Cyclodextrins and ternary complexes: technology to improve solubility of poorly soluble drugs

Cyclodextrins (CDs) are cyclic oligosaccharides composed of D-glucopyranoside units linked by glycosidic bonds. Their main property is the ability to modify the physicochemical and biological characteristics of low-soluble drugs through the formation of drug:CD inclusion complexes. Inclusion complexation requires that host molecules fit completely or partially within the CD cavity. This adjustment is directly related to the physicochemical properties of the guest and host molecules, easy accommodation of guest molecules within the CD cavity, stoichiometry, therapeutic dose, and toxicity. However, dosage forms may achieve a high volume, depending on the amount of CD required. Thus, it is necessary to increase solubilization efficiency in order to use smaller amounts of CD. This can be achieved by adding small amounts of water-soluble polymers to the system. This review addresses aspects related to drug complexation with CDs using water-soluble polymers to optimize the amount of CD used in the formulation in order to increase drug solubility and reduce dosage form volume.

Ciclodextrinas (CDs) são oligossacarídeos cíclicos, compostos por unidades D-glicopiranosídicas ligadas entre si por meio de ligações glicosídicas e sua principal propriedade está na capacidade de alterar as características físico-químicas e biológicas de fármacos com baixa solubilidade por meio da formação de complexos de inclusão fármaco:CD. Para a formação dos complexos de inclusão a molécula hospedeira necessita ajustar-se total ou parcialmente no interior da cavidade da CD, onde este ajuste está diretamente ligado a propriedades físico-químicas da molécula hóspede e hospedeira, facilidade de alojamento da molécula hóspede no interior da cavidade da CD, estequiometria, dose terapêutica e toxicidade. No entanto, as formas farmacêuticas podem atingir um elevado volume, em função da quantidade de CD requerida, sendo necessário aumentar sua eficiência de solubilização para que seja possível utilizar menores quantidades das mesmas. Isso pode ser obtido com a inclusão de pequenas quantidades de polímeros hidrossolúveis ao sistema. Nessa revisão, são abordados aspectos relacionados à complexação de fármacos com ciclodextrinas empregando-se polímeros hidrossolúveis para otimização da quantidade de CD utilizada na formulação, com a finalidade de aumentar a solubilidade do fármaco e reduzir o volume das preparações.

Estudos de mucoadesão no trato gastrointestinal para o aumento da biodisponibilidade oral de fármacos: [revisão] / Mucoadhesion studies in the gastrointestinal tract to increase oral drug bioavailability: [revision]

A biodisponibilidade oral de muitos fármacos é limitada pelo tempo de residência das formas farmacêuticas ao longo do trato gastrointestinal. A mucoadesão tem sido proposta como forma de prolongar o tempo de residência em determinada zona, contribuindo para o aumento do efeito terapêutico dos fármacos. O estômago e o intestino delgado têm sido preferencialmente os alvos de estudo da mucoadesão, tendo sido observados resultados promissores em ensaios in vitro. Contudo, alguns ensaios em humanos, usando a técnica de γ-cintigrafia, têm revelado o insucesso da mucoadesão como forma de aumentar o tempo de contacto de formulações no trato gastrointestinal superior. A falta de correlação in vitro/in vivo pode ser atribuída à complexidade do trato gastrointestinal humano. Muitos dos modelos in vitro reproduzem apenas em parte as condições observadas in vivo. Outros fatores, tais como a motilidade, o pH, a espessura e a taxa de renovação de muco, presença de enzimas e alimentos, não têm sido simulados em ensaios in vitro. A taxa de renovação do muco, a sensibilidade aos estímulos secretores e a motilidade são mais baixas no cólon que no estômago e intestino delgado. Portanto, a mucoadesão no cólon poderá constituir um conceito mais bem sucedido. Contudo, são necessários mais estudos quer em modelos animais quer em humanos para avaliar o seu verdadeiro potencial. Além disso, são necessários estudos de farmacocinética para determinar a libertação e posterior absorção do fármaco a partir do sistema mucoadesivo.

