Desenvolvimento e validação de um método analítico simples e rápido por espectroscopia UV para quantificação de aciclovir em matrizes hidrofílicas de liberação prolongada

This work reports the validation of an analytical UV spectrophotometric method to assay acyclovir in hydrophilic matrices (assay and dissolution studies). The method was linear in the range between 2.5-20 µg mL-1, presenting a good correlation coefficient ( r = 0,9999). Precision and accuracy analysis showed low relative standart deviation (< 2.0 %) and a good recoveries percentual (98.9-100 %). The procedure was linear, accurate, and robust. The method is simple and cheap. It does not use polluting reagents and can be applied in dissolution studies, being an adequate alternative to assay acyclovir in hydrophilic matrices tablets.

Desenvolvimento e validação de um método analítico por espectrofotometria UV para quantificação de carvedilol

This paper reports the development and validation of a new analytical method using UV spectrophotometry to quantify carvedilol (CRV) in hydrophilic matrices and raw material. This method was shown to be linear, accurate, precise, robust and to have adequate limits of quantification and detection (LQ and LD, respectively), allowing its use in the dissolution test of hydrophilic matrices. The content of CRV determined through this method was compared with two previously validated methods based on the reference techniques of High Performance Liquid Chromatography (HPLC) and Potentiometric Titrations (PT). ANOVA confirmed the equivalence of these methods, showing no significant differences.

Pharmaceutical applications of AC Biosusceptometry

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

Matrizes poliméricas reticuladas de alta amilose e pectina para liberação controlada de fármacos

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

Avaliação de parâmetros farmacêuticos em comprimidos matriciais empregando a técnica de Biosusceptometria AC

Oral administration is widely accepted route for drug delivery and solid dosage forms are commonly employed. The variation of absorption profiles along the human gastrointestinal tract (GIT) and the ability to target drugs by adequate dosage forms to distinct sites is the challenge in the pharmaceutical development of solid dosage forms. AC Biosusceptometry (ACB) is a technique that deserves consideration due to its features, accuracy of results and versatility. The purpose of this work was to evaluate, by employing the AC Biosusceptometer, the rate of swelling of systems matrices consisting of hydrophilic polymer (hydroxypropyl methyl cellulose) and magnetic material. Matrices tablets were evaluated in vitro to a more detailed analysis of kinetics of swelling, in addition to the study and application of mathematical models to correlate the magnetic area variation and the water uptake. All the procedures for qualitative and quantitative analysis of digital signals as well as the magnetic images processing were performed in MatLab® (Mathworks Inc.). ACB technique proved to be useful towards estimating the swelling properties of hydrophilic matrices in vitro, showing a promising capacity for further analyses involving dissolution test and in vivo studies, supporting their innovative potential pharmaceutical applications

Amido retrogradado como excipiente de comprimidos para liberação controlada de fármacos: obtenção e caracterização

Pós-graduação em Ciências Farmacêuticas - FCFAR

Polymorphism, crystallinity and hydrophilic-lipophilic balance of stearic acid and stearic acid-capric/caprylic triglyceride matrices for production of stable nanoparticles

There is an increasing interest in lipid nanoparticles because of their suitability for several administration routes. Thus, it becomes even more relevant the physicochemical characterization of lipid materials with respect to their polymorphism, lipid miscibility and stability, as well as the assessment of the effect of surfactant on the type and structure of these nanoparticles. This work focuses on the physicochemical characterization of lipid matrices composed of pure stearic acid or of mixtures of stearic acid-capric/caprylic triglycerides, for drug delivery. The lipids were analyzed by Differential Scanning Calorimetry (DSC), Wide Angle X-ray Diffraction (WAXD), Polarized Light Microscopy (PLM) and hydrophilic-lipophilic balance (HLB) in combination with selected surfactants to determine the best solid-to-liquid ratio. Based on the results obtained by DSC and WAXD, the selected qualitative and quantitative composition contributed for the production of stable nanoparticles, since the melting and the tempering processes provided important information on the thermodynamic stability of solid lipid matrices. The best HLB value obtained for stearic acid-capric/caprylic triglycerides was 13.8, achieved after combining these lipids with accepted surfactants (trioleate sorbitan and polysorbate 80 in the ratio of 10:90). The proposed combinations were shown useful to obtain a stable emulsion to be used as intermediate form for the production of lipid nanoparticles. (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.

