Formulation and nebulization of fluticasone propionate-loaded lipid nanocarriers.

International audience

Micro and nanosystems for delivering local anesthetics

Introduction: One of the most common strategies for pain control during and after surgical procedures is the use of local anesthetics. Prolonged analgesia can be safely achieved with drug delivery systems suitably chosen for each local anesthetic agent.Areas covered: This review considers drug delivery formulations of local anesthetics designed to prolong the anesthetic effect and decrease toxicity. The topics comprise the main drug delivery carrier systems (liposomes, biopolymers, and cyclodextrins) for infiltrative administration of local anesthetics. A chronological review of the literature is presented, including details of formulations as well as the advantages and pitfalls of each carrier system. The review also highlights pharmacokinetic data on such formulations, and gives an overview of the clinical studies published so far concerning pain control in medicine and dentistry.Expert opinion: The design of novel drug delivery systems for local anesthetics must focus on how to achieve higher uploads of the anesthetic into the carrier, and how to sustain its release. This comprehensive review should be useful to provide the reader with the current state-of-art regarding drug delivery formulations for local anesthetics and their possible clinical applications.

Síntese e caracterização do poli(ácido láctico) para potencial uso em sistemas de liberação controlada de fármacos

With the advances in medicine, life expectancy of the world population has grown considerably in recent decades. Studies have been performed in order to maintain the quality of life through the development of new drugs and new surgical procedures. Biomaterials is an example of the researches to improve quality of life, and its use goes from the reconstruction of tissues and organs affected by diseases or other types of failure, to use in drug delivery system able to prolong the drug in the body and increase its bioavailability. Biopolymers are a class of biomaterials widely targeted by researchers since they have ideal properties for biomedical applications, such as high biocompatibility and biodegradability. Poly (lactic acid) (PLA) is a biopolymer used as a biomaterial and its monomer, lactic acid, is eliminated by the Krebs Cycle (citric acid cycle). It is possible to synthesize PLA through various synthesis routes, however, the direct polycondensation is cheaper due the use of few steps of polymerization. In this work we used experimental design (DOE) to produce PLAs with different molecular weight from the direct polycondensation of lactic acid, with characteristics suitable for use in drug delivery system (DDS). Through the experimental design it was noted that the time of esterification, in the direct polycondensation, is the most important stage to obtain a higher molecular weight. The Fourier Transform Infrared (FTIR) spectrograms obtained were equivalent to the PLAs available in the literature. Results of Differential Scanning Calorimetry (DSC) showed that all PLAs produced are semicrystalline with glass transition temperatures (Tgs) ranging between 36 - 48 °C, and melting temperatures (Tm) ranging from 117 to 130 °C. The PLAs molecular weight characterized from Size Exclusion Chromatography (SEC), varied from 1000 to 11,000 g/mol. PLAs obtained showed a fibrous morphology characterized by Scanning Electron Microscopy (SEM)

Étude de propriétés physico-chimiques des membranes lipidiques chargées d’acide palmitique/stérol et de stéarylamine/cholestérol

