Estabilització de sistemes polimèrics nanoestructurats de pioglitazona per al tractament de la inflamació ocular: estudis in vitro, ex vivo i in vivo

Abstract

[cat] La pioglitazona (PGZ) és un fàrmac que s’utilitza per al tractament de la diabetis tipus 2 ja que incrementa la sensibilitat de les cèl·lules a la insulina plasmàtica. La PGZ actua com a agonista del receptor nuclear PPAR-γ, el qual regula l’homeòstasi de la glucosa, el metabolisme dels lípids i la inflamació. És per això que s’investiguen altres possibles funcions de la PGZ, entre elles l’antiinflamatòria. De fa unes quantes dècades la nanotecnologia també s’utilitza en el camp de la medicina i una de les principals aplicacions és el transport de fàrmacs amb sistemes nanoestructurats. En concret les nanopartícules (NPs) polimèriques presenten una gran versatilitat ja que transporten el fàrmac i l’alliberen de forma perllongada. Per fabricar- les s’han de seleccionar polímers biodegradables i no tòxics i poden ser utilitzades en diferents vies d’aplicació. El desenvolupament de NPs ha esdevingut molt important per a l’aplicació ocular ja que les formes tradicionals (col·liris i cremes) s’eliminen ràpidament i això fa que la biodisponibilitat dels fàrmacs sigui molt baixa. Les NPs polimèriques de PGZ amb PLGA-PEG (àcid poli(làctic-co-glicòlic)- polietilenglicol) elaborades en aquesta tesi mitjançant la tècnica de la nanoprecipitació presentaven les següents característiques: una grandària aproximada de 250 nm amb un índex de polidispersitat < 0.2, una càrrega superficial aproximada de - 3 mV i una eficàcia d’encapsulació al voltant del 90 %. Aquestes propietats són adequades per al tractament ocular. L’anàlisi fisicoquímica amb tècniques espectroscòpiques i calorimètriques va confirmar que la PGZ es troba dispersa dins de les NPs. Aquests sistemes col·loidals s’han d’estabilitzar mitjançant un procés d’assecatge per poder emmagatzemar-los a llarg termini i en condicions ambientals. En aquest treball les NPs es van estabilitzar per la tècnica d’assecatge de l’aerosol i es va analitzar l’impacte del procés d’assecat en la integritat de l’estructura, la repercussió en els perfils d’alliberament in vitro i en la penetració tissular ex vivo, la toxicitat, i l’efecte en l’activitat farmacològica. L’administració del fàrmac a través de membranes de diàlisi proporcionava un alliberament retardat i durador de la PGZ. L’anàlisi de la penetració ex vivo a través de còrnia i escleròtica va revelar que una concentració suficient de PGZ es va retenir en el teixit, evitant una penetració excessiva. El test d’irritació HET-CAM va determinar que la tolerància de la formulació era òptima. El test de Draize de tolerància ocular in vivo, va confirmar que no hi havia signes

d’irritació o dany i, respecte a l’eficàcia terapèutica es va demostrar que les NPs de PGZ aplicades en conills disminuïen significativament la inflamació quan s’induïa la inflamació ocular amb araquidonat sòdic, comparant amb animals control no tractats. Els estudis de toxicitat es van realitzar amb la línia cel·lular de retinoblastoma humà Y- 79 demostrant que la viabilitat cel·lular es mantenia al 90 % passades 48 h. En conills tractats amb PGZ-NPs, i en un estudi d’eficàcia en porcs, es va analitzar la ultraestructura de la còrnia mitjançant difracció de raigs-X amb radiació de sincrotró, utilitzant la tècnica SAXS (Small-Angle X-Ray Scattering), la qual va permetre avaluar possibles canvis en la distància interfibril·lar i en el diàmetre fibril·lar del col·lagen. Els resultats van indicar que no es produïen alteracions significatives que fessin pensar en una pèrdua de visió i que la formulació possiblement té un efecte protector de la inflamació. Es va determinar la presència de PGZ en diferents teixits oculars (còrnia, escleròtica, cristal·lí, humor aquós i humor vitri) de porcs i conills després d’administrar-los la formulació. La determinació es va realitzar mitjançant un mètode de cromatografia de líquids amb detecció per espectrometria de masses, el qual es va desenvolupar i validar en aquesta tesi seguint les guies de validació dels mètodes bioanalítics. La presència de PGZ en tots els teixits indica que pot arribar al segment posterior de l’ull, el qual se sol tractar amb injeccions intraoculars per la seva inaccessibilitat. En resum, les NPs desenvolupades poden ampliar l’aplicabilitat de la PGZ utilitzant-la per al tractament de la inflamació ocular.

[eng] Pioglitazone (PGZ) is a drug used to treat type 2 diabetes by enhancing insulin sensitivity. PGZ acts as agonist of peroxisome proliferator-activated receptor gamma (PPAR-γ), a nuclear receptor that regulates glucose homeostasis, lipid metabolism and inflammation. Because of that, PGZ is investigated beyond its primary use and studies are found employing it as anti-inflammatory in the treatment of different diseases. Classical ocular drug delivery systems (eye drops and ointments) often fail to fight against diseases due to poor ocular bioavailability and low ocular residence time. Drug- loaded nanoparticles (NPs) are the new systems that can greatly improve the delivery and targeting of drugs to specific tissues and organs, therefore, the use of polymeric nanoparticles has reached much interest for ophthalmic drug delivery. In this work, PGZ-loaded poly(lactic-co-glycolic)acid-polyethylene glycol (PLGA-PEG) NPs were synthetized and stabilized by the spray drying technique. The formulation was characterized physicochemically showing that it was suitable for ocular application and that PGZ was efficiently encapsulated in the polymer matrix. The nanosystem showed in vitro prolonged release in comparison with free PGZ and ex vivo permeation studies revealed not only a prolonged release but also that PGZ was retained in the cornea and sclera tissues. No toxicity was detected in the retinoblastoma cellular line Y- 79. The formulation was tested in animal models with the objective of providing a new formulation safe for ocular treatment: HET-CAM test, Draize test, anti-inflammatory efficacy, corneal transparency, corneal histology and study of the ultrastructure of the cornea with small-angle X-ray scattering (SAXS). A very sensitive and accurate LC-MS/MS method to determine pioglitazone in ocular tissues was developed and validated according to bioanalytical method guidelines to demonstrate that after the instillation, the drug penetrates through the cornea to the sclera, iris, aqueous and vitreous humours, and remains in the tissues. In summary, the developed nanocarrier can extend the applicability of PGZ to inflammatory ocular processes.