Development of nanohydrogels as a vehicle for the release of bioactive compounds in food matrices

PhD in Chemical and Biological Engineering

Systematic evaluation of matrix effects in hydrophilic interaction chromatography versus reversed phase liquid chromatography coupled to mass spectrometry.

Reversed phase liquid chromatography (RPLC) coupled to mass spectrometry (MS) is the gold standard technique in bioanalysis. However, hydrophilic interaction chromatography (HILIC) could represent a viable alternative to RPLC for the analysis of polar and/or ionizable compounds, as it often provides higher MS sensitivity and alternative selectivity. Nevertheless, this technique can be also prone to matrix effects (ME). ME are one of the major issues in quantitative LC-MS bioanalysis. To ensure acceptable method performance (i.e., trueness and precision), a careful evaluation and minimization of ME is required. In the present study, the incidence of ME in HILIC-MS/MS and RPLC-MS/MS was compared for plasma and urine samples using two representative sets of 38 pharmaceutical compounds and 40 doping agents, respectively. The optimal generic chromatographic conditions in terms of selectivity with respect to interfering compounds were established in both chromatographic modes by testing three different stationary phases in each mode with different mobile phase pH. A second step involved the assessment of ME in RPLC and HILIC under the best generic conditions, using the post-extraction addition method. Biological samples were prepared using two different sample pre-treatments, i.e., a non-selective sample clean-up procedure (protein precipitation and simple dilution for plasma and urine samples, respectively) and a selective sample preparation, i.e., solid phase extraction for both matrices. The non-selective pretreatments led to significantly less ME in RPLC vs. HILIC conditions regardless of the matrix. On the contrary, HILIC appeared as a valuable alternative to RPLC for plasma and urine samples treated by a selective sample preparation. Indeed, in the case of selective sample preparation, the compounds influenced by ME were different in HILIC and RPLC, and lower and similar ME occurrence was generally observed in RPLC vs. HILIC for urine and plasma samples, respectively. The complementary of both chromatographic modes was also demonstrated, as ME was observed only scarcely for urine and plasma samples when selecting the most appropriate chromatographic mode.

Optimisation de la concentration en électrolytes au sein des matrices à base de HASCA pour la libération prolongée

Le sel sodique du carboxyméthylamidon à haute teneur en amylose, HASCA (Amylose 60%-amylopectine 40%), est un polymère hydrophile ionique utilisé pour obtenir des comprimés matriciels à libération prolongée. Il est caractérisé par la formation d'un hydrogel lors de la mise en contact avec le milieu de dissolution. La libération du principe actif (PA) à travers ce polymère est principalement contrôlée par la diffusion fickienne et la relaxation du réseau polymérique. De plus, la solubilité du PA est un facteur qui permet de moduler la libération, cependant, la solubilité d’un médicament dépend de la forme utilisée et du pH. Les bases ou les acides libres présentent une solubilité moins élevée que leurs sels. Nous proposons d’étudier l’effet d’une combinaison entre le sel et la forme acide ou le sel et la forme alcaline dans le même comprimé matriciel d’HASCA. Comme objectif de ce travail, nous étudions l’influence de la nature du polymère sur le profil de libération de PA dans un milieu aqueux en gradient de pH à cause de la nature des matrices à base d’HASCA caractérisées par la présence de groupement carboxyliques, ionisés ou non selon l’acidité du milieu de dissolution. Nous étudions également l’influence de la nature du PA (base libre ou son sel vs acide libre ou son sel) sur le profil de libération, ceci en sélectionnant des PAs modèles représentatifs de chaque catégorie. L’influence de changement de proportions entre la forme libre (acide ou base) et son sel sur le profil de libération est aussi investiguée. Pour ce, des comprimés à base de HASCA avec des proportions différentes de, soit le naproxène acide et le naproxène de sodium (PA acide et son sel), soit la tétracycline et le chlorhydrate de tétracycline (PA alcalin et son sel) ont été utilisés. Ceux-ci sont évalués lors des tests de dissolution dans un milieu simulant le milieu gastro-intestinal, selon les normes de l’USP (spectrophotométrie UV). Nous avons également menés des études de vitesse de dissolution intrinsèque sur les PAs purs, afin de déterminer leur solubilité et vitesse de libération dans les même pH de dissolution étudiés. Nous avons réussit d’obtenir des comprimés matriciels à base de HASCA convenables à être administrés une fois par jour en utilisant une combinaison du naproxène acide et son sel comme PA. Tandis que les résultats ont montré qu’en utilisant la tétracycline et son sel, les temps de libération étaient trop élevés pour permettre la réalisation d’une formulation convenable pour une administration quotidienne unique

