Future of the transdermal drug delivery market – have we barely touched the surface?

Introduction: Transdermal drug delivery is themovement of drugs across the skin for absorption into the systemic circulation. Transfer of the drug can occur via passive or active means; passive trans- dermal products donot disrupt the stratumcorneumto facilitate deliverywhereas active technologies do. Due to the very specific physicochemical properties necessary for successful passive transdermal drug delivery, this sector of the pharmaceutical industry is relatively small. There are many well-documented benefits of this delivery route however, and as a result there is great interest in increasing the number of therapeutic substances that can be delivered transdermally. Areas Covered: This review discusses the various transdermal products that are currently/have been marketed, and the paths that led to their success, or lack of. Both passive and active transdermal technologies are considered with the advantages and limitations of each high- lighted. In addition to marketed products, technologies that are in the investigative stages by various pharmaceutical companies are reviewed. Expert Opinion: Passive transdermal drug delivery has made limited progress in recent years, however with the ongoing intense research into active technologies, there is great potential for growth within the transdermal delivery market. A number of active technologies have already been translated into marketed products, with other platforms including microneedles, rapidly progressing towards commercialisation.

Synthesis, characterization and evaluation of bioactive cyclodextrin derivatives for bimodal applications in drug delivery

Tese de doutoramento, Farmácia (Tecnologia Farmacêutica), Universidade de Lisboa, Faculdade de Farmácia, 2014

Electrospun medicated shellac nanofibers for colon-targeted drug delivery

Medicated shellac nanofibers providing colon-specific sustained release were fabricated using coaxial electrospinning. A solution of 7.5 g shellac and 1.5 g of ferulic acid (FA) in 10 mL ethanol was used as the core fluid, and a mixture of ethanol and N,N-dimethylformamide (8/10 v/v) as the shell. The presence of the shell fluid was required to prevent frequent clogging of the spinneret. The diameters of the fibers (D) can be manipulated by varying the ratio of shell to core flow rates (F), according to the equation D = 0.52F−0.19. Scanning electron microscopy images revealed that fibers prepared with F values of 0.1 and 0.25 had linear morphologies with smooth surfaces, but when the shell fluid flow rate was increased to 0.5 the fiber integrity was compromised. FA was found to be amorphously distributed in the fibers on the basis of X-ray diffraction and differential scanning calorimetry results. This can be attributed to good compatibility between the drug and carrier: IR spectra indicated the presence of hydrogen bonds between the two. In vitro dissolution tests demonstrated that there was minimal FA release at pH 2.0, and sustained release in a neutral dissolution medium. The latter occurred through an erosion mechanism. During the dissolution processes, the shellac fibers were gradually converted into nanoparticles as the FA was freed into solution, and ultimately completely dissolved.