The oral bioavailability of many drugs can be limited by the residence time of pharmaceutical dosage forms in the gastrointestinal tract. Mucoadhesion has been proposed as a method to increase residence time at a specific area, hence increasing the therapeutic effect of drugs. Most research efforts on mucoadhesion have focused on the stomach and small intestine, with promising results observed from in in vitro studies. However, γ-scintigraphy data obtained in human studies have revealed the lack of success of mucoadhesion approaches in order to increase the contact time of formulations in the upper gut. The lack of in vitro/in vivo correlation can be attributed to the complex nature of the human gastrointestinal tract, with most in vitro models providing little resemblance to the in vivo situation, such as motility, pH, mucus thickness and mucus turnover, presence of enzymes and food. In the colon, the mucus turnover, the sensibility to mucus secretory stimulus and motility are lower than in the stomach and small intestine. Therefore, colonic mucoadhesion may be a more successful approach. Nevertheless, more studies in animals and humans are needed to evaluate its potential, as well as, pharmacokinetic studies to investigate drug release and absorption from mucoadhesive systems.

Sistemas farmacêuticos gastrorretentivos flutuantes / Pharmaceutical gastro-retentive systems

Freqüentemente recorre-se à produção de sistemas gastrorretentivos para modular a liberação de fármacos a partir de sistemas farmacêuticos com vistas ao aumento do tempo de permanência do fármaco no trato gastrointestinal. Umas das estratégias mais interessantes passa pela produção de sistemas flutuantes. Estes podem ser classificados em dois grupos: sistemas flutuantes efervescentes e sistemas flutuantes não-efervecentes. Neste artigo apresenta-se uma revisão bibliográfica do que tem sido produzido nesta área nos últimos anos.

Gastro-retentive systems are often produced in order to modulate drugs release from pharmaceutical forms and in this way to increase drug residence time in the gastrointestinal tract. One of the most interesting strategies consists in the preparation of floating devices. These can be classified into two groups: effervescent systems and non-effervescent systems. A review of what has been done in the last years is presented in this article.

Obtenção de pellets por extrusão e esferonização farmacêutica. Parte II: avaliação das características física de pellets / Production of pellets by pharmaceutical extrusion and spheronisation. Part II: physical characterisation of pellets

O processo de peletização, abordado na Parte I, consiste na aglomeração por via úmida de pós de uma substância ativa e excipientes sob a forma de unidades esféricas denominadas por pellets. Os pellets diferem de grânulos não apenas pela técnica utilizada para a produção, mas também no que respeita as características físicas conseguidas. O presente trabalho, o segundo de uma série de dois, apresenta uma revisão das características físicas e das técnicas para a caracterização física de pellets farmacêuticos abordando as principais necessidades posteriores a produção dessas multi-unidades, nomeadamente revestimento com película, enchimento de cápsulas, compressão, manuseamento, armazenamento e transporte.

The pelletisation process described in Part I consists of the wet agglomeration of fine powders of a drug substance and excipients into spherical units referred as pellets. Pellets differ from granules in terms of the production process and the physical characteristics. The current work, the second part of a series of two, intends to describe and revise the literature of the evaluation and characterisation of active drug pellets regarding the needs of postproduction of the units namely, film coating, capsule filling, compression, handling, storing and shiping.

Liberação específica de fármacos para administração no cólon por via oral. I - O cólon como local de liberação de fármacos / Colonic drug delivery. I- The colon as a site for drug delivery

A liberação específica de fármacos no cólon tem atraído a atenção de investigadores interessados no tratamento de patologias locais e no seu potencial na liberação de proteínas e peptídeos. O tratamento de patologias do cólon como é o caso da doença inflamatória do intestino pode ser otimizada com o recurso destes sistemas que se propõem a liberar o agente farmacológico adequado, seletivamente no local ativo de inflamação, na medida em que diminuem a dose oral e os seus efeitos adversos. A atividade das peptidases no cólon é muito baixa, o que torna possível que moléculas tão lábeis como as proteínas e peptídeos possam ser administrados oralmente sem comprometer a sua biodisponibilidade. Para desenvolver estes sistemas é fundamental entender completamente o cólon enquanto local de liberação de fármacos e, em particular, aspetos como o tempo de trânsito, pH e atividade enzimática do cólon que são a base dos mecanismos utilizados para iniciar a liberação de fármacos no cólon. Outro aspecto importante é a capacidade de absorção do cólon. Neste contexto, o extenso tempo de residência e a presença de barreiras químicas e biológicas podem, respectivamente, aumentar ou limitar a absorção de fármacos.O impacto da doença inflamatória do intestino na eficácia destes sistemas pode ter sido subestimado, na medida em que esta patologia pode alterar o pH e a actividade enzimática do cólon.

