Projeto e desenvolvimento de sistema de administração de medicamentos autoemulsificante para melhorar a solubilidade e biodisponibilidade da ciprofloxacina

Resumo

Este estudo apresenta e descreve a formulação de Sistemas de Liberação de Medicamentos Autoemulsificantes de Ciprofloxacina.

Resumo

A ciprofloxacina, um potente antibiótico fluoroquinolona, é usada para tratar várias infecções bacterianas. Este medicamento tem baixa solubilidade aquosa e biodisponibilidade oral limitada. Para superar essas limitações, este estudo se concentrou no desenvolvimento de um Sistema de Entrega de Medicamentos Autoemulsificante (SEDDS) para Ciprofloxacina, com o objetivo de aumentar sua solubilidade e biodisponibilidade. O processo de formulação envolveu a seleção de óleo de silicone, Tween 80, propilenoglicol (PG) e polietilenoglicol (PEG) como os principais componentes com base em estudos de solubilidade. A otimização das formulações de SEDDS foi guiada por diagramas de fases pseudo-ternárias, que ajudaram a identificar as regiões autoemulsificantes efetivas e a determinar as proporções ideais de surfactante e co-surfactante. A avaliação das formulações SEDDS envolveu medições do tamanho da gota e do potencial zeta juntamente com a espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FT-IR), confirmando a compatibilidade medicamento-excipiente e a incorporação bem-sucedida do medicamento. As formulações F2 e F5 exibiram tamanhos de gotículas de 320 nm e 202 nm, respectivamente, com potenciais zeta correspondentes de -11,4 mV e -13,38 mV, indicativos de estabilidade. Os estudos de liberação mostraram uma liberação rápida inicial, com 88,2% liberados de F5 nas primeiras 2 h, seguidos por uma liberação sustentada, atingindo 93,1% após 5 h. As formulações atuais melhoram significativamente a solubilidade e a biodisponibilidade do medicamento.

Introdução

A ciprofloxacina é uma quinolona fluorada com atividade significativa contra bactérias Gram-negativas e Gram-positivas, em grande parte devido à presença de um átomo de flúor na posição 6 de sua estrutura de anel de naftiridina. Essa modificação aumenta seu espectro de atividade antibacteriana ^1,2. Como um antibiótico sintético de fluoroquinolona, tem como alvo a DNA girase bacteriana ou a topoisomerase II, tornando-se um tratamento eficaz para várias infecções bacterianas. Apesar de sua eficácia de amplo espectro e perfil geralmente seguro, enfrenta desafios com baixa solubilidade aquosa e biodisponibilidade oral, dificultando sua aplicação clínica ^3,4.

Para resolver esses problemas, foram utilizados Sistemas de Entrega de Medicamentos Autoemulsificantes (SEDDS). Este é composto por uma mistura de óleos naturais e sintéticos, surfactantes não iônicos e cossolventes/surfactantes, que aumentam significativamente a solubilidade dos medicamentos ^5,6,7. Esses sistemas são projetados para formar emulsões finas de óleo em água (O/A) ou microemulsões ao entrar em contato com fluidos gastrointestinais, facilitadas pela motilidade gastrointestinal. Esse mecanismo não apenas melhora a solubilidade do medicamento, mas também facilita a absorção pela via linfática intestinal, contornando assim o metabolismo hepático de primeira passagem e aumentando a biodisponibilidade ^8,9.

O número crescente de drogas hidrofóbicas devido aos avanços na química combinatória e medicinal representa um desafio para a biodisponibilidade oral devido à baixa absorção de TGI. Essa situação mostra a importância de sistemas inovadores de liberação de fármacos, como o SEDDS, para melhorar a solubilidade e a biodisponibilidade de tais compostos^10,11.

Este estudo se concentrou na formulação de um SEDDS estável com proporções variadas de lipídios, surfactantes e co-surfactantes para aumentar sua solubilidade em água e biodisponibilidade oral. Pesquisas anteriores demonstraram o potencial do SEDDS para aumentar significativamente a biodisponibilidade de drogas hidrofóbicas, como visto com o aciclovir¹². Além disso, a natureza anidra das formulações de SEDDS facilita sua encapsulação em cápsulas de gelatina, oferecendo boa adesão do paciente e potencial para efeitos sustentados e rápidos do medicamento¹³.