Les stérosomes, des vésicules artificielles composées d’amphiphiles monoalkylés et d’un grand pourcentage de stérols, sont prometteurs dans plusieurs domaines comme les industries pharmaceutiques et alimentaires. Il existe des stérosomes chargés négativement, positivement et neutres. Dans ce mémoire, nous avons approfondi nos connaissances sur les propriétés physico-chimiques des stérosomes chargés : acide palmitique (PA)/stérol et stéarylamine (SA)/cholestérol (Chol). Premièrement, afin de mesurer la diffusion latérale de PA dans les membranes PA/stérol (30/70 mol/mol) par RMN à gradients pulsés, nous avons tenté de former des bicouches liquide-ordonnées (lo) orientées magnétiquement avec ce mélange. En s'inspirant de l’idée que l’ajout de 1,2-dihexanoyl-sn-glycéro-3-phosphocholine (DHPC), un lipide à courtes chaînes, dans le système 1,2-dimyristoyl-sn-glycéro-3-phosphocholine (DMPC) mène à la formation de bicouches orientées, nous avons étudié la formulation PA perdeutéré/acide hexanoïque (HA)/Chol avec une proportion molaire de 25/18/57 à plusieurs températures; aucune formation de bicouches orientées n’a été observée. Ce résultat pourrait être expliqué par la solubilisation partielle de HA en milieu aqueux. Alors, une quantité insuffisante serait insérée dans la bicouche pour induire son orientation. La formulation PA perdeutéré/DHPC/Chol n’a pas conduit, elle non plus, à des bicouches orientées magnétiquement à des températures et concentrations lipidiques variées. En étudiant le mélange DMPC/DHPC/Chol (67/17/14), nous avons remarqué que la présence de Chol inhibait l'orientation magnétique des bicouches. Tandis que le mélange DMPC/DHPC/stigmastérol (SS) avec les proportions molaires 67/19/14 et 72/21/7 conduisait à des bicouches orientées avec leur normale (n) perpendiculaire au champ magnétique à 40 °C et 50 °C. Ces résultats suggèrent que le mélange PA/SS avec une proportion de lipide à courtes chaînes, HA et DHPC, pourrait mener à des bicouches orientées magnétiquement. Le mélange PA/Chol avec un lipide à courtes chaînes pourrait aussi être étudié en présence des lanthanides. Deuxièmement, nous avons examiné la possibilité de moduler la libération de matériel encapsulé dans des liposomes essentiellement composés de PA et d’un stérol. Il est connu que le mélange PA/Chol (30/70) à pH ≥ 7,5 forme des liposomes très peu perméables. Il est avantageux de pouvoir moduler la perméabilité pour avoir un contrôle sur le temps de libération de leur contenu, qui est un paramètre de grande importance pour les formulations liposomales de médicaments. D’abord, il a été montré que l’acide oléique (OA)/Chol (30/70) est capable de former des vésicules, ce qui n’avait jamais été prouvé auparavant. Par contre, les bicouches OA/Chol (30/70) ne sont pas plus perméables que les bicouches PA/Chol (30/70). L’ajout de 1-palmitoyl-2-oléoyl-sn-glycéro-3-phosphatidylcholine (POPC) dans le mélange PA/Chol n’augmente pas plus la perméabilité. En effet, les cinétiques de relargage de calcéine des vésicules PA/POPC/Chol (15/27.5/57.5), POPC/Chol (40/60) et POPC étaient très semblables à celle de PA/Chol (30/70). Il a été remarqué que les études littéraires se contredisent à propos de la perméabilité à la calcéine des bicouches de phosphatidylcholine (PC). L’explication de ces divergences est inconnue pour le moment. En remplaçant la moitié de la proportion molaire de Chol par le cholate de sodium (SC) dans le mélange PA/Chol (30/70), la membrane n’était pas plus apte à libérer son contenu. Il se pourrait que le SC se retrouvant dans la bicouche n’induit pas une diminution d’empilement. Il est aussi possible que le SC ne s'insère pas dans la membrane à cause de son hydrophilie considérable et il pourrait alors former seul des micelles. En remplaçant complètement le Chol par le sulfate de cholestérol (SChol), un stérol chargé négativement, et en préparant les vésicules à un bas pH, la formulation PA/SChol (30/70) mène à une très grande perméabilité à pH 7.5; le relargage est provoqué par un saut de pH. Nos travaux suggèrent qu'il serait possible de moduler la perméabilité des liposomes en les préparant avec le mélange PA/SChol/Chol en variant les proportions entre 30/63/7 à 30/70/0. Le diagramme pH-composition du mélange PA/SChol/Chol indique que ces proportions conduisent, à pH 7.4, à la coexistence de phases solide et lo en différentes proportions, ce qui pourrait moduler la perméabilité membranaire. Troisièmement, les résultats de perméabilité obtenus avec la calcéine et les difficultés survenues lors de l’extrusion des vésicules encapsulant cette sonde nous ont amené à nous demander si la calcéine interagit avec les bicouches chargées. L’impact de certains anions, dont la calcéine, a été examiné sur les bicouches chargées positivement SA/Chol (50/50). La calorimétrie différentielle à balayage (DSC, de l’anglais differential scanning calorimetry), indique qu’il n’y a aucune transition entre 25 et 90 °C pour les liposomes SA/Chol (50/50) à pH = 7.4. L’ajout de chlorure de sodim (375 mM) n’a pas mené à la formation d’agrégats et aucune transition n’a été observée sur le thermogramme. La formation d’agrégats macroscopiques instantanément après l’ajout d’hydrogénophosphate de sodium (125 mM), de sulfate de sodium (125 mM) et de calcéine (3 mM) a été observée. Une transition a été observée sur les thermogrammes en présence de ces sels. Les agrégats observés pourraient être associés à la transition de phase. L’effet des anions sur la température et l’enthalpie de transition suivent le même ordre que la série d’Hofmeister : sulfate > hydrogénophosphate > chlorure (pas de pic). La calcéine avait l’impact le plus prononcé sur l’agrégation; ceci illustre que la calcéine n’est pas une sonde fluorescente inerte avec le mélange SA/Chol. Elle pourrait être un chaotrope volumineux. De plus, les interactions SA-calcéine plus fortes, menant à l’agrégation des vésicules, que les interactions PC-calcéine pourraient s’expliquer par le fait que la SA est chargée positivement.