Drug delivery to the colon has become attractive to researchers interested in the treatment of local diseases and for its potential for the delivery of proteins and therapeutic peptides. The treatment of colonic disorders like the inflammatory bowel disease can be improved by the use of systems capable of delivering the appropriate pharmacological agent selectively in the active site of inflammation, because it reduces the oral dose and its systemic side effects. The activity of the peptidases in the colon is very low, which makes possible to such labile molecules like proteins and peptides to be orally administered, without compromising their bioavailability. In the development of these systems it is fundamental to fully understand the colon as a site for drug delivery and, in particular, aspects like transit time, pH and enzyme activity of the colon, which are the basic mechanisms used to trigger release of a drug in the colon. Another important aspect is the absorptive capacity of the colon. In this context, the long residence time and the presence of some biological and chemical barriers might, respectively, enhance or limit drug absorption. The impact of the active inflammatory bowel disease on the efficacy of the systems used for targeting drugs to the colon might have been underestimated, since this pathology can alter the colonic pH and the enzyme activity of the colon.

Liberação específica de fármacos no cólon por via oral. II - Tipos de sistemas utilizados / Colonic drug delivery. II- Types of delivery systems

Dois tipos de abordagens podem ser utilizadas para liberar fármacos no cólon: liberação retardada ou liberação específica no cólon. O primeiro caso diz respeito a formulações concebidas de forma a prolongar a dissolução do fármaco e a sua absorção, até que a formulação chegue ao cólon. Esta estratégia demonstra falta de especificidade quando comparada com outras que se baseiam nas características particulares do cólon. A liberação específica no cólon explora as suas propriedades como o pH, atividade enzimática e pressão intraluminal. No geral, o sistema ideal pode ser obtido com a utilização de peletes, que como é sabido possuem maior previsibilidade no seu esvaziamento gástrico e maior tempo de residência no cólon, ou sistemas revestidos com um design simples. Teoricamente, os sistemas baseados na atividade enzimática, e, sobretudo, os que são constituídos por polissacarídeos, são mais específicos e possuem baixa toxicidade. No entanto, qualquer outro sistema pode ser eficaz na liberação específica de fármacos no cólon. Na realidade, alguns sistemas tempo e pH dependentes comercializados, têm mostrado benefícios no tratamento da doença inflamatória do intestino, apesar da sua baixa especificidade. As investigações neste campo, devem ser conduzidas de forma a identificar a estratégia apropriada, que permita a liberação específica do fármaco de maneira segura, efetiva, pouco dispendiosa e com a mínima flutuação em termos de liberação de fármacos no local alvo.

Two basic approaches may be taken in delivering drugs to the colon: time-delayed release or colonic targeting. The former involves sustained release dosage forms, which are designed to prolong drug dissolution and hence absorption, until it reaches the colon. This strategy shows lack of specificity when compared with others that take advantage of unique characteristics present in the colon. Direct targeting involves the exploitation of environmental properties of the colon, like pH of the colon, enzymatic activity or intraluminal pressure. In general, the ideal colonic drug delivery may be accomplished by using pellets, which are known to have more predictable gastric emptying and great colonic residence times, and coated dosage forms with a simple design since they are easy to manufacture. Theoretically, the enzyme dependent systems, and, specially, those based in the use of polysaccharides, are more specific and non-toxic. Nevertheless, any of the others approaches might be suitable to obtain a colonic delivery system with the appropriate characteristics. Some commercially time-dependent and pH-dependent systems have shown important benefits in the treatment of inflammatory bowel disease, despite their less specificity. The investigations in this field should be conducted to identify the appropriate approach, which can result in the delivery of drugs in a safe, effective and less expensive manner with minimum fluctuation in terms of release of drug at target site.