Inclui sistemas auto-micro-emulsificantes e auto-nano-emulsificantes, produz emulsões com tamanhos variados de glóbulos, oferecendo estabilidade física e facilidade de fabricação. Essas características levam a melhores taxas de dissolução e biodisponibilidade, como evidenciado pelo sucesso comercial das formulações de SEDDS¹⁴. Foi amplamente caracterizado por meio de estudos de estabilidade, tamanho de gotículas e análise do potencial zeta, com o objetivo de melhorar sua solubilidade aquosa e biodisponibilidade oral¹⁵.

Ele oferece várias vantagens sobre os métodos convencionais de aumento da solubilidade, como dispersões sólidas, lipossomas e complexos de ciclodextrina. Ao contrário das dispersões sólidas, que requerem processos de fabricação complexos, elas são fáceis de formular e ampliar. Em comparação com os lipossomas, os SEDDS exibem estabilidade física superior e emulsificação espontânea nos fluidos gastrointestinais, melhorando a absorção do medicamento. Além disso, aumenta o transporte linfático, contornando o metabolismo hepático e aumentando a biodisponibilidade¹⁶. Um estudo anterior demonstrou a eficácia do SEDDS em aumentar a biodisponibilidade de medicamentos pouco solúveis como o aciclovir, comprovando seu potencial em aplicações de administração de medicamentos¹⁶. Sua eficácia clínica é limitada por sua baixa solubilidade aquosa e baixa biodisponibilidade oral, levando a uma absorção inconsistente e eficácia terapêutica reduzida. Abordagens convencionais, como dispersões sólidas e complexos de ciclodextrina, apresentam limitações de escalabilidade e estabilidade¹⁷. Ele oferece uma alternativa promissora ao formar emulsões finas de óleo em água ao entrar em contato com fluidos gastrointestinais, aumentando a solubilização e absorção do medicamento. Ele contorna o metabolismo hepático de primeira passagem através da via linfática intestinal, melhorando a biodisponibilidade¹⁸. Este estudo desenvolve uma formulação SEDDS para superar os desafios de solubilidade, garantindo melhores resultados terapêuticos com maior estabilidade, dissolução e adesão do paciente. O objetivo principal deste estudo é aumentar a solubilidade e a biodisponibilidade oral da Ciprofloxacina através do desenvolvimento de um SEDDS. Possui baixa solubilidade aquosa e absorção gastrointestinal limitada, o que restringe sua eficácia terapêutica¹⁹. Ao formular um SEDDS otimizado, o medicamento pode ser eficientemente solubilizado em fluidos gastrointestinais, levando a uma melhor dissolução, maior absorção pelo sistema linfático intestinal e, finalmente, maior biodisponibilidade. Este estudo se concentra na otimização da composição lipídica, surfactante e co-surfactante do SEDDS para obter uma formulação estável com características aprimoradas de liberação de medicamentos.

Protocolo

NOTA: Os detalhes dos reagentes e equipamentos usados neste estudo estão listados na Tabela de Materiais.

1. Estudos de solubilidade

1. Meça e misture uma quantidade excessiva de medicamento (Ciprofloxacina) com a seguinte combinação de óleo selecionada: óleo de ácido oleico (2 mL), azeite (2 mL), óleo de rícino (2 mL), óleo de girassol (2 mL), óleo de migliol (2 mL), surfactante como T-80 (2 mL), T-20 (2 mL) e co-surfactante, incluindo PG (2 mL), PEG200 (2 mL), PEG400 (2 mL), e PEG600 (2 mL).
2. Vortex a mistura completamente usando o misturador de vórtice. Incubar as amostras misturadas a uma temperatura constante de 25 ± 2 °C utilizando o misturador térmico.
3. Verifique as amostras em pontos de tempo predeterminados (2 h, 6 h, 12 h, 18 h e 24 h) para determinar quando a solubilidade de equilíbrio é alcançada.
4. Centrifugar as amostras a 16,770 x g durante 15 min à temperatura ambiente para separar o sobrenadante das partículas não dissolvidas. Filtrar o sobrenadante através de um filtro de membrana de 0,22 μm para remover as partículas remanescentes.
5. Medir a concentração nas amostras utilizando o espectrofotómetro UV-Vis a 277 nm. Misturar a amostra na proporção de 50:50 com metanol antes da análise para evitar a interferência do óleo nas leituras de absorvância.

