Thermal behavior and stability of biodegradable spray-dried microparticles containing triamcinolone

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Thermal analysis of biodegradable microparticles containing ciprofloxacin hydrochloride obtained by spray drying technique

Thermal analysis has been extensively used to obtain information about drug-polymer interactions and to perform pre-formulation studies of pharmaceutical dosage forms. In this work, biodegradable microparticles of poly(D,L-lactide-co-glycolide) (PLGA) containing ciprofloxacin hydrochloride (CP) in various drug:polymer ratios were obtained by spray drying. The main purpose of this study was to investigate the effect of the spray drying process on the drug-polymer interactions and on the stability of microparticles using differential scanning calorimetry (DSC), thermogravimetry (TG) and derivative thermogravimetry (DTG) and infrared spectroscopy (IR). The results showed that the high levels of encapsulation efficiency were dependant on drug:polymer ratio. DSC and TG/DTG analyses showed that for physical mixtures of the microparticles components the thermal profiles were different from those signals obtained with the pure substances. Thermal analysis data disclosed that physical interaction between CP and PLGA in high temperatures had occurred. The DSC and TG profiles for drug-loaded microparticles were very similar to the physical mixtures of components and it was possible to characterize the thermal properties of microparticles according to drug content. These data indicated that the spray dryer technique does not affect the physicochemical properties of the microparticles. In addition, the results are in agreement with IR data analysis demonstrating that no significant chemical interaction occurs between CP and PLGA in both physical mixtures and microparticles. In conclusion, we have found that the spray drying procedure used in this work can be a secure methodology to produce CP-loaded microparticles. (C) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

Blends of cross-linked high amylose starch/pectin loaded with diclofenac

Polymers blends represent an important approach to obtain materials with modulated properties to reach different and desired properties in designing drug delivery systems in order to fulfill therapeutic needs. The aim of this work was to evaluate the influence of drug loading and polymer ratio on the physicochemical properties of microparticles of cross-linked high amylose starch-pectin blends loaded with diclofenac for further application in controlled drug delivery systems. Thermal analysis and X-ray diffractograms evidenced the occurrence of drug-polymer interactions and the former pointed also to an increase in thermal stability due to drug loading. The rheological properties demonstrated that drug loading resulted in formation of weaker gels while the increase of pectin ratio contributes to origin stronger structures. © 2012 Elsevier Ltd.

Desenvolvimento de hidrogéis de dextrano contendo praziquantel

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Microesferas de goma gelana e pectina como potencial estratégia para liberação controlada de fármacos

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Micropartículas de ácido poli lático-co-glicólico obtidas por Spray Drying para liberação prolongada intra-ocular de fármacos

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Micropartículas poliméricas biodegradáveis contendo cetorolaco como estratégia tecnológica para liberação controlada intra-ocular

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Complexos de inclusão com amilose: obtenção, caracterização e avaliação como sistemas de liberação controlada de fármacos

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Structural and thermal properties of spray-dried methotrexate-loaded biodegradable microparticles

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Producing xylan/Eudragit (R) S100-based microparticles by chemical and physico-mechanical approaches as carriers for 5-aminosalicylic acid

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Development and characterization of cefoxitin loaded D,L-PLA nanoparticles

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Micropartículas contendo nanopartículas de quitosana usando sulfato e genipina para liberação modificada da triancinolona: obtenção, caracterização e estudo em células tumorais

