Análisis de la composición de microcápsulas en base a biopolímeros alginato y quitosano, con y sin triclosán, y sus perfiles de liberación en medios que simulan las propiedades fisicoquímicas del fluido bucal

Abstract

Quitosano (Qo) y sus derivados han recibido gran atención debido a sus propiedades físico-químicas, tales como sensibilidad al pH, comportamiento reológico, propiedades bioadhesivas, y capacidad de formar complejos polielectrolitos con otros polímeros, y también por sus propiedades biológicas. Se ha hallado evidencia de actividad anti-tumoral, antimicrobiana e inmunológica. Alginato (Alg) otro biopolímero y sus derivados, han demostrado actividad antioxidante, estimulante de queranocitos y del sistema inmune. La preparación de microcápsulas o nanocápsulas, es una de las formas más difundidas de uso de estos componentes, las que son empleadas como vehículos para la administración de fármacos, moléculas biológicas y células. Triclosán (Tr) es un derivado fenólico con excelente actividad anti-microbiana y anti-inflamatoria, usado ampliamente en productos para la higiene de la cavidad oral, pero que presenta una baja sustantividad a nivel de la mucosa bucal. La preparación de vehículos en base a estos biopolímeros, con o sin Tr en la cavidad bucal, podría mejorar la respuesta a ciertas enfermedades locales, por lo que las cargas de estos agentes y el desempeño de los prototipos, deben ser determinados antes de efectuar estudios de actividad biológica. En este trabajo se analizó la composición cualitativa y cuantitativa de microcápsulas de Alginato de Calcio (mAca), microcápsulas de Alginato de Calcio recubiertas con Quitosano (mAcaQo) y nanocápsulas de Quitosano con Tripolifosfato (nQo), además de los mismos vehículos conteniendo Tr (mAcaTr, mAcaQoTr y nQoTr). Los datos obtenidos por espectroscopía infrarroja en el rango medio (MIR), mostraron cambios cualitativos (corrimiento y ensanchamiento) de las absorciones características de Alg (1617-1418 cm-1) y Qo (1658-1599 cm-1), que están relacionadas con las asociaciones entre los polímeros y agentes coacervantes (Calcio y Tripolifosfato), para formar los vehículos mAca y nQo. Además se corroboró la formación del complejo polielectrolito entre Alg y Qo en las mAcaQo, por la aparición de absorciones a 1620-1690 cm-1, asociadas a los grupos NH3 + y COO-. En los vehículos con carga, las absorciones características de Tr (1599, 1507 y 1475 cm-1), aparecieron a los mismos números de onda que en los espectros de mAcaTr, mAcaQoTr y nQoTr, indicando la ausencia de cambios químicos del fármaco incorporado. Los datos obtenidos por espectroscopía infrarroja en el rango cercano (NIR), mostraron el mismo comportamiento, donde la señal de Tr a 6020 cm-1 se aprecia sin desplazamiento en los distintos vehículos. Además mediante esta metodología, se apreció mejor que en MIR, los cambios asociados a la interacción de Qo con Alg y con el agente coacervante (Tripolifosfato), por ausencia en los espectros de mAcaQo y nQo, de las absorciones a 6545 y 4936 cm-1 asociadas a sobretonos del grupo NH2. Los datos cuantitativos, fueron obtenidos por implementación de técnicas de cromatografía líquida de alta resolución (HPLC), en el caso de Tr, con una columna monolítica de fase reversa con detección ultravioleta, y para Alg y Qo, con una columna de silicagel diol de exclusión molecular con detección por dispersión de luz. Para Tr se logró un método rápido y de alto rendimiento, con un tiempo de corrida de 3 minutos por muestra, usando Chromolith RP-18 100x4,6 mm. La resolución conseguida fue de 6,0 entre el fármaco y propilparabeno, otro derivado fenólico con propiedades fisicoquímicas similares. Este método acortó el tiempo de análisis a la mitad, en relación a otros que emplean columnas convencionales de fase reversa de 250x4,6 mm. En el caso de Alg y Qo, se consiguió un método directo de cuantificación de los respectivos polímeros, sin requerir derivatización y/o hidrólisis previa, ya que ambos analitos presentaron el fenómeno de dispersión de luz con buena sensibilidad. Los métodos de HPLC mencionados, fueron consistentes como se demostró en las validaciones realizadas. La carga de Tr fue de un 3,7% +/- 0,2%, 9,6% +/- 0,01% y 12,5% +/- 0,3% en mAcaTr, mAcaQoTr y nQoTr respectivamente. Por otro lado, se implementaron dos ensayos in vitro, simulando el pH de la saliva con un sistema buffer a base de fosfato, y también con un sistema buffer krebs (pH 7,4) a base de bicarbonato, para estudiar la liberación de Tr. El incremento de pH de los medios en el rango de 6,6 a 7,4, aceleró la cesión del fármaco desde mAcaTr y mAcaQoTr, lo que se reflejo en diferencias entre los perfiles y factores de similitud (f2) calculados. El comportamiento fue totalmente opuesto en nQo, donde la liberación de Tr fue más rápida a medida que se redujo el pH desde 7,4 a 6,6, y con diferencias significativas entre los perfiles por f2. El cambio de la composición electrolítica del medio, no tuvo efecto sobre la liberación de Tr, en mAcaTr y mAcaQoTr, sin embargo, en nQoTr se apreció una mayor cantidad de fármaco liberado y en forma más rápida. Desde todos los vehículos, se observó la efectiva liberación y difusión de Tr, en un ensayo con dos compartimentos empleando celdas de flujo. Los métodos implementados, son adecuados para el análisis y estudio del desempeño de vehículos cargados con Tr, en base a biopolímeros Alg y Qo.

