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Utilización de quitosano en sistemas gastrorretentivos

Barbadilla Martín, Mª Ángeles

Abstract

Los sistemas gastrorretentivos (SGR) surgen como una opción para solventar determinados inconvenientes que presentan los fármacos administrados por vía oral, ya que estos consiguen que el fármaco se libere en el lugar adecuado para su acción o su absorción, que suele ser el estómago en la mayoría de los casos, durante el tiempo necesario y a unas concentraciones plasmáticas eficaces. Sin embargo, existe un factor clave que va a afectar a estos sistemas y que hay que tener en cuenta al formularlos, es el tiempo de retención gástrica. Para aumentar el tiempo de permanencia en el estómago existen numerosas estrategias como son la elaboración de sistemas flotantes, bioadhesivos, sistemas de baja densidad, etc., incluso a veces pueden llegar a combinarse. Un compuesto muy adecuado para la elaboración de SGR es el quitosano. Esto se debe principalmente a su baja toxicidad, a su carácter catiónico a pH ácido, ya que puede formar complejos polielectrolíticos con otro excipiente de carácter aniónico y en el pH ácido que presenta el estómago no se disolverían y por último a su propiedad de mucoadhesión, ya que puede quedarse adherido a la capa de mucus del estómago y liberar allí el fármaco. Debido a las propiedades del quitosano y a la capacidad para formar complejos polielectrolíticos, puede ser utilizado para elaborar sistemas tanto simples como multiparticulares. Siendo más ventajoso el uso de sistemas multiparticulares ya que evitan el efecto “todo o nada” que los sistemas simples pueden presentar. Además el quitosano también puede utilizarse como material de recubrimiento para diferentes formulaciones, evitando así la disolución del sistema en el pH ácido que presenta el estómago. Por tanto el quitosano debido a las características que presenta es un excipiente de elección para la formación de SGR, pudiendo formar parte tanto de sistemas simples como multiparticulares.

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Facultad de Farmacia Mª Ángeles Barbadilla Martín Trabajo Fin de Grado UTILIZACIÓN DE QUITOSANO EN SISTEMAS GASTRORRETENTIVOS Facultad de Farmacia Grado en Farmacia Mª Ángeles Barbadilla Martín Universidad de Sevilla, septiembre de 2017. Departamento de Tecnología Farmacéutica Tutora: Mónica Millán Jiménez Revisión bibliográfica Resumen Los sistemas gastrorretentivos (SGR) surgen como una opción para solventar determinados inconvenientes que presentan los fármacos administrados por vía oral, ya que estos consiguen que el fármaco se libere en el lugar adecuado para su acción o su absorción, que suele ser el estómago en la mayoría de los casos, durante el tiempo necesario y a unas concentraciones plasmáticas eficaces. Sin embargo, existe un factor clave que va a afectar a estos sistemas y que hay que tener en cuenta al formularlos, es el tiempo de retención gástrica. Para aumentar el tiempo de permanencia en el estómago existen numerosas estrategias como son la elaboración de sistemas flotantes, bioadhesivos, sistemas de baja densidad, etc., incluso a veces pueden llegar a combinarse. Un compuesto muy adecuado para la elaboración de SGR es el quitosano. Esto se debe principalmente a su baja toxicidad, a su carácter catiónico a pH ácido, ya que puede formar complejos polielectrolíticos con otro excipiente de carácter aniónico y en el pH ácido que presenta el estómago no se disolverían y por último a su propiedad de mucoadhesión, ya que puede quedarse adherido a la capa de mucus del estómago y liberar allí el fármaco. Debido a las propiedades del quitosano y a la capacidad para formar complejos polielectrolíticos, puede ser utilizado para elaborar sistemas tanto simples como multiparticulares. Siendo más ventajoso el uso de sistemas multiparticulares ya que evitan el efecto “todo o nada” que los sistemas simples pueden presentar. Además el quitosano también puede utilizarse como material de recubrimiento para diferentes formulaciones, evitando así la disolución del sistema en el pH ácido que presenta el estómago. Por tanto el quitosano debido a las características que presenta es un excipiente de elección para la formación de SGR, pudiendo formar parte tanto de sistemas simples como multiparticulares. Palabras clave Quitosano, Mucoadhesión, SGR y complejo polielectrolítico Abreviaturas SGR: sistemas gastrorretentivos TPP: tripolifosfato pentasódico PEG: polietilenglicol HPMC: hidroxipropilmetilcelulosa HPC: hidroxipropilcelulosa LD50: dosis letal 50 Índice 1. Introducción ...................................................................................................................... 