Development of nanotechnology-based drug delivery systems with olive vegetable oil for cutaneous application

ABSTRACT Liquid-Crystalline Systems represent active compounds delivery systems that may be able to overcome the physical barrier of the skin, especially represented by the stratum corneum. To obtain these systems, aqueous and oily components are used with surfactants. Of the different association structures in such systems, the liquid-crystalline offer numerous advantages to a topical product. This manuscript presents the development of liquid-crystalline systems consisting, in which the oil component is olive oil, its rheological characterizations, and the location of liquid crystals in its phase map. Cytotoxic effects were evaluated using J-774 mouse macrophages as the cellular model. A phase diagram to mix three components with different proportions was constructed. Two liquid crystalline areas were found with olive oil in different regions in the ternary diagram with two nonionic surfactants, called SLC1 (S1) and SLC2 (S2). These systems showed lamellar liquid crystals that remained stable during the entire analysis time. The systems were also characterized rheologically with pseudoplastic behavior without thixotropy. The texture and bioadhesion assays showed that formulations were similar statistically (p < 0.05), indicating that the increased amount of water in S2 did not interfere with the bioadhesive properties of the systems. In vitro cytotoxic assays showed that formulations did not present cytotoxicity. Olive oil-based systems may be a promising platform for skin delivery of drugs.

RESUMO Os cristais líquidos representam um sistema de liberação de substâncias ativas capazes de vencer a barreira cutânea, representada especialmente pelo estrato córneo. Água, óleo e tensoativos são misturados para se obter esses sistemas. Diferentes estruturas podem ser formadas nesses sistemas, as quais oferecem muitas vantagens para os produtos de uso tópico. Esse trabalho visou ao desenvolvimento de sistemas líquido-cristalinos preparados com óleo de oliva, sua caracterização reológica e a identificação das fases cristalinas no diagrama ternário. Efeitos citotóxicos foram avaliados usando células de rato como modelo celular. Construiu-se um diagrama de fases que mistura três componentes em diferentes proporções. Duas áreas de cristal líquido, denominadas SLC1 (S1) e SLC2 (S2), foram encontradas com óleo de oliva em diferentes regiões no diagrama ternário preparado com dois diferentes tensoativos não-iônicos. Esses sistemas mostraram fase cristalina lamelar, que permaneceu estável durante o tempo estudado. Os sistemas foram também caracterizados reologicamente e apresentaram comportamento pseudoplástico com tixotropia. Os ensaios de textura e bioadesão mostraram que as formulações foram similares (p < 0.05), indicando que o aumento da quantidade de água em S2 não interferiu nas propriedades bioadesivas dos sistemas. Os ensaios de citotoxicidade mostraram que as formulações não foram citotóxicas. Sistemas à base de óleo de oliva são interessantes para a liberação de fármacos na pele.

Formulation and in vitro evaluation of mucoadhesive controlled release matrix tablets of flurbiprofen using response surface methodology

The objective of the current study was to formulate mucoadhesive controlled release matrix tablets of flurbiprofen and to optimize its drug release profile and bioadhesion using response surface methodology. Tablets were prepared via a direct compression technique and evaluated for in vitro dissolution parameters and bioadhesive strength. A central composite design for two factors at five levels each was employed for the study. Carbopol 934 and sodium carboxymethylcellulose were taken as independent variables. Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy studies were performed to observe the stability of the drug during direct compression and to check for a drug-polymer interaction. Various kinetic models were applied to evaluate drug release from the polymers. Contour and response surface plots were also drawn to portray the relationship between the independent and response variables. Mucoadhesive tablets of flurbiprofen exhibited non-Fickian drug release kinetics extending towards zero-order, with some formulations (F3, F8, and F9) reaching super case II transport, as the value of the release rate exponent (n) varied between 0.584 and 1.104. Polynomial mathematical models, generated for various response variables, were found to be statistically significant (P<0.05). The study also helped to find the drug's optimum formulation with excellent bioadhesive strength. Suitable combinations of two polymers provided adequate release profile, while carbopol 934 produced more bioadhesion.