Chitosan is a polymer biocompatibility and biodegradability widely used in drug delivery systems. The co-crosslinking of chitosan with sodium sulfate and genipin, to form particulate systems is related of making them more resistant to acidic pH and to modulate the release kinetics for the oral route. Triamcinolone is a glucocorticoid with anti-inflammatory and immunosuppressive actions. The nanoparticles were prepared by co-crosslinking and characterized for particle size, PDI, zeta potential, crosslinking degree, encapsulation rate, morphology, infrared spectroscopy, thermal analysis, release kinetics and cells studies. The nanoparticles were prepared initially without genipin with sodium sulphate and the particles parameters were monitored in function of different ratio of drug / polymer, different concentrations of sodium sulfate and polysorbate 80 and the drip mode of crosslinkers on polymers. After optimizing conditions, the chosen system parameters without genipin included mean diameter of 312.20 ± 5.70 nm, PDI 0.342 ± 0.013 and zeta potential of 20.18 ± 2.28 mV. The genipin was introduced into the system analyzing different concentrations (0.5, 1.0 and 2.0 mM) and crosslinking times (3, 6, 12 and 24 h). Evaluating crosslinking time with genipin (0.5 mM) it was showed that varying the genipin reaction time the systems size ranged from 235.1 to 334.4 nm, the PDI from 0.321 to 0.392 and zeta potential 20.92 to 30.39 mV. The crosslinking degree that coud vary from 14 to 30 %. Nanoparticles without genipina, 6 h and 24 h crosslinking time were dried by spray-drying method. Analysis by scanning electron micrograph (SEM) revealed that the microparticles showed spherical morphology. The encapsulation rate was 75 ± 2.3 % using validated HPLC methodology. The infrared analysis showed chemical interactions between the components of the formulation. Thermal analysis showed that systems with a higher degree of crosslinking had a higher thermal stability. On release kinetics, increasing the degree of crosslinking was able to decrease the concentration and rate of release of triamcinolone. In studies with liver cancer cells (HepG2) and colon (HT-29), the microparticulate prepared with triamcinolone and 24 h of crosslinking with genipin showed a potential for antitumor activity in hepatic cell line HepG2. Therefore, a new delivery system for triamcinolone on polymeric nanoparticles of chitosan cocrosslinked with genipin and sodium sulfate was obtained with hepatic antitumor potential.

Novel surface-tethered estrogen polymeric platforms in cardiovascular regenerative medicine

