Desarrollo de un nanosistema polimérico biodegradable de una nueva molécula con actividad antidiabética

RESUMEN Las nanopartículas poliméricas (NPs) han tenido gran relevancia durante los últimos años en la innovación de los sistemas de liberación de fármacos, debido a la variedad de ventajas que estas ofrecen, siendo de interés sobre todo para tratamientos de enfermedades crónicas, tal es el caso de la diabetes mellitus que se ha convertido en un problema de salud a nivel mundial. En el presente trabajo se obtuvo y caracterizó un nanosistema polimérico biodegradable cargado de una nueva molécula con acción farmacológica antidiabética nombrada ATAC, la cual es un análogo tetrazol del ácido clofíbrico, debido a su baja solubilidad acuosa y pobre biodisponibilidad oral se busca mejorar sus propiedades de solubilidad y permeabilidad mediante la incorporación a NPs poliméricas de policaprolactona (PCL), un polímero biocompatible y biodegradable aprobado por la FDA para aplicaciones biomédicas y para el uso de liberación de fármacos de manera prolongada gracias a su lenta degradación. Para comenzar la fabricación de nanopartículas (NPs) se implementó el método de nanoprecipitación y mediante pruebas de solubilidad en diferentes disolventes orgánicos se seleccionó la acetona para disolver ATAC y el polímero (PCL), mientras que para disolver el estabilizante alcohol polivinílico (PVA) se utilizó agua, debido a que mostraron ser los mejores disolventes para estos materiales y útiles para llevar a cabo el proceso; Posteriormente se realizó un diseño exploratorio de cribado el cual incluyó 3 factores (X1, X2, X3) que se consideran afectan las características deseadas del nanosistema, con base a la literatura se eligió; la concentración del polímero (PCL), del estabilizante (PVA) y la concentración de ATAC, explorando 2 niveles en cada factor. Fueron fabricados 9 lotes de NPs mediante el método de nanoprecipitación, con las condiciones de la matriz experimental obtenida por el programa estadístico StatGraphics Centurion XVI. Estas fueron caracterizadas en tamaño promedio (Y1), potencial Z (Y2) y eficiencia de encapsulación (Y3). Los resultados sirvieron para optimizar la formulación con los objetivos de la talla más pequeña posible, el mayor potencial Z y la mejor eficiencia de encapsulación (EE%). Las NPs optimizadas se fabricaron por triplicado (L1, L2, L3) así como NPs sin carga de ATAC. Se evaluaron nuevamente las variables de respuesta (Y1, Y2, Y3) para asegurar el modelo del diseño. Las NPs optimizadas se caracterizaron por capacidad de carga (%CC), índice de polidispersión (PDI), morfología, así como el estado cristalino por Difracción de Rayos X (DRX), la interacción de componentes por Calorimetría Diferencial de IX Barrido (DSC) e Infrarrojo (IR), así mismo se implementaron estudios in vitro de liberación y de permeabilidad a pH´s fisiológicos. Por otro lado, se implementó y modificó un método cromatográfico de cuantificación para ATAC por HPLC para los fines deseados en el proyecto. El método analítico implementado fue lineal (r2= 0.9998), preciso (CV=1.88 %) y exacto (CV= 2.78%) con recobro del 101.43 ± 2.82%. Las NPs optimizadas se formularon bajo las siguientes condiciones; PCL 14.94 mg/mL, PVA 10 mg/ml y ATAC 26.49 mg, con rendimiento de 63.67 ± 4.16 %. Estas mostraron un tamaño promedio de 359.63 ± 7.27 nm, un potencial Z de -10.23 ± 0.49 mV, un IPD de 0.36 ± 0.15 y una EE% de 62.60 ± 3.48%. De acuerdo con los resultados de IR se observó que no se generaron interacciones significativas entre los componentes y que ATAC se encuentra molecularmente disperso en las NPs ya que se pudo detectar una pequeña señal característica de este en los sistemas. Los estudios de DRX y DSC evidenciaron que ATAC se encuentra en estado amorfo al incorporarse a las NPs, esto debido a que en el difractograma y termograma de NPs con ATAC no se observan las señales características de este. Los perfiles de liberación muestran que las NPs liberaron más del 90% de ATAC en aproximadamente 8 horas considerándose como una liberación prolongada, mientras que ATAC no encapsulado solo libera el 45%. En los estudios de permeabilidad las NPs de ATAC permearon en mayor porcentaje comparadas con ATAC libre en un 30%. En conclusión, se logró desarrollar, caracterizar y evaluar NPs esféricas biodegradables de PCL, encapsulando ATAC para administrarse por vía oral con resultados aceptables y buena reproducibilidad.

