Desarrollo y evaluación in vitro de un nanosistema cargado con prednisolona e inulina destinado a la liberación sitio específica en el colon

Abstract

En el área farmacéutica, la investigación en nanotecnología ha tenido un progreso sostenido en la última década. El desarrollo de este tipo de sistema, ha permitido incrementar la solubilidad, la biodisponibilidad, la estabilidad y la llegada al blanco farmacológico de moléculas convencionales, mejorando su perfil terapéutico. Por lo tanto, se presenta como una alternativa al tratamiento común de patologías crónicas, donde existen medicamentos con limitada efectividad. Este es el caso de la enfermedad inflamatoria intestinal (EII), cuya remisión se logra con el uso de fármacos anti-inflamatorios como corticoides, a menudo con indeseables efectos sistémicos. Así, el objetivo de este trabajo, fue preparar nanopartículas (NPs) para encapsular Prednisolona (Prd) e Inulina (Inu), destinadas a la entrega local en el colon. El procedimiento de pulverización y congelamiento sobre nitrógeno líquido (PCN), usando Quitosano (nQPCN) o Alginato (nAPCN), fue propuesto como una alternativa a la clásica plataforma Quitosano-Tripolifosfato (nQTPP). Las NPs fueron completamente caracterizadas y evaluadas de acuerdo a la carga (CA), rendimiento de partículas (RP), eficiencia de encapsulación (EE) y liberación de activos en buffer fosfato y Krebs. Además, su sensibilidad a la degradación por bacterias, enzimas y en un ensayo de fermentación anaeróbica con una suspensión fecal humana. En todas las formulaciones, Prd estuvo dispersa en estado molecular en la matriz del vehículo, de acuerdo a la difracción de rayos X, espectrocopía Raman y análisis térmico. No se detectaron por espectroscopía IR, uniones covalentes entre los activos y los polímeros, pero si interacciones débiles como formación de puentes de hidrógeno y de tipo hidrofóbicas. Adicionalmente, enlaces iónicos entre los grupos aminos protonados de Quitosano y aniones tripolifosfatos, explicarían la estructura más condensada del producto nQTPP. En relación a la CA de las formulaciones, esta superó el 5,0%, con valores entre el 12,8% al 14,5% para Prd, que son adecuados para la fabricación de un producto farmacéutico conteniendo la dosis recomendada de este corticoide. Para Inu la CA estuvo entre el 6,6% al 13,9%. Otras propiedades de las NPs de Quitosano, como carga, tamaño, estructura y comportamiento viscoelástico fueron similares, pero nQPCN mostró una mayor liberación promedio de los agentes activos en los buffer. Al mismo tiempo, fue menos degradada que nQTPP en la presencia de Lisozima y E.coli, sin embargo, fue lábil a β-glucosidasa y B.thetaiotaomicron, pero no a la suspensión fecal. Por otro lado, los resultados obtenidos con nAPCN fueron promisorios, debido a que sus NPs mostraron buenos parámetros de encapsulación para ambos activos (Ingredientes hidrofóbico e hidrofílico) y degradabilidad biológica por E.coli y la suspensión fecal, no obstante, será necesario usar derivados de Alginato de menor solubilidad para mejorar el comportamiento mecánico. De acuerdo a los resultados obtenidos, la formulación nQTPP fue elegida para el escalamiento y la forma farmacéutica final. En consecuencia, la geometría del proceso fue mantenida e incrementada de 100 mL a 400 mL (Factor = 4), utilizando dos bombas de infusión. El producto obtenido (tres lotes) fue cualitativamente similar al inicial, medido mediante espectroscopía infrarroja, carga y análisis de tamaño, no obstante, la magnitud del potencial zeta fue significativamente mayor. Con respecto al promedio de CA, esta fue menor para Prd (12,7% versus 14,5%) e Inu (6,1% versus 9,7%), pero no inferior al valor recomendado (5,0%). Además, la liberación de los activos desde el vehículo inicial y escalados, fueron similares con valores de F2 (factor de similitud) mayores a 50. Finalmente, el producto solido fue introducido en cápsulas de gelatina dura que fueron recubiertas con Eudragit® S100 (Polimero entérico). No hubo desintegración de los vehículos en fluido gástrico simulado y en buffer fosfato pH 6,8, demostrando la consistencia de la película con una concentración del polímero mayor que la recomendada por el proveedor. En el buffer colónico simulado (fosfato pH 7,4), no hubo diferencias en la liberación de los activos de las cápsulas con y sin recubrimiento. En conclusión, las NPs de nQTPP son adecuadas para la entrega de Prd e Inu en el colon y nuevos estudios son necesarios para mejorar el producto nAPCN