L’estradiol (E2) est une hormone femelle qui joue un rôle essentiel, à la fois dans la régulation et dans la détermination de certaines conditions physiologiques in vivo, telle que la différenciation et la prolifération cellulaire. Lorsque l’E2 est donné en supplément, par exemple dans le cas de thérapie hormonale, deux effets sont observés, un effet génomique et un effet non-génomique, de par son interaction avec les récepteurs à œstrogène du noyau ou de la membrane cellulaire, respectivement. L’effet non-génomique est plus difficile à étudier biologiquement parce que l’effet se produit sur une échelle de temps extrêmement courte et à cause de la nature hydrophobe de l’E2 qui réduit sa biodisponibilité et donc son accessibilité aux cellules cibles. C’est pourquoi il est nécessaire de développer des systèmes d’administration de l’E2 qui permettent de n’étudier que l’effet non-génomique de l’œstrogène. Une des stratégies employée consiste à greffer l’E2 à des macromolécules hydrophiles, comme de l’albumine de sérum bovin (BSA) ou des dendrimères de type poly(amido)amine, permettant de maintenir l’interaction de l’E2 avec les récepteurs d’œstrogène de la membrane cellulaire et d’éviter la pénétration de l’E2 dans le noyau des cellules. Toutefois, ces systèmes macromolécules-E2 sont critiquables car ils sont peu stables et l’E2 peut se retrouver sous forme libre, ce qui affecte sa localisation cellulaire. L’objectif de cette thèse est donc de développer de nouvelles plateformes fonctionnalisées avec de l’E2 en utilisant les approches de synthèses ascendantes et descendantes. Le but de ces plateformes est de permettre d’étudier le mécanisme de l’effet non-génomique de l’E2, ainsi que d’explorer des applications potentielles dans le domaine biomédical. L’approche ascendante est basée sur un ligand d’E2 activé, l’acide 17,α-éthinylestradiol-benzoïque, attaché de façon covalente à un polymère de chitosan avec des substitutions de phosphorylcholine (CH-PC-E2). L’estradiol est sous forme de pro-drogue attachée au polymère qui s’auto-assembler pour former un film. L’effet biologique de la composition chimique du film de chitosan-phosphorylcholine a été étudié sur des cellules endothéliales. Les films de compositions chimiques différentes ont préalablement été caractérisés de façon physicochimique. La topographie de la surface, la charge de surface, ainsi que la rhéologie des différents films contenant 15, 25, ou 40% molaires de phosphorylcholine, ont été étudiés par microscopie à force atomique (AFM), potentiel zêta, résonance plasmonique de surface et par microbalance à cristal de quartz avec dissipation (QCM-D). Les résultats de QCM-D ont montré que plus la part molaire en phosphorylcholine est grande moins il y a de fibrinogène qui s’adsorbe sur le film de CH-PC. Des cellules humaines de veine ombilicale (HUVECs) cultivées sur des films de CH-PC25 et de CH-PC40 forment des amas cellulaire appelés sphéroïdes au bout de 4 jours, alors que ce n’est pas le cas lorsque ces cellules sont cultivées sur des films de CH-PC15. L’attachement de l’estradiol au polymère a été caractérisé par plusieurs techniques, telles que la résonance magnétique nucléaire de proton (1H NMR), la spectroscopie infrarouge avec transformée de Fourier à réfraction totale atténuée (FTIR-ATR) et la spectroscopie UV-visible. La nature hydrogel des films (sa capacité à retenir l’eau) ainsi que l’interaction des films avec des récepteurs à E2, ont été étudiés par la QCM-D. Des études d’imagerie cellulaires utilisant du diacétate de diaminofluoresceine-FM ont révélé que les films hydrogels de CH-PC-E2 stimulent la production d’oxyde nitrique par les cellules endothéliales, qui joue un rôle protecteur pour le système cardiovasculaire. L’ensemble de ces études met en valeur les rôles différents et les applications potentielles qu’ont les films de type CH-PC-E2 et CH-PC dans le cadre de la médecine cardiovasculaire régénérative. L’approche descendante est basée sur l’attachement de façon covalente d’E2 sur des ilots d’or de 2 μm disposés en rangées et espacés par 12 μm sur un substrat en verre. Les ilots ont été préparés par photolithographie. La surface du verre a quant à elle été modifiée à l’aide d’un tripeptide cyclique, le cRGD, favorisant l’adhésion cellulaire. L’attachement d’E2 sur les surfaces d’or a été suivi et confirmé par les techniques de SPR et de QCM-D. Des études d’ELISA ont montré une augmentation significative du niveau de phosphorylation de la kinase ERK (marqueur important de l’effet non-génomique) après 1 heure d’exposition des cellules endothéliales aux motifs alternant l’E2 et le cRGD. Par contre lorsque des cellules cancéreuses sont déposées sur les surfaces présentant des motifs d’E2, ces cellules ne croissent pas, ce qui suggère que l’E2 n’exerce pas d’effet génomique. Les résultats de l’approche descendante montrent le potentiel des surfaces présentant des motifs d’E2 pour l’étude des effets non-génomiques de l’E2 dans un modèle in vitro.

Novel surface-tethered estrogen polymeric platforms in cardiovascular regenerative medicine