Étude de propriétés physico-chimiques des membranes lipidiques chargées d’acide palmitique/stérol et de stéarylamine/cholestérol

Les stérosomes, des vésicules artificielles composées d’amphiphiles monoalkylés et d’un grand pourcentage de stérols, sont prometteurs dans plusieurs domaines comme les industries pharmaceutiques et alimentaires. Il existe des stérosomes chargés négativement, positivement et neutres. Dans ce mémoire, nous avons approfondi nos connaissances sur les propriétés physico-chimiques des stérosomes chargés : acide palmitique (PA)/stérol et stéarylamine (SA)/cholestérol (Chol). Premièrement, afin de mesurer la diffusion latérale de PA dans les membranes PA/stérol (30/70 mol/mol) par RMN à gradients pulsés, nous avons tenté de former des bicouches liquide-ordonnées (lo) orientées magnétiquement avec ce mélange. En s'inspirant de l’idée que l’ajout de 1,2-dihexanoyl-sn-glycéro-3-phosphocholine (DHPC), un lipide à courtes chaînes, dans le système 1,2-dimyristoyl-sn-glycéro-3-phosphocholine (DMPC) mène à la formation de bicouches orientées, nous avons étudié la formulation PA perdeutéré/acide hexanoïque (HA)/Chol avec une proportion molaire de 25/18/57 à plusieurs températures; aucune formation de bicouches orientées n’a été observée. Ce résultat pourrait être expliqué par la solubilisation partielle de HA en milieu aqueux. Alors, une quantité insuffisante serait insérée dans la bicouche pour induire son orientation. La formulation PA perdeutéré/DHPC/Chol n’a pas conduit, elle non plus, à des bicouches orientées magnétiquement à des températures et concentrations lipidiques variées. En étudiant le mélange DMPC/DHPC/Chol (67/17/14), nous avons remarqué que la présence de Chol inhibait l'orientation magnétique des bicouches. Tandis que le mélange DMPC/DHPC/stigmastérol (SS) avec les proportions molaires 67/19/14 et 72/21/7 conduisait à des bicouches orientées avec leur normale (n) perpendiculaire au champ magnétique à 40 °C et 50 °C. Ces résultats suggèrent que le mélange PA/SS avec une proportion de lipide à courtes chaînes, HA et DHPC, pourrait mener à des bicouches orientées magnétiquement. Le mélange PA/Chol avec un lipide à courtes chaînes pourrait aussi être étudié en présence des lanthanides. Deuxièmement, nous avons examiné la possibilité de moduler la libération de matériel encapsulé dans des liposomes essentiellement composés de PA et d’un stérol. Il est connu que le mélange PA/Chol (30/70) à pH ≥ 7,5 forme des liposomes très peu perméables. Il est avantageux de pouvoir moduler la perméabilité pour avoir un contrôle sur le temps de libération de leur contenu, qui est un paramètre de grande importance pour les formulations liposomales de médicaments. D’abord, il a été montré que l’acide oléique (OA)/Chol (30/70) est capable de former des vésicules, ce qui n’avait jamais été prouvé auparavant. Par contre, les bicouches OA/Chol (30/70) ne sont pas plus perméables que les bicouches PA/Chol (30/70). L’ajout de 1-palmitoyl-2-oléoyl-sn-glycéro-3-phosphatidylcholine (POPC) dans le mélange PA/Chol n’augmente pas plus la perméabilité. En effet, les cinétiques de relargage de calcéine des vésicules PA/POPC/Chol (15/27.5/57.5), POPC/Chol (40/60) et POPC étaient très semblables à celle de PA/Chol (30/70). Il a été remarqué que les études littéraires se contredisent à propos de la perméabilité à la calcéine des bicouches de phosphatidylcholine (PC). L’explication de ces divergences est inconnue pour le moment. En remplaçant la moitié de la proportion molaire de Chol par le cholate de sodium (SC) dans le mélange PA/Chol (30/70), la membrane n’était pas plus apte à libérer son contenu. Il se pourrait que le SC se retrouvant dans la bicouche n’induit pas une diminution d’empilement. Il est aussi possible que le SC ne s'insère pas dans la membrane à cause de son hydrophilie considérable et il pourrait alors former seul des micelles. En remplaçant complètement le Chol par le sulfate de cholestérol (SChol), un stérol chargé négativement, et en préparant les vésicules à un bas pH, la formulation PA/SChol (30/70) mène à une très grande perméabilité à pH 7.5; le relargage est provoqué par un saut de pH. Nos travaux suggèrent qu'il serait possible de moduler la perméabilité des liposomes en les préparant avec le mélange PA/SChol/Chol en variant les proportions entre 30/63/7 à 30/70/0. Le diagramme pH-composition du mélange PA/SChol/Chol indique que ces proportions conduisent, à pH 7.4, à la coexistence de phases solide et lo en différentes proportions, ce qui pourrait moduler la perméabilité membranaire. Troisièmement, les résultats de perméabilité obtenus avec la calcéine et les difficultés survenues lors de l’extrusion des vésicules encapsulant cette sonde nous ont amené à nous demander si la calcéine interagit avec les bicouches chargées. L’impact de certains anions, dont la calcéine, a été examiné sur les bicouches chargées positivement SA/Chol (50/50). La calorimétrie différentielle à balayage (DSC, de l’anglais differential scanning calorimetry), indique qu’il n’y a aucune transition entre 25 et 90 °C pour les liposomes SA/Chol (50/50) à pH = 7.4. L’ajout de chlorure de sodim (375 mM) n’a pas mené à la formation d’agrégats et aucune transition n’a été observée sur le thermogramme. La formation d’agrégats macroscopiques instantanément après l’ajout d’hydrogénophosphate de sodium (125 mM), de sulfate de sodium (125 mM) et de calcéine (3 mM) a été observée. Une transition a été observée sur les thermogrammes en présence de ces sels. Les agrégats observés pourraient être associés à la transition de phase. L’effet des anions sur la température et l’enthalpie de transition suivent le même ordre que la série d’Hofmeister : sulfate > hydrogénophosphate > chlorure (pas de pic). La calcéine avait l’impact le plus prononcé sur l’agrégation; ceci illustre que la calcéine n’est pas une sonde fluorescente inerte avec le mélange SA/Chol. Elle pourrait être un chaotrope volumineux. De plus, les interactions SA-calcéine plus fortes, menant à l’agrégation des vésicules, que les interactions PC-calcéine pourraient s’expliquer par le fait que la SA est chargée positivement.

