±0,020,01±0,000,03±0,0068.22±3.0965,89±1,57
F3334,76±0,011,86±0,010,02±0,010,04±0,0070,76±0,8666,34±1,89
F4513.12±0.010,99±0,040,02±0,010.01±0.0170,11±0,5170,11±0,51
F5522.83±0.050,80±0,020,02±0,010,02±0,0286,89±1,6786,89±1,67
F6533.30±0.010,90±0,020,03±0,010.01±0.0186,63±0,8386,12±0,15
F7711,86±0,020,72±0,010,01±0,000,04±0,0082.16±2.5078,67±0,90
F8721,50±0,020,58±0,010,02±0,000,03±0,00104,50±4,0490,13±0,93
F9732,58±0,050,93±0,010,02±0,000,03±0,0196,04±3,6189.82±154

Tabla 2: Efecto del voltaje (kV) y el caudal (mL/min) en el tamaño del cordón, el factor de esfericidad y la eficiencia de encapsulación. n = 3, media ± S.D. Esta tabla fue modificada a partir de Azad et al.20.

Archivo complementario 1: Medición del tamaño y distribución de partículas, ATR-FTIR y DSC. Haga clic aquí para descargar este archivo.

Discusión

Utilizando el proceso EHDA, se crearon microesferas de alginato cargadas con BSO como portador sensible al pH. La red de perlas exhibió una hinchazón dependiente del pH y un comportamiento de liberación de fármacos debido a la abundante presencia de grupos de ácido carboxílico. Se reveló que el fuerte enlace de hidrógeno intermolecular entre las cadenas poliméricas era la razón detrás de la disminución del carácter de hinchazón de las perlas cargadas con BSO a pH 1.2. Las perlas cargadas con BSO pueden beneficiarse de esta SB reducida para la administración de medicamentos sensibles al pH. El pH tuvo un impacto en el BSO liberado por las perlas que contenían BSO. Estos hallazgos sugieren que las perlas cargadas con BSO pueden proporcionar un método seguro de administración de medicamentos orales para una mejor administración de medicamentos dirigidos al intestino.

El tamaño de partícula de la emulsión aumentó con un aumento en la concentración de lecitina. Este fenómeno puede atribuirse al aumento de la viscosidad asociado a unos niveles más altos de lecitina, lo que podría afectar a la capacidad de reducción de tamaño del homogeneizador ultrasónico. Además, el aumento de las concentraciones de lecitina contribuye a una capa de surfactante más densa alrededor de las gotas de aceite, lo que da como resultado tamaños de partícula más grandes. La apariencia microscópica de la emulsión sugiere que las emulsiones mantuvieron bien su estabilidad. La concentración de lecitina puede afectar la distribución del tamaño de partícula y el potencial zeta20. Las emulsiones mostraron una distribución no homogénea del tamaño de las partículas, lo que puede deberse al procedimiento de sonicación manual. El potencial zeta tiene un papel clave en el mantenimiento de la estabilidad de los sistemas coloidales21. Las gotas dentro de la emulsión exhibieron una carga significativamente negativa, que puede atribuirse a la carga negativa del alginato que surge de los grupos funcionales hidroxilo y carboxilo dentro de su estructura molecular22.

En la caracterización de las microperlas, el tamaño, la forma y la EE son parámetros significativos influenciados por las condiciones de procesamiento. La relación entre el voltaje eléctrico, el caudal de emulsión y las características resultantes de las microperlas indica una interacción compleja que determina las propiedades finales de las perlas. Al aumentar el caudal, el tamaño del cordón y el SF también aumentan. Por otro lado, el aumento del voltaje eléctrico disminuye el tamaño del cordón y el SF, pero aumenta la EE. Sin embargo, si el voltaje eléctrico y el caudal aumentan proporcionalmente, el tamaño del cordón y el SF no disminuyen en un punto específico20. La capacidad de reticulación en el exterior de las perlas de alginato también desempeña un papel importante en la mejora de la EE de los aceites dentro del alginato. Un estudio previo mostró una EE óptima de 98,30% para el aceite de linaza encapsulado en perlas de alginato secadas al horno, con tamaños de perlas que oscilaron entre 1,90 mm y 2,94 mm y un SF entre 0,044 y 0,168. A pesar de estas altas eficiencias de encapsulación, se encontró que la liberación del fármaco en el sitio previsto en el tracto digestivo fue solo del 83%23. Otra investigación arrojó un EE similar de 98.7%, con tamaños de cordón de 2.13 mm y un SF de 0.08 mm. Por el contrario, las perlas de alginato secas y electropulverizadas cargadas con BSO en este estudio demostraron una EE de 90,13 ± 0,93%, con más del 90% de la sustancia liberada con éxito en el sitio previsto en el SIF, según nuestro estudio de liberación. Esto sugiere que nuestras perlas de alginato fueron efectivamente capaces de encapsular y liberar casi completamente BSO en la ubicación deseada24.

De acuerdo con los estándares establecidos por la Farmacopea USP, todas las formulaciones (F1-F9) cumplieron con los requisitos de uniformidad de peso25. Esta uniformidad en el peso refleja la encapsulación constante de BSO dentro de las perlas de alginato, facilitada por el uso de técnicas electrohidrodinámicas. El tamaño y la forma óptimos de las perlas, adecuadas para la administración oral, se lograron en condiciones específicas, lo que revela la importancia de los procesos de fabricación controlados con precisión. Además, el EE, que varía con el voltaje y el caudal, sugiere que los parámetros del proceso se pueden ajustar para maximizar la encapsulación BSO. Esto tiene implicaciones significativas para la biodisponibilidad y la eficacia del compuesto encapsulado, con una mayor eficiencia de encapsulación que podría conducir a mejores resultados terapéuticos.

