Auto-nanoemulsificazione di oli sani per migliorare la solubilità dei farmaci lipofili

Riepilogo

Gli oli utilizzati per le applicazioni di somministrazione di farmaci possono alterare il profilo lipidico dei pazienti, il che è indesiderabile nelle malattie cardiovascolari. Gli oli ricchi di acidi grassi Omega-3 sono un'alternativa salutare agli oli convenzionali e hanno un enorme potenziale per i sistemi di somministrazione di farmaci autoemulsionati.

Abstract

La bassa solubilità acquosa di molti farmaci riduce la loro biodisponibilità nel sangue. Gli oli sono stati usati per secoli per migliorare la solubilità dei farmaci; Tuttavia, possono disturbare il profilo lipidico dei pazienti. In questo studio, i sistemi di somministrazione di farmaci auto-nanoemulsionanti di oli ricchi di acidi grassi omega-3 sono preparati e ottimizzati per la somministrazione di farmaci lipofili. La rosuvastatina, un potente farmaco ipolipemizzante, è stata utilizzata come farmaco lipofilo modello. L'olio di pesce ha mostrato una solubilità di rosuvastatina più di 7 volte superiore rispetto ad altri oli e quindi è stato selezionato per lo sviluppo di sistemi di somministrazione di farmaci auto-nanoemulsionanti (SNEDDS). Sono state esaminate diverse combinazioni di tensioattivi e co-tensioattivi e una miscela di tensioattivi di Tween 80 (tensioattivo) e Capryol PGMC (cotensioattivo) è stata selezionata per la compatibilità con olio di pesce e rosuvastatina. Per identificare la regione dell'emulsione è stato progettato un diagramma di fase pseudoternario di olio, tensioattivo e co-tensioattivo. Il diagramma di fase pseudoternario prevedeva una miscela di olio e tensioattivo 1:3 come il rapporto più stabile per il sistema di emulsione. Quindi, è stata applicata una metodologia della superficie di risposta (design Box-Behnken) per calcolare la composizione ottimale. Dopo 17 esecuzioni, l'olio di pesce, il Tween 80 e il Capryol PGMC in proporzioni rispettivamente di 0,399, 0,67 e 0,17 sono stati selezionati come formulazione ottimizzata. I sistemi di somministrazione di farmaci auto-nanoemulsionanti hanno mostrato un eccellente potenziale di emulsione, robustezza, stabilità e caratteristiche di rilascio del farmaco. Negli studi sul rilascio del farmaco, SNEDDS ha rilasciato il 100% del carico utile in circa 6 ore, mentre il rilascio del farmaco semplice è stato inferiore al 70% anche dopo 12 ore. Pertanto, i lipidi sani ricchi di acidi grassi omega-3 hanno un enorme potenziale per migliorare la solubilità dei farmaci lipofili, mentre l'autoemulsione può essere utilizzata come approccio semplice e fattibile per sfruttare questo potenziale.

Introduzione

I lipidi sono stati utilizzati per secoli per aumentare l'assorbimento gastrointestinale dei componenti insolubili in acqua di alimenti e medicinali¹. Le emulsioni sono le formulazioni più utilizzate per uso orale, endovenoso (integrazione nutrizionale) e topico². Una varietà di lipidi (grassi e oli) viene utilizzata nella produzione di emulsioni farmaceutiche e sistemi di somministrazione di farmaci auto-nanoemulsionanti a base di lipidi (SNEDDS). Le tecniche di autoemulsione sono ampiamente adottate nelle scienze farmaceutiche per la somministrazione transmucosa di farmaci. A differenza delle emulsioni, gli SNEDDS sono costituiti da un olio e da una miscela di tensioattivi che si autoemulsiona in un mezzo acquoso dello stomaco per formare goccioline di emulsione³. Possono caricare farmaci lipofili nella fase oleosa e impedirne la degradazione nell'ambiente dello stomaco⁴. È stato dimostrato che gli SNEDDS migliorano efficacemente la frazione biodisponibile dei farmaci lipofili (da quattro a sei volte) migliorando la solubilità e la permeabilità ^5,6. L'assenza di una fase acquosa negli SNEDDS offre vantaggi significativi in termini di facilità di produzione e stabilità rispetto alle emulsioni che sono dispersioni metastabili soggette a degradazione chimica⁷. Molte combinazioni di eccipienti lipidici sono disponibili in commercio grazie alle loro caratteristiche desiderabili ^8,9.