1 1.1 SGR ........................................................................................................................... 1 1.2 Usos y ventajas de los SGR ......................................................................................... 1 1.3 Estrategias para la formación de SGR ......................................................................... 2 1.4 Factores que afectan a los SGR .................................................................................. 3 1.5 Excipientes utilizados en SGR ..................................................................................... 5 2. Objetivos de la revisión .....................................................................................................6 3. Metodología ..................................................................................................................... 7 4. Resultados y discusión....................................................................................................... 7 4.1 Quitosano .................................................................................................................. 7 4.1.1 Generalidades .................................................................................................... 7 4.1.2 Influencia del pH ................................................................................................ 8 4.1.3 Propiedades ....................................................................................................... 8 4.1.4 Vías de administración ..................................................................................... 15 4.2 Sistemas gastrorretentivos simples .......................................................................... 16 4.2.1 Comprimidos de quitosano .............................................................................. 16 4.3 Sistemas multiparticulares ....................................................................................... 18 4.3.1 Nanopartículas ................................................................................................. 18 4.3.1.1 Nanopartículas gastrorretentivas ..................................................................... 20 4.3.1.2 Nanopartículas dirigidas a otras zonas del organismo ...................................... 20 4.3.2 Micropartículas ................................................................................................ 24 4.3.3 Micropartículas gastrorretentivas .................................................................... 25 4.3.3.1 Micropartículas gastrorretentivas utilizando quitosano como material de recubrimiento ................................................................................................................. 25 4.3.3.2 Micropartículas gastrorretentivas utilizando quitosano como formador de la micropartícula ................................................................................................................. 25 4.3.4 Micropartículas dirigidas a otras zonas del organismo ...................................... 27 5. Conclusiones ................................................................................................................... 30 6. Bibliografía ...................................................................................................................... 