Desarrollo de formulaciones innovadoras para la liberación de principios activos en la piel

Abstract

La piel es el órgano más grande del cuerpo y constituye una membrana física, bioquímica e inmunólogica. Su función principal es proteger contra el estrés mecánico ambiental provocado principalmente por contaminantes y radiación solar, evitar la penetración de microorganismos y otras sustancias extrañas, así como impedir la pérdida de agua y nutrientes.

La capa más externa de la piel, el estrato córneo, está formada por corneocitos, que se encuentran embebidos en una matriz lipídica. Dicha matriz lipídica es la única vía contínua en el estrato córneo, de manera que la composición y la organización de estos lípidos es de gran importancia para proporcionar una función barrera adecuada. Los principales lípidos en la capa córnea humana son el colesterol, los ácidos grasos libres y las ceramidas. La piel es una vía de elección para la administración de medicamentos con acción local en las estructuras de la piel o con acción sistémica. Cuando el lugar de acción de un principio activo es la piel, el desarrollo de formas de dosificación que faciliten la permeación de la molécula atravesando el estrato córneo sin alcanzar la circulación sistémica constituye un reto. La formulación de nuevas formas de dosificación que permitan vectorizar los fármacos a su lugar de acción, en las estructuras de la piel, sin producir efectos secundarios en otras partes del organismo es uno de los objetivos de esta tesis. Las formulaciones basadas en sistemas coloidales tales como las microemulsiones, nano-emulsiones y emulsiones altamente concentradas poseen dominios hidrófilos y lipófilos bien definidos, que son de máximo interés para mejorar la solubilidad de los principios activos. La solubilidad de un principio activo y su lipofilia son especialmente relevantes para mejorar su penetración en la piel. Las microemulsiones, nano- emulsiones y emulsiones altamente concentradas pueden mejorar la penetración de los principios activos en la piel, ya que pueden ser formuladas con componentes (tensioactivos, cotensioactivos, aceites y aditivos) conocidos como potenciadores de la penetración.

En este trabajo de investigación se seleccionaron tres principios activos: diclofenaco sódico, PA2 y PA3, por sus propiedades físico-químicas y por su interés industrial, y se estudió su incorporación en formulaciones innovadoras para ser administrados por vía tópica.

Se ha estudiado la formación y caracterización de microemulsiones, nano-emulsiones y emulsiones altamente concentradas en sistemas constituidos por agua/tensioactivos no iónicos/aceite, con una óptima capacidad de solubilización de principios activos. Para

ello, se han seleccionado tensioactivos no iónicos y otros excipientes, biocompatibles y aptos para su aplicación por vía tópica. Se realizaron estudios preliminares para seleccionar los sistemas más adecuados y estudiar el comportamiento fásico, con el fin de identificar las composiciones de interés.

Las microemulsiones (MEs) son soluciones coloidales donde dos componentes inmiscibles (como, por ejemplo, agua y aceite) coexisten en una misma fase líquida y transparente, gracias a la incorporación de moléculas anfifílicas con un balance hidrófilo-lipófilo óptimo. El tamaño característico de las gotas de las microemulsiones se encuentra en el rango de 10 a 100 nm, aproximadamente. Las microemulsiones poseen un alto poder de solubilización y, además, su preparación es fácil y no requiere equipos complejos. Debido a su estabilidad termodinámica se forman espontáneamente. Se ha estudiado la formación de microemulsiones mediante pesada directa a partir de los diagramas de fases estudiados que presentaban una amplia región de microemulsiones. Se seleccionaron las composiciones con la menor concentración de tensioactivo posible, para evitar irritación cutánea, y se estudió la solubilización de las concentraciones seleccionadas de fármacos: 3% de diclofenaco sódico (DS), un 1% de PA2 (PA2), un 1% de PA3 (PA3) y la combinación de un 1% de PA2 y un 1% de PA3. Se caracterizaron las muestras mediante medidas de conductividad y pH.

Las nano-emulsiones (NEs) son dispersiones de dos líquidos inmiscibles, con una elevada área interfacial y un aspecto transparente o translúcido debido a su tamaño nanométrico (entre 20 y 200 nm). Son emulsiones que poseen una elevada estabilidad cinética frente a la sedimentación o cremado, debido a su pequeño tamaño de gota. Las NEs son termodinámicamente inestables y se necesita energía para su formación. La energía se puede obtener de una fuente externa, como la proporcionada por equipos mecánicos (métodos de alta energía) o puede proceder de la energía interna química de los componentes del sistema (métodos de baja energía). En los métodos de baja energía se produce una inversión de fase por un cambio de temperatura a composición constante (PIT) o por un cambio de composición a temperatura constante (PIC). Este útimo método, ha sido el seleccionado para estudiar la formación de nano-emulsiones en esta Tesis.

