Encapsulation and release characteristics of glibenclamide loaded calcium-alginate beads

The aims of this study were to formulate calcium-alginate beads containing glibenclamide, characterize the resulting microparticles, evaluate the release characteristics of this type of delivery system in an in vitro dissolution test, and compare it with two commercially available trademarks (Daonil® and Glibetab®). We obtained glibenclamide loaded calcium-alginate beads with a rough surface and a particle size between 150-200 µm. For the in vitro dissolution test Daonil® at 45 min showed a Q > 70%, whereas Glibetab® and glibenclamide calcium-alginate beads a Q < 70%; in spite of that glibenclamide calcium-alginate beads showed significant release properties.

Fabrication of magnetic drug-loaded polymeric composite nanofibres and their drug release characteristics

Magnetic polymer nanofibres intended for drug delivery have been designed and fabricated by electrospinning. Magnetite (Fe3O4) nanoparticles were successfully incorporated into electrospun nanofibre composites of two cellulose derivatives, dehydroxypropyl methyl cellulose phthalate (HPMCP) and cellulose acetate (CA), while indomethacin (IDN) and aspirin have been used as model drugs. The morphology of the neat and magnetic drug-loaded electrospun fibres and the release characteristics of the drugs in artificial intestinal juice were investigated. It was found that both types of electrospun composite nanofibres containing magnetite nanoparticles showed superparamagnetism at room temperature, and their saturation magnetisation and morphology depend on the Fe3O4 nanoparticle content. Furthermore, the presence of the magnetite nanoparticles did not affect the drug release profiles of the nanofibrous devices. The feasibility of controlled drug release to a target area of treatment under the guidance of an external magnetic field has also been demonstrated, showing the viability of the concept of magnetic drug-loaded polymeric composite nanofibres for magneto-chemotherapy.

Idarubicin-loaded ONCOZENE drug-eluting embolic agents for chemoembolization of hepatocellular carcinoma: in vitro loading and release and in vivo pharmacokinetics.

PURPOSE: To present in vitro loading and release characteristics of idarubicin with ONCOZENE (CeloNova BioSciences, Inc, San Antonio, Texas) drug-eluting embolic (DEE) agents and in vivo pharmacokinetics data after transarterial chemoembolization with idarubicin-loaded ONCOZENE DEE agents in patients with hepatocellular carcinoma. MATERIALS AND METHODS: Loading efficacy of idarubicin with ONCOZENE DEE agents 100 µm and DC Bead (Biocompatibles UK Ltd, Farnham, United Kingdom) DEE agents 100-300 µm was monitored at 10, 20, and 30 minutes loading time by high-pressure liquid chromatography. A T-apparatus was used to monitor the release of idarubicin from the two types of DEE agents over 12 hours. Clinical and 24-hour pharmacokinetics data were recorded after transarterial chemoembolization with idarubicin-loaded ONCOZENE DEE agents in four patients with unresectable hepatocellular carcinoma. RESULTS: Idarubicin loading in ONCOZENE DEE agents was > 99% at 10 minutes. Time to reach 75% of the release plateau level was 37 minutes ± 6 for DC Bead DEE agents and 170 minutes ± 19 for ONCOZENE DEE agents both loaded with idarubicin 10 mg/mL. After transarterial chemoembolization with idarubicin-loaded ONCOZENE DEE agents, three partial responses and one complete response were observed with only two asymptomatic grade 3 biologic adverse events. Median time to maximum concentration for idarubicin in patients was 10 minutes, and mean maximum concentration was 4.9 µg/L ± 1.7. Mean area under the concentration-time curve from 0-24 hours was equal to 29.5 µg.h/L ± 20.5. CONCLUSIONS: ONCOZENE DEE agents show promising results with very fast loading ability, a favorable in vivo pharmacokinetics profile with a sustained release of idarubicin during the first 24 hours, and encouraging safety and responses. Histopathologic and clinical studies are needed to evaluate idarubicin release around the DEE agents in tumor tissue and to confirm safety and efficacy.

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.