Preparações radiofarmacêuticas e suas aplicações / Radiopharmaceuticals and applications

Os radiofármacos são compostos, sem ação farmacológica, que têm na sua composição um radionuclídeo e são utilizados em Medicina Nuclear para diagnóstico e terapia de várias doenças. Para aplicações de diagnóstico em Medicina Nuclear utilizam-se radiofármacos que apresentam na sua constituição radionuclídeos emissores de radiação g ou emissores de pósitrons (b+), já que o decaimento destes radionuclídeos dá origem a radiação eletromagnética penetrante, que consegue atravessar os tecidos e pode ser detectada externamente. Os radiofármacos para terapia devem incluir na sua composição um radionuclídeo emissor de partículas ionizantes (a , b- ou elétrons Auger), pois a sua ação se baseia na destruição seletiva de tecidos. Existem dois métodos tomográficos para aquisição de imagens em Medicina Nuclear: o SPECT (Tomografia Computarizada de Emissão de Fóton Único), que utiliza radionuclídeos emissores g (99mTc, 123I, 67Ga, 201Tl) e o PET (Tomografia por Emissão de Pósitrons), que usa radionuclídeos emissores de pósitrons ( 11C, 13N, 15O, 18F). Os radiofármacos podem ser classificados em radiofármacos de perfusão (ou 1ª geração) e radiofármacos específicos (ou 2ª geração). Os radiofármacos de perfusão são transportados no sangue e atingem o órgão alvo na proporção do fluxo sanguíneo. Os radiofármacos ditos específicos contêm molécula biologicamente ativa, que se liga a receptores celulares e que deve manter a sua bioespecificidade mesmo após ligação ao radionuclídeo. Assim, nestes radiofármacos, a fixação em tecidos ou órgãos é determinada pela capacidade da biomolécula de reconhecer receptores presentes nessas estruturas biológicas. As preparações radiofarmacêuticas são obtidas prontas para uso, em kits frios ou em preparações autólogas. De acordo com o tipo de preparação, existe um processo de controle de qualidade próprio. A maior parte dos radiofármacos em uso clínico corresponde a agentes de perfusão...

Radiopharmaceuticals are substances without pharmacological activity that are used in Nuclear Medicine for diagnosis and therapy for several diseases. Diagnosis radiopharmaceuticals generally emit g radiation or positrons (b+), because their decay originates penetrating electromagnetic radiation that can cross the tissues and be externally detected. Therapeutic radiopharmaceuticals must include in their composition ionized particles emission nucleus (a, b- or Auger electrons), since their action is based in selective tissue destruction. There are two main methods for image acquisition: SPECT (Single Photon Emission Computerized Tomography) that uses g emission radionuclides (99mTc, 123I, 67Ga, 201Tl) and PET (Positron Emission Tomography) that uses positron emission radionuclides like 11C, 13N, 15O, 18F. Radiopharmaceuticals can be classified into perfusion radiopharmaceuticals (first generation) or specific radiopharmaceuticals (second generation). Perfusion radiopharmaceuticals are transported in the blood e reach the target organ in the direct proportion of the blood stream. Specific radiopharmaceuticals contain a biologically active molecule that binds to cellular receptors that must remain biospecific after binding to the radiopharmaceutical. For this type of radiopharmaceuticals, tissue or organ uptake is determined by the biomolecule capacity of recognizing receptors in those biological structures. Radiopharmaceuticals are produced ready to use, in cold kits or in autologal preparations. According to the preparation type there is a different quality control procedure. Most of the radiopharmaceuticals used nowadays are of the perfusion type. Research focus in the development of specific radiopharmaceuticals that can provide information, at the molecular level, of biochemical alterations associated to different pathologies...