Development and characterization of biocompatible isotropic and anisotropic oil-in-water colloidal dispersions as a new delivery system for methyl dihydrojasmonate antitumor drug

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Modulation of gel formation and drug-release characteristics of lidocaine-loaded poly(vinyl alcohol)-tetraborate hydrogel systems using scavenger polyol sugars

Polyol sugars, displaying a plurality Of hydroxyl groups, were shown to modulate tetra hydroxyborate (borate) cross-linking in lidocaine hydrochloride containing poly(vinyl alcohol) scini-solid hydrogels. Without polyol, demixing of borate cross-linked PVA hydrogels into two distinct phases was noticeable upon lidocaine hydrochloride addition, preventing further use as a topical System. D-Mannitol incorporation was found to be particularly suitable in cicumventing network constriction induced by ionic and pH effects upon adding the hydrochloride salt of lidocaine. A test formulation (4% w/v lidocaine HCl, 2% W/V D-mannitol, 10% w/v PVA and 2.5%, w/v THB) was shown to constitute an effective delivery system, which was characterised by an initial burst release and a drug release mechanism dependent on temperature, changing from a diffusion-controlled system to one with the properties of a reservoir system. The novel flow properties and innocuous adhesion of PVA-tetrahydroxyborate hydrogels Support their application for drug delivery to exposed epithelial surfaces, Such as lacerated wounds. Furthermore, addition of a polyol, such as mannitol, allows incorporation of soluble salt forms of active therapeutic agents by modulation of cross-linking density. (C) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Immobilization of liposomes in nanostructured layer-by-layer films containing dendrimers

