Liquid crystalline systems containing Vitamin E TPGS for the controlled transdermal nicotine delivery

ABSTRACT Transdermal nicotine patches have been used in smoking cessation therapy, suggested for the treatment of skin disorders with eosinophilic infiltration and have been found to improve attention performance in patients with Alzheimer's disease and age-associated memory impairment. However, skin irritation with extended patch use is still a problem. The aim of this work was to develop a simple to prepare liquid crystalline system containing vitamin E TPGS that would be able to control nicotine delivery and reduce irritation and sensitization problems. The liquid crystalline phases were macroscopically characterized by visual analysis and examined microscopically under a polarized light microscope. Topical and transdermal delivery of nicotine were investigated in vitro using porcine ear skin mounted on a Franz diffusion cell. Nicotine skin permeation from the developed cubic phase followed zero-order kinetics (r = 0.993) and was significantly enhanced after 12 h when compared to the control formulation (nicotine solution) (p < 0.05) (138.86 ± 20.44 and 64.91 ± 4.06 μg/cm2, respectively). Cubic phase was also able to target viable skin layers in comparison to control solution (8.18 ± 1.89 and 2.63 ± 2.51 μg/cm2, respectively). Further studies to evaluate skin sensitization and irritation are now necessary.

RESUMO Adesivos transdérmicos de nicotina são utilizados para cessação de fumar, tratamento de problemas de pele com infiltração de eosinófilos e para melhorar a atenção em pacientes com doença de Alzheimer e enfraquecimento da memória associada à idade. No entanto, a irritação da pele com o uso prolongado dos adesivos ainda é um problema. O objetivo deste trabalho foi desenvolver sistema líquido cristalino (SLC) de preparo simples contendo vitamina E TPGS capaz de controlar a liberação de nicotina e reduzir os problemas de irritação cutânea. Os SLCs foram caracterizados por análise visual e microscopia de luz polarizada. As administrações tópica e transdérmica de nicotina foram investigadas in vitro utilizando pele de orelha de porco em célula de difusão de Franz. A permeação da nicotina veiculada pela fase cúbica desenvolvida seguiu cinética de ordem zero (r = 0,993) e foi significativamente maior do que o controle (solução de nicotina) após 12 h (p < 0,05) (138,86 ± 20,44 e 64,91 ± 4,06 µg/cm2, respectivamente). A fase cúbica também promoveu aumento da penetração de nicotina nas camadas viáveis da pele quando comparado ao controle (8,18 ± 1,89 e 2,63 ± 2,51 µg/cm2, respectivamente). Estudos futuros para avaliar a sensibilização e irritação da pele são necessários.

Caracterização do intumescimento de sistemas líquido-cristalinos de fase lamelar de monoleína e água contendo polihexametilenobiguanida / Characterization of swelling of lamellar phases of monoolein and water containing polyhexamethylenebiguanide

A monoleína é um lipídeo polar capaz de absorver água e formar sistemas líquido-cristalinos, os quais são utilizados como sistemas de liberação para administração de vários fármacos. Neste estudo foi avaliado o potencial de sistemas de fase lamelar constituídos por monoleína e água para veicular polihexametilenobiguanida (PHMB). A formação dos sistemas líquido-cristalinos foi caracterizada por microscopia de luz polarizada. Estudos de intumescimento foram realizados gravimetricamente em várias condições avaliando-se os efeitos de parâmetros como pH, força iônica e temperatura do meio de imersão. O processo de intumescimento foi caracterizado através da obtenção dos perfis de intumescimento e análise de sua cinética, além da determinação da capacidade máxima de intumescimento dos sistemas. Os sistemas de fase lamelar foram obtidos em presença de PHMB, os quais absorveram água rapidamente de acordo com cinética de segunda ordem e sofreram transição de fase, formando a fase cúbica. O intumescimento dos sistemas não foi influenciado pela presença do fármaco nos vários meios de imersão estudados, exceto pela imersão em meio ácido, no qual a presença do PHMB aumentou a captação de água. O intumescimento dos sistemas contendo PHMB não foi afetado pela força iônica do meio de imersão, porém foi diminuído com o aumento da temperatura. Desta maneira, sistemas líquido-cristalinos de monoleína e água foram obtidos e o processo de intumescimento foi caracterizado. Os sistemas apresentaram potencial para serem propostos como sistemas de liberação para administração de PHMB e estudos de liberação de fármacos serão realizados futuramente.