High-amylose carboxymethyl starch matrices for oral sustained drug-release : in vitro and in vivo evaluation

Les amidons non modifiées et modifiés représentent un groupe d’excipients biodégradables et abondants particulièrement intéressant. Ils ont été largement utilisés en tant qu’excipients à des fins diverses dans des formulations de comprimés, tels que liants et/ou agents de délitement. Le carboxyméthylamidon sodique à haute teneur en amylose atomisé (SD HASCA) a été récemment proposé comme un excipient hydrophile à libération prolongée innovant dans les formes posologiques orales solides. Le carboxyméthylamidon sodique à haute teneur en amylose amorphe (HASCA) a d'abord été produit par l'éthérification de l'amidon de maïs à haute teneur en amylose avec le chloroacétate. HASCA a été par la suite séché par atomisation pour obtenir le SD HASCA. Ce nouvel excipient a montré des propriétés présentant certains avantages dans la production de formes galéniques à libération prolongée. Les comprimés matriciels produits à partir de SD HASCA sont peu coûteux, simples à formuler et faciles à produire par compression directe. Le principal objectif de cette recherche était de poursuivre le développement et l'optimisation des comprimés matriciels utilisant SD HASCA comme excipient pour des formulations orales à libération prolongée. A cet effet, des tests de dissolution simulant les conditions physiologiques du tractus gastro-intestinal les plus pertinentes, en tenant compte de la nature du polymère à l’étude, ont été utilisés pour évaluer les caractéristiques à libération prolongée et démontrer la performance des formulations SD HASCA. Une étude clinique exploratoire a également été réalisée pour évaluer les propriétés de libération prolongée de cette nouvelle forme galénique dans le tractus gastro-intestinal. Le premier article présenté dans cette thèse a évalué les propriétés de libération prolongée et l'intégrité physique de formulations contenant un mélange comprimé de principe actif, de chlorure de sodium et de SD HASCA, dans des milieux de dissolution biologiquement pertinentes. L'influence de différentes valeurs de pH acide et de temps de séjour dans le milieu acide a été étudiée. Le profil de libération prolongée du principe actif à partir d'une formulation de SD HASCA optimisée n'a pas été significativement affecté ni par la valeur de pH acide ni par le temps de séjour dans le milieu acide. Ces résultats suggèrent une influence limitée de la variabilité intra et interindividuelle du pH gastrique sur la cinétique de libération à partir de matrices de SD HASCA. De plus, la formulation optimisée a gardé son intégrité pendant toute la durée des tests de dissolution. L’étude in vivo exploratoire a démontré une absorption prolongée du principe actif après administration orale des comprimés matriciels de SD HASCA et a montré que les comprimés ne se sont pas désintégrés en passant par l'estomac et qu’ils ont résisté à l’hydrolyse par les α-amylases dans l'intestin. Le deuxième article présente le développement de comprimés SD HASCA pour une administration orale une fois par jour et deux fois par jour contenant du chlorhydrate de tramadol (100 mg et 200 mg). Ces formulations à libération prolongée ont présenté des valeurs de dureté élevées sans nécessiter l'ajout de liants, ce qui facilite la production et la manipulation des comprimés au niveau industriel. La force de compression appliquée pour produire les comprimés n'a pas d'incidence significative sur les profils de libération du principe actif. Le temps de libération totale à partir de comprimés SD HASCA a augmenté de manière significative avec le poids du comprimé et peut, de ce fait, être utilisé pour moduler le temps de libération à partir de ces formulations. Lorsque les comprimés ont été exposés à un gradient de pH et à un milieu à 40% d'éthanol, un gel très rigide s’est formé progressivement sur leur surface amenant à la libération prolongée du principe actif. Ces propriétés ont indiqué que SD HASCA est un excipient robuste pour la production de formes galéniques orales à libération prolongée, pouvant réduire la probabilité d’une libération massive de principe actif et, en conséquence, des effets secondaires, même dans le cas de co-administration avec une forte dose d'alcool. Le troisième article a étudié l'effet de α-amylase sur la libération de principe actif à partir de comprimés SD HASCA contenant de l’acétaminophène et du chlorhydrate de tramadol qui ont été développés dans les premières étapes de cette recherche (Acetaminophen SR et Tramadol SR). La modélisation mathématique a montré qu'une augmentation de la concentration d’α-amylase a entraîné une augmentation de l'érosion de polymère par rapport à la diffusion de principe actif comme étant le principal mécanisme contrôlant la libération de principe actif, pour les deux formulations et les deux temps de résidence en milieu acide. Cependant, même si le mécanisme de libération peut être affecté, des concentrations d’α-amylase allant de 0 UI/L à 20000 UI/L n'ont pas eu d'incidence significative sur les profils de libération prolongée à partir de comprimés SD HASCA, indépendamment de la durée de séjour en milieu acide, le principe actif utilisé, la teneur en polymère et la différente composition de chaque formulation. Le travail présenté dans cette thèse démontre clairement l'utilité de SD HASCA en tant qu'un excipient à libération prolongée efficace.