I disturbi cardiovascolari sono una delle principali cause di mortalità in tutto il mondo¹⁰ e l'iperlipidemia provoca l'ostruzione del flusso sanguigno da parte dei vasi sanguigni a causa dell'ispessimento dei vasi sanguigni¹¹. L'aumento dell'assorbimento dei lipidi nella dieta e uno stile di vita sedentario sono i principali fattori di rischio per lo sviluppo dell'iperlipidemia. Oltre a questo, è stato anche dimostrato che i lipidi danneggiano direttamente il miocardio del cuore portando a insufficienza cardiaca non ischemica¹². La rosuvastatina è un potente farmaco ipolipemizzante che appartiene alla classe delle statine e inibisce la sintesi del colesterolo portando all'abbassamento dei livelli lipidici per il trattamento dell'iperlipidemia/dislipidemia¹³. La rosuvastatina è un sistema di classificazione biofarmaceutica (BCS) di classe II con scarsa solubilità acquosa (0,01796 mg/mL)¹⁴. I recenti progressi nella ricerca farmaceutica hanno riconosciuto che i lipidi utilizzati nella somministrazione di farmaci possono disturbare il profilo lipidico dei pazienti. Il ruolo delle emulsioni nell'aumentare le lipoproteine a bassa e alta densità e il colesterolo libero è stato dimostrato alla fine del XX secolo¹⁵. Oltre a questo, i sistemi di somministrazione di farmaci basati sui lipidi hanno dimostrato di aumentare i trigliceridi¹⁶ e altri metaboliti lipidici nel sangue¹⁷. Pertanto, c'è un disperato bisogno di sviluppare formulazioni farmaceutiche di oli che non siano in grado di disturbare il profilo lipidico dei pazienti cardiovascolari e iperlipidemici.

L'olio di pesce è una ricca fonte di acidi grassi omega-3 come l'acido eicosapentaenoico e l'acido docosaesaenoico. L'olio di pesce ha mostrato molti effetti sulla salute con prove sostanziali del suo ruolo benefico nel sistema cardiovascolare e nervoso¹⁸. Lo scopo dello studio è stato quello di utilizzare l'olio di pesce come alternativa agli oli convenzionali per formulare SNEDDS per la somministrazione di un farmaco lipofilo, la rosuvastatina. Nessuno studio precedente ha impiegato l'olio di pesce come vettore per formulare sistemi di somministrazione di farmaci. Sono stati selezionati i parametri di formulazione e lavorazione appropriati e l'ottimizzazione è stata eseguita utilizzando un software esperto di progettazione.

Protocollo

1. Screening degli oli, dei tensioattivi e dei cotensioattivi

1. Screening di oli, tensioattivi e co-tensioattivi per la solubilità dei farmaci
   1. Mescolare 100 mg di rosuvastatina separatamente in 1 ml di diversi oli ricchi di acidi grassi omega-3 (olio di pesce, olio d'oliva, olio di sesamo e olio di lino) e 1 ml di tensioattivi e cotensioattivi (Tween 80, Capryol PGMC, PEG 400 ed etanolo) agitando per 5 minuti a una velocità fissa di 2.500 giri/min. Quindi, immergere a bagnomaria per 48 ore a 50 °C.
   2. Dopo l'agitazione, lasciare riposare la miscela per almeno 6 ore a temperatura ambiente in modo che il farmaco non disciolto venga precipitato. Assumere 0,1 mL di surnatante utilizzando una micropipetta e diluire fino a 1 mL con metanolo.
   3. Analizzare utilizzando uno spettrofotometro UV-visibile a 242 nm e calcolare la concentrazione sommando l'assorbimento all'equazione in linea retta della curva di calibrazione^19,20.
      NOTA: Stabilire la curva di calibrazione preparando una soluzione madre di 100 μg/mL ed effettuando diluizioni seriali fino a 0,5 μg/mL. L'assorbanza viene presa per tutte le diluizioni e viene tracciato un grafico tra assorbanza e concentrazione in un foglio di calcolo. L'equazione lineare (y = mx + b) del grafico viene riorganizzata in modo che il valore dell'assorbanza (y) possa essere utilizzato per calcolare la concentrazione incognita (x)^19,20.
2. Screening del tensioattivo e dei co-tensioattivi per la miscibilità con l'olio
   1. Miscelare il tensioattivo e il co-tensioattivo (Smix) in un rapporto 3:1. Aggiungere Smix e olio in diversi rapporti; mescolare e riscaldare fino a 50 °C per garantire l'omogeneizzazione.
   2. Prelevare 0,1 mL da ogni miscela e diluire con 25 mL di acqua distillata in una provetta di vetro.
   3. Capovolgere la provetta; Il numero di inversioni alle quali si forma un'emulsione rappresenta l'efficacia dell'emulsione e la facilità di emulsione. Misurare la trasparenza (T%) misurando l'emulsione a 650 nm con uno spettrofotometro UV-visibile utilizzando acqua distillata come bianco²¹.

