Novel Studies in the Designs of Natural, Synthetic, and Compound Hydrogels with Biomedical Applications / Novedosos Estudios en el Diseño de Hidrogeles Naturales, Sintéticos y Compuestos con Aplicaciones Biomédicas

ABSTRACT Hydrogels are gaining widespread popularity in the biomedical field due to their extraordinary properties, such as biocompatibility, biodegradability, zero toxicity, easy processing, and similarity to physiological tissue. They have applications in controlled drug release, wound dressing, tissue engineering, and regenerative medicine. Among these applications, hydrogels as a controlled drug delivery system stands out, which releases active substances in precise amounts and at specific times. To explore the latest advances in the design of hydrogels, a literature review of articles published in indexed scientific journals, in Scopus and Science Direct, was carried out. This review aimed to discover and describe the most innovative hydrogel research with applications in the biomedical field; hydrogels synthesized with polymers of different origins were selected, such as; i. Natural (dextran, agarose, chitosan, etc.); ii. Synthetic (polyacrylamide, polyethylene glycol, polyvinyl alcohol, etc.); iii. Composites (interpenetrants, hybrid crosslinkers, nanocomposites, etc.). Comparative analysis revealed that hydrogels with composite materials show the most promise. These composite hydrogels combine the advantages of different polymers or incorporate additional components, offering enhanced properties and functionalities. In summary, hydrogels are versatile biomaterials with immense potential in biomedicine. Their unique properties make them suitable for diverse applications. However, innovative designs and formulations must continue to be explored to further advance the capabilities of hydrogels and expand their biomedical applications.

RESUMEN Los hidrogeles están ganando una extensa popularidad en el campo biomédico gracias a que presentan propiedades extraordinarias como biocompatibilidad, biodegradabilidad, nula toxicidad, fácil procesamiento, y similitud con el tejido fisiológico. tienen aplicaciones en la liberación controlada de fármacos, el vendaje de heridas, la ingeniería de tejidos y la medicina regenerativa. Entre estas aplicaciones, destaca el uso de hidrogeles como sistema de administración controlada de fármacos, que liberan sustancias activas en cantidades precisas y en momentos concretos. Para explorar los últimos avances en el diseño de hidrogeles, se realizó una revisión bibliográfica de artículos publicados en revistas científicas indexadas, en Scopus y Science Direct. El objetivo de esta revisión fue descubrir y describir las investigaciones de hidrogeles más innovadoras con aplicaciones en el campo biomédico, se seleccionaron hidrogeles sintetizados con polímeros de diferente índole como; i. Naturales (dextrano, agarosa, quitosano, etc.); ii. Sintéticos (poliacrilamida, polietilenglicol, alcohol polivinílico, etc); iii. Compuestos (interpenetrantes, reticulantes híbridos, nanocompuestos, etc.). El análisis comparativo reveló que los hidrogeles que utilizan materiales compuestos son los más prometedores. Estos hidrogeles compuestos combinan las ventajas de distintos polímeros o incorporan componentes adicionales, ofreciendo propiedades y funcionalidades mejoradas. En resumen, los hidrogeles son biomateriales versátiles con un inmenso potencial en biomedicina. Sus propiedades únicas los hacen adecuados para diversas aplicaciones, sin embargo, se debe seguir explorando diseños y formulaciones innovadores para seguir avanzando en las capacidades de los hidrogeles y ampliar sus aplicaciones biomédicas.

Evaluación de la intercambiabilidad in vitro de diferentes marcas de tabletas de diclofenaco sódico disponibles en el mercado colombiano / In vitro evaluation of the interchangeability of different brands of diclofenac sodium tablets available in the Colombian market