Étude des propriétés de transport dans les hydrogels de curdlan

Les hydrogels de polysaccharide sont des biomatériaux utilisés comme matrices à libération contrôlée de médicaments et comme structures modèles pour l’étude de nombreux systèmes biologiques dont les biofilms bactériens et les mucus. Dans tous les cas, le transport de médicaments ou de nutriments à l’intérieur d’une matrice d’hydrogel joue un rôle de premier plan. Ainsi, l’étude des propriétés de transport dans les hydrogels s’avère un enjeu très important au niveau de plusieurs applications. Dans cet ouvrage, le curdlan, un polysaccharide neutre d’origine bactérienne et formé d’unités répétitives β-D-(1→3) glucose, est utilisé comme hydrogel modèle. Le curdlan a la propriété de former des thermogels de différentes conformations selon la température à laquelle une suspension aqueuse est incubée. La caractérisation in situ de la formation des hydrogels de curdlan thermoréversibles et thermo-irréversibles a tout d’abord été réalisée par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FT-IR) en mode réflexion totale atténuée à température variable. Les résultats ont permis d’optimiser les conditions de gélation, menant ainsi à la formation reproductible des hydrogels. Les caractérisations structurales des hydrogels hydratés, réalisées par imagerie FT-IR, par microscopie électronique à balayage en mode environnemental (eSEM) et par microscopie à force atomique (AFM), ont permis de visualiser les différentes morphologies susceptibles d’influencer la diffusion d’analytes dans les gels. Nos résultats montrent que les deux types d’hydrogels de curdlan ont des architectures distinctes à l’échelle microscopique. La combinaison de la spectroscopie de résonance magnétique nucléaire (RMN) à gradients pulsés et de l’imagerie RMN a permis d’étudier l’autodiffusion et la diffusion mutuelle sur un même système dans des conditions expérimentales similaires. Nous avons observé que la diffusion des molécules dans les gels est ralentie par rapport à celle mesurée en solution aqueuse. Les mesures d’autodiffusion, effectuées sur une série d’analytes de diverses tailles dans les deux types d’hydrogels de curdlan, montrent que le coefficient d’autodiffusion relatif décroit en fonction de la taille de l’analyte. De plus, nos résultats suggèrent que l’équivalence entre les coefficients d’autodiffusion et de diffusion mutuelle dans les hydrogels de curdlan thermo-irréversibles est principalement due au fait que l’environnement sondé par les analytes durant une expérience d’autodiffusion est représentatif de celui exploré durant une expérience de diffusion mutuelle. Dans de telles conditions, nos résultats montrent que la RMN à gradients pulsés peut s’avérer une approche très avantageuse afin de caractériser des systèmes à libération contrôlée de médicaments. D’autres expériences de diffusion mutuelle, menées sur une macromolécule de dextran, montrent un coefficient de diffusion mutuelle inférieur au coefficient d’autodiffusion sur un même gel de curdlan. L’écart mesuré entre les deux modes de transport est attribué au volume différent de l’environnement sondé durant les deux mesures. Les coefficients d’autodiffusion et de diffusion mutuelle similaires, mesurés dans les deux types de gels de curdlan pour les différents analytes étudiés, suggèrent une influence limitée de l’architecture microscopique de ces gels sur leurs propriétés de transport. Il est conclu que les interactions affectant la diffusion des analytes étudiés dans les hydrogels de curdlan se situent à l’échelle moléculaire.

Development and characterization of polymeric nanoparticles(NPs) made from functionalized poly (D,L- lactide) (PLA)polymers