2. Costruzione del diagramma di fase pseudo ternario

1. Mescolare i tensioattivi e i co-tensioattivi in vari rapporti di volume (1:0, 1:1, 1:2, 1:3, 1:4 e 1:5) per formare miscele di tensioattivi (Smix). Aggiungere l'olio allo Smix in fiale separate a vari rapporti di volume di 1:1,1:2,1:3,1:4,1:5,1:6,1:7, 1:8, 1:9, 2:8, 3:7, 4:6, 5:5, 6:4, 7:3, 8:2 e 9:1 e mescolare a vortice.
2. Aggiungere l'olio e le miscele Smix in una fiala di vetro da 10 ml e riscaldare fino a 50 °C mescolando costantemente a 300 giri/min per una miscelazione ottimale.
3. Raffreddare la miscela a 37 °C e trasferire 1 mL in un becher d'acqua da 250 mL e aggiungere goccia a goccia l'acqua distillata preriscaldata (37 °C) mescolando delicatamente a 50 giri/min. Esaminando visivamente la dispersione, la miscela che forma una nanoemulsione trasparente bluastra è considerata SNEDDS²¹.
4. Costruire il grafico pseudoternario a diversi rapporti Smix (Tabella supplementare 1) tramite software (ad esempio, Triplot).

3. Ottimizzazione tramite software utilizzando una metodologia della superficie di risposta (RSM)

1. Seleziona tre variabili indipendenti come olio (A), tensioattivo (B) e co-tensioattivo ed esegui il software per l'ottimizzazione e lo screening. Quindi, seleziona il design flessibile scegliendo "NO" a una selezione difficile da modificare.
   1. Osservare l'effetto di questi fattori in modo critico su variabili dipendenti come la dimensione delle particelle (Y1, nm), il potenziale zeta (Y2, mV), il tempo di emulsione (Y3, s) e l'efficienza di intrappolamento (Y4, %) come indicato nella Tabella 2.
      NOTA: Le tirature sono state aumentate fino a quando i segnali di avvertimento sono scomparsi e il software stesso ha selezionato il design Box-Benhken per l'ottimizzazione.
2. Selezionare i valori più alto e più basso come -1 che identifica il valore più basso della variabile, mentre +1 rappresenta il valore più alto. Il valore medio rappresentava il valore medio. Il design Box-Benhken suggeriva un totale di 17 punti con cinque punti centrali come misura per ridurre l'errore.
3. Registra le risposte alle singole esecuzioni e adattale a modelli lineari, 2F1 e quadratici per garantire il modello più adatto. Genera equazioni polinomiali e utilizzale per fare l'inferenza sulla base della grandezza del coefficiente corrispondente ai segni numerici.
4. Visualizza i dati della regressione polinomiale come grafici 3D. Valutare il modello di dati più adatto confrontando l'R² aggiustato e il valore R² previsto ²².
   NOTA: I criteri di selezione richiesti per la formulazione si basavano sulla massima efficienza di intrappolamento, minore dimensione delle particelle, potenziale zeta più elevato e tempo di emulsione minimo.
   Y = β₀ + β₁A + β₂B + β₃C + β₁₂AB + β₁₃AC + β₂₃BC + β₁₁A₂ + β₂₂B₂ + β₃₃C₂ Eq. (1)
   Qui, β₀ appariva come intercetta, Y come risposta, ad β₁, β₂ e β₃ come coefficienti lineari. Β₁₁, β₂₂ e β₃₃ come termini quadratici e coefficienti al quadrato mentre β₁₂, β₁₃ e β₂₃ come coefficienti di interazione. A, B e C impiegate come variabili indipendenti che sono state selezionate dai risultati dello studio preliminare.

4. Caratterizzazione

1. Studi di stabilità termodinamica
   1. Conservare lo SNEDDS diluito a 4 °C in frigorifero, quindi trasferirlo in un'incubatrice a 50 °C. Eseguire sei di questi cicli, ciascuno dei quali è uguale o superiore a 48 ore.
   2. Esaminare la formulazione per la separazione di fase²³.
2. Test di centrifugazione
   1. Centrifugare lo SNEDDS diluito per 30 minuti a 3.500 giri/min a -4 °C.
   2. Esaminare gli SNEDDS a temperatura ambiente per la separazione di fase o la sedimentazione del farmaco²⁴.
3. Test di disperdibilità per l'efficacia dell'autoemulsione
   1. Aggiungere 1 mL della formulazione in modo graduale a 500 mL di acqua bidistillata mantenuta a 37 °C e 50 giri/min. Notare il tempo in cui si forma un'emulsione chiara e omogenea mediante ispezione visiva.
   2. Eseguire una valutazione visiva secondo il seguente sistema di valutazione²⁵.
      Grado 1: emulsione bluastra chiara con tempo di emulsione <1 min
      Grado 2: emulsione bianco-bluastra con tempo di emulsione <1 min
      Grado 3: aspetto lattiginoso con tempo di emulsione <2 min
      Grado 4: olio di colore grigio, bianco con tempo di emulsione >2 min
      Grado 5: mancata emulsione con gocciolina d'olio più grande sulla parte superiore.
      NOTA: Il tempo necessario per l'emulsione o la velocità di emulsione è fondamentale per l'efficacia dell'emulsione. Il test viene eseguito in un apparecchio di dissoluzione USP di tipo II.
4. Robustezza alle diluizioni
   1. Diluire la formulazione ottimizzata di SNEDDS 50, 100 e 1.000 volte con diversi vettori come acqua distillata, 0,1 N HCl (pH 1,0) per imitare il pH gastrico e tampone fosfato (pH 6,8) per imitare il pH intestinale.
   2. Mescolare accuratamente le miscele diluite e metterle da parte per 12 ore.
   3. Esaminare visivamente le formulazioni per la precipitazione dei farmaci, la separazione di fase e qualsiasi altro problema di stabilità^26,27.