31 1 1. Introducción 1.1 SGR La administración de fármacos comienza habitualmente con el ingreso del mismo al organismo, generalmente mediante la vía oral por una serie de razones como el bajo coste que presentan, facilidad de administración y la flexibilidad en la producción de formulaciones orales (Singh, 2000 ; Garg and Gupta, 2008). Sin embargo esta vía presenta en algunos casos una serie de limitaciones, ya que al usar formas farmacéuticas orales convencionales el fármaco no se libera o absorbe el tiempo necesario para alcanzar su lugar de acción (Pawar et al., 2012). Además de todo esto, determinados factores fisiológicos pueden intervenir en este proceso y hacer que se vea afectado. Estos factores abarcan desde la presencia de alimentos en el organismo y tiempo de vaciado gástrico hasta la influencia del pH gastrointestinal (Li et al., 2014). 1.2 Usos y ventajas de los SGR Los SGR surgen para intentar solucionar las limitaciones anteriores. Tienen como objetivo conseguir un aspecto tanto espacial como temporal respecto a la liberación y absorción del fármaco en el organismo, es decir que el fármaco se libere en el estómago con concentraciones plasmáticas óptimas y que estas concentraciones se mantengan durante un tiempo determinado (Doblado, 2013). Un uso muy importante de los SGR es que se pueden administrar con el fin de tratar enfermedades locales gastrointestinales como gastritis, es decir producir una acción terapéutica local en el estómago. Sin embargo, debido a que estos sistemas liberan concentraciones de fármaco durante un tiempo más prolongado pueden causar irritaciones o lesiones en la mucosa gástrica. Además también se utilizan para fármacos que deben ser absorbidos principalmente en el estómago, fármacos poco solubles a un pH alcalino, fármacos con un ventana de absorción estrecha y fármacos inestables en el intestino o medio colónico (Singh, 2000). 2 1.3 Estrategias para la formación de SGR Estos sistemas se pueden clasificar en diferentes grupos, teniendo en cuenta la estrategia utilizada para su diseño (figura 1): a) sistemas de expansión, b) sistemas de bioadhesión, entre los cuales se encuentran los sistemas mucoadhesivos c) sistemas flotantes o de baja densidad y d) otros sistemas (sistemas hidrogel con superporos, magnéticos, y resinas flotantes de intercambio con iones). La utilización de las diferentes estrategias expuestas anteriormente se lleva a cabo con el fin de mejorar el tiempo de retención gástrica (Prajapati et al., 2013). Figura 1. Estrategias más utilizadas en el desarrollo de los SGR (modificado de Prajapati et al., 2013) Además cabe la posibilidad de combinar las estrategias para optimizar los sistemas. Un ejemplo de combinación de estrategias se puede observar en el estudio llevado a cabo por Vo et al., en el cual diseñaron gránulos flotantes mucoadhesivos de felodipina, bicarbonato sódico, HPMC y HPC altamente resistentes (figura 2). Los gránulos permanecieron sobre el jugo gástrico 12 horas, la flotabilidad se debía al bicarbonato sódico añadido a la formulación (Vo et al., 2017). 3 Figura 2. Sistema mucoadhesivo y flotante (Vo et al., 2017) 1.4 Factores que afectan a los SGR El tiempo de retención gástrica es un factor clave que va a afectar a los SGR, y en consecuencia a la liberación y absorción de los fármacos en el lugar adecuado. Existen varias circunstancias que afectan al tiempo de retención gástrica y por tanto a los SGR. Cabe resaltar alguno de ellos: a) Relacionados con la fisiología del tracto gastrointestinal:  Tamaño del píloro: El píloro es un esfínter a través del cual la comida pasa del estómago al duodeno (figura 3), por tanto su tamaño tendrá gran importancia en el tiempo de retención gástrica (Prajapati et al., 2013). Las partículas que pueden pasar al duodeno a través del píloro deben tener un tamaño inferior a 5 milímetros (Prinderre et al., 2011). 