2. Construção do diagrama de fase pseudo-ternário

1. Prepare uma combinação dos seguintes óleos: óleo de ácido oleico (2 mL), azeite (2 mL), óleo de rícino (2 mL), óleo de girassol (2 mL), óleo de migliol (2 mL), surfactantes como T-80 (2 mL), T-20 (2 mL) e co-surfactante, incluindo PG (2 mL), PEG200 (2 mL), PEG400 (2 mL) e PEG600 (2 mL) com base em parâmetros de solubilidade.
2. Construa um diagrama de fase pseudo-ternário. Formular o diagrama de fases para todas as misturas de tensoactivos e co-tensioactivos.
   NOTA: Um diagrama de fase pseudo-ternário é um diagrama triangular usado na ciência da formulação, especialmente no desenvolvimento de emulsões, microemulsões ou sistemas de administração de medicamentos autoemulsificantes (SEDDS), para representar visualmente o comportamento de fase de misturas contendo três componentes principais: normalmente, óleo, água e uma mistura de surfactantes e co-surfactantes (Smix). O diagrama de fases pseudo-ternário ajuda a identificar regiões onde a formulação se forma: microemulsões transparentes, emulsões turvas ou separação de fases (misturas instáveis). Ao traçar várias combinações dos três componentes, você pode determinar quais proporções resultarão em um sistema estável e homogêneo, ideal para a administração de medicamentos.
3. Varie as proporções de óleo e Smix de 1/9 a 9/1 para o gráfico da fase pseudo-ternária. Adicione água destilada gota a gota à mistura. Observe a mudança de uma solução clara para uma solução turva.
4. Meça a quantidade de água adicionada pesando a mistura de óleo e surfactante antes e depois de adicionar água. Calcule a composição percentual de todos os componentes usando o software relacionado para traçar um diagrama de fase pseudo-ternário.
5. Identifique a área de emulsificação estável para cada Smix com base no diagrama de fases.
   1. Para cada mistura, observe visualmente se é límpida e transparente (estável em microemulsão), ligeiramente turva ou azulada (possivelmente estável em nanoemulsão), leitosa ou separação de fases (instável).
   2. Registre os resultados no diagrama usando diferentes marcações ou cores. Plote os dados no diagrama de fases. Para cada proporção Smix, plote todas as composições testadas e marque aquelas que formaram emulsões/microemulsões estáveis. A região onde essas misturas estáveis se agrupam é a zona de emulsificação.
   3. Identifique a área de emulsificação estável. A área de emulsificação estável é a região no diagrama onde a maioria das formulações forma emulsões claras ou levemente azuladas rapidamente, permanecem estáveis ao longo do tempo (sem separação de fases). Esta área mostra as melhores proporções de óleo: Smix: água para esse Smix específico.Normalmente, quanto maior a área, mais robusta é a proporção de Smix na formação de emulsões.
   4. Compare diferentes diagramas Smix. Depois de traçar diagramas para diferentes proporções Smix, compare o tamanho e a forma das zonas de emulsificação. A proporção Smix com a maior área estável é geralmente preferida, mas o tamanho da gota, a solubilidade do medicamento e a estabilidade também devem ser considerados.