O objetivo do presente estudo foi formular comprimidos mucoadesivos de flurbiprofeno, de liberação controlada, e otimizar o perfil da liberação do fármaco e a bioadesão, utilizando a metodologia de superfície de resposta. Prepararam-se os comprimidos via técnica de compressão direta, que foram avaliados in vitro quanto aos parâmetros de dissolução e da força bioadesiva. Planejamento com componente central para dois fatores em cinco níveis cada foi empregado para esse estudo. Carbopol 934 e carboximetilcelulose sódica foram tomados como variáveis independentes. Efetuaram-se estudos de espectroscopia por transformada de Fourier (FTIR) para observar a estabilidade do fármaco durante a compressão direta e para avaliar a interação a fármaco-polímero. Aplicaram-se vários métodos cinéticos para avaliar a liberação do fármaco dos polímeros. Gráficos de superfície de contorno e de resposta foram efetuados para retratar a relação entre as variáveis dependentes e a resposta. Os comprimidos mucoadesivos de flurbiprofeno apresentaram cinética de liberação não-fickiana, estendendo para ordem zero, para algumas formulações (F3, F8 e F9), alcançando transporte super caso II, à medida que o valor do expoente (n) de taxa de liberação variou entre 0,584 e 1,104. Modelos matemáticos polinomiais, gerados por diversas variáveis de resposta, foram estatisticamente, significativos (P<0,05). O estudo também auxiliou a encontrar a formulação ótima do fármaco, com excelente força de bioadesão. Combinações adequadas dos dois polímeros resultaram em perfis de liberação adequado, sendo que o Carbopol 934 produziu mais adesão.

Evaluation of Cedrela gum as a binder and bioadhesive component in ibuprofen tablet formulations

The compressional, mechanical and bioadhesive properties of tablet formulations incorporating a new gum obtained from the incised trunk of the Cedrela odorata tree were evaluated and compared with those containing hydroxypropylmethylcellulose (HPMC). Compressional properties were evaluated using Hausner's ratio, Carr's Index, the angle of repose, and Heckel, Kawakita and Gurnham plots. Ibuprofen tablets were prepared using the wet granulation method. Bioadhesive studies were carried out using the rotating cylinder method in either phosphate buffer pH 6.8 or 0.1 M hydrochloric acid media. The gum is a low viscosity polymer (48 cPs), and Fourier transform infrared spectroscopy revealed the presence of a hydroxyl group. Py and Pk values, which are measures of plasticity, showed the gum to be significantly (p<0.05) more plastic than HPMC, and plasticity increased with polymer concentration. All tablet formulations were non-friable (<1.0%), and the formulations containing the gum had a higher crushing strength (130.95 N) than those containing HPMC (117.85 N) at 2.0% w/w binder. Formulations incorporating the gum were non-disintegrating and had a significantly longer drug release time than those containing HPMC. At the highest binder concentration, Cedrela gum formulations adhered to incised pig ileum longer than those containing HPMC. Cedrela gum exhibited better compressive, flow and binding properties than HPMC and is suitable as a bioadhesive and for sustained release of drugs.

Propriedades de compressão, mecânicas e de formulações de comprimidos bioadesivos, que incorporam nova goma de mascar obtidas a partir de incisão de tronco da árvore de Cedrela odorata, foram avaliadas e comparadas com aquelas contendo hidroxipropilmetilcelulose (HPMC). Propriedades de compressão foram avaliadas usando a razão de Hausner, índice de Carr, ângulo de repouso e os gráficos de Heckel, Kawakita e Gurnham. Prepararam-se comprimidos de ibuprofeno utilizando o método de granulação a úmido. Realizaram-se estudos de bioadesividade utilizando o método de cilindro rotativo em tampão fosfato pH 6,8, ou meio ácido com 0,1 M de ácido clorídrico. A goma é um polímero de baixa viscosidade (48 cPs) e a espectroscopia no infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR) revelou a presença de um grupo hidroxila. Valores de Py e Pk, que são medidas de plasticidade, mostraram que a goma é significativamente (p <0,05) mais plástica do que HPMC e que a plasticidade aumenta com a concentração de polímero. Todas as formulações de comprimidos mostraram-se não-friáveis (<1,0%) e aquelas contendo a goma apresentaram maior resistência ao esmagamento (130.95N) do que aquelas contendo HPMC (117.85N) em 2,0% (p/p) do ligante. As formulações que incorporaram a goma eram não-desintegrantes e apesentaram tempo de liberação significativamente maior do que aquelas contendo HPMC. As formulações de goma de Cedrela aderiram à incisão de íleo de porco por tempo maior do que aquelas contendo HPMC com a maior concentração de ligante. A goma Cedrela apresentou melhor fluxo, compressão e propriedades de ligação do que HPMC e é adequada como bioadesivo e para a liberação sustentada de fármacos.