10 Otra teoría aceptada es la de la difusión, en la cual para que ocurra la mucoadhesión deben darse fuerzas de unión adecuadas que dependen del grado de penetración que ocurre entre el sistema mucoadhesivo y la capa mucosa (Gawas et al., 2016). Dicho grado de penetración debe oscilar entre 0,2 y 0,5 micras. Además es necesario que el compuesto mucoadhesivo y la capa mucosa tengan estructuras químicas similares (Patil and Sawant, 2008). La teoría de la fractura es una de las más utilizadas para medir la mucoadhesión. Esta teoría consiste en la medida de la fuerza necesaria que hay que emplear para separar dos superficies mucoadhesivas (Ahagon y Gent, 1975). La teoría mecánica pone de manifiesto que la mucoadhesión se produce porque un líquido mucoadhesivo rellena las irregularidades que presenta superficie rugosa (Asija et al., 2013). g) Anticolesterolémica Esta propiedad se debe a su capacidad de unirse a las grasas y por tanto actuar como hipocolesterolémico. h) Promotor de la absorción de fármacos Debido a la capacidad de mucoadhesión del quitosano y su poder para aumentar uniones entre las células epiteliales, este favorece la absorción y el transporte de diferentes fármacos a través del epitelio (Illum et al., 1994). i) Actividad antimicrobiana Proporcionada por sus acciones antibacterianas y antifúngicas. j) Formación de complejos El quitosano tiene la capacidad de formar complejos polielectrolíticos ya que debido a su naturaleza policatiónica puede unirse a compuestos aniónicos como macromoléculas terapéuticas (figura 8) y además debido a esta característica puede formar hidrogeles. Figura 8. Policomplejo 11 a. Complejo quitosano-pectina Un excipiente que puede formar un complejo polieletrolítico con el quitosano es la pectina. La pectina es un componente natural que se encuentra en todas las plantas superiores, más concretamente en las paredes celulares de las mismas (Ridley et al., 2001) y que posee propiedades gelificantes (Yang et al., 2002). Sin embargo, la pectina posee una desventaja importante y es que debido a su alta solubilidad en el estómago e intestino delgado el complejo formado por el fármaco y la pectina que se forma se solubiliza antes de que el fármaco llegue a su sitio de acción y se absorba, además en el colon la pectina se degrada fácilmente. Una solución para esto consiste en recubrir la pectina con derivados de la misma como puede ser pectinato de calcio (Sriamornsak, 2011 ; Wong et al., 2011), otro material que podría para solucionar dicho problema es el quitosano. El quitosano y la pectina pueden formar un complejo polielectrolítico el cual puede usarse para la liberación de fármacos. Este complejo puede producirse o bien en una etapa o bien en dos etapas (Munjeri et al., 1997 ; Das et al., 2011). También este complejo puede usarse como recubrimiento de ciertas partículas, pero es necesario incorporar un tercer componente como puede ser HPMC para mejorar el hinchamiento y evitar la degradación a diferentes pH (Macleod et al., 1999). b. Complejo quitosano-carragenina Otro polisacárido natural que puede formar un complejo polieletrolítico con el quitosano es la carragenina, el cual se extrae de diferentes tipos de algas rojas. Existen tres tipos de carrageninas pero solo dos tienen capacidad de formar geles. Este polisacárido cuenta en su estructura con varios grupos sulfatos de éster, con carácter aniónico y de esta forma se puede formular un complejo con el quitosano (Luo and Wang, 2014). Este complejo puedo usarse para administrar de forma oral diferentes péptidos y proteínas ya que opone resistencia a la degradación fisiológica y enzimática. Aparte de los polisacáridos mencionados anteriormente, los cuales pueden formar complejos, también existen otros como la goma arábiga y la Carboximetilcelulosa. 12 c. Complejo quitosano-alginato Asimismo, se puede formar un complejo polieletrolítico constituido por quitosanoalginato. El alginato presenta ciertas características interesantes: biocompatibilidad, producción de hidrogeles y bioadhesión (Augst et al., 2006). Este polisacárido se encuentra cargado negativamente debido a los grupos ácidos carboxílicos que este posee (Rees and Welsh, 1977). La formación del complejo (figura 9) entre quitosano y alginato surge debido a las interacciones de los grupos carboxílicos del alginato y los grupos aminos del quitosano (Ribeiro et al., 2005) Figura 9. Policomplejo de quitosano y alginato (Luo and Wang, 2014) La formación del complejo normalmente se realiza mediante un método externo, que