Introducción. El diclofenaco sódico se clasifica como un antiinflamatorio no esteroide. Dado que es de venta libre, el paciente no tiene ningún seguimiento por parte de los equipos de salud, y como sus fuentes son múltiples, es necesario establecer la equivalencia entre ellas en estudios in vitro, que son los más prácticos y plantean un menor compromiso ético. Objetivos. Determinar la intercambiabilidad de diferentes marcas comerciales de diclofenaco sódico comparadas con el producto innovador mediante un estudio in vitro de tabletas comerciales de 50 mg, según los lineamientos del Sistema de Clasificación Biofarmacéutica (SCB). Materiales y métodos. Se desarrollaron pruebas físicas y químicas siguiendo las indicaciones de laedición 39 de la United States Pharmacopeia (USP). Para la cuantificación, se validó una metodología analítica según lo establecido en la mencionada farmacopea y la guía Q2 del International Council for Harmonisation of Technical Requirements for Pharmaceuticals for Human Use (ICH). Los perfiles de disolución y sus análisis se rigieron por lo establecido por la Organización Mundial de la Salud y las normas nacionales. Resultados. Todos los productos aprobaron las pruebas físicas. En cuanto a la disolución, la etapa ácida también fue superada por todas las marcas, pero una marca falló en la etapa alcalina. El análisis de similitud reveló que solo un producto fue equivalente al innovador y tres fueron supradisponibles, aunque dichas marcas también podrían considerarse equivalentes al producto innovador. Conclusiones. De las ocho marcas evaluadas, tres no cumplieron totalmente con la prueba de valoración del principio activo y del porcentaje de disolución; solo una marca fue intercambiable con el producto innovador y tres fueron supradisponibles comparadas con este, por lo cual no constituyen un riesgo para el paciente.

Introduction: Diclofenac sodium is classified as a non-steroidal anti-inflammatory drug. As diclofenac is an over-the-counter drug, its use among patients cannot be monitored by health teams in follow-up sessions. Given the multiple sources of diclofenac sodium, their interchangeability must be investigated, particularly in the form of in vitro studies, which are the most practical research type and entail minimal ethical commitment. Objectives: To determine the interchangeability of the different commercial brands of diclofenac sodium relative to the innovative product, this work carries out an in vitro study of eight commercial products of diclofenac sodium (50 mg) following the guidelines of the Biopharmaceutical Classification System. Materials and methods: Physical and chemical tests were developed following the guidelines of the 39th edition of the United States Pharmacopoeia. An analytical methodology was validated for the quantification of diclofenac according to the current pharmacopoeia and the Q2 guideline ofthe International Council for Harmonisation of Technical Requirements for Pharmaceuticals for Human Use (ICH). Dissolution profiles and their analyseswere governed by the regulations established by the World Health Organization and the national regulations. Results: All the products passed the physical tests. In the dissolution assays, the acid stage was overcome by all brands, but in the alkaline stage, one brand failed. The analysis of the similarities revealed that only one product was equivalent to the innovator and that three were supra-available, although these brands could also be considered equivalent to the innovator. Conclusions: Of the eight brands evaluated, three failed the test forthe active principle and the percentage of dissolution. Only one brand was found to be interchangeable with the innovator, and three were identified to besupra-availableand, thus, they do not present a risk for patients.

Desarrollo de nuevos sistemas de liberación modificada y administración oral para el tratamiento de la tuberculosis / Development of new oral drug delivery systems for tuberculosis treatment

INTRODUCCIÓN: Rifampicina es inestable en medio ácido, y su descomposición es acelerada por isoniazida. El desarrollo de una formulación que permita la iberación secuencial de rifampicina (en estómago) e isoniazida (en intestino) podría superar este inconveniente. OBJETIVO: Obtener materiales portadores de rifampicina e isoniazida mediante acomplejamiento con polielectrolitos y caracterizarlos para determinar su utilidad en el desarrollo de sistemas de liberación sitio-específica, en combinación a dosisfija. MÉTODOS: Se utilizaron carboximetilcelulosa (CMC) y ácidoalgínico (AA) como polielectrolitos modelo. Se obtuvieron series de complejos CMC-rifampicina y AA-isoniazida. Se caracterizó el tipo de interacción, la capacidad de carga y las características reológicas de los materiales sólidos que, tras ser compactados bajo la forma de matrices simples o mixtas, fueron sometidos a ensayos de liberación en medios biorrelevantes. RESULTADOS: La interacción entre los grupos involucrados fue iónica, con una capacidad de carga del 100%. Los materiales presentaron propiedades de flujo desfavorables, con mejora por granulación. Las matrices liberaron rápidamente rifampicina en medio ácido con mínimos niveles concomitantes de isoniazida. La matriz seleccionada presentó liberación modulada de isoniazida, completada al cabo de 3 horas en un medio que simulaba el contenido intestinal. CONCLUSIONES: Los nuevos materiales pueden ser utilizados en el desarrollo de una formulación oral de liberación sitio-específica, capaz de mejorar la efectividad, reducir efectos adversos e incrementar la estabilidad de rifampicina.