Monoolein is a polar lipid that absorbs water and forms liquid crystalline systems that are used as drug delivery systems for different medications. The aim of the present study was to investigate lamellar phases formed by monoolein and water as potential vehicles for the administration of polyhexamethylene biguanide (PHMB). Lamellar phase systems formed by monoolein and water containing PHMB were characterized by polarizing microscopy. Swelling studies were performed gravimetrically under different conditions for the evaluation of the effects of pH, ionic strength and temperature. Analyses of swelling profiles, swelling kinetics and maximum swelling capacity were performed. The lamellar phase systems of monoolein and water obtained in the presence of PHMB absorbed water very quickly following second-order swelling kinetics and formed a cubic phase. The swelling of the systems was not influenced by the presence of the drug in the immersion media studied, except under acidic conditions, in which the drug exhibited increased water uptake. The swelling of systems containing PHMB was not affected by the ionic strength of the immersion media, but was reduced with an increase in temperature. Liquid crystalline systems of monoolein and water were obtained and swelling behavior was investigated. The systems exhibited the potential for use as a drug delivery system for PHMB administration. However, further drug-release studies should be performed.

Fluorometric quantification of protoporphyrin IX in biological skin samples from in vitro penetration/permeation studies

A fluorometric analytical method was developed for quantification of protoporphyrin IX (PpIX) in skin samples and receptor phase solution after in vitro cutaneous penetration/permeation studies. Analytical conditions used were: excitation and emission wavelengths: 400 nm and 632 nm; bandwidth: 0.5 nm; excitation and emission slits: 10/10. PpIX was recovered from two different layers of skin, the stratum corneum (SC) and the epidermis plus dermis ([E+D]), by vortex homogenization, probe and bath sonication, using DMSO as an extraction solvent. The detection and quantification limits were 0.002 and 0.005 μg/mL, respectively. The assay was linear from 0.005 - 0.5 μg/mL. The within-day and between-day assay precision and accuracy in DMSO and receptor phase solution were each studied at the two concentration levels 0.04 and 0.2 μg/mL, and 0.01 and 0.08 μg/mL, respectively. The coefficients of variation and deviation from the theoretical values were lower than 5%. The skin recovery of PpIX from SC and [E+D] layers using two different concentrations (0.5 and 1.0 μg/mL) were all above 90.0%. The method described has potential application to in vitro penetration/permeation studies of PpIX using porcine skin as a biological membrane model.

Um método analítico por espectrofluorimetria foi desenvolvido para quantificar a protoporfirina IX (Pp IX) em amostras de pele e fase receptora após a realização de testes in vitro de penetração/permeação cutâneas. As condições analíticas utilizadas foram: comprimentos de onda de excitação e emissão: 400 nm e 632 nm; largura de banda: 0,5 nm; fendas de excitação e emissão: 10/10. A PpIX foi extraída de amostras de estrato córneo (EC) e da epiderme sem estrato córneo + derme ([E+D]) através da agitação em vórtex e sonicação por haste e banho, utilizando-se o DMSO como solvente extrator. O limite de detecção e quantificação foram, respectivamente, de 0,002 e 0,005 μg/mL. O método mostrou-se linear da faixa de 0,005 - 0,5 μg/mL. A precisão e exatidão intra e inter-ensaio em DMSO e na fase receptora foram validadas utilizando-se duas concentrações distintas, respectivamente, de 0,004 e 0,2 μg/mL, e 0,01 e 0,08 μg/mL. Os valores de coeficiente de variação e o desvio do valor teórico foram inferiores a 5%. A recuperação da PpIX das camadas da pele (EC e [E+D]) utilizando-se duas concentrações distintas (0,5 e 1,0 μg/mL) foram todas acima de 90,0%. O método descrito pode ser utilizado para determinação da PpIX após estudos de penetração/permeação cutânea in vitro utilizando pele de porco como modelo de membrana.

Assessment of in vitro methodologies to determine topical and transdermal delivery of the flavonoid quercetin / Avaliação de metodologias in vitro para determinar a liberação tópica e transdérmica da quercetina

To be effective against the oxidative damages induced by UVB irradiation in the skin, the drug needs to release from the formulation in which it was incorporated and reach the skin layers where the ROS are generated. Thus, it is very important the development of a robust and sensitive methodology to extract and quantify in different skin layers the antioxidant agent delivered from topical formulations. Therefore, in the present work suitable methods to extract and quantify quercetin in skin samples and receptor phase after in vitro penetration studies were developed. The results demonstrated that the recovery from two different layers of skin, the SC and [E+D], using two different methods of quantification (DPPHò assay and HPLC, respectively), was 93.8 percent when the quercetin spiked dose was 50 µg/mL, 100.4 percent when it was 100 µg/mL and 89.9 percent for 250 µg/mL and the average recovery of the quercetin extraction from receptor phase when dichloromethane was used as extractor solvent was 96 percent. These results demonstrate that the described methods have a potential application to in vitro skin penetration studies of quercetin, since it showed to be accurate and sensitive.

Para ser efetiva contra os danos oxidativos induzidos pela radiação UVB na pele, é necessário que o ativo seja liberado da formulação na qual foi incorporado e alcance as camadas da pele onde são geradas as EROS. Desta forma, torna-se de grande importância o desenvolvimento de métodos eficazes e sensíveis para extrair e quantificar, nas diferentes camadas de pele, o agente antioxidante liberado de formulações tópicas. No presente trabalho foram desenvolvidos métodos adequados para extrair e quantificar a quercetina em amostras de pele e na fase receptora após estudos de penetração cutânea in vitro. Os resultados demonstraram que a recuperação das camadas de pele, EC e [E+D], quando do uso de duas diferentes metodologias de quantificação (ensaio de DPPHò e CLAE, respectivamente), foi de 93,8 por cento quando aplicada uma dose de 50 µg/mL de quercetina, 100,4 por cento para 100 µg/mL e 89,9 por cento para 250 µg/mL e a recuperação média da extração da quercetina da fase receptora, quando do emprego de diclorometano como solvente extrator, foi de 96 por cento. Tais resultados demonstram que os métodos descritos têm grande potencial de aplicação em estudos de penetração in vitro já que apresentaram exatidão e sensibilidade.

Influence of ceramide 2 on in vitro skin permeation and retention of 5-ALA and its ester derivatives, for photodynamic therapy / Influência da ceramida 2 sobre a permeação cutânea in vitro e retenção de 5-ALA e seus derivados de ésteres, para terapia fotodinâmica

Photodynamic therapy (PDT) based on topical 5-aminolevulinic acid (5-ALA), an endogenous precursor of protoporphyrin, is an interesting approach for the treatment of skin cancer. However, 5-ALA is a hydrophilic molecule and such a characteristic limits its appropriate cutaneous penetration and retention. In this way, more lipophilic molecules, such as esterified 5-ALA derivatives, have been under investigation in order to improve the skin penetration of this molecule. Drug formulation can also alter 5-ALA skin penetration. Therefore, the aim of this work was to study the influence of ceramide 2 - the main lipid of the SC- on the cutaneous delivery of 5-ALA and its ester derivatives in vitro, using Franz diffusion cell. The skin permeation of all studied drugs was decreased in the presence of ceramide, representing a desirable characteristic in order to avoid the risk of systemic side effects. Nevertheless, the SC and [epidermis + dermis] retention after 16 h has also been decreased in the presence of ceramide, as compared to control. In conclusion, ceramide was not a good adjuvant, meaning that research of other vehicles could be useful to improve cutaneous delivery of 5-ALA.

A Terapia Fotodinâmica (TFD) tópica com um precursor das porfirinas endógenas, o ácido 5-aminolevulínico (5-ALA), constitui uma nova modalidade para o tratamento do câncer de pele. Entretanto, o 5-ALA é uma molécula hidrofílica, o que limita sua penetração e retenção cutânea apropriadas. Moléculas mais lipofílicas, tais como derivados esterificados do 5-ALA, estão sob intensa investigação para melhorar a penetração cutânea desta molécula. A formulação que contém o fármaco também pode alterar a penetração cutânea do 5-ALA. Desta forma, o objetivo deste trabalho foi estudar a influência da ceramida 2 - o principal lipídeo do EC- sobre a penetração cutânea de 5-ALA e seus derivados esterificados usando células de difusão de Franz. A permeação de todas as drogas estudadas através da pele foi diminuída na presença de ceramida, o que é desejável, evitando riscos de efeitos colaterais sistêmicos. Entretanto, a retenção no EC e [epiderme + derme] também foi diminuída na presença da ceramida, após 16 horas, comparado ao controle. Concluindo, a ceramida não foi um bom adjuvante, sendo necessária a pesquisa de outros veículos para melhorar a liberação cutânea do 5-ALA.

Enhancing effect of modified beta-cyclodextrins on in vitro skin permeation of estradiol

Estradiol, the most important hormone in females, was complexed with hydroxypropyl-beta-cyclodextrin (HP-beta-CD) and randomly methylated beta-cyclodextrin (RM-b-CD). After obtaining the inclusion complexes, they were characterized by DSC, ¹H-NMR and solubility studies. The enhancing effect of CDs on estradiol skin permeation/retention was investigated in vitro using Franz diffusion cells. Both CDs increased estradiol aqueous solubility, but in different proportions. DSC and NMR-H¹ analyses showed that estradiol was complexed with both CDs and RM-beta-CD has stronger interactions with the hormone than HP-beta-CD. Moreover, complexes formation increased estradiol flux through the skin (P<0.01), but the hormone retention in the stratum corneum (SC) only increased after complexation with HP-beta-CD. On the other hand, only RM-b-CD was able to modify estradiol retention in the SC after skin pretreatment with CDs. The results suggest that the enhancing effect of CDs on estradiol flux through the skin may be mainly described as an increase in drug availability on the skin surface due to inclusion complexation. Furthermore, the formation of a significant reservoir of estradiol in the SC due to HP-beta-CD complexation makes it an interesting approach for estradiol transdermal delivery.

Estradiol, o mais importante hormônio feminino, foi complexado com hidroxipropil-beta-ciclodextrina (HP-beta-CD) e metil-beta-ciclodextrina randômica (RM-beta-CD). Após a obtenção dos complexos, os mesmos foram caracterizados por estudos de solubilidade, CDV e RMN-H¹. O efeito das CDs sobre a absorção/retenção do estradiol na pele foi investigado in vitro em células de difusão de Franz. As CDs aumentaram a solubilidade aquosa do estradiol em diferentes proporções. As análises de CVD e RMN-H¹ comprovaram a complexação do estradiol com ambas CDs, sendo que RM-beta-CD apresentou interação mais forte com estradiol do que HP-beta-CD. Mais adiante, a formação de complexos aumentou o fluxo de estradiol através da pele (P<0,01), mas o aumento de fármaco no estrato córneo (EC) foi observado somente após complexação com HP-beta-CD. Por outro lado, somente a RM-beta-CD foi capaz de aumentar a retenção do fármaco no EC após o pré-tratamento da pele com CDs. Os resultados sugerem que o efeito promotor das CDs no fluxo de estradiol pode ser descrito principalmente como aumento da disponibilidade de fármaco na superfície da pele devido à complexação. Além disso, a formação de um significativo reservatório do hormônio no EC torna a complexação com HP-beta-CD uma estratégia interessante para liberação transdérmica do estradiol.

A study of the characteristics and in vitro permeation properties of CMC/ chitosan microparticles as a skin delivery system for vitamin E

Carboxymethylcellulose (CMC)/chitosan microparticles containing vitamin E were prepared by a complex coacervation method and their potential use as a topical delivery system was evaluated. Morphology, particle size distribution, encapsulation yield, physical and chemical stability, in vitro release and permeation through skin were studied. The microparticles appeared to be spherical, with a homogeneous surface and were not aggregated. Mean diameters ranged from 2.7 to 7.6 µm and the encapsulation yield was 81 percent. Chemical stability studies indicated a protection of encapsulated vitamin E, of 8.1 percent for O/W and of 10.83 percent for W/O emulsions, following storage at 45 °C for 60 days. Forty-eight percent of vitamin E, determined by HPLC, were released within 24 hours. In vitro permeation and retention studies showed a higher penetration rate of vitamin E in the free and encapsulated forms, from the W/O emulsion. The carriers studied seem to be promising systems for topical administration.

Cyclosporin A in skin samples from in vitro penetration studies may be assayed by a simple HPLC method

A simple High Perfomance Liquid Chromatography method with UV detection was developed for quantification of Cyclosporin A (CysA) in skin sample after in vitro penetration studies. The peptide was recovered from two different layers of skin, the stratum corneum and the epidermis plus dermis ([E+D]), by vortex homogenization and bath sonication in an organic solvent (methanol). Recovery of CysA from skin was about 85 percent and CysA was estimated by HPLC using a RP-18 column, UV detection at 210 nm and acetronitrile: water (67:33 v/v) as the mobile phase. The quantification limit was 105ng/mL. The assay was linear from 0.15-500 µg/mL. The within-day and between-day assay precision and accuracy were studied at three concentration levels (1, 10 and 20 µg/mL)...

Glycerol monooleate/solvents systems for progesterone transdermal delivery: in vitro permeation and microscopic studies

A liberaçäo transdérmica de muitos fármacos é dificultada pelas características de barreira do estrato córneo. Promotores químicos de absorçäo cutânea säo capazes de interagir com os constituintes do estrato córneo, induzindo aumento temporário e reversível na permeabilidade da pele. O objetivo deste trabalho foi avaliar a influência de sistemas monoleína (monoleato de glicerol)/solventes na absorçäo percutânea de um fármaco lipofílico (a progesterona), através do estrato córneo de camundongos sem pelo, bem como o efeito da monoleína nas características estruturais do estrato córneo, por meio de microscopia eletrônica de varredura...

HPLC assay of lidocaine in vitro dissolution test of the Poloxamer 407 gels

Apresenta-se método simples de cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE) para análise da lidocaína em meio aquoso, após estudo de liberaçäo in vitro. A lidocaina foi analisada usando-se coluna LichroCART RP-18 (5mm, 125x4mm), fase móvel constituída de acetonitrila: tampäo fosfato de sódio 0,05 M, pH 6 (35:65), adicionada de 0,05 por cento de dietilamina com fluxo de 1 mL/min. O tempo de retençäo foi de 7,9min. A linearidade do método foi de 1,25 a 25 µg/mL com coeficiente de variaçäo intra-ensaio e inter-ensaio menor que 3,5 por cento.

Potential incorporation of 5-aminolevulinic acid in micelles and stratum corneum lipids liposomes: fluorescence quenching studies

The quenchings of pyrene fluorescence by 5-aminolevulinic acid (5-ALA) in dodecyl sulfate (SDS) micelles and stratum corneum lipids liposomes (SCLLs) were studied in order to verify the capacity of incorporation of 5-ALA in these systems. Static and dynamic quenching constants based on the simultaneous determination of fluorescence intensity quenching and fluorescence decay measurements were determined. 5-ALA was incorporated at crescent concentrations in SDS micelles and SCLLs containing the fluorescent probe (pyrene, 1,15 x '10 POT.menos 5 M') and the rate constants of quenching (kq) of pyrene were determined. 5-ALA was able to quench the fluorescence of the probe in both systems studied. A greater extent...

Desenvolvimento de produtos dermatologicos contendo corticosteroides: avaliacao da liberacao e penetracao transcutanea por metodologia in vitro / Development of dermatologic products containing corticoids: evaluation of the release and transcutaneous penetration by in vitro methodology

Os corticosteroides sao substancia largamente empregadas em dermatologia devido ao seu potente efeito anti-inflamatorio na pele. Entretanto, associado a este efeito benefico tem-se o risco da ocorrencia de efeitos colaterais, decorrentes principalmente da absorcao sistemica dos corticosteroides pela via cutanea. A penetracao transcutanea a retencao cutanea dos corticosteroides e influenciada pelo veiculo no qual estes principios ativos sao incorporados. Assim sendo, os objetivos desta pesquisa foram investigar, in vitro, formulacoes que proporcionassem uma alta retencao cutanea dos corticosteroides na pele e tambem minima penetracao transcutanea. O estudo foi realizado com geis de Poloxamer 407 contendo diferentes concentracoes dos promotores de absorcao cutanea, ureia ou lecitina. Os parametros liberacao, penetracao transcutanea e retencao cutanea dos acetatos de hidrocortisona e dexametasona, desonida e triamcinolona acetonida foram avaliados por metodologia in vitro, utilizando-se de celula de difusao e membranas. A quantificacao dos corticosteroides nas diferentes fases do experimento foi realizada por cromatografia liquida de alta eficiencia. Os resultados obtidos mostraram a influencia do veiculo nos parametros avalliados. As formulacoes obedeceram cinetica de primeira ordem para a liberacao e penetracao transcutanea. As preparacoes contendo lecitina promoveram uma maior retencao cutanea dos corticosteroides, sugerindo, assim, que geis de Poloxamer 407, associados com lecitina, formam veiculos adequados para a incorporacao de corticosteroides