5. Studi di dissoluzione in vitro

1. Eseguire il rilascio del farmaco da SNEDDS e della sospensione pura del farmaco utilizzando un bagno di agitazione con acqua mantenuto a 37 °C e 50 giri/min.
2. Immergere le membrane di dialisi nella rispettiva soluzione di terreno per 24 ore prima del test di dissoluzione del farmaco per ottenere una buona integrità e attivazione. Riempire la sospensione del farmaco (in acqua) e SNEDDS equivalenti a 10 mg di rosuvastatina nella membrana di dialisi; legare e porre in becher separati (50 mL).
3. Prelevare 1 mL di campione a intervalli specifici e riempire il becher con terreno fresco (1 mL) dopo ogni campione.
4. Filtrare i campioni prelevati e analizzarli utilizzando uno spettrofotometro UV-visibile a 242 nm 21,28,29,30.

Risultati

In questo caso, le nanoformulazioni di olio di pesce ricco di acidi grassi omega-3 sono preparate e ottimizzate mediante autoemulsione con diversi tensioattivi e co-tensioattivi. La Figura 1 mostra la solubilità della rosuvastatina in diversi oli, tensioattivi e co-tensioattivi. In base alla solubilità, l'olio di pesce è stato selezionato come olio, Tween 80 come tensioattivo e Capryol PGMC come co-tensioattivo negli studi successivi. La tabella 1 mostra la vagliatura di ...

Discussione

Questo studio è stato progettato per esplorare il potenziale dell'olio ricco di acidi grassi omega-3, come l'olio di pesce, l'olio di sesamo, l'olio d'oliva e l'olio di semi di lino, di agire come vettori di farmaci. L'auto-nanoemulsificazione è stata selezionata come tecnica preferita per fabbricare il sistema di somministrazione privo di acqua, rendendolo più stabile rispetto ai classici sistemi di emulsione³². Gli oli ricchi di acidi grassi omega-3 sono noti per i loro effetti benefici sulla...

Materiali

Name	Company	Catalog Number	Comments
Ammonium acetate	Sigma-Aldrich, Germany	A1542	Analytical grade
Capryol PGMC	Gattefossé, France	RT9P9S09QI	Analytical grade
Design Expert Software	StatEase, United States	Version 12.0.3.0	Analytical software (freely available for subscription)
Dialysis tubing (12,000 Daltons MWCO)	Visking, UK	12000.02.30	Pure regenerated natural cellulose membranes with 12,000 Daltons MWCO
Dissolution apparatus	Memmert, Germany	SV 1422	USP type II dissolution apparatus
Ethanol	Honeywell, Germany	24194	Analytical grade
Fish oil	Wilshire Labs Pvt(Ltd), Pakistan	not applicable	Received as gift sample.
Hydrochloric acid	BDH Laboratories Ltd, UK	BDH3036-54L	Analytical grade
Methanol	Honeywell, Germany	34966	Analytical grade
Refrigerator (Pharmaceutical)	Panasonic, Pakistan	MPR-161 DH-PE	Refrigerator for storage at 4 °C
Rosuvastatin calcium	Searle Pharmaceuticals Pvt(Ltd) Pakistan	not applicable	Received as gift sample.
Sodium Hydroxide	Honeywell, Germany	38215	Analytical grade
Span 80	BDH Laboratories Ltd, UK	MFCD00082107	Analytical grade
Triplot Software	MS Excel spreadsheet developed by Tod Thompson	Triplot Ver. 4.1.2	Analytical software (freely available)
Tween-80	Sigma-Aldrich, Germany	P1754-500ML	Analytical grade
UV-Vis spectrophotometer	Dynamica, UK	Halo DB-20	Double beam spectrophotometer
Water Bath	Memmert, Germany	WNB 7	Water batch for heating up to 70 °C