Les nanoparticules polymériques biodégradable (NPs) sont apparues ces dernières années comme des systèmes prometteurs pour le ciblage et la libération contrôlée de médicaments. La première partie de cette étude visait à développer des NPs biodégradables préparées à partir de copolymères fonctionnalisés de l’acide lactique (poly (D,L)lactide ou PLA). Les polymères ont été étudiés comme systèmes de libération de médicaments dans le but d'améliorer les performances des NPs de PLA conventionnelles. L'effet de la fonctionnalisation du PLA par insertion de groupements chimiques dans la chaîne du polymère sur les propriétés physico-chimiques des NPs a été étudié. En outre, l'effet de l'architecture du polymère (mode d'organisation des chaînes de polymère dans le copolymère obtenu) sur divers aspects de l’administration de médicament a également été étudié. Pour atteindre ces objectifs, divers copolymères à base de PLA ont été synthétisés. Plus précisément il s’agit de 1) copolymères du poly (éthylène glycol) (PEG) greffées sur la chaîne de PLA à 2.5% et 7% mol. / mol. de monomères d'acide lactique (PEG2.5%-g-PLA et PEG7%-g-PLA, respectivement), 2) des groupements d’acide palmitique greffés sur le squelette de PLA à une densité de greffage de 2,5% (palmitique acid2.5%-g-PLA), 3) de copolymère « multibloc » de PLA et de PEG, (PLA-PEG-PLA)n. Dans la deuxième partie, l'effet des différentes densités de greffage sur les propriétés des NPs de PEG-g-PLA (propriétés physico-chimiques et biologiques) a été étudié pour déterminer la densité optimale de greffage PEG nécessaire pour développer la furtivité (« long circulating NPs »). Enfin, les copolymères de PLA fonctionnalisé avec du PEG ayant montré les résultats les plus satisfaisants en regard des divers aspects d’administration de médicaments, (tels que taille et de distribution de taille, charge de surface, chargement de drogue, libération contrôlée de médicaments) ont été sélectionnés pour l'encapsulation de l'itraconazole (ITZ). Le but est dans ce cas d’améliorer sa solubilité dans l'eau, sa biodisponibilité et donc son activité antifongique. Les NPs ont d'abord été préparées à partir de copolymères fonctionnalisés de PLA, puis ensuite analysés pour leurs paramètres physico-chimiques majeurs tels que l'efficacité d'encapsulation, la taille et distribution de taille, la charge de surface, les propriétés thermiques, la chimie de surface, le pourcentage de poly (alcool vinylique) (PVA) adsorbé à la surface, et le profil de libération de médicament. L'analyse de la chimie de surface par la spectroscopie de photoélectrons rayon X (XPS) et la microscopie à force atomique (AFM) ont été utilisés pour étudier l'organisation des chaînes de copolymère dans la formulation des NPs. De manière générale, les copolymères de PLA fonctionnalisés avec le PEG ont montré une amélioration du comportement de libération de médicaments en termes de taille et distribution de taille étroite, d’amélioration de l'efficacité de chargement, de diminution de l'adsorption des protéines plasmatiques sur leurs surfaces, de diminution de l’internalisation par les cellules de type macrophages, et enfin une meilleure activité antifongique des NPs chargées avec ITZ. En ce qui concerne l'analyse de la chimie de surface, l'imagerie de phase en AFM et les résultats de l’XPS ont montré la possibilité de la présence de davantage de chaînes de PEG à la surface des NPs faites de PEG-g-PLA que de NPS faites à partie de (PLA-PEG-PLA)n. Nos résultats démontrent que les propriétés des NPs peuvent être modifiées à la fois par le choix approprié de la composition en polymère mais aussi par l'architecture de ceux-ci. Les résultats suggèrent également que les copolymères de PEG-g-PLA pourraient être utilisés efficacement pour préparer des transporteurs nanométriques améliorant les propriétés de certains médicaments,notamment la solubilité, la stabilité et la biodisponibilité.

Développement de tensioactifs à base d’acides biliaires pegylés pour des applications pharmaceutiques

Les acides biliaires sont reconnus comme des tensioactifs d’origine biologique potentiellement applicables dans le domaine pharmaceutique. Leurs structures en font une plateforme idéale pour l’obtention de nouvelles architectures polymères. Des composés synthétisés par polymérisation anionique de dérivés d’oxirane comme l’oxyde d’éthylène, offre des dérivés amphiphiles pegylés démontrant des propriétés d’agrégation intéressantes en vue d’une amélioration de la biocompatibilité et de la capacité d’encapsulation médicamenteuse. Une large gamme d’acides biliaires pegylés (BA(EGn)x) a été préparée avec comme objectif premier leurs applications dans la formulation de principes actifs problématiques. Pour cela, une caractérisation rigoureuse du comportement de ces dérivés (modulation de la longueur (2 < n < 19) et du nombre de bras (2 < x < 4) de PEG) en solution a été réalisée. Dans le but d’améliorer la biodisponibilité de principes actifs lipophiles (cas de l’itraconazole), des nanoémulsions spontanées, composées de BA(EGn)x et d’acide oléique, ont été développées. L’évaluation in vitro, de la toxicité (cellulaire), et de la capacité de solubilisation des systèmes BA(EGn)x, ainsi que les paramètres pharmacocinétiques in vivo (chez le rat), suggèrent une livraison contrôlée par nos systèmes auto-assemblés lors de l’administration orale et intraveineuse. Aussi, la synthèse de copolymères en blocs en étoile à base d’acide cholique pegylés a été effectuée par polymérisation anionique par addition d’un second bloc au caractère hydrophobe de poly(éther d’allyle et de glycidyle) (CA(EGn-b-AGEm)4). Selon le ratio de blocs hydrophiles-hydrophobes CA(EGn-b-AGEm)4, des réponses thermiques en solution (LCST) ont été observées par un point de trouble (Cp) entre 8 oC et 37 oC. Un mécanisme de formation d’agrégats en plusieurs étapes est suggéré. La thiolation des allyles des PAGE permet une fonctionnalisation terminale à haute densité, comparable aux dendrimères. Les caractérisations physico-chimiques des CA(EGn-b-AGEm-NH2)4 et CA(EGn-b-AGEm-COOH)4 indiquent la formation de structures auto-assemblées en solution, sensibles à la température ou au pH. Cette fonctionnalisation élargie le domaine d’application des dérivés d’acides biliaires pegylés en étoile vers la transfection d’ADN, la livraison de siRNA thérapeutiques ou encore à une sélectivité de livraison médicamenteux (ex. sensibilité au pH, greffage ligands).