puede constar de una etapa o bien de dos etapas (Ribeiro et al., 2005 ; Abreu et al., 2008). Para realizar el procedimiento en una etapa, se prepara una solución de quitosano que puede llevar CaCl2 y a esta se le añade lentamente otra de alginato. El proceso en dos etapas consiste en una fase primera en la que se debe transferir a una solución de quitosano geles de alginato-calcio previamente preparados. En la segunda fase se forma alrededor de los geles de alginato-calcio una membrana que será la superficie del complejo. Como último paso y de forma opcional puede añadirse TPP al complejo y de esta forma se produce el endurecimiento de la membrana (Saether et al., 2008). Asimismo, estos complejos pueden transportar diferentes tipos de fármacos como son anticancerosos (Tavakol et al., 2009), antiinflamatorios (Wong et al., 2002), fármacos para el asma (Elzatahry et al., 2009), etc. Debido a las propiedades del quitosano, el complejo presenta buenas propiedades de adsorción y de encapsulación de fármacos (He et al., 1998). La bioadhesión proporcionada por el mismo se estudió en diferentes modelos ex vivo, siendo uno de ellos el yeyuno aislado de una rata (Elzatahry et al., 2009) y otro el intestino de un cerdo, en concreto en la porción proximal del mismo (Wittaya-areekul et al., 2006). Los 13 resultados obtenidos mostraron que el complejo alginato-quitosano ofrecía propiedades bioadhesivas mucho mayores que los sistemas multiparticulares de alginato. Además la bioadhesión también se vio mejorada cuando este complejo se formuló en una etapa (Cafaggi et al., 2007). k) Capacidad gelificante El quitosano puede realizar una gelificación in situ y convertirse por tanto en un hidrogel, pero esto dependerá del pH. Gupta and Vyas realizaron un sistema de gelificación in situ con ácido poliacrílico y quitosano. A niveles de pH 6 esta formulación se encontraba en estado líquido, convirtiéndose a gel viscoso al aumentar el pH hasta 7,4 (Gupta and Vyas, 2010). Estas propiedades gelificantes también pueden verse mejoradas por procesos de tiolación. l) Capacidad de tiolación Para sacar el máximo partido a las aplicaciones del quitosano se han obtenido varios derivados entre los que cabe destacar: quitosano tiolado, trimetilado, N,O- carboximetilado y el injertado con PEG. Los polímeros tiolados son polímeros mucoadhesivos con cadenas laterales que llevan grupos tiol. El quitosano tiolado se consigue mediante la inmovilización de grupos tiol en el grupo amino primario que se encuentra en el grupo 2 de la glucosamina. A este grupo amino primario se pueden unir mediante enlaces amida o amidina grupos sulfhidrilo (Bernkop-schnurch, 2005) (figura 10). 14 Figura 10. Compuesto derivado del quitosano tiolado con radical N-acilo (Sonone et al., 2015) El quitosano tiolado ofrece una serie de ventajas y una de ellas es que mejora sus propiedades gelificantes, característica interesante para formulaciones oculares, vaginales o nasales que deben mantenerse estables una vez administradas. Las propiedades mucoadhesivas también se ven significativamente mejoradas con la inmovilización de grupos tiol, llegando a ser incluso 10 veces mejor. El tiempo de estancia en el intestino delgado del fármaco con el quitosano tiolado puede ser tres veces mayor, un ejemplo de esto reside en una investigación llevada a cabo por Bernkop-schnurch en la que estudiaron el quitosano-tiobultilamidina la viscosidad aumentó 100 veces (Bernkop-schnurch, 2005). m) Toxicidad Además de todo esto el quitosano presenta una toxicidad muy baja por vía oral, una LD50 de 16g/kg en ratas. Dicha magnitud se refiere a la cantidad que hay que administrar de quitosano para provocar la muerte del 50% de ratas. n) Peso molecular y grado de desacetilación También es muy importante considerar su grado de desacetilación y su peso molecular por su influencia sobre las formulaciones farmacéuticas con este polímero (Aranaz et al., 2009). El quitosano presenta diferentes grados de desacetilación y diferentes pesos moleculares que varía entre 10.000 y 1.000.000. El quitosano 15 presenta una elevada permeabilidad del epitelio gastrointestinal cuando tiene un alto grado de desacetilación y elevado peso molecular. La permeabilidad epitelial en el sistema gastrointestinal se incrementa de forma proporcional al aumento de peso molecular del quitosano (Schipper et al., 1996). 