Predicció de la permeació a través de la pell a partir de mesures físico-químiques

Abstract

L’absorció cutània descriu el transport d’una certa substància a través de la pell humana i és un procés clau en els estudis d’alliberament de fàrmacs administrats per via tòpica, en la indústria cosmètica i a l’hora d’avaluar el risc potencial d’absorció de compostos tòxics per contacte cutani. L’absorció cutània es troba representada pel coeficient de permeabilitat a través de la pell (Kp). Els mètodes òptims per avaluar l’absorció d’un compost a través de la pell són els estudis in vivo i in vitro. El mètode in vitro més emprat és el basat en les cel·les de difusió de Franz, tot i això aquest mètode té una alta variabilitat intra- i inter-laboratori degut a la complexitat de les mostres biològiques. Uns altres mètodes in vitro sorgits més recentment són els basats en models de pell artificial com l’anomenat skin PAMPA. Una alternativa encara més ràpida i més econòmica que els mètodes in vitro són els models de predicció basats en mesures físico-químiques, com la retenció cromatogràfica. En el present treball s’ha desenvolupat una metodologia per a la predicció de la permeabilitat cutània de soluts i espècies neutres basada en mesures cromatogràfiques en un sistema HPLC amb una columna C18, combinat amb detecció UV-Vis i MS, i una altra basada en mesures de permeabilitat skin PAMPA a partir d’unes condicions d’assaig de 4 hores d’incubació i utilitzant l’agitació per reduir la capa aquosa que es forma al voltant de la membrana artificial. Ambdós models es validen correctament en termes de robustesa i capacitat predictiva. Per estendre aquests models a espècies ionitzades ha estat necessari estudiar la influència de la ionització de diferents compostos àcid-base en la permeabilitat de la pell humana, la retenció cromatogràfica i la permeabilitat skin PAMPA. Per aquest propòsit, els perfils de cada propietat en funció del pH de diferents compostos àcid-base s’han ajustat a una equació general que relaciona la propietat d’interès amb el pH. Aquest ajust proporciona els valors de cada propietat per a la forma neutra i iònica del solut, així com el pKa del solut en el medi de dissolució. En tots els casos els valors dels anions i cations són molt més petits que els de les formes neutres i els valors de pKa procedents dels ajusts es poden relacionar linealment amb els valors aquosos de pKa dels fàrmacs. Amb relació a la permeabilitat skin PAMPA, s’han trobat alguns valors anòmals a pH superior a 8 a causa de la pèrdua d’integritat de la membrana a pH bàsic. A partir dels resultats dels ajusts, la permeabilitat de la pell s’ha relacionat amb la retenció cromatogràfica, corregida pel volum de McGowan del solut, i també amb la permeabilitat skin PAMPA d’espècies parcialment i totalment ionitzades. Aquestes correlacions s’han establert i validat amb bons resultats. Finalment, els mètodes establerts per a la predicció de la permeabilitat a través de la pell s’han aplicat per a la determinació dels coeficients de permeabilitat de diferents compostos a pH 5.5. i 7.4 (pH de la superfície de la pell i pH de la sang, respectivament) dins de les línies d’investigació d’Esteve Pharmaceuticals, centrades en el camp del tractament del dolor on és particularment interessant estudiar l’administració per la via tòpica. Els valors predits de Kp a partir del model cromatogràfic i el model skin PAMPA són força coherents amb els obtinguts experimentalment mitjançant les cel·les de difusió de Franz. Compostos amb coeficients de permeabilitat de la pell favorables i paràmetres farmacocinètics apropiats es poden seleccionar com a potencials candidats per a l’administració tòpica.

Dermal absorption is a key process in drug delivery studies of pharmaceutical and cosmetic industries. This process is typically described by skin permeability coefficient (Kp) and can be determined using experimental techniques, both in vivo and in vitro. Among the in vitro models, the Franz cell diffusion method is the most popular. However, these methods are laborious, costly and ethically questionable. An alternative can be an artificial skin membrane, skin PAMPA, or subrogation through physico-chemical parameters, as chromatographic retention. In the present work a methodology based on measurements in an HPLC system with a C18 column, and another based on skin-PAMPA permeability measurements with optimal assay conditions of 4 hours of incubation time and with the use of stirring to decrease the thickness of the aqueous boundary layer, have been established for a wide set of drugs to predict Kp values of neutral species. Both models have been successfully validated in terms of robustness and prediction ability. To extent these methods to ionized species is necessary to study the influence of acid-base ionization in chromatographic retention, skin PAMPA permeability and skin permeability. Therefore, property vs. pH profiles of drugs of different acid-base nature have been obtained through a general equation which relates the measured property with the pH. Fitting of these equations provides the corresponding values of the neutral and ionic form and the pKa values of the drugs in the media solution. In all cases the values of the anions and cations are much lower than that of the neutral forms and the pKa values obtained from the fitting can be linearly related to the aqueous pKa values of the drugs. Anomalous values due to the loss of membrane integrity at basic pH have been found in the skin PAMPA permeability at pH higher than 8. From these results, the relationship between skin permeability and chromatographic retention, corrected by the volume, and skin PAMPA permeability of ionized species has been established and validated correctly. Finally, Kp values of drugs, belonging to different Esteve’s research programs, have been obtained from previous models at pH 5.5 and 7.4 with good predictions. Compounds with favorable permeability coefficient and appropriate pharmacokinetic parameters can be selected as potential candidates to topical administration.