Effect of polymer architecture on Curcumin 1 encapsulation and release from PEGylated polymer nanoparticles: toward a drug delivery nano-platform to the CNS

We developed a nanoparticles (NPs) library from poly(ethylene glycol)–poly lactic acid comb-like polymers with variable amount of PEG. Curcumin was encapsulated in the NPs with a view to develop a delivery platform to treat diseases involving oxidative stress affecting the CNS. We observed a sharp decrease in size between 15 and 20% w/w of PEG which corresponds to a transition from a large solid particle structure to a “micelle-like” or “polymer nano-aggregate” structure. Drug loading, loading efficacy and release kinetics were determined. The diffusion coefficients of curcumin in NPs were determined using a mathematical modeling. The higher diffusion was observed for solid particles compared to “polymer nano-aggregate” particles. NPs did not present any significant toxicity when tested in vitro on a neuronal cell line. Moreover, the ability of NPs carrying curcumin to prevent oxidative stress was evidenced and linked to polymer architecture and NPs organization. Our study showed the intimate relationship between the polymer architecture and the biophysical properties of the resulting NPs and sheds light on new approaches to design efficient NP-based drug carriers.

Synthesis and Characterization of Magnetic Nanoparticles with High Magnetization and Good Oxidation Resistibility

Magnetic nanoparticles attract increasing attention because of their current and potential biomedical applications, such as, magnetically targeted and controlled drug delivery, magnetic hyperthermia and magnetic extraction. Increased magnetization can lead to improved performance in targeting and retention in drug delivery and a higher efficiency in biomaterials extraction. We reported an approach to synthesize iron contained magnetic nanoparticles with high magnetization and good oxidation resistibility by pyrolysis of iron pentacarbonyl (Fe(CO)[subscript 5]) in methane (CH[subscript 4]). Using the high reactivity of Fe nanoparticles, decomposition of CH[subscript 4] on the Fe nanoparticles leads to the formation of nanocrystalline iron carbides at a temperature below 260°C. Structural investigation indicated that the as-synthesized nanoparticles contained crystalline bcc Fe, iron carbides and spinel iron oxide. The Mössbauer and DSC results testified that the as-synthesized nanoparticle contained three crystalline iron carbide phases, which converted to Fe[subscript 3]C after a heat treatment. Surface analysis suggested that the as-synthesized and subsequently heated iron-iron carbide particles were coated by iron oxide, which originated from oxidization of surface Fe atoms. The heat-treated nanoparticles exhibited a magnetization of 160 emu/g, which is two times of that of currently used spinel iron oxide nanoparticles. After heating in an acidic solution with a pH value of 5 at 60°C for 20 h, the nanoparticles retained 90 percentage of the magnetization.

Testing Delivery Systems in Transnational virtual learning: the vocational management training for the european tourism industry (VocMat) case study

This article discusses the lessons learned from developing and delivering the Vocational Management Training for the European Tourism Industry (VocMat) online training programme, which was aimed at providing flexible, online distance learning for the European tourism industry. The programme was designed to address managers ‘need for flexible, senior management level training which they could access at a time and place which fitted in with their working and non-work commitments. The authors present two main approaches to using the Virtual Learning Environment, the feedback from the participants, and the implications of online Technology in extending tourism training opportunities