In the pharmaceutical field, research in nanotechnology has had a sustained progress in the past decade. The development of this type of system has permitted to enhance solubility, bioavailability, stability and pharmacological targeting of conventional molecules improving their therapeutic profile. Therefore, is presented as alternative to regular treatment of chronic diseases where there are medicines with limited effectivity. This is the case of inflammatory bowel disease (IBD), which remission is achieved using anti-inflammatory drugs such as corticoids, often with undesirable systemic effects. Thus, the objective of this work was to prepare nanoparticles (NPs) for encapsulating Prednisolone (Prd) and Inulin (Inu), intended for local colonic delivery. Spray freezing over liquid nitrogen (SFL), using chitosan (nSFLC) or alginate (nSFLA) was proposed as an alternative to classic chitosan-tripolyphosphate platform (nCTPP). NPs were fully characterized and assessed for loading capacity (LC), yield of particles (YP), efficiency of encapsulation (EE), and release of actives in phosphate and Krebs buffers. Moreover, its sensitivity to degradation by bacteria, enzyme and in anaerobic fermentation assay with human faecal slurry. In all formulations, Prd was dispersed in the carrier matrix at molecular level, according to X ray diffraction, Raman spectroscopy and Thermal analysis. Were not detected covalent linkages by infrared spectroscopy between actives and polymers, instead of it, weak interactions like hydrogen bridges and hydrophobic. Furthermore, ionic bonds between protonated amine groups of chitosan and tripolyphosphate anions could to explain more condense particles present in nCTPP product. In relation to LC of the formulations, it was over 5,0%, with values from 12,8% to 14,5% for Prd, that are suitable for manufacturing of pharmaceutical product containing recommended dose of this corticoid. For Inu CA were from 6,6% to 13,9% Another property of chitosan NPs such as charge, size, structure and viscoelastic behavior were similar, but nSFDC showed higher mean release of both active ingredients in buffers. At the same time, this was lesser degraded than nCTPP in the presence of lysozyme and E.coli, however, it was labile to β-glucosidase and B.thetaiotaomicron, but not for faecal slurry. On the other hand, the results obtained with nSFDA were promising because its NPs shows good encapsulation parameters for both actives (hydrophobic and hydrophilic ingredients) and biological degradability by E.coli and faecal slurry, but it will be necessary to use alginate derivatives with lesser solubility for improving its mechanical behavior. In according to performance obtained, nCTPP formulation was chosen for scale up and final pharmaceutical dosage. Accordingly, the geometry of the process was maintained and it was increasing from 100 mL to 400 mL (Factor = 4), utilizing two delivery pumps. The product obtained (three batch) was qualitatively similar to Initial measured by infrared spectroscopy, charge and size analysis, but the magnitude of zeta potential was significantly higher. Regarding the mean LC, it was inferior for Prd (12,7% versus 14,5%) and Inu (6,1% versus 9,7%), but no lower than recommended value (5,0%). Moreover, the release of the actives from initial carrier and scale up were similar, with F2 (similarity factor) values over 50. Finally, the solid product was introducing in gelatin capsules that were coating with Eudragit® S100 (Enteric polymer). There weren’t disintegration of the carriers in simulated gastric fluid and phosphate buffer pH 6,8, demonstrating the suitability of the film with a higher concentration of polymer than recommended by the supplier. In simulated colonic buffer (phosphate pH 7,4), there weren’t difference in the release of actives from coated and uncoated capsules. In conclusion, NPs of nCTPP are adequate for delivery of Prd and Inu to the colon and new studies are necessary to improve nSFDA product