3. Preparação do SEDDS

1. Preparar formulações com concentrações de mistura de surfactante e co-surfactante entre 30% e 60%. Prepare quatro formulações para cada diagrama de fase dentro desse intervalo.
2. Adicione 25 mg do medicamento a 100 mg da fase oleosa. Misture bem a fase oleosa e o medicamento usando um misturador de vórtice.
3. Adicione uma quantidade adequada de Smix, dependendo da análise feita nas etapas 2.3-2.5, à mistura de óleo para drogas por 10 min. Misture bem usando homogeneização.
4. Manter o teor de óleo inalterado em todas as oito formulações (F1, F2, F3, F4, F5, F6, F7, F8). Faça a quantidade de Smix diferente em cada uma das oito formulações.

4. Caracterização física

1. Estudos termodinâmicos
   1. Centrifugue as formulações por 15 min a 6.037 x g. Utilizar o sobrenadante e selecionar apenas as formulações sem separação de fases para o ensaio de tensão de congelação e descongelação.
   2. Submeter as formulações selecionadas a três conjuntos de congelamento e descongelamento a 40 °C, temperatura ambiente e 20 °C. Manter as formulações durante 48 h a cada temperatura durante as séries de congelação e descongelação.
2. Identificação do tempo de autoemulsificação
   1. Preparar o aparelho de dissolução II (USP). Despeje 500 mL de água destilada em cada recipiente de dissolução. Comece a mexer a água a 50 rpm e mantenha uma temperatura de 37 ± 2 °C.
   2. Adicione 100 μL da amostra de formulação ao aparelho. Observe o tempo de formação da emulsão. O tempo observado representa o tempo de autoemulsificação.
3. Robustez à diluição
   1. Misture cada formulação com água, tampão ácido pH 1,20 e tampão fosfato pH 6,80 na proporção de 1.000:1, 100:1 e 50:1, respectivamente. Observe cada formulação visualmente.
   2. Rejeite todas as formulações que apresentem quebra de emulsão.
4. Medição de ponto de turvação
   1. Pegue 1 mL de todas as formulações e misture-as com 200 mL de água. Coloque a mistura em banho-maria e aumente lentamente a temperatura de 0 °C a 75 °C.
   2. Observe a turbidez da mistura e registre a temperatura na qual ela se torna turva. Repita o teste para preparações estáveis em triplicado para obter resultados precisos. Um ponto de turvação é a temperatura na qual uma emulsão transparente se torna turva.
5. Tamanho da gota e análise do potencial zeta
   1. Diluir as formulações selecionadas com água 100x. Misture bem as formulações diluídas com um homogeneizador ultrassônico por pelo menos 1 min.
   2. Analise o potencial zeta e a distribuição do tamanho das partículas, conforme descrito em²⁰.
   3. Pegue 0,1 mL da emulsão recém-preparada em um copo de vidro de 25 mL e dilua com 9,9 mL de água destilada. Retire 2,5 ml desta solução diluída da solução-mãe para uma cubeta de quartzo de 3 ml.
   4. Clique no ícone da área de trabalho DTS para iniciar o software. Transfira a amostra preparada para a cubeta de quartzo de 3 mL. Confirme se não restam bolhas de ar.
   5. Abra a tampa e coloque a cubeta dentro do dispositivo, certificando-se de que a cubeta esteja orientada corretamente em relação ao caminho do feixe de luz. Clique no ícone Medição .
   6. Retire a cubeta. Recupere a amostra ou descarte-a adequadamente. Salve os dados como PDF em uma pasta pessoal para uso posterior.
6. Estudos de morfologia
   1. Dilua a formulação da amostra 50x usando água deionizada para criar uma amostra bem dispersa.
   2. Espalhe uma película fina da amostra diluída em uma lâmina de vidro, posicionando a amostra obtida na lâmina de vidro para obter filmes minúsculos.
   3. Desidrate o filme fino por liofilização. Coloque o filme fino no freezer e seque a lâmina por liofilização em temperaturas ultrabaixas (normalmente -40 °C a -80 °C).
   4. Analise a amostra liofilizada usando um microscópio eletrônico de varredura (SEM; 31.653x) para realizar estudos de morfologia superficial.
7. Estudos de infravermelho com transformada de Fourier (FT-IR)
   1. Defina os números de onda do instrumento entre 4.000 cm⁻¹ e 400 cm⁻¹ usando o ar ambiente como plano de fundo e uma resolução de 1 cm⁻¹. Veja²¹.
   2. Registre espectros de medicamento puro e formulação otimizada separadamente. Colocar as amostras na área de amostragem. Ajuste a contagem para 16 varreduras, resolução 4, força manométrica 80 e braço de pressão com ponta plana.
   3. Verifique se o Incremento automático permanece definido como a opção Em branco para que o espectro seja armazenado automaticamente na pasta desejada.
   4. Para iniciar a medição da amostra, clique no botão Amostra . Depois de selecionar Amostra, como não há período de espera, certifique-se de ter a amostra pronta e a pinça de pressão reduzida. Analise todas as amostras individualmente, uma a uma.
8. Liberação in vitro de medicamentos
   1. Prepare uma solução estoque de medicamento puro (0,17 mg / mL), F2 e F5 (0,1 p / v) em um tampão fosfato pré-aquecido a 50 mM pH 7,4 a 37 ± 2 ° C.
   2. Encha 1,0 mL da solução base pura do medicamento e 1 mL de cada formulação em tubos de diálise. Dialisar cada amostra a 300 rpm a 37 ± 2 °C em 25 ml de tampão fosfato utilizando um termomisturador.
   3. Pegue alíquotas de 0,1 mL do meio em intervalos de 0 h, 1 h, 2 h, 3 h, 4 h, 5 h e 6 h. Substitua as alíquotas por um volume igual de tampão fosfato pH 7,4 50 mM.
   4. Use espectroscopia de fluorescência para determinar a quantidade de droga pura após correção de fundo por excitação em um comprimento de onda de 335 nm e emissão em um comprimento de onda de 420 nm.