Una de las ventajas de las nano-emulsiones es la baja concentración de tensioactivo que se necesita, en comparación con las microemulsiones. A partir de los diagramas de fases estudiados, se seleccionaron sistemas con regiones amplias de nano-emulsión del tipo aceite en agua (O/W). Se prepararon las composiciones óptimas, mediante el método de las adiciones sucesivas, con una baja concentración de tensioactivo y elevada concentración de agua, y se caracterizaron. Se solubilizaron los principios activos en las nano-emulsiones O/W y después de caracterizarlas, se estudió su estabilidad cinética, obteniéndose para algunos sistemas estabilidades superiores a un año y medio.

Se estudió la influencia de la incorporación de potenciadores de la penetración (PEs) en nano-emulsiones seleccionadas. Los potenciadores de la penetración estudiados fueron propilenglicol (PG), transcutol (TC) y DMSO, a diferentes concentraciones.

También se estudió la influencia de la incorporación de un agente gelificante a nano- emulsiones y se estudiaron las propiedades reológicas en función del tiempo. Se seleccionaron dos polímeros, goma xantana (GX) y ácido hialurónico (AH). Se estudió la estabilidad a diferentes temperaturas con el tiempo, mediante medidas de reología.

Las emulsiones altamente concentradas, también conocidas como “High Internal Phase Ratio Emulsions” (HIPREs) o emulsiones-gel, están constituidas por una elevada fracción en volumen de fase dispersa, que es superior a 0,74. Además, la fase continua puede presentar un orden nanoestructurado periódico, dando lugar a la compartimentación en diferentes escalas de longitud. El estudio de la difusión de principios activos desde las HIPREs y su capacidad de penetración en la piel es un tema relevante para su utilización como sistemas de liberación de fármacos. Estudios previos realizados con estas emulsiones, demostraron la importancia del coeficiente de reparto del fármaco incorporado respecto a la difusión, así como las características de la película interfacial.

Se ha estudiado la formación de HIPREs aceite en agua (O/W), mediante el método de las adiciones sucesivas, a partir de los diagramas de fases estudiados que presentaban una región de HIPRE amplia. Se seleccionaron composiciones con baja concentración de tensioactivos y elevada concentración de aceite. Se caracterizaron en función de los tamaños de gota y las propiedades reológicas, viscosidad a baja velocidad de deformación y mediante medidas oscilatorias dinámicas. Se solubilizaron los principios activos en HIPREs seleccionadas y se caracterizaron las formulaciones. Se estudió la estabilidad de las formulaciones a tiempo real y la estabilidad acelerada, mediante ensayos de centrifugación.

Una vez estudiadas las formulaciones, se han estudiado sistemáticamente los factores que influyen en la permeación de diclofenaco sódico, utilizado como fármaco modelo, desde formulaciones seleccionadas a través de membranas sintéticas lipófilas, Strat-M. Estas membranas se han utilizado por sus características similares a la piel humana. Se han comparado los resultados de permeación obtenidos con la difusión del principio activo a través de membranas hidrófilas de acetato de celulosa y se han realizado estudios a dosis finitas e infinitas.

Se ha observado un aumento notable en la permeación con las nano-emulsiones, atribuido a la concentración elevada de agua (90%). Cuando se utilizaron emulsiones altamente concentradas se logró una baja permeación, que se relacionó con su elevada

viscosidad, en comparación con formulaciones más fluidas como las nano-emulsiones o las microemulsiones. Mediante técnicas de dispersión de rayos X a ángulo pequeño (SAXS), se ha identificado la presencia de cristal líquido cúbico en la fase externa de las emulsiones altamente concentradas y se ha constatado su influencia en la permeación del principio activo a través de las membranas. Otros factores que se han identificado como significativos en la permeación han sido la concentración de principio activo en la formulación o la composición de las emulsiones.

Se estudió la permeación cutánea a través de piel humana. Se determinó la concentración de fármaco que alcanzó el fluido receptor y se realizó la extracción y cuantificación de los fármacos de las diferentes capas de la piel, dermis y epidermis.

La correcta caracterización de las microemulsiones, nano-emulsiones y emulsiones altamente concentradas en cuanto a estructura y tamaño de gota, así como la correcta selección cualitativa y cuantitativa de los excipientes ha permitido identificar las mejores composiciones para lograr la mayor permeación de un principio activo, DS, a través de la piel o la localización del mismo en epidermis y dermis, minimizando su paso a circulación sistémica.

En los estudios de permeación a través de la piel, se ha observado una mayor retención de diclofenaco sódico en epidermis y dermis con emulsiones altamente concentradas que contenían cristal líquido cúbico en la fase continua. La mayor permeación a través de la piel humana se ha observado con nano-emulsiones y microemulsiones. Se ha observado una buena correlación entre los resultados obtenidos con la membrana Strat- M y la piel humana, en cuanto a la permeación de DS.