Chitosan (Qo) and its derivatives have received great attention because of its physicochemical properties, such as sensitivity to pH, rheological behavior, bioadhesive properties, and ability to form polyelectrolyte complexes with other polymers, and also by their biological properties. It has found evidence of anti-tumor, anti-microbial and immunological properties. Alginate (Alg) another biopolymer and its derivatives have shown antioxidant activity, stimulates keratinocytes and immune system. The preparation of microcapsules or nanocapsules, is one of the most widespread use of these components, which are used as vehicles for drug delivery, biological molecules and cells. Triclosan (Tr) is a phenolic derivative with excellent anti-microbial and anti-inflammatory, widely used in products for the hygiene of the oral cavity, but has a low level of retention in the oral mucosa. The preparation of vehicles based on these biopolymers, with or without Tr in the oral cavity, could improve local response to certain diseases, so that the Tr load in these vehicles and the performance of the prototypes, should be determined prior to study of biological activity. In this work the qualitative and quantitative composition of calcium alginate microcapsules (mAca), calcium alginate microcapsules coated with chitosan (mAcaQo) and Chitosan nanocapsules with tripolyphosphate (nQo), and the same vehicles containing Tr (mAcaTr , mAcaQoTr, and nQoTr) were evaluated. The data obtained by infrared spectroscopy in the middle range (MIR) showed qualitative changes (shifting and broadening) of the characteristic absorptions of Alg (1617-1418 cm-1) and Qo (1658-1599 cm-1), which are related with the interactions between polymers and coacervating agents (calcium and tripolyphosphate ) to form mAca and nQo vehicles. It also the formation of polyelectrolyte complex between Alg and Qo in mAcaQo was confirmed by the appearance of absorptions at 1620-1690 cm-1, associated with the NH3 + and COO- groups. On the vehicles loaded with Tr, the characteristic absorptions of Tr (1599, 1507 and 1475 cm-1) appeared at the same wavenumbers in the spectra of mAcaTr, mAcaQoTr and nQoTr, indicating the absence of chemical changes of the incorporated drug. The data obtained by infrared spectroscopy in the near range (NIR), showed the same behavior, where the signal of Tr to 6020 cm-1, we did not show any shift in the different vehicles. This methodology showed more clearly that MIR, the changes associated with the interaction of Qo with Alg and coacervating agent (tripolyphosphate), due to the absence in the spectra of mAcaQo and nQo of the absorptions at 6545 and 4936 cm-1, which are related with overtones associated with NH2 group. Quantitative data were obtained by implementation of techniques of high performance liquid chromatography (HPLC). In the case of Tr, a monolithic reversed-phase column with ultraviolet detector was used and in the case of Alg and Qo, a column of molecular exclusion of silicagel diol and light scattering detector was used. For Tr, it was achieved a fast and high performance method with a running time of 3 minutes per sample using Chromolith RP-18 100x4,6 mm. The resolution achieved was 6,0, between the drug and propylparaben, another phenolic derivative with similar physicochemical properties. This method shortens analysis time by half, relative to other columns using conventional reversed phase 250x4,6 mm. In the case of Alg and Qo, it was obtained a direct method of quantification of both polymers without requiring derivatization and / or prior hydrolysis, because both analytes showed the phenomenon of light scattering with good sensitivity. HPLC methods mentioned were consistent as demonstrated by the validation procedure carried out. The Tr load in the vehicles was 3,7% ± 0,2%, 9,6% ± 0,01% and 12,5% ± 0,3% for mAcaTr, nQoTr and mAcaQoTr respectively. On the other hand, two in vitro assays were implemented, simulating the pH of saliva using a phosphate buffer system and also a Krebs buffer system (pH 7,4) of bicarbonate, to study the release of Tr. When the pH of the media was increased in the range from 6,6 to 7,4, the drug release was increased from mAcaTr and mAcaQoTr, which was revealed by the differences between the similarity factor f2 calculated from the drug dissolution profiles. The drug dissolution behavior from nQoTr was the opposite compared with the described above, Tr release was increased when the pH decrease from 7,4 to pH 6,6, with significant differences in the drug dissolution profiles revealed by f2 value. The change of buffer system had no effect on the Tr release from mAcaTr and mAcaQoTr, however, nQoTr showed a higher amount of drug released and faster drug release behavior. All vehicles showed, in the diffusion cell test, a controlled Tr drug release. The methods implemented are suitable for the analysis and study the performance of vehicles loaded with Tr, based on biopolymers Qo and Alg.