4.1.4 Vías de administración El quitosano puede administrarse por diferentes vías que abarcan desde la administración oral hasta la nasal entre otras. La vía más común de administración de fármacos es la vía oral, preferentemente en formas sólidas como cápsulas y comprimidos (Mura et al., 2003). Los comprimidos son la forma de dosificación más común, ya que presentan ciertas ventajas como su fácil fabricación y manipulación. Una forma de preparar comprimidos consiste en mezclar el fármaco junto con el quitosano y luego formular la mezcla en comprimidos (Mutalik et al., 2008). Otra vía de administración es la ocular. Las preparaciones formuladas con quitosano pueden administrarse por esta vía debido a las características fisicoquímicas del mismo, su elevada permeabilidad y su escasa toxicidad. Para esta vía las formulaciones con quitosano pueden ser hidrogeles (Gupta et al., 2010) , nanopartículas (De Campos et al., 2001) o sistemas coloidales recubiertos (Calvo y cols., 1997). Debido a la característica del quitosano de formar geles in situ se mejora el tiempo de residencia sobre la superficie ocular y la eficacia terapéutica, ya que se transforma en gel cuando se ha extendido sobre la superficie ocular en forma líquida. La vía nasal para la administración de fármacos es una vía compleja ya que la biodisponibilidad de los fármacos que se administran por esta vía es bastante baja, esto se debe a la alta secreción que se produce en las cavidades nasales y a que los fármacos tienen un tiempo de residencia bajo. Sin embargo el quitosano es un excipiente de elección para administrar fármacos por esta vía ya que se trata de un sistema mucoadhesivo y además puede atravesar fácilmente por difusión el epitelio nasal (Illum, 2003). Otra posible vía de administración de preparaciones con quitosano es la vía vaginal. En el estudio llevado a cabo por El-Kamel et al. se prepararon comprimidos vaginales a base de quitosano que contenían metronidazol como principio activo. Como resultado se obtuvo que a niveles de pH de 4,8 y 7 el fármaco se liberaba de forma adecuada (El-Kamel et al., 2002). 16 Una vía que presenta ciertos problemas para administrar algunos fármacos es la intravenosa. Sin embargo, al administrar quitosano de bajo peso molecular de forma intravenosa este no mostro ni toxicidad ni capacidad hemolítica (Richardson et al., 1999). Otros tipos de administraciones pueden ser la bucal y la intravesical. 4.2 Sistemas gastrorretentivos simples Los SGR pueden elaborarse como sistemas simples o multiparticulares. En cuanto a los sistemas gastrorretentivos simples, los más utilizados consisten en una matriz sólida en la que se encuentra el fármaco disperso y se suelen liberar por difusión y erosión. Estos sistemas consisten en una única formulación y por tanto presentaran el efecto “todo o nada” que será una desventaja con respecto a los sistemas multiparticulares (Efentakis et al., 2000). Para la formulación de SGR es una ventaja que los excipientes utilizados presenten propiedades mucoadhesivas, ya que de esta forma el tiempo de retención gástrica del fármaco en el estómago se ve favorecido. El quitosano al presentar propiedades de mucoadhesión, biocompatibilidad y casi nula toxicidad ha sido un excipiente de elección en el uso de SGR (Meng-Lund et al., 2014) y por tanto es muy útil para la formación de sistemas simples. 