Desarrollo de una formulación farmacéutica formada por nanopartículas antioxidantes como estabilizadores de emulsiones pickering y como vehículo para la entrega de compuestos bioactivos por administración oral

Abstract

Los compuestos antioxidantes de origen natural han sido de gran interés para los seres humanos y también para la industria farmacéutica, alimentaria y cosmética, debido a que participan eficientemente en el control del estrés oxidativo asociado a patologías como diabetes, cánceres, enfermedades neurodegenerativas, intestinales, entre otras. Sin embargo, una gran dificultad para la administración de estos compuestos es su baja biodisponibilidad, por ejemplo, los pertenecientes a la familia de los polifenoles, presentan una alta sensibilidad a factores como el calor, la luz, y el pH, pudiendo degradarse con facilidad y con ello generar pérdida de la actividad deseada, lo cual puede ser una limitante en la terapia para una patología determinada como, por ejemplo, la enfermedad inflamatoria intestinal. Un sistema de vehiculización que ha sido de interés en varias investigaciones debido a su versatilidad para la incorporación de compuestos bioactivos de distinta naturaleza, son las nanopartículas de dióxido de silicio, también conocidas como nanopartículas de sílice, las cuales pueden, a través de modificaciones químicas en su superficie, adsorber o unir en forma covalente compuestos antioxidantes con baja biodisponibilidad, siendo capaz de transportar estos activos por el organismo, por ejemplo, a nivel del tracto gastrointestinal, de acuerdo con las modificaciones pertinentes que se realicen en su preparación, pudiendo ser incorporadas a una forma farmacéutica como una suspensión oral, emulsión u otra alternativa que presente la suficiente estabilidad del producto farmacéutico y además sea adecuada para el paciente. El objetivo de este trabajo es preparar una emulsión Pickering o/w destinada a la administración por la vía oral, estabilizada con nanopartículas mesoporosas de sílice funcionalizadas a través de uniones covalentes, con antioxidantes de naturaleza hidrofílica e hidrofóbica en diferentes proporciones. Este nanomaterial antioxidante o también denominado “nanoantioxidante”, permite estabilizar físicamente a la emulsión, al ubicarse en la interfase del glóbulo o/w, dependiendo de su hidrofilia/hidrofobia la cual fue determinada por el ángulo de contacto, y también estabilizar químicamente a la emulsión al formar una barrera antioxidante que protege a compuestos bioactivos que son vehiculizados dentro de los poros de las nanopartículas. Para la evaluación de lo anterior, se utilizaron las metodologías: 1. Síntesis y caracterización de nanopartículas mesoporosas de sílice aminofuncionalizadas y su unión covalente con los antioxidantes, utilizando DLS, TEM, FT-IR, HPLC y ángulo de contacto. 2. Incorporación del compuesto bioactivo baicalina por HPLC. 3. Evaluación de la capacidad antioxidante del nanosistema frente al radical DPPH• y la eficiencia de la desactivación del oxígeno singlete. 4. Evaluación de la estabilidad según proporción de los antioxidantes hidrofílicos/hidrofóbicos dentro de la emulsión Pickering, donde la proporción más estable se comparó su estabilidad frente a emulsión control en estudios de estantería. Los resultados obtenidos mostraron que las nanopartículas funcionalizadas totalmente con ácido cafeico en su superficie de tamaño aproximado de 250 nm otorgan mayor estabilidad en la emulsión, y además permiten una mayor incorporación de la baicalina y mejor acción antirradicalaria frente al radical DPPH•, que aquellas que están funcionalizadas completamente con succinato de α-tocoferol o en alguna proporción de ambos antioxidantes. Por el contrario, las nanopartículas con mayor proporción de succinato de α-tocoferol presentaron mayor eficiencia desactivante frente al oxígeno singlete. Las nanopartículas mesoporosas de sílice modificadas y conjugadas completamente con ácido cafeico y con baicalina incorporada en sus poros, estabilizan físicamente de forma parcial una emulsión Pickering o/w, preparada con una baja cantidad de fase oleosa. Con esta funcionalización de los antioxidantes hidrofílicos/hidrofóbicos en proporción apropiada sobre la nanopartícula de sílice mesoporosa, se presenta una oportunidad para ejercer un nuevo material farmacéutico “nanoantioxidante” que pueda mejorar la biodisponibilidad y, con ello, la actividad y efecto del antioxidante, además del beneficio antioxidante per se del compuesto bioactivo internalizado, actuando frente al radical DPPH• y desactivando al oxígeno singlete, representantes en este estudio de las especies reactivas de oxígeno