Rainfall infiltration and soil hydrological characteristics below ancient forest, planted forest and grassland in a temperate northern climate

How rainfall infiltration rate and soil hydrological characteristics develop over time under forests of different ages in temperate regions is poorly understood. In this study, infiltration rate and soil hydrological characteristics were investigated under forests of different ages and under grassland. Soil hydraulic characteristics were measured at different scales under a 250-year-old grazed grassland (GL), 6-year-old (6yr) and 48-year-old (48yr) Scots pine (Pinus sylvestris) plantations, remnant 300-year-old individual Scots pine (OT) and a 4000-year-old Caledonian Forest (AF). In situ field-saturated hydraulic conductivity (Kfs) was measured, and visible root:soil area was estimated from soil pits. Macroporosity, pore structure and macropore connectivity were estimated from X-ray tomography of soil cores, and from water-release characteristics. At all scales, the median values for Kfs, root fraction, macroporosity and connectivity values tended to AF>OT>48yr>GL>6yr, indicating that infiltration rates and water storage increased with forest age. The remnant Caledonian Forest had a huge range of Kfs (12 to >4922mmh-1), with maximum Kfs values 7 to 15 times larger than those of 48-year-old Scots pine plantation, suggesting that undisturbed old forests, with high rainfall and minimal evapotranspiration in winter, may act as important areas for water storage and sinks for storm rainfall to infiltrate and transport to deeper soil layers via preferential flow. The importance of the development of soil hydrological characteristics under different aged forests is discussed.

The inducing NO-vasodilation by chemical reduction of coordinated nitrite ion in cis-[Ru(NO(2))L(bpy)(2)](+) complex

The synthesis of [Ru(NO(2)) L(bpy)(2)](+) (bpy = 2,2'-bipyridine and L = pyridine (py) and pyrazine (pz)) can be accomplished by addition of [Ru(NO) L(bpy) 2](PF(6))(3) to aqueous solutions of physiological pH. The electrochemical processes of [Ru(NO2) L(bpy) 2]+ in aqueous solution were studied by cyclic voltammetry and differential pulse voltammetry. The anodic scan shows a peak around 1.00 V vs. Ag/AgCl attributed to the oxidation process centered on the metal ion. However, in the cathodic scan a second peak around-0.60 V vs. Ag/AgCl was observed and attributed to the reduction process centered on the nitrite ligand. The controlled reduction potential electrolysis at-0.80 V vs. Ag/AgCl shows NO release characteristics as judged by NO measurement with a NO-sensor. This assumption was confirmed by ESI/MS(+) and spectroelectrochemical experiment where cis-[Ru(bpy)(2)L(H(2)O)](2+) was obtained as a product of the reduction of cis-[Ru(II)(NO(2)) L(bpy)(2)](+). The vasorelaxation observed in denuded aortic rings pre-contracted with 0.1 mu mol L(-1) phenylephrine responded with relaxation in the presence of cis-[RuII(NO2) L(bpy) 2]+. The potential of rat aorta cells to metabolize cis-[RuII(NO(2)) L(bpy)(2)](+) was also followed by confocal analysis. The obtained results suggest that NO release happens by reduction of cis-[RuII(NO(2)) L(bpy)(2)](+) inside the cell. The maximum vasorelaxation was achieved with 1 x 10(-5) mol L(-1) of cis-[RuII(NO(2)) L(bpy)(2)](+) complex.

Preparation and characterization of chitosan-treated alginate microparticles incorporating all-trans retinoic acid

Chitosan treated alginate microparticles were prepared with the purpose of incorporating all-trans retinoic acid (ATRA) using an inexpensive, simple and fast method, enhancing dermal localization and sustaining the release of ATRA into the skin. Microparticles characterization, drug-polymer interaction, release profile and in vitro skin retention were investigated. Microparticles presented spherical shape and drug loading capacity of 47%. The drug content of these microparticles was affected by ATRA concentration and by the solvent used and it was more weakly affected by chitosan concentration. The release of ATRA was also affected by chitosan concentration. Microparticles prepared with 0.4% chitosan (w/w) resulted in drug release with a more sustained profile. The results of in vitro retention studies showed that chitosan treated alginate microparticles decreased the drug retention in the stratum corneum (SC), where occur the skin irritation, but maintained the ATRA concentration in the deeper skin layers, where occur the pathologies treated with ATRA. Then, the microparticles developed in this work can be a good candidate to improve the topical therapy with retinoid.

Développement de nouvelles formulations d’antifongiques et évaluation de l’activité sur Candida spp. et Aspergillus spp.