Scope and Limitations of The Co-Drug Approach to Topical Drug Delivery

Many currently available drugs show unfavourable physicochemical properties for delivery into or across the skin and temporary chemical modulation of the penetrant is one option to achieve improved delivery properties. Pro-drugs are chemical derivatives of an active drug which is covalently bonded to an inactive pro-moiety in order to overcome pharmaceutical and pharmacokinetic barriers. A pro-drug relies upon conversion within the body to release the parent active drug (and pro-moiety) to elicit its pharmacological effect. The main drawback of this approach is that the pro-moiety is essentially an unwanted ballast which, when released, can lead to adverse effects. The term ‘co-drug’ refers to two or more therapeutic compounds active against the same disease bonded via a covalent chemical linkage and it is this approach which is reviewed for the first time in the current article. For topically applied co-drugs, each moiety is liberated in situ, either chemically or enzymatically, once the stratum corneum barrier has been overcome by the co-drug. Advantages include synergistic modulation of the disease process, enhancement of drug delivery and pharmacokinetic properties and the potential to enhance stability by masking of labile functional groups. The amount of published work on co-drugs is limited but the available data suggest the co-drug concept could provide a significant therapeutic improvement in dermatological diseases. However, the applicability of the co-drug approach is subject to strict limitations pertaining mainly to the availability of compatible moieties and physicochemical properties of the overall molecule.

A nipple shield delivery system for oral drug delivery to breastfeeding infants : Microbicide delivery to inactivate HIV

A new drug delivery method for infants is presented which incorporates an active pharmaceutical ingredient (API)-loaded insert into a nipple shield delivery system (NSDS). The API is released directly into milk during breastfeeding. This study investigates the feasibility of using the NSDS to deliver the microbicide sodium dodecyl sulfate (SDS), with the goal of preventing mother-to-child transmission (MTCT) of HIV during breastfeeding in low-resource settings, when there is no safer alternative for the infant but to breastfeed. SDS has been previously shown to effectively inactivate HIV in human milk. An apparatus was developed to simulate milk flow through and drug release from a NSDS. Using this apparatus milk was pulsed through a prototype device containing a non-woven fiber insert impregnated with SDS and the microbicide was rapidly released. The total SDS release from inserts ranged from 70 to 100% of the average 0.07 g load within 50 ml (the volume of a typical breastfeed). Human milk spiked with H9/HIVIIIB cells was also passed through the same set-up. Greater than 99% reduction of cell-associated HIV infectivity was achieved in the first 10 ml of milk. This proof of concept study demonstrates efficient drug delivery to breastfeeding infants is achievable using the NSDS.

Synthesis of thiolated and acrylated nanoparticles using thiol-ene click chemistry: towards novel mucoadhesive materials for drug delivery

Thiol- and acrylate-functionalized nanoparticles have been synthesized from pentaerythritol tetrakis(3-mercapto-propionate) and pentaerythritol tetraacrylate using thiol-ene click chemistry. Using Raman and 1H NMR spectroscopy as well as Ellman's assay, it was demonstrated that excess pentaerythritol tetraacrylate in the feed mixture led to nanoparticles with free acrylate groups on their surface, whereas nanoparticles with thiolated surfaces could be synthesized using feed mixtures with excess pentaerythritol tetrakis(3-mercapto-propionate). The possibility of fluorescent labelling of thiolated nanoparticles has been demonstrated through their reaction with fluorescein-5-maleimide. The thiolated nanoparticles were found to be mucoadhesive and exhibited retention on mucosal surface of porcine urinary bladder.

Advances in ophthalmic drug delivery

Various strategies for ocular drug delivery are considered; from basic formulation techniques for improving availability of drugs; viscosity enhancers and mucoadhesives aid drug retention and penetration enhancers promote drug transport into the eye. The use of drug loaded contact lenses and ocular inserts allows drugs to be better placed where they are needed for more direct delivery. Developments in ocular implants gives a means to overcome the physical barriers that traditionally prevented effective treatment. Implant technologies are under development allowing long term drug delivery from a single procedure, these devices allow posterior chamber diseases to be effectively treated. Future developments could bring artificial corneas to eliminate the need for donor tissue and one-off implantable drug depots lasting the patient’s lifetime.