Artificial vesicles or liposomes composed of lipid bilayers have been widely exploited as building blocks for artificial membranes, in attempts to mimic membrane interaction with drugs and proteins and to investigate drug delivery processes. In this study we report on the immobilization of liposomes of 1,2-dipalmitoyi-sn-Glycero-3-[Phospho-rac-(1-glycerol)] (Sodium Salt) (DPPG) in layer-by-layer (LbL) films, alternated with poly (amidoamine) G4 (PAMAM) dendrimer layers. The average size of the liposomes in solution was 120 nm as determined by dynamic light scattering, with their spherical shape being inferred from scanning electron microscopy (SEM) in cast films. LbL films containing up to 20 PAMAM/DPPG bilayers were assembled onto glass and/or silicon wafer substrates. The growth of the multilayers was achieved by alternately immersing the substrates into the PAMAM and DPPG solutions for 5 and 10 min, respectively. The formation of PAMAM/DPPG liposome multilayers and its ability to interact with BSA were confirmed by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). The structural features and film thickness were obtained using X-ray diffraction and surface plasmon resonance (SPR). (c) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

Nanostructured Lipid Carriers as a Strategy to Improve the In Vitro Schistosomiasis Activity of Praziquantel

Praziquantel (PZQ) is a pyrazinoisoquinoline anthelmintic that was discovered in 1972 by Bayer Germany. Currently, due to its efficacy, PZQ is the drug of choice against all species of Schistosoma. Although widely used, PZQ exhibits low and erratic bioavailability because of its poor water solubility. Nanostructured lipid carriers (NLC), second-generation solid lipid nanoparticles, were developed in the 1990s to improve the bioavailability of poorly water soluble drugs. The aim of this study was to investigate nanostructured lipid carriers as a strategy to improve the efficacy. of PZQ in S. mansoni treatment. We prepared NLC2 and NLC4 by adding seventy percent glycerol monostearate (GMS) as the solid lipid, 30% oleic acid (OA) as the liquid lipid and two surfactant systems containing either soybean phosphatidylcholine/poloxamer (PC/P-407) or phosphatidylcholine/Tween 60 (PC/T60), respectively. The carriers were characterized by nuclear magnetic resonance, differential scanning calorimetry, thermogravimetric analysis and Fourier transform-infrared spectroscopy. The safety profile was evaluated using red cell hemolysis and in vitro cytotoxicity assays. The results showed that the encapsulation of PZQ in NLC2 or NLC4 improved the safety profile of the drug. Treatment efficacy was evaluated on the S. mansoni BH strain. PZQ-NLC2 and PZQ-NLC4 demonstrated an improved efficacy in comparison with free PZQ. The results showed that the intestinal transport of free PZQ and PZQ-NLC2 was similar. However, we observed that the concentration of PZQ absorbed was smaller when PZQ was loaded in NLC4. The difference between the amounts of absorbed PZQ could indicate that the presence of T60 in the nanoparticles (NLC4) increased the rigid lipid matrix, prolonging release of the drug. Both systems showed considerable in vitro activity against S. mansoni, suggesting that these systems may be a promising platform for the administration of PZQ for treating schistosomiasis.

Development and in vitro skin delivery of dexamethasone acetate-loaded surfactant-based systems