Les travaux effectués dans le cadre de cette thèse de doctorat avaient pour but de mettre au point des nouvelles formulations d’antifongiques sous forme de nanoparticules polymériques (NP) en vue d’améliorer l’efficacité et la spécificité des traitements antifongiques sur des souches sensibles ou résistantes de Candida spp, d’Aspergillus spp et des souches de Candida albicans formant du biofilm. Dans la première partie de ce travail, nous avons synthétisé et caractérisé un polymère à base de polyester-co-polyéther branché avec du poly(éthylène glycol) (PEG-g-PLA). En plus d’être original et innovant, ce co-polymère a l’avantage d’être non-toxique et de posséder des caractéristiques de libération prolongée. Trois antifongiques couramment utilisés en clinique et présentant une biodisponibilité non optimale ont été choisis, soient deux azolés, le voriconazole (VRZ) et l’itraconazole (ITZ) et un polyène, l’amphotéricine B (AMB). Ces principes actifs (PA), en plus des problèmes d’administration, présentent aussi d’importants problèmes de toxicité. Des NP polymériques encapsulant ces PA ont été préparées par une technique d’émulsion huile-dans-l’eau (H/E) suivie d’évaporation de solvant. Une fois fabriquées, les NP ont été caractérisées et des particules de d’environ 200 nm de diamètre ont été obtenues. Les NP ont été conçues pour avoir une structure coeur/couronne avec un coeur constitué de polymère hydrophobe (PLA) et une couronne hydrophile de PEG. Une faible efficacité de chargement (1,3% m/m) a été obtenue pour la formulation VRZ encapsulé dans des NP (NP/VRZ). Toutefois, la formulation AMB encapsulée dans des NP (NP/AMB) a montré des taux de chargement satisfaisants (25,3% m/m). En effet, le caractère hydrophobe du PLA a assuré une bonne affinité avec les PA hydrophobes, particulièrement l’AMB qui est le plus hydrophobe des agents sélectionnés. Les études de libération contrôlée ont montré un relargage des PA sur plusieurs jours. La formulation NP/AMB a été testée sur un impacteur en cascade, un modèle in vitro de poumon et a permis de démontrer le potentiel de cette formulation à être administrée efficacement par voie pulmonaire. En effet, les résultats sur l’impacteur en cascade ont montré que la majorité de la formulation s’est retrouvée à l’étage de collecte correspondant au niveau bronchique, endroit où se situent majoritairement les infections fongiques pulmonaires. Dans la deuxième partie de ces travaux, nous avons testé les nouvelles formulations d’antifongiques sur des souches planctoniques de Candida spp., d’Aspergillus spp. et des souches de Candida albicans formant du biofilm selon les procédures standardisées du National Committee for Clinical Laboratory Standards (NCCLS). Les souches choisies ont démontré des résistances aux azolés et aux polyènes. Les études d’efficacité in vitro ont permis de prouver hors de tout doute que les nouvelles formulations offrent une efficacité nettement améliorée comparée à l’agent antifongique libre. Pour mettre en lumière si l’amélioration de l’efficacité antifongique était due à une internalisation des NP, nous avons évalué le comportement des NP avec les cellules de champignons. Nous avons procédé à des études qualitatives de microscopie de fluorescence sur des NP marquées avec de la rhodamine (Rh). Tel qu’attendu, les NP ont montré une localisation intracellulaire. Pour exclure la possibilité d’une simple adhésion des NP à la surface des levures, nous avons aussi confirmé leur internalisation en microscopie confocale de fluorescence. Il est important de noter que peu d’études à ce jour ont mis l’accent sur l’élaboration de nouvelles formulations d’antifongiques à base de polymères non toxiques destinées aux traitements des mycoses, donnant ainsi une grande valeur et originalité aux travaux effectués dans cette thèse. Les résultats probants obtenus ouvrent la voie vers une nouvelle approche pour contourner les problèmes de résistances fongiques, un problème de plus en plus important dans le domaine de l’infectiologie.

Physicochemical and dissolution profile characterization of pellets containing different binders obtained by the extrusion-spheronization process

With the purpose of evaluating the behavior of different polymers employed as binders in small-diameter pellets for oral administration, we prepared formulations containing paracetamol and one of the following polymers: PVP, PEG 1500, hydroxypropylmethylcellulose and methylcellulose, and we evaluated their different binding properties. The pellets were obtained by the extrusion/spheronization process and were subsequently subjected to fluid bed drying. In order to assess drug delivery, the United States Pharmacopeia (USP) apparatus 3 (Bio-Dis) was employed, in conjunction with the method described by the same pharmacopeia for the dissolution of paracetamol tablets (apparatus 1). The pellets were also evaluated for granulometry, friability, true density and drug content. The results indicate that the different binders used are capable of affecting production in different ways, and some of the physicochemical characteristics of the pellets, as well as the dissolution test, revealed that the formulations acted like immediate-release products. The pellets obtained presented favorable release characteristics for orally disintegrating tablets. USP apparatus 3 seems to be more adequate for discriminating among formulations than the basket method.