Natural antioxidants have been a matter of interest for the humans and for the pharmaceutical, food and cosmetic industries, due to their efficiently participation in the control of oxidative stress associated on pathologies such as diabetes, cancer, neurodegenerative and intestinal diseases, among others. However, a difficulty for the administration of these compounds is their low bioavailability, for example, those belonging to the polyphenols’ family, are highly sensitive to factors such as heat, light, and pH, and can be easily degraded and thereby generate loss of the desired activity, which can be a limitation in the therapy for a specific pathology such as, for example, inflammatory bowel disease. A vehicle system that has been of interest in several investigations due to its versatility for the incorporation of bioactive compounds of different nature, are silicon dioxide nanoparticles, also known as silica nanoparticles, which can, through chemical modifications on its surface, adsorb or covalently bind antioxidants with low bioavailability, being able to transport these active compounds through the body, for example, to the gastrointestinal tract, according to the pertinent modifications that are made in its preparation, being able to be incorporated into a pharmaceutical form such as an oral suspension, emulsion or other alternative that presents sufficient stability of the pharmaceutical product and is also suitable for the patient. The aim of this thesis is to prepare an o/w Pickering emulsion for oral administration, stabilized with functionalized mesoporous silica nanoparticles through covalent bonds, with hydrophilic and hydrophobic antioxidants in different proportions. This antioxidant nanomaterial, "nanoantioxidant", allows the emulsion to be physically stabilized, by being located at the o/w globule interface, depending on its hydrophilicity/hydrophobicity which was determined by the contact angle, and was also chemically stabilize at the emulsion by forming an antioxidant barrier that protects bioactive compounds that are transported within the pores of the nanoparticles. For the evaluation of the above, the following methodologies were used: 1. Synthesis and characterization of functionalized mesoporous silica nanoparticles and their covalent bonding with antioxidants, using DLS, TEM, FT-IR, HPLC and contact angle. 2. Incorporation of the bioactive compound baicalin by HPLC. 3. Evaluation of the antioxidant capacity of the nanosystem against the DPPH• radical and the deactivation efficiency of the singlet oxygen. 4. Evaluation of the stability according to the proportion of hydrophilic/hydrophobic antioxidants within the Pickering emulsion, where the most stable proportion was compared for stability against the control emulsion in shelf studies. The results showed that the nanoparticles fully functionalized with caffeic acid on their surface with an approximate size of 250 nm grant greater stability in emulsion, and also allow a greater incorporation of baicalin and better antiradical action against the DPPH• radical, than those that are completely functionalized α-tocopherol succinate or in some proportion of both antioxidants. On the contrary, the nanoparticles with a higher proportion of α-tocopherol succinate presented a higher deactivating efficiency against singlet oxygen. Mesoporous silica nanoparticles modified and completely conjugated with caffeic acid and with baicalin incorporated into their pores, visibly partially stabilize an o/w Pickering emulsion, prepared with a low amount of oil phase. With the functionalization of caffeic acid and α-tocopherol succinate antioxidants in an appropriate proportion on the mesoporous silica nanoparticle, an opportunity arises to exert a new "nanoantioxidant" pharmaceutical material that can improve the bioavailability and, with it, the activity and effect of the antioxidant, in addition of the per se antioxidant benefit of the internalized bioactive compound, acting against the DPPH• radical and deactivating singlet oxygen, representatives in this study of reactive oxygen species