Physicochemical and Biochemical Characterization of Enzymes Immobilized on lnorganic Matrices

Biotechnology is currently considered as a useful altemative to conventional process technology in industrial and catalytic fields. The increasing awareness of the need to create green and sustainable production processes in all fields of chemistry has stimulated materials scientists to search for innovative catalysts supports. lmmobilization of enzymes in inorganic matrices is very useful in practical applications due to the preserved stability and catalytic activity of the immobilized enzymes under extreme conditions. Nanostructured inorganic, organic or hybrid organic-inorganic nanocomposites present paramount advantages to facilitate integration and miniaturization of the devices (nanotechnologies), thus affording a direct connection between the inorganic, organic and biological worlds. These properties, combined with good chemical stability, make them competent candidates for designed biocatalysts, protein-separation devices, drug delivery systems, and biosensors Aluininosilicate clays and layered double hydroxides, displaying, respectively, cation and anion exchange properties, were found to be attractive materials for immobilization because of their hydrophilic, swelling and porosity properties, as well as their mechanical and thermal stability.The aim of this study is the replacement of inorganic catalysts by immobilized lipases to obtain purer and healthier products.Mesocellular silica foams were synthesized by oil-in-water microemulsion templating route and were functionalized with silane and glutaraldehyde. " The experimental results from IR spectroscopy and elemental analysis demonstrated the presence of immobilized lipase and also functionalisation with silane and glutaraldehyde on the supports.The present work is a comprehensive study on enzymatic synthesis of butyl isobutyrate through esterification reaction using lipase immobilized onto mesocellular siliceous foams and montmorillonite K-10 via adsorption and covalent binding. Moreover, the irnrnobil-ization does not modify the nature of the kinetic mechanism proposed which is of the Bi-Bi Ping—Pong type with inhibition by n-butanol. The immobilized biocatalyst can be commercially exploited for the synthesis of other short chain flavor esters. Mesocellular silica foams (MCF) were synthesized by microemusion templating method via two different routes (hydrothermal and room temperature). and were functionalized with silane and glutaraldehyde. Candida rugosa lipase was adsorbed onto MCF silica and clay using heptane as the coupling medium for reactions in non-aqueous media. I From XRD results, a slight broadening and lowering of d spacing values after immobilization and modification was observed in the case of MCF 160 and MCF35 but there was no change in the d-spacing in the case of K-10 which showed that the enzymes are adsorbed only on the external surface. This was further confirmed from the nitrogen adsorption measurements