L’estradiol (E2) est une hormone femelle qui joue un rôle essentiel, à la fois dans la régulation et dans la détermination de certaines conditions physiologiques in vivo, telle que la différenciation et la prolifération cellulaire. Lorsque l’E2 est donné en supplément, par exemple dans le cas de thérapie hormonale, deux effets sont observés, un effet génomique et un effet non-génomique, de par son interaction avec les récepteurs à œstrogène du noyau ou de la membrane cellulaire, respectivement. L’effet non-génomique est plus difficile à étudier biologiquement parce que l’effet se produit sur une échelle de temps extrêmement courte et à cause de la nature hydrophobe de l’E2 qui réduit sa biodisponibilité et donc son accessibilité aux cellules cibles. C’est pourquoi il est nécessaire de développer des systèmes d’administration de l’E2 qui permettent de n’étudier que l’effet non-génomique de l’œstrogène. Une des stratégies employée consiste à greffer l’E2 à des macromolécules hydrophiles, comme de l’albumine de sérum bovin (BSA) ou des dendrimères de type poly(amido)amine, permettant de maintenir l’interaction de l’E2 avec les récepteurs d’œstrogène de la membrane cellulaire et d’éviter la pénétration de l’E2 dans le noyau des cellules. Toutefois, ces systèmes macromolécules-E2 sont critiquables car ils sont peu stables et l’E2 peut se retrouver sous forme libre, ce qui affecte sa localisation cellulaire. L’objectif de cette thèse est donc de développer de nouvelles plateformes fonctionnalisées avec de l’E2 en utilisant les approches de synthèses ascendantes et descendantes. Le but de ces plateformes est de permettre d’étudier le mécanisme de l’effet non-génomique de l’E2, ainsi que d’explorer des applications potentielles dans le domaine biomédical. L’approche ascendante est basée sur un ligand d’E2 activé, l’acide 17,α-éthinylestradiol-benzoïque, attaché de façon covalente à un polymère de chitosan avec des substitutions de phosphorylcholine (CH-PC-E2). L’estradiol est sous forme de pro-drogue attachée au polymère qui s’auto-assembler pour former un film. L’effet biologique de la composition chimique du film de chitosan-phosphorylcholine a été étudié sur des cellules endothéliales. Les films de compositions chimiques différentes ont préalablement été caractérisés de façon physicochimique. La topographie de la surface, la charge de surface, ainsi que la rhéologie des différents films contenant 15, 25, ou 40% molaires de phosphorylcholine, ont été étudiés par microscopie à force atomique (AFM), potentiel zêta, résonance plasmonique de surface et par microbalance à cristal de quartz avec dissipation (QCM-D). Les résultats de QCM-D ont montré que plus la part molaire en phosphorylcholine est grande moins il y a de fibrinogène qui s’adsorbe sur le film de CH-PC. Des cellules humaines de veine ombilicale (HUVECs) cultivées sur des films de CH-PC25 et de CH-PC40 forment des amas cellulaire appelés sphéroïdes au bout de 4 jours, alors que ce n’est pas le cas lorsque ces cellules sont cultivées sur des films de CH-PC15. L’attachement de l’estradiol au polymère a été caractérisé par plusieurs techniques, telles que la résonance magnétique nucléaire de proton (1H NMR), la spectroscopie infrarouge avec transformée de Fourier à réfraction totale atténuée (FTIR-ATR) et la spectroscopie UV-visible. La nature hydrogel des films (sa capacité à retenir l’eau) ainsi que l’interaction des films avec des récepteurs à E2, ont été étudiés par la QCM-D. Des études d’imagerie cellulaires utilisant du diacétate de diaminofluoresceine-FM ont révélé que les films hydrogels de CH-PC-E2 stimulent la production d’oxyde nitrique par les cellules endothéliales, qui joue un rôle protecteur pour le système cardiovasculaire. L’ensemble de ces études met en valeur les rôles différents et les applications potentielles qu’ont les films de type CH-PC-E2 et CH-PC dans le cadre de la médecine cardiovasculaire régénérative. L’approche descendante est basée sur l’attachement de façon covalente d’E2 sur des ilots d’or de 2 μm disposés en rangées et espacés par 12 μm sur un substrat en verre. Les ilots ont été préparés par photolithographie. La surface du verre a quant à elle été modifiée à l’aide d’un tripeptide cyclique, le cRGD, favorisant l’adhésion cellulaire. L’attachement d’E2 sur les surfaces d’or a été suivi et confirmé par les techniques de SPR et de QCM-D. Des études d’ELISA ont montré une augmentation significative du niveau de phosphorylation de la kinase ERK (marqueur important de l’effet non-génomique) après 1 heure d’exposition des cellules endothéliales aux motifs alternant l’E2 et le cRGD. Par contre lorsque des cellules cancéreuses sont déposées sur les surfaces présentant des motifs d’E2, ces cellules ne croissent pas, ce qui suggère que l’E2 n’exerce pas d’effet génomique. Les résultats de l’approche descendante montrent le potentiel des surfaces présentant des motifs d’E2 pour l’étude des effets non-génomiques de l’E2 dans un modèle in vitro.

