Fabricación de micropartículas de alginato para la liberación de naproxen

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1 Tlamati Sabiduría, Volumen 7 Número Especial 2 (2016) Resumen 4 Encuentro de Jóvenes Investigadores CONACYT Acapulco, Guerrero 21, 21 y 23 de septiembre 2016 Memorias Fabricación de micropartículas de alginato para la liberación de naproxen Laura Edith Ramírez Márquez Universidad Autónoma de Guerrero Unidad Académica de Ciencias Naturales Programa de Verano Delfín edith.marq12@gmail.com Área en la que participa: III Medicina y Ciencias de la Salud Dr. Efrén Hernández Baltazar (Asesor) Profesor- Investigador de la Universidad Autónoma del Estado de Morelos efrenhb@uaem.mx Actualmente las formas farmacéuticas de liberación controlada son una de las presentaciones más utilizadas en la administración de fármacos, dentro de éstas se encuentran las recubiertas por diferentes polímeros que proporcionan múltiples ventajas físicas, químicas y farmacológicas. Las micropartículas presentes hoy en día en el mercado están destinadas a administración oral, que consiguen una liberación sostenida o controlada del principio activo a partir de una forma farmacéutica. En el presente trabajo se obtuvieron micropartículas de alginato por gelificación iónica, en dónde se modificó la concentración del polímero y del cloruro de calcio, utilizado como agente de entrecruzamiento. Se emplearon 3 distintas concentraciones de cada uno. Se determinaron parámetros tales como morfología, tamaño, rendimiento de producción y estudios de liberación. Se observó que a bajas concentraciones de alginato se obtienen partículas con mejores características morfológicas. A concentraciones altas de alginato y cloruro de calcio modifican y controlan la liberación de Naproxen. Palabras Clave: Micropartículas, alginato, gelificación iónica, liberación, naproxen.

2 4 Encuentro de Jóvenes Investigadores CONACYT Acapulco, Guerrero 21, 22 y 23 de septiembre 2016 Introducción La microencapsulación de medicamentos, desde el punto de vista tecnológico, podría definirse como el proceso de recubrimiento de medicamentos, bajo la forma de moléculas, partículas sólidas o glóbulos líquidos, con materiales de distinta naturaleza, para dar lugar a partículas de tamaño micrométrico. El producto resultante de este proceso tecnológico recibe la denominación de micropartículas, microcápsulas, microsferas, sistemas que se diferencian en su morfología y estructura interna, si bien todos ellos presentan como característica común su tamaño de partícula, el cual es siempre inferior a 1 mm. Las microsferas se diferencian de las micropartículas por la forma esférica de las primeras. Además, las microsferas y micropartículas pueden presentar una estructura de tipo capsular o matricial (Vila Jato, 1997). De tal modo que, los procedimientos de fabricación de micropartículas se pueden clasificar en tres grandes grupos: físico-químicos, químicos y mecánicos. La selección de un procedimiento de fabricación de micropartículas depende de las propiedades físicas y químicas del principio activo y del polímero, así como de las características finales de las micropartículas a preparar, en función, principalmente, de la vía de administración elegida (Murillo, M. et al., 2001). Los alginatos son uno de los polímeros más utilizados en la microencapsulación. Son extraídos primariamente de tres especies de algas marrones, que incluyen Laminaria hyperborea, Ascophyllum nodosum y Macrocystis pyrifera, dado que los alginatos son una familia de polisacáridos lineales no ramificados, conteniendo cantidades variables de ácido (1,4 ) β-dmannurónico y de ácido α-l-gulurónico (Rodriguez-Llimos et al., 2003). Además, la composición y extensión de las secuencias y el peso molecular determinan las propiedades físicas de los alginatos (Gombotz y Wee, 1998). En relación a la formación de la cubierta de las microcápsulas, se tiene lugar por una reacción de gelificación iónica entre un polisacárido y un ion de carga opuesta. Generalmente, se recurre a la gelificación de alginato sódico (polianión) con cloruro cálcico (catión), que consiste en suspender el compuesto que se va a encapsular en una solución acuosa de alginato sódico, adicionando la mezcla, mediante goteo, sobre una solución acuosa de CaCl2 (Vila-Jato, 1997).