4.2.1 Comprimidos de quitosano Existen diferentes formas de preparar comprimidos utilizando el quitosano como excipiente. Una de ellas consiste en una mezcla física de quitosano, fármaco y diferentes excipientes. • En un estudio llevado a cabo por Chen et al. se utilizó quitosano de diferentes viscosidades, hidroxietilcelulosa, losartán y bicarbonato de sodio para la formulación de los comprimidos. Para la preparación de estos se hizo en primer lugar una mezcla física con los cuatro componentes y posteriormente la mezcla se comprimió con una prensa hidráulica de laboratorio Carver. Con la mezcla se elaboraron los comprimidos deseados. Los comprimidos obtenidos con mayor porosidad eran capaces de flotar, sin embargo los comprimidos con menor porosidad no flotaban y se hundían en el medio de disolución. Esto se debía a que la capacidad flotante de los comprimidos es directamente proporcional a la fuerza de compresión. El grado de hinchamiento que presentaban los diferentes comprimidos aumentaba al disminuir la viscosidad de los mismos (Chen et al., 2013). 17 Otra manera de formular comprimidos consiste en la formación de un complejo formado por el quitosano y un excipiente con carácter aniónico y posteriormente a este complejo se le adiciona el fármaco elegido. • Un ejemplo de este tipo de formulación puede observarse en estudios que llevaron a cabo Park et al. mediante la preparación de comprimidos utilizando teofilina anhidra como fármaco, quitosano que presenta carácter catiónico y carbopol con carácter aniónico. Primero se llevó a cabo la formación del complejo quitosano-carbopol, usando el precipitado que se obtuvo tras la adición de una solución acuosa de carbopol a otra de quitosano acético. Posteriormente este precipitado se mezcló con teofilina y la mezcla resultante se comprimió mediante una prensa hidráulica. La influencia del pH sobre el carbopol se vio reducida con la formación del complejo, por lo que se puede considerar que los comprimidos elaboradas eran independientes de la influencia del pH (Park et al., 2008). El último método para elaborar comprimidos consiste en utilizar un complejo comprendido por quitosano-excipiente aniónico-fármaco. • Torrado et al. llevaron a cabo un estudio en el que elaboraron comprimidos de la forma anteriormente mencionada, utilizando carbopol, amoxicilina como fármaco y quitosano con un peso molecular medio de 600.000. El complejo en forma de hidrogel se formó mediante la interacción del quitosano, compuesto con carácter catiónico, el carbopol, compuesto con carácter aniónico y la amoxicilina. Para ello se añadió en primer lugar amoxicilina a una disolución que contenía el carbopol diluído en acético. En segundo lugar se añadió el quitosano poco a poco para la obtención del hidrogel. Finalmente a este hidrogel se le añadió hidróxido de sodio para que alcanzara un pH de 5 y neutralizarlo. Posteriormente este gel se liofilizó y lo que se obtuvo se utilizó para elaborar comprimidos. Al llevar a cabo diferentes pruebas de hinchamiento y erosión, el resultado fue que durante los primeros 15 minutos el proceso de hinchazón era superior al de erosión y pasados los 15 primeros minutos el proceso mayoritario era el de erosión, llegando a ser incluso el único proceso que existía después de la primera hora. Además en la superficie del hidrogel se observaron unas estructuras fibrirales microporosas, esto podría haberse producido debía a la interacción electrostática que resulta de la unión del quitosano y el carbopol (Torrado et al., 2004). 18 • Sogias et al. desarrollaron comprimidos que contenían ibuprofeno como fármaco y quitosano de viscosidad media, obtenido mediante la acetilación de este con anhídrido acético. El quitosano que se consiguió era soluble hasta un pH de 7,4. También se usó etanol para la disolución previa del ibuprofeno y una solución acuosa de ácido acético para la posterior disolución de quitosano e ibuprofeno en esta solución. Mediante la técnica de Spray Drying se obtuvo un polvo con todos los componentes anteriores, con el que posteriormente se prepararon los comprimidos. Estos comprimidos presentaban mejor liberación del fármaco en el estómago que comprimidos que contenían únicamente ibuprofeno, esto se debía a la naturaleza mucoadhesiva del quitosano (Sogias et al., 2012). 4.3 Sistemas multiparticulares Los sistemas particulares, al contrario que los simples, consisten en múltiples formulaciones como micropellets, microesferas etc que se introducen en diferentes sistemas como puede ser una cápsula. Las unidades de pequeño tamaño se liberan tras su administración (Varum et al., 2010). 4.3.1 