Complexos de inclusão de indometacina com hidroxipropil-beta-ciclodextrina: estudos de dissolução e coeficiente de partição / Inclusion compounds of indomethacin with hydroxypropyl-beta-cyclodextrin: dissolution profile and partition coefficient evaluation

A indometacina, antiinflamatório não-esteróide, é praticamente insolúvel em água. A hidroxipropil-beta-ciclodextrina confere aos fármacos nela incluídos melhores características de solubilidade. A formação de complexos com indometacina protege da hidrólise, aumentando a solubilidade. O objetivo desse trabalho foi estudar a influência da complexação por liofilização e por spray-dried, na dissolução e coeficiente de partição. Os resultados dos estudos de dissolução dos complexos de inclusão obtidos por liofilização quando comparados com os obtidos por spray-dryer, apresentam quer maior velocidade de dissolução quer melhor eficiência de dissolução. Os resultados da análise do coeficiente de partição, com ambos os métodos de complexação, confirmam a teoria de que são várias as forças intervenientes neste processo e não é só a fração livre de fármaco que condiciona o transporte para a fase orgânica, reforçando a importância do pH do meio. No estudo com o tampão fosfato pH 7,0, as variações no grau de transporte pela adição de ciclodextrina são muito pequenas, não ocorrendo alteração significativa dos valores de Log P*, verificando-se alterações mais significativas quando se utiliza o tampão fosfato pH 5,5. A complexação aumentou a capacidade de solubilização e dissolução da indometacina, a qual tem caráter lipófilo, sem alterar as características que lhe permitem ter boa capacidade de difusão através de membranas biológicas.

Aspectos biofarmacêuticos da formulação de medicamentos para neonatos. Fundamentos da complexação de indometacina com hidroxipropil-"beta"-ciclodextrina para tratamento oral do fechamento do canal arterial / Biopharmaceutical aspects of drugs formulations for neonatology. Rational for indomethacin's complexation with hydroxypropyl-

A terapêutica farmacológica em recém-nascidos confronta-se, por um lado, com um organismo sujeito a marcadas alterações biológicas, resultantes da composição orgânica e da maturação funcional, que decorre a diferentes graus em crianças com a mesma idade, determinando modificações no perfil farmacocinético e farmacodinâmico e, por outro lado, com a necessidade efetiva da utilização de fármacos. Para dar resposta à necessidade de tratamento destes doentes, recorre-se à utilização de medicamentos off label, sendo esta uma prática com um elevado risco de segurança e de eficácia, na ausência de informação acerca da estabilidade, solubilidade e biodisponibilidade...

Obtenção de pellets por extrusão e esferonização farmacêutica. Parte I. Avaliação das variáveis tecnológicas e de formulação / Production of pellets by pharmaceutical extrusion and spheronisation. Part I. Evaluation of technological and formulation variables

O processo de peletização consiste na aglomeração por via úmida de pós de uma substância ativa e excipientes sob a forma de umidades esféricas. Estas umidades esféricas, denominadas pela expressão anglo-saxônica pellets, diferem de grânulos obtidos pelo processo clássico de granulação no que respeita às características físicas conseguidas. Um dos processos de peletização usualmente empregado para a produção de pellets em duas operações unitárias fundamentais: a extrusão e a esferonização. O presente trabalho pretende apresentar um revisão da técnica de extrusão e esferonização para produção de pellets farmacêuticos abordando as implicações dos aspectos tecnológicos e de formulação que envolvem este processo

Administração oral de peptídeos e proteínas: II. Aplicação de métodos de microencapsulação / Oral delivery system for peptides and proteins: II. Application of microencapsulation methods

A escolha de um método de microencapsulação adequado para promover o aumento da biodisponibilidade oral de fármacos peptídicos depende das características físico-químicas do fármaco a encapsular, das condições operacionais e dos polímeros utilizados. Nesta abordagem é feita uma avaliação dos diversos métodos de microencapsulação e sua aplicação na administração oral de peptídeos e proteínas. As técnicas de microencapsulação que utilizam polímeros de origem natural, não recorrendo a condições drásticas de preparação, são consideradas opções privilegiadas