INTRODUCTION: Rifampicin is unstable in acidic medium and its decomposition is accelerated by isoniazid. The development of a formulation to allow the sequential release of rifampicin (in stomach) and isoniazid (in gut) could overcome this problem. OBJECTIVE: To obtain materials with rifampicin and isoniazid, loaded in polyelectrolyte polymers and characterize them in order to determine their utility in the development of oral delivery systems for site-specific fixeddose combination. METHODS: Carboxymethyl cellulose (CMC) and alginic acid (AA) were used as polyelectrolytes. Series of complexes CMC-rifampicin and AA-isoniazid were obtained. The type of interaction, loading capacity and rheological properties were characterized in solid materials, which after compaction under simple or combined matrixes were testedin biorrelevant media. RESULTS: The interaction between components was ionic, and loading capacity was 100%.The powders showed unfavorable flow properties, improving by granulation. Release of rifampicin in acidic medium was fast, with minimal concomitant levels of isoniazid. The selected matrix showed a controlled release of isoniazid, which was completed after 3 hours in simulated intestinal media. CONCLUSIONS: The new materials can be used for the development of site specific oral formulations of rifampicin and isoniazid. They may lead to improved effectiveness, reduced side effects and higher rifampicin stability.

Morphometric and Histopathologic Changes in Skeletal Muscle Induced for Injectable PLGA Microparticles / Cambios Morfométricos e Histopatológicos en el Músculo Esquelético Inducidos por Microparticulas de PLGA Inyectables

The administration of microencapsulated drug in a matrix acid poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA) by intramuscular (IM) in humans has been approved by the FDA for various applications though it is not clear what effect they have on the morphological parameters of muscle tissue. The aim of this study was to analyze the morphological changes in the skeletal muscle tissue with their use. We used 12 adult female Sprague Dawley rats (Rattus novergicus) that were injected into their right gastrocnemius muscle belly with: sterile vehicle solution (G1, n = 4), 0.5 mg PLGA microparticle (G2, n = 4) and 0.75 mg PLGA microparticle (G3, n = 4), both dissolved in a sterile vehicle solution. At 14 days post injection the number and diameter of muscle fibers, the level of inflammation and histology appearance in terms of organization of muscle fibers, cellular distribution, tissue morphology and the presence of polymer waste were determined and the results between the groups compared. The administration of the compound in a single dose did not alter the morphometric parameters (number and diameter of muscle fibers) despite generating a mild inflammation in the tissue associated with the presence of polymeric residues, suggesting that the PLGA microparticles were well tolerated by the muscle tissue at concentrations tested (0.5 and 0.75 mg).

La administración de fármacos encapsulados en micropartículas de ácido poli-láctico/glicólico (PLGA) por vía intramuscular (IM) ha sido aprobada por FDA para su uso en seres humanos con variadas aplicaciones, no estando claro el efecto que tienen sobre los parámetros morfológicos del tejido muscular. El objetivo de este estudio fue analizar los cambios morfológicos en el tejido muscular esquelético. Se utilizaron 12 ratas (Rattus novergicus) hembras de la cepa Sprague Dawley, las cuales fueron inyectadas en el vientre del músculo gastrocnemio derecho con: solución vehículo estéril (G1, n=4) y con micropartículas 0,5 mg (G2, n=4) y 0,75 mg de PLGA (G3, n=4) ambas disueltas en solución vehículo estéril. A los 14 días post inyección se determinó el número y diámetro de fibras musculares, el nivel de inflamación y el aspecto histológico en términos de organización de fibras musculares, así como la distribución y morfología celular del tejido conjuntivo y presencia de residuos poliméricos, comparándose los resultados entre los grupos de estudio. La administración del compuesto en una sola dosis no modificó los parámetros morfométricos (número y diámetro de las fibras musculares), a pesar de generar una inflamación leve en el tejido, asociado a la presencia de residuos poliméricos, lo que sugiere que microesferas de PLGA son bien toleradas por el tejido muscular en las concentraciones probadas (0,5 and 0,75 mg).