Topical corticosteroids, e.g., dexamethasone acetate (DMA), are extensively used to treat cutaneous inflammatory disorders even though their use is correlated with potential local and systemic side effects. The objective of this study was to develop and test the topical delivery of DMA-loaded surfactant based systems in vitro; these studies could guarantee a suitable delivery and therapeutic efficacy, as well as minimize DMA's side effects. A phase diagram was constructed using polyoxypropylene (5) polyoxyethylene (20) cetyl alcohol as the surfactant (S), isopropyl myristate as the oil phase (O) and water (W). The systems were characterized using polarization light microscopy (PLM), as well as rheological and small angle X-ray scattering (SAXS) measurements. Depending on the concentration of the constituents, it was possible to obtain microemulsions (MEs) and liquid crystalline mesophases (lamellar and hexagonal). These types of arrangement were verified using PLM measurements. The SAXS results revealed that increasing the W/S ratio led to ME, as well as lamellar (LAM) and hexagonal (HEX) arrangements. The MEs displayed typical Newtonian behavior while the LAM and HEX phases exhibited pseudoplasticity and plasticity, respectively. The MEs displayed excellent drug solubilization that was approximately 10-fold higher than was observed with the individual components. The in vitro cutaneous permeation studies using pig ear skin and analysis of the mechanical parameters (hardness, compressibility, cohesiveness and adhesiveness) were carried out with a HEX phase and O/W emulsion. The HEX phase achieved better drug permeation and retention in the skin while its mechanical properties were suitable for skin administration. PPG-5-CETETH-20-based systems may be a promising platform delivering DMA and other topical corticosteroids through the skin.

Trigger release liposome systems:local and remote controlled delivery?

Target-specific delivery has become an integral area of research in order to increase bioavailability and reduce the toxic effects of drugs. As a drug-delivery option, trigger-release liposomes offer sophisticated targeting and greater control-release capabilities. These are broadly divided into two categories; those that utilise the local environment of the target site where there may be an upregulation in certain enzymes or a change in pH and those liposomes that are triggered by an external physical stimulus such as heat, ultrasound or light. These release mechanisms offer a greater degree of control over when and where the drug is released; furthermore, targeting of diseased tissue is enhanced by incorporation of target-specific components such as antibodies. This review aims to show the development of such trigger release liposome systems and the current research in this field.

Development of nanostructured hydrogel for spatial and temporal controlled release of active compounds

L’utilisation de nanovecteurs pour la livraison contrôlée de principes actifs est un concept commun de nous jours. Les systèmes de livraison actuels présentent encore cependant des limites au niveau du taux de relargage des principes actifs ainsi que de la stabilité des transporteurs. Les systèmes composés à la fois de nanovecteurs (liposomes, microgels et nanogels) et d’hydrogels peuvent cependant permettre de résoudre ces problèmes. Dans cette étude, nous avons développé un système de livraison contrôlé se basant sur l’incorporation d’un nanovecteur dans une matrice hydrogel dans le but de combler les lacunes des systèmes se basant sur un vecteur uniquement. Une telle combinaison pourrait permettre un contrôle accru du relargage par stabilisation réciproque. Plus spécifiquement, nous avons développé un hydrogel structuré intégrant des liposomes, microgels et nanogels séparément chargés en principes actifs modèles potentiellement relargués de manière contrôlé. Ce contrôle a été obtenu par la modification de différents paramètres tels que la température ainsi que la composition et la concentration en nanovecteurs. Nous avons comparé la capacité de chargement et la cinétique de relargage de la sulforhodamine B et de la rhodamine 6G en utilisant des liposomes de DOPC et DPPC à différents ratios, des nanogels de chitosan/acide hyaluronique et des microgels de N-isopropylacrylamide (NIPAM) à différents ratios d’acide méthacrylique, incorporés dans un hydrogel modèle d’acrylamide. Les liposomes présentaient des capacités de chargement modérés avec un relargage prolongé sur plus de dix jours alors que les nanogels présentaient des capacités de chargement plus élevées mais une cinétique de relargage plus rapide avec un épuisement de la cargaison en deux jours. Comparativement, les microgels relarguaient complétement leur contenu en un jour. Malgré une cinétique de relargage plus rapide, les microgels ont démontré la possibilité de contrôler finement le chargement en principe actif. Ce contrôle peut être atteint par la modification des propriétés structurelles ou en changeant le milieu d’incubation, comme l’a montré la corrélation avec les isothermes de Langmuir. Chaque système développé a démontré un potentiel contrôle du taux de relargage, ce qui en fait des candidats pour des investigations futures.