Counter-ion effect on surfactant-DNA gel particles as controlled DNA delivery systems

The ability to entrap drugs within vehicles and subsequently release them has led to new treatments for a number of diseases. Based on an associative phase separation and interfacial diffusion approach, we developed a way to prepare DNA gel particles without adding any kind of cross-linker or organic solvent. Among the various agents studied, cationic surfactants offered particularly efficient control for encapsulation and DNA release from these DNA gel particles. The driving force for this strong association is the electrostatic interaction between the two components, as induced by the entropic increase due to the release of the respective counter-ions. However, little is known about the influence of the respective counter-ions on this surfactant-DNA interaction. Here we examined the effect of different counter-ions on the formation and properties of the DNA gel particles by mixing DNA (either single-(ssDNA) or double-stranded (dsDNA)) with the single chain surfactant dodecyltrimethylammonium (DTA). In particular, we used as counter-ions of this surfactant the hydrogen sulfate and trifluoromethane sulfonate anions and the two halides, chloride and bromide. Effects on the morphology of the particles obtained, the encapsulation of DNA and its release, as well as the haemocompatibility of these particles are presented, using counter-ion structure and DNA conformation as controlling parameters. Analysis of the data indicates that the degree of counter-ion dissociation from the surfactant micelles and the polar/hydrophobic character of the counter-ion are important parameters in the final properties of the particles. The stronger interaction with amphiphiles for ssDNA than for dsDNA suggests the important role of hydrophobic interactions in DNA.

Preparation and optimization of calcium fluoride particles for dental applications.

Fluorides are used in dental care due to their beneficial effect in tooth enamel de-/remineralization cycles. To achieve a desired constant supply of soluble fluorides in the oral cavity, different approaches have been followed. Here we present results on the preparation of CaF2 particles and their characterization with respect to a potential application as enamel associated fluoride releasing reservoirs. CaF2 particles were synthesized by precipitation from soluble NaF and CaCl2 salt solutions of defined concentrations and their morphology analyzed by scanning electron microscopy. CaF2 particles with defined sizes and shapes could be synthesized by adjusting the concentrations of the precursor salt solutions. Such particles interacted with enamel surfaces when applied at fluoride concentrations correlating to typical dental care products. Fluoride release from the synthesized CaF2 particles was observed to be largely influenced by the concentration of phosphate in the solution. Physiological solutions with phosphate concentration similar to saliva (3.5 mM) reduced the fluoride release from pure CaF2 particles by a factor of 10-20 × as compared to phosphate free buffer solutions. Fluoride release was even lower in human saliva. The fluoride release could be increased by the addition of phosphate in substoichiometric amounts during CaF2 particle synthesis. The presented results demonstrate that the morphology and fluoride release characteristics of CaF2 particles can be tuned and provide evidence of the suitability of synthetic CaF2 particles as enamel associated fluoride reservoirs.

Chitosan-based spray-dried respirable powders for sustained delivery of terbutaline sulfate

In this study, we describe the preparation of highly dispersible dry powders for pulmonary drug delivery that display sustained drug release characteristics. Powders were prepared by spray-drying 30% v/v aqueous ethanol formulations containing terbutaline sulfate as a model drug, chitosan as a drug release modifier and leucine as an aerosolisation enhancer. The influence of chitosan molecular weight on the drug release profile was investigated by using low, medium and high molecular weight chitosan or combinations thereof. Following spray-drying, resultant powders were characterised using scanning electron microscopy, laser diffraction, tapped density analysis, differential scanning calorimetry and thermogravitational analysis. The in vitro aerosolisation performance and drug release profile were investigated using Multi-Stage Liquid Impinger analysis and modified USP II dissolution apparatus, respectively. The powders generated were of a suitable aerodynamic size for inhalation, had low moisture content and were amorphous in nature. The powders were highly dispersible, with emitted doses of over 90% and fine particle fractions of up to 82% of the total loaded dose, and mass median aerodynamic diameters of less than 2.5microm. A sustained drug release profile was observed during dissolution testing; increasing the molecular weight of the chitosan in the formulation increased the duration of drug release. (c)2007 Elsevier B.V. All rights reserved.