Formulation and evaluation of buccoadhesive quetiapine fumarate tablets

The aim of present study was to develop and evaluate buccoadhesive Quetiapine Fumarate (QF) tablets, which is extensively metabolised by liver. Buccoadhesive tablets of QF were prepared using HPMC K4M, HPMC K15M and combination of carbopol and HPC as mucoadhesive polymers by direct compression method. Sodium deoxycholate was added to formulation to improve the permeation of drug. The formulations were tested for bioadhesion strength, ex vivo residence time, swelling time and in vitro dissolution studies and ex vivo permeation studies. Optimized formulation (F3) showed 92% in vitro release in 8 h and 67% permeation of drug through porcine buccal mucosa and followed fickian release mechanism with zero order kinetics. FTIR studies of optimized formulation showed no evidence of interaction between the drug and polymers. In vivo mucoadhesive behaviour of optimized formulation was performed and subjective parameters were evaluated.

O objetivo do presente estudo foi desenvolver e avaliar os comprimidos bucoadesivos de fumarato de quetiapina (FQ), que é extensivamente metabolizada no fígado. Os comprimidos bucoadesivos de FQ foram preparados utilizando-se HPMC K4M, HPMC K15M e a combinação de carbopol e HPC como polímeros mucoadesivos pelo método de compressão direta. O desoxicolato de sódio foi adicionado à formulação para melhorar a permeação do fármaco. As formulações foram testadas quanto à força de bioadesão, tempo de residência ex vivo, tempo de inchamento, dissolução in vitro e permeação ex vivo. A formulação otimizada (F3) mostrou 92% de liberação in vivo em 8 h e 67% de permeação do fármaco através da mucosa bucal de porco e seguiu o mecanismo fickiano de liberação com cinética de ordem zero. Os estudos de FTIR da formulação otimizada não mostraram evidência da interação entre o fármaco e os polímeros. O comportamento mucoadesivo in vivo da formulação otimizada foi efetuado e avaliaram-se os parâmetros subjetivos.

Mucoadhesive drug delivery systems / Sistemas de entrega de drogas mucoadesiva

Drug actions can be improved by developing new drug delivery systems, such as the mucoadhesive system. These systems remain in close contact with the absorption tissue, the mucous membrane, releasing the drug at the action site leading to a bioavailability increase and both local and systemic effects. Mucoadhesion is currently explained by six theories: electronic, adsorption, wettability, diffusion, fracture and mechanical. Several in vitro and in vivo methodologies are proposed for studying its mechanisms. However, mucoadhesion is not yet well understood. The aim of this study was to review the mechanisms and theories involved in mucoadhesion, as well as to describe the most-used methodologies and polymers in mucoadhesive drug delivery systems.

O efeito de fármacos pode ser potencializado através do desenvolvimento de novos sistemas de liberação como os sistemas mucoadesivos. Estes sistemas permanecem em contato íntimo com o tecido de absorção, as mucosas, liberando o fármaco no local de ação, com o consequente aumento da biodisponibilidade, podendo promover efeitos locais e sistêmicos. A mucoadesão, atualmente, é explicada por seis teorias, a eletrônica, da adsorção, da molhabilidade, da difusão, da fratura e a mecânica. Para estudar seus mecanismos e quantificá-la, são propostas várias metodologias in vitro e in vivo. Porém, a mucoadesão ainda não é totalmente compreendida. Esse trabalho tem por objetivo revisar os mecanismos e as teorias envolvidas na mucoadesão, além de descrever as metodologias e os polímeros mais utilizados em sistemas mucoadesivos para liberação de fármacos.