Development of nanostructured hydrogel for spatial and temporal controlled release of active compounds

L’utilisation de nanovecteurs pour la livraison contrôlée de principes actifs est un concept commun de nous jours. Les systèmes de livraison actuels présentent encore cependant des limites au niveau du taux de relargage des principes actifs ainsi que de la stabilité des transporteurs. Les systèmes composés à la fois de nanovecteurs (liposomes, microgels et nanogels) et d’hydrogels peuvent cependant permettre de résoudre ces problèmes. Dans cette étude, nous avons développé un système de livraison contrôlé se basant sur l’incorporation d’un nanovecteur dans une matrice hydrogel dans le but de combler les lacunes des systèmes se basant sur un vecteur uniquement. Une telle combinaison pourrait permettre un contrôle accru du relargage par stabilisation réciproque. Plus spécifiquement, nous avons développé un hydrogel structuré intégrant des liposomes, microgels et nanogels séparément chargés en principes actifs modèles potentiellement relargués de manière contrôlé. Ce contrôle a été obtenu par la modification de différents paramètres tels que la température ainsi que la composition et la concentration en nanovecteurs. Nous avons comparé la capacité de chargement et la cinétique de relargage de la sulforhodamine B et de la rhodamine 6G en utilisant des liposomes de DOPC et DPPC à différents ratios, des nanogels de chitosan/acide hyaluronique et des microgels de N-isopropylacrylamide (NIPAM) à différents ratios d’acide méthacrylique, incorporés dans un hydrogel modèle d’acrylamide. Les liposomes présentaient des capacités de chargement modérés avec un relargage prolongé sur plus de dix jours alors que les nanogels présentaient des capacités de chargement plus élevées mais une cinétique de relargage plus rapide avec un épuisement de la cargaison en deux jours. Comparativement, les microgels relarguaient complétement leur contenu en un jour. Malgré une cinétique de relargage plus rapide, les microgels ont démontré la possibilité de contrôler finement le chargement en principe actif. Ce contrôle peut être atteint par la modification des propriétés structurelles ou en changeant le milieu d’incubation, comme l’a montré la corrélation avec les isothermes de Langmuir. Chaque système développé a démontré un potentiel contrôle du taux de relargage, ce qui en fait des candidats pour des investigations futures.

Bioactive mesopore-glass microspheres with controllable protein-delivery properties by biomimetic surface modification

Microsphere systems with the ideal properties for bone regeneration need to be bioactive, and at the same time possess the capacity for controlled protein/drug-delivery; however, the current crop of microsphere system fails to fulfill these properties. The aim of this study was to develop a novel protein-delivery system of bioactive mesoporous glass (MBG) microspheres by a biomimetic method through controlling the density of apatite on the surface of microspheres, for potential bone tissue regeneration. MBG microspheres were prepared by using the method of alginate cross-linking with Ca2+ ions. The cellular bioactivity of MBG microspheres was evaluated by investigating the proliferation and attachment of bone marrow stromal cell (BMSC). The loading efficiency and release kinetics of bovine serum albumin (BSA) on MBG microspheres were investigated after coprecipitating with biomimetic apatite in simulated body fluids (SBF). The results showed that MBG microspheres supported BMSC attachment and the Si containing ionic products from MBG microspheres stimulated BMSCs proliferation. The density of apatite on MBG microspheres increased with the length of soaking time in SBF. BSA-loading efficiency of MBG was significantly enhanced by co-precipitating with apatite. Furthermore, the loading efficiency and release kinetics of BSA could be controlled by controlling the density of apatite formed on MBG microspheres. Our results suggest that MBG microspheres are a promising protein-delivery system as a filling material for bone defect healing and regeneration.

Drug diffusion from polymeric delivery devices : a problem with two moving boundaries

An existing model for solvent penetration and drug release from a spherically-shaped polymeric drug delivery device is revisited. The model has two moving boundaries, one that describes the interface between the glassy and rubbery states of polymer, and another that defines the interface between the polymer ball and the pool of solvent. The model is extended so that the nonlinear diffusion coefficient of drug explicitly depends on the concentration of solvent, and the resulting equations are solved numerically using a front-fixing transformation together with a finite difference spatial discretisation and the method of lines. We present evidence that our scheme is much more accurate than a previous scheme. Asymptotic results in the small-time limit are presented, which show how the use of a kinetic law as a boundary condition on the innermost moving boundary dictates qualitative behaviour, the scalings being very different to the similar moving boundary problem that arises from modelling the melting of an ice ball. The implication is that the model considered here exhibits what is referred to as ``non-Fickian'' or Case II diffusion which, together with the initially constant rate of drug release, has certain appeal from a pharmaceutical perspective.