3 Tlamati Sabiduría Volumen 7 Número Especial 2 (2016) Fig.1. Bloques homopoliméricos tipo G (- GGG-) y M (-MMM), y heteropoliméricos (- MGMG-). Fig.2. Modelo caja de huevo que describe la estructura del alginato. Fig.3. Reacción de gelificación entre el alginato y el ión calcio. El naproxeno es un fármaco analgésico y antiinflamatorio derivado del ácido propiónico. Es ampliamente utilizado en la terapéutica actual para el tratamiento sintomático de procesos agudos o crónicos relacionados con dolor e inflamación. Al igual que otros AINEs (antiinflamatorios no esteroideos), el naproxeno es uno de los fármacos utilizados en el desarrollo de sistemas nano y microparticulados, por sus propiedades fisicoquímicas que los hacen fármacos modelos de baja solubilidad, y por sus características farmacológicas y su aplicación terapéutica (Aragón, D. et al., 2010). El objetivo de este trabajo ha sido microencapsular naproxen en una matriz de alginato por gelificación iónica, utilizando cloruro de calcio como entrecruzante, con esto se obtuvieron esferas de alginato que al ser secadas adoptaron un diámetro menor, para ello se emplearon 3 distintas concentraciones tanto de alginato (1.0%, 1.5%, 2.0) como de cloruro de

4 4 Encuentro de Jóvenes Investigadores CONACYT Acapulco, Guerrero 21, 22 y 23 de septiembre 2016 calcio (1.5%, 2.0%, 2.5%) para determinar las óptimas y obtener microesferas con características adecuadas para la liberación del principio activo. Materiales y Métodos Preparación de micropartículas de alginato: Se empleó la técnica de gelificación iónica, en donde se evaluaron 3 concentraciones de alginato de sodio: 1.0% (0.3g), 1.5% (0.45g) y 2.0% (0.75g) y 3 concentraciones de cloruro de calcio: 1.5% (0.75g), 2.0% (1g) y 2.5% (1.25g), teniendo un total de 9 experimentos. El alginato se dispersó en 30 ml de agua destilada, se añadió 750 mg del principio activo bajo una agitación constante hasta homogenizar, así mismo, el cloruro de calcio se dispersó uniformemente en 50 ml de agua. Con una jeringa simple, se inició el goteo sobre la solución de CaCl2, a una distancia de 2.5 cm aproximadamente, sometida a una velocidad de agitación adecuada. Las perlas así obtenidas se secaron a una temperatura de 40 C aproximadamente hasta obtener un tamaño constante. Análisis del tamaño y morfología de las micropartículas: Se tomaron 20 partículas de cada experimento y se determinó su tamaño con un calibrador Vernier. Se calculó la media y la desviación estándar, para conocer el promedio del tamaño de partícula de las respectivas concentraciones. Las partículas fueron monitoreadas en un microscopio estereoscópico para observar sus características morfológicas. Rendimiento de producción: Se determinó el rendimiento de producción, el cual refleja el porcentaje de microsferas obtenidas con respecto a la cantidad total de material (principio activo + polímero) empleado: % Rend= Cantidad de microesferas obtenidas / Cantidad de material empleado x 100 Estudio de liberación de fármaco y evaluación con el espectrofotómetro UV-Vis: Se realizaron cápsulas control con 100 mg de naproxen. Así mismo, se encapsularon las partículas obtenidas de los 9 experimentos, equivalente a los 100 mg del principio activo y se sometieron a pruebas de desintegración con las siguientes condiciones: - Medio de disolución: 900 ml de agua destilada. - Temperatura: 37 C - Muestras: cápsulas conteniendo 140 mg, 160mg y 180 mg de partículas - Tiempo: 1 hora por experimento.