Resultados

Estudo de solubilidade e diagrama de fase pseudo-ternário
A solubilidade do medicamento puro nos componentes escolhidos é maior em óleo de silicone a 85 mg / mL, seguido por Tween 80 a 70 mg / mL, PG a 50 mg / mL e PEG a 30 mg / mL. O diagrama de fase pseudo-ternário derivado revelou uma proporção constante de surfactantes para co-surfactantes (Smix). No diagrama, um sistema composto por PG/PEG 600 e T-80 na proporção de 1:6 demonstrou uma grande área capaz de emulsificação com óleo de silicone.

Discussão

Aproximadamente 40% das novas entidades químicas exibem baixa solubilidade em água, o que resulta em redução da biodisponibilidade oral²². Esse desafio dificulta significativamente a aplicação clínica de muitos compostos terapêuticos potenciais. É um antibiótico sintético de fluoroquinolona de amplo alcance categorizado em BCS IV, exemplificando tais drogas com problemas de solubilidade³. Para superar esses desafios de solubilidade, é empre...

Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo

Nome	Empresa	Número de catálogo	Comentários
Ciprofloxacina	Feroze-Son Pharma (Nowshera 24,110, Paquistão	NA	Medicamento padrão
Óleo de migliol,	Dow Chemical Ltd, Bangkok 10,110, Tailândia	NA
Óleo de ácido oleico, óleo de silicone, azeite, óleo de rícino e óleo de girassol	Gaziantep (Gunedogu Anadolu 34,810, Turquia)	NA	Fase oleosa
Óxido de polietileno 200	Sigma Aldrich (Saint Louis, Missouri 63,101, Estados Unidos	8.17001	Co-surfactante
Óxido de polietileno 400	Sigma Aldrich (Saint Louis, Missouri 63,101, Estados Unidos	182028	Co-surfactante
Óxido de polietileno 600	Ahad International Pharmaceutical, Dera Ismail Khan, 29,050, Paquistão		NA Co-surfactante
Polietilenoglicol (PG)	Sigma Aldrich (Saint Louis, Missouri 63,101, Estados Unidos	1546401	Co-surfactante
Tween 20	Sigma Aldrich (Saint Louis, Missouri 63,101, Estados Unidos	11332465001
Tween 80	Sigma Aldrich (Saint Louis, Missouri 63,101, Estados Unidos	P8074	Surfactante