ABSTRACT Polymeric nanoparticles (PNs) have had great relevance in recent years in the innovation of drug delivery systems, due to the variety of advantages they offer, being of interest including all treatments of chronic diseases, such is the case of diabetes mellitus that has become a worldwide health problem. In the present work, a biodegradable polymeric nanosystem is loaded with a new molecule with antidiabetic pharmacological action named ATAC, which is a tetrazole analog of clofibric acid, was obtained and characterized. Due to its low aqueous solubility and poor oral bioavailability, it seeks to improve its properties of Solubility and permeability through incorporation into polymer PNs of Polycaprolactone (PCL), a biocompatible and biodegradable polymer approved by the FDA for biomedical applications and use of drug release in a prolonged manner thanks to its slow degradation. To begin the manufacture of nanoparticles (PNs), the nanoprecipitation method was implemented and, by means of solubility tests in different organic solvents, acetone was selected to dissolve ATAC and the polymer (PCL), while to dissolve the stabilizer polyvinyl alcohol (PVA), it used water, because they proved to be the best solvents for these materials and useful for carrying out the process; Subsequently, an exploratory screening design was carried out, which included 3 factors (X1, X2, X3) that are considered to affect the desired characteristics of the nanosystem. Based on the literature, it was chosen; the concentration of the polymer (PCL), the stabilizer (PVA) and the concentration of ATAC, exploring 2 levels in each factor. 9 batches of NPs were manufactured using the nanoprecipitation method, with the conditions of the experimental matrix obtained by the StatGraphics Centurion XVI statistical program. These were characterized in average size (Y1), Z potential (Y2) and encapsulation efficiency (Y3). The results served to optimize the formulation with the objectives of the smallest possible size, the highest Z potential and the best encapsulation efficiency (EE%). The optimized PNs were manufactured in triplicate (L1, L2, L3) as well as PNs without ATAC loading. Response variables (Y1, Y2, Y3) were re-evaluated to ensure the design model. The optimized PNs were characterized by load capacity (% CC), polydispersity index (PID), morphology, as well as the crystalline state by X-ray Diffraction (XRD), the interaction of components by Differential Scanning Calorimetry (DSC) and Infrared (IR), likewise in vitro studies of release and permeability at physiological pHs were implemented. On the other hand, a quantification chromatographic method for ATAC by HPLC was implemented and modified for the desired purposes in the project. The analytical method implemented was linear (r2 = 0.9998), precise (CV = 1.88%) and exact (CV = 2.78%) with XI recovery of 101.43 ± 2.82%. The optimized NPs were formulated under the following conditions; PCL 14.94 mg / mL, PVA 10 mg / ml and ATAC 26.49 mg, with a yield of 63.67 ± 4.16%. These showed an average size of 359.63 ± 7.27 nm, a Z potential of -10.23 ± 0.49 mV, an IPD of 0.36 ± 0.15 and an EE% of 62.60 ± 3.48%. According to the IR results, it was observed that no significant interactions were generated between the components and that ATAC is molecularly dispersed in the PNs since a small characteristic signal of this could be detected in the systems. The XDR and DSC studies showed that ATAC is in an amorphous state when incorporated into PNs, this because in the diffractogram and thermogram of PNs with ATAC, the characteristic signals of this are not observed. The release profiles show that the PNs released more than 90% of ATAC in approximately 8 hours, being considered as a prolonged release, while non-encapsulated ATAC releases only 45%. In the permeability studies, the PNs of ATAC permeated in a higher percentage compared to free ATAC in 30%. In conclusion, it was possible to develop, characterize and evaluate biodegradable spherical PNs of PCL, encapsulating ATAC to be administered orally with acceptable results and good reproducibility.