5 Tlamati Sabiduría Volumen 7 Número Especial 2 (2016) Las muestras (cápsulas) en desintegración, fueron analizadas cada 10 minutos durante 1 hora mediante espectrofotometría UV-Vis a 263 nm. Resultados Preparación de micropartículas de alginato: Tabla 1. Cantidad de alginato y cloruro de calcio empleados en diferente concentración. Concentración de alginato de Sodio Cantidad empleado Concentración CaCl2 Cantidad empleado 1.0% % % % 1 2.0% % 1.25 Fuente: Elaboración propia Fig.4. Microesferas de alginato1.0%- CaCl 2 2.0% recién preparadas. Fig.5. Partículas secas de alginato 1.0%-CaCl 2 2.0%. Tamaño y morfología de partícula: Tabla 2. Tamaño de partícula y desviación estándar obtenida en los 9 experimentos. Concentración de Alginato de sodio Fuente: Elaboración propia Concentración de CaCl2 Promedio de tamaño de partícula (mm) Desviación Estándar 1.0% 1.5% % % % 1.5% % % % 1.5% %

6 4 Encuentro de Jóvenes Investigadores CONACYT Acapulco, Guerrero 21, 22 y 23 de septiembre 2016 Fig.6. Partículas de alginato 1.0%- CaCl % con formas esféricas y uniformes. Fig.7. Partículas de alginato 1.5%-CaCl 2 2.5% con forma esferoide. Fig.8. Partículas de alginato 2.0% CaCl 2 1.5% con formas alargadas e irregulares. Fig.9. Partículas de alginato 2.0%- CaCl 2 2.5% con formas irregulares. Rendimiento de producción: Tabla 3. Rendimiento de producción obtenida en las 3 distintas concentraciones de alginato de sodio y CaCl2. No. de experimento Peso de microesferas Peso de Naproxen Peso de alginato Peso de Cacl2 Peso de naproxeno + alginato de sodio + CaCl2 Rendimiento de producción (%) % % % % % % % % % Fuente: Elaboración propia

7 Tlamati Sabiduría Volumen 7 Número Especial 2 (2016) Rend (%) 60.00% 53.42% Rendimiento de producción 50.00% 40.00% 38.32% 43.68% 32.56% 32.43% 29.81% 30.00% 20.00% 26.83% 21.17% 25.25% 10.00% 0.00% Concentración de alginato-cacl2 Gráfica 1. Rendimiento de producción obtenida en las distintas concentraciones de alginato de sodio y CaCl2. Estudio de liberación de fármaco y evaluación con el espectrofotómetro UV-Vis: Abs 2.5 Liberación del P.A alg 1.0%-CaCl2 1.5% abs alg 1.0%-CaCl2 2.0% abs Tiempo (min) alg 1.0%-CaCl2 2.5% abs Gráfica 2. Absorbancia obtenidas en concentraciones de 1.0% de alginato y 1.5%, 2.0%, 2.5% de CaCl2.

8 4 Encuentro de Jóvenes Investigadores CONACYT Acapulco, Guerrero 21, 22 y 23 de septiembre 2016 Abs Liberación del P.A alg 1.5%-CaCl2 1.5% abs alg 1.5%-CaCl2 2.5% abs alg 1.5%-CaCl2 2.0% abs Tiempo (min) Gráfica 3. Absorbancia obtenidas en concentraciones de 1.5% de alginato y 1.5%, 2.0%, 2.5% de CaCl2. Abs 3 Liberación del P.A alg 2.0%-CaCl2 1.5% abs alg 2.0%-CaCl2 2.0% abs Tiempo (min) alg 2.0%-CaCl2 2.5% abs Gráfica 4. Absorbancia obtenidas en concentraciones de 2.0% de alginato y 1.5%, 2.0%, 2.5% de CaCl2.