Development of hydrophilic nanocarriers for the charged form of the local anesthetic articaine

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

The controlled release of macromolecules from macroporous hydrophyllic polymer matrices

This work has used novel polymer design and fabrication technology to generate bead form polymer based systems, with variable, yet controlled release properties, specifically for the delivery of macromolecules, essentially peptides of therapeutic interest. The work involved investigation of the potential interaction between matrix ultrastructural morphology, in vitro release kinetics, bioactivity and immunoreactivity of selected macromolecules with limited hydrolytic stability, delivered from controlled release vehicles. The underlying principle involved photo-polymerisation of the monomer, hydroxyethyl methacrylate, around frozen ice crystals, leading to the production of a macroporous hydrophilic matrix. Bead form matrices were fabricated in controllable size ranges in the region of 100µm - 3mm in diameter. The initial stages of the project involved the study of how variables, delivery speed of the monomer and stirring speed of the non solvent, affectedthe formation of macroporous bead form matrices. From this an optimal bench system for bead production was developed. Careful selection of monomer, solvents, crosslinking agent and polymerisation conditions led to a variable but controllable distribution of pore sizes (0.5 - 4µm). Release of surrogate macromolecules, bovine serum albumin and FITC-linked dextrans, enabled factors relating to the size and solubility of the macromolecule on the rate of release to be studied. Incorporation of bioactive macromolecules allowed retained bioactivity to be determined (glucose oxidase and interleukin-2), whilst the release of insulin enabled determination of both bioactivity (using rat epididymal fat pad) and immunoreactivity (RIA). The work carried out has led to the generation of macroporous bead form matrices, fabricated from a tissue biocompatible hydrogel, capable of the sustained, controlled release of biologically active peptides, with potential use in the pharmaceutical and agrochemical industries.

Delivery of the antibiotic gentamicin sulphate from precipitation cast matrices of polycaprolactone

Microporous, poly(ε-caprolactone) (PCL) matrices were loaded with the aminoglycoside antibiotic, gentamicin sulphate (GS) using the precipitation casting technique by suspension of powder in the PCL solution prior to casting. Improvements in drug loading from 1.8% to 6.7% w/w and distribution in the matrices were obtained by pre-cooling the suspension to 4°C. Gradual release of approximately 80% of the GS content occurred over 11 weeks in PBS at 37°C and low amounts of antibiotic were measured up to 20 weeks. The kinetics of release could be described effectively by the Higuchi model with the diffusion rate constant (D) increasing from of 1.7 to 5.1 μg/mg matrix/day0.5 as the drug loading increased from 1.4% to 8.3% w/w. GS-loaded PCL matrices retained anti-bacterial activity after immersion in PBS at 37°C over 14 days as demonstrated by inhibition of growth of S. epidermidis in culture. These findings recommend further investigation of precipitation-cast PCL matrices for delivery of hydrophilic molecules such as anti-bacterial agents from implanted, inserted or topical devices. © 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.