PEG-based solid dispersions enhanced the solubility and dissolution of eprosartan mesylate in-vitro

Abstract - This study investigates the effect of solid dispersions prepared from of polyethylene glycol (PEG) 3350 and 6000 Da alone or combined with the non-ionic surfactant Tween 80 on the solubility and dissolution rate of a poorly soluble drug eprosartan mesylate (ESM) in attempt to improve its bioavailability following its oral administration.

INTRODUCTION

ESM is a potent anti-hypertension [1]. It has low water solubility and is classified as a Class II drug as per the Biopharmaceutical Classification Systems (BCS) leading to low and variable oral bioavailability (approximately 13%). [2]. Thus, improving ESM solubility and/or dissolution rate would eventually improve the drug bioavailability. Solid dispersion is widely used technique to improve the water solubility of poorly water-soluble drugs employing various biocompatible polymers. In this study, we aimed to enhance the solubility and dissolution of EMS employing solid dispersion (SD) formulated from two grades of poly ethylene glycol (PEG) polymers (i.e. PEG 3350 & PEG 6000 Da) either individually or in combination with Tween 80.

MATERIALS AND METHODS

ESM SDs were prepared by solvent evaporation method using either PEG 3350 or PEG 6000 at various (drug: polymer, w/w) ratios 1:1, 1:2, 1:3, 1:4, 1:5 alone or combined with Tween 80 added at fixed percentage of 0.1 of drug by weight?. Physical mixtures (PMs) of drug and carriers were also prepared at same ratios. Drug solid dispersions and physical mixtures were characterized in terms of drug content, drug dissolution using dissolution apparatus USP II and assayed using HPLC method. Drug dissolution enhancement ratio (ER %) from SD in comparison to the plain drug was calculated. Drug-polymer interactions were evaluated using Differential Scanning Calorimetry (DSC) and FT-IR.

RESULTS AND DISCUSSION

The in vitro solubility and dissolution studies showed SDs prepared using both polymers produced a remarkable improvement (p<0.05) in comparison to the plain drug which reached around 32% (Fig. 1). The dissolution enhancement ratio was polymer type and concentration-dependent. Adding Tween 80 to the SD did not show further dissolution enhancement but reduced the required amount of the polymer to get the same dissolution enhancement. The DSC and FT-IR studies indicated that using SD resulted in transformation of drug from crystalline to amorphous form.

CONCLUSIONS

This study indicated that SDs prepared by using both polymers i.e. PEG 3350 and PEG 6000 improved the in-vitro solubility and dissolution of ESM remarkably which may result in improving the drug bioavailability in vivo.

Acknowledgments

This work is a part of MSc thesis of O.M. Ali at the Faculty of Pharmacy, Aleppo University, Syria.

REFERENCES

[1] Ruilope L, Jager B: Eprosartan for the treatment of hypertension. Expert Opin Pharmacother 2003; 4(1):107-14

[2] Tenero D, Martin D, Wilson B, Jushchyshyn J, Boike S, Lundberg, D, et al. Pharmacokinetics of intravenously and orally administered Eprosartan in healthy males: absolute bioavailability and effect of food. Biopharm Drug Dispos 1998; 19(6): 351- 6.