La uniformidad en el peso de las perlas, junto con los análisis ATR-FTIR y SEM, proporciona información sobre la consistencia y la integridad química de las perlas de alginato26,27. El análisis ATR-FTIR confirmó la presencia de grupos funcionales clave y la incorporación exitosa de BSO dentro de la matriz de alginato28, mientras que las imágenes SEM ilustraron la forma esférica y la superficie lisa de las perlas, esenciales para un comportamiento de liberación consistente. El estudio SB ilustró las propiedades de hinchamiento sensibles al pH de las perlas, lo cual es significativo para la liberación dirigida de medicamentos en el intestino, asegurando que el BSO se libere donde pueda ser absorbido de manera más efectiva29. Este comportamiento sensible al pH ejemplifica el potencial de las microperlas a base de alginato como un sistema de administración prometedor para BSO, lo que permite una liberación dirigida y controlada dentro del tracto gastrointestinal.

Como resultado del exitoso desarrollo del estudio de perlas de alginato sensibles al pH para la liberación regulada del aceite de semilla negra, se destaca la entrega de timoquinona para el tratamiento del cáncer de colon. La fabricación de perlas de tamaño uniforme con las propiedades de hinchamiento deseadas y una buena eficiencia de encapsulación se facilitó gracias a la aplicación de la tecnología de electropulverización. Estas perlas mostraron buenas propiedades de flotación, como se ve en una tasa de liberación de más del 90% en un entorno de pH 6.8, lo que garantiza una entrega dirigida dentro del tracto gastrointestinal. Los hallazgos apuntan a una posible estrategia para aumentar la biodisponibilidad del aceite de semilla negra y reducir su liberación temprana en el estómago. Esta técnica tiene un gran potencial para la fabricación a gran escala, lo que abre la puerta a la posible comercialización de tratamientos contra el cáncer en el futuro.

Divulgaciones

Los autores no tienen conflictos de intereses que revelar.

Agradecimientos

Este estudio fue apoyado por el Proyecto de Apoyo a los Investigadores de la Universidad Princesa Nourah bint Abdulrahman (PNURSP2024R30), Universidad Princesa Nourah bint Abdulrahman, Riad, Arabia Saudita. Esta investigación fue financiada por el Proyecto de Apoyo a Investigadores número (RSPD2024R811) de la Universidad Rey Saud, Riad, Arabia Saudita.

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo
NombreEmpresaNúmero de catálogoComentarios
Tubos de centrífuga de 10 mL GlobeScientific 22-171-624
Aguja de 22 GSigma-Aldrich (St.Louis, Missouri, EE. UU.).
cubeta de cuarzo de 3 mLSigma-Aldrich (St.Louis, Missouri, EE. UU.).
Vaso de precipitados
Talones de aluminio 
Una balanza
ATR-FTIRBruker Malaysia Sdn Bhd, Kawasan Perindustrian Temasya, 40150 Shah Alam, Selangor, Malasia.
Aceite de semilla negra         IKOP Pharmaceutical Ltd. (IKOP, Facultad de Farmacia, IIUM, 25200 Kuantan, Pahang, MalasiaB182111Ingrediente activo
Cloruro de calcio deshidratado, CaCl2 · 2H2O Sigma-Aldrich (St.Louis, Missouri, Estados Unidos). 21074Agente gelificante
Cintas adhesivas de
Centrífuga
Calorimetría diferencial de barrido 
Digital    cámara 
Vaso de precipitados conectado a tierra 
Alto contenido en ácido gulurónico Alginato de sodio (mw. 97.000) con viscosidad media (40 – 100 mPa s)Sigma-Aldrich (St.Louis, Missouri, EE. UU.)Polímero W201502
alimentación de alto voltaje
Alcohol isopropílicoSigma-Aldrich (St.Louis, Missouri, EE. UU.).  W292912Propósito de limpieza ATR-FTIR
LecitinaSigma-Aldrich (St.Louis, Missouri, EE. UU.).P7568Tensioactivo 
Microscopio
Toalla de papel  
Microscopía
Fluido gástrico simuladoSigma-Aldrich (St.Louis, Missouri, EE. UU.).1651Medios de liberación y medios de hinchazón
Líquido intestinal simulado Sigma-Aldrich (St.Louis, Missouri, Estados Unidos). 84082-64-4Medios de liberación y medios de hinchamiento
Software de espectroscopía
Filtro de acero inoxidable 
Bomba de jeringa SEN JIN SDN BHD Malasia, Taman Desaria, 46150 Petaling Jaya, Selangor Darul Ehsan Malasia
Agua destilada ultrapura Suministrado por el laboratorio
Homogeneizador ultrasónicoSEN JIN SDN BHD Malasia, Taman Desaria, 46150 Petaling Jaya, Selangor Darul Ehsan Malasia espectrofotómetro
UV-vis.
Evaporador al vacío SEN JIN SDN BHD Malasia, Taman Desaria, 46150 Petaling Jaya, Selangor Darul Ehsan Malasia Acelerador de
voltaje SEN JIN SDN BHD Malasia, Taman Desaria, 46150 Petaling Jaya, Selangor Darul Ehsan Malasia
Zetasizer Nano-ZS(Malvern Zetasizer Nano series Nano-S y Nano-Z, Malvern Instruments Ltd., Worcestershire, Reino Unido)
CAD4172Z276669de 50 mLanalítica electrónicacarbonoFuente deelectrónica de barridoinstitucional

Referencias

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