9 Tlamati Sabiduría Volumen 7 Número Especial 2 (2016) Discusión y conclusiones Las microesferas recién preparadas exhibieron formas cercana a la esfera (figura 1) y una vez secas tomaron presentaron tendencia a deformarse (figura 2). La velocidad de gelificación usando alginato de sodio al 1.0% y 1.5%y cloruro de calcio 2.0% y 2.5%, permiten que se obtengan microesferas con mejores características morfológicas (figura 3 y 4), a comparación del resto de concentraciones, donde presentaron formas alargadas e irregulares (figura 5 y 6), es decir, las partículas de forma esférica y uniforme fueron las que se prepararon con una concentración más baja de polímero y porque presentaban menor viscosidad de la dispersión de alginato. Así mismo, el tamaño de las partículas arrojaron un promedio de 1.60 mm y 1.67 mm con una morfología esférica a comparación de las otras concentraciones. El mayor rendimiento de partículas obtenidas fue de 53.42% con las combinación alginato 1.0% y cloruro de calcio 2.5% (véase gráfica 1). Lo que indica que la mayor concentración de cloruro de calcio mejora el rendimiento, porque la gelificación ionica tiende a ser más rápida por la alta concentración de iones de calcio. Los experimentos realizados con 1.0% de alginato muestran que hay una liberación rápida del principio activo (naproxen) a los 10 minutos y después se hace más lenta. Los que contienen cloruro de calcio 2.0% se observa una menor liberación (véase la pendiente de la gráfica 2). Del mismo modo, los experimentos realizados con 1.5% de alginato muestran que hay una liberación rápida del fármaco a los 10 minutos, después se hace más lenta con las concentraciones 2.0% y 2.5% de CaCl2 y en la que contienen 1.5% disminuye a los 40 minutos (véase gráfica 3). Las lecturas de los experimentos con 2.0% de alginato muestran que hay una liberación rápida del fármaco a los 10 minutos, después se va liberando de manera lenta y extendida. En las que contienen 1.5% de cloruro de calcio hay una disminución a los 30 minutos (véase gráfica 4). La liberación del fármaco fue rápida para todas las muestras en los primeros 10 minutos, sin embargo, con el paso del tiempo fue más lenta y casi constante. La cantidad de fármaco liberado en 1 hora es un reflejo de la cantidad de naproxeno absorbida en la partícula, y cuya liberación no depende de la degradación del polímero, pues no hace parte del complejo matricial formado, sino que depende de la porosidad de la partícula de alginato, ya que ésta no se disuelve.

10 4 Encuentro de Jóvenes Investigadores CONACYT Acapulco, Guerrero 21, 22 y 23 de septiembre 2016 Las micropartículas de naproxen fueron obtenidas por gelificación iónica, mediante una metodología simple. La mayor concentración de alginato (2.0%) combinada con cualquiera de las concentraciónes de cloruro de calcio modifica y controla la liberación de Naproxen. Además, la forma esférica se obtiene a bajas concentraciones de alginato, por lo que el rendimiento debe mejorarse, así mismo, hay que equilibrar el efecto de control con altas concentraciones de alginato con la deformación que se presenta por la viscosidad al elevar la concentración de dicho polímero. Agradecimientos En primer lugar, agradezco al programa Delfín por permitirme participar en el XXI Verano de la Investigación Científica y Tecnológica del Pacífico Así como también, a la Universidad Autónoma de Guerrero, por el apoyo económico brindado, el cual fue muy importante para realizar mi estancia fuera del estado. De igual modo, agradezco al profesor-investigador del laboratorio No. 1 de Tecnología Farmacéutica de la Facultad de Farmacia de la Universidad Autónoma del Estado de Morelos, el Dr. Efrén Hernández Baltazar por haberme permitido realizar esta estancia de Verano de Investigación, por su apoyo, disposición y asesoría en la realización de este proyecto. Referencias Aragón, D., Vergel, N., Ospina, L.F., Martínez, F., Rosas, J.E. (2010). Efecto de naproxeno microencapsulado en microesferas de ácido poli (láctico-coglicólico) sobre edema plantar inducido por carragenina en ratas. Rev. Vitae; 17 (1), Gombotz W.R., Wee S.F. (1998). Protein release from alginate matrices. Advanced Drug Delivery Reviews; 31, Murillo, M., Espuelas, S., Prior, S., Vitas, A.I., Renedo, M.J., Goñi, M.M., Irache, J.M., Gamazo, C. (2001). Liberación controlada de principios activos mediante el empleo de formulaciones galénicas. Rev Med Univ Navarra; 45 (4), Rodríguez, A.C., Chappetta D., Szeliga M., Fernández A., Bregni C. (2003). Micropartículas de alginato conteniendo paracetamol. Ars. Pharmaceutica; 44 (4), Vila-Jato, J.L. (1997). Tecnología Farmacéutica. Aspectos fundamentales de los sistemas farmacéuticos y operaciones básicas. Madrid, ESP. Editorial Síntesis, pp

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