A dissolução in vitro na previsão da absorção oral de fármacos em formas farmacêuticas de liberação modificada / Dissolution studies in vitro as a prognostic tool for oral absorption of modified release pharmaceutical dosage forms

Pretende-se com o presente trabalho abordar os aspectos teóricos e práticos dos estudos de dissolução das formas farmacêuticas sólidas orais de liberação modificada, em três partes. Na primeira parte faz-se referência à classificação, interesse terapêutico e teoria da liberação do fármaco. Na segunda parte abordam-se as teorias de dissolução, os modelos de liberação, os sistemas de dissolução e sua validação, as especificações e critérios de aceitação dos ensaios de dissolução e ainda os fatores condicionates da dissolução, liberação e absorção. Na terceira parte confrontam-se as condições em que são efetuados os ensaios de dissolução com os parâmetros fisiológicos, fazendo referência aos meios de dissolução e composição do lume do trato gastrintestinal e ao modelos hidrodinâmicos

Administração oral de peptídios e proteínas: I. Estratégias gerais para aumento da biodisponibilidade oral / Oral delivery system for peptides and proteins: I. Approaches to improve oral bioavailability

Existem, atualmente, centenas de peptídios e proteínas com ação terapêutica. Os obstáculos inerentes à sua administração oral têm impulsionado a investigação de estratégias capazes de os ultrapassar. Nesta revisão são abordados estes dois aspectos. A microencapsulação, pela sua versatilidade, sobressai entre as demais estratégias, afirmando-se como escolha potencial na administração oral de fármacos peptídicos...

Promotores de permeaçäo para a liberaçäo transdérmica de fármacos: uma nova aplicaçäo para as ciclodextrinas / Permeation enhancers in transdermal drug delivery systems: a new aplication of cyclodextrins

No presente trabalho é feita uma breve revisäo sobre promotores de permeaçäo cutânea, descrevendo-se os seus mecanismos de açäo e alguns exemplos. Abordam-se as vias de permeaçäo de fármacos através da pele e liberaçäo transdérmica. Säo também focadas as ciclodextrinas e seu derivados, a sua estrutura e propriedades físico-químicas, formaçäo de complexos de inclusäo e o seu papel como excipientes em sistemas transdérmicos. As ciclodextrinas constituem um grupo de excipientes que têm um papel de grande importância em formulaçäo farmacêutica. Uma das mais extradionárias propriedades destas moléculas é a sua capacidade de incrementar a liberaçäo de fármacos através da pele sem, no tentanto, afetar a sua funçäo barreira...

Ciclodextrinas em novos sistemas terapêuticos / Cyclodextrins in new therapeutic systems

No presente trabalho é feita breve revisão sobre ciclodextrinas e seus derivados. Abordaram-se aspectos relacionados à sua obtenção, estrutura e propriedades físico-químicas. São ainda focados aspectos relacionados ao seu metabolismo e toxicidade e é posta em evidência a capacidade das ciclodextrinas de formarem complexos de inclusão. A par da utilização clássica das ciclodextrinas, nos últimos tempos elas têm sido utilizadas no desenvolvimento de novos sitemas terapêuticos com a finalidade de aumentar a incorporação de fármaco, estabilizá-lo, modelar a liberação e até vetorizá-lo para determinada população celular. Os lipossomas, as nanopartículas e micropartículas são sistemas desenhados com estes propósitos...

Stability studies of tolbutamide/ß-cyclodextrin inclusion complexes

The ability of cyclodextrins to encapsulate many molcecules is used to improve the properties of drugs. Complexes of tolbutamide with ß-cyclodextrin were prepared by coprecipitation, kneading and freeze-drying. The inclusion complexes were stored under controlled conditions at 5ºC, 40ºC, 50ºC and 40ºC/75 per cent relative humidity. The influence of temperature and the humidity was examined by performing DSC thermal analysis, X-ray diffractometry, Raman spectroscopy and dissolution rate measurements. The results indicated that the interactions and dissolution rate of TBM/ß-CD inclusion complexes obtained by coprecipitation and kneading were unchanged after storage at 5ºC, 40ºC, 50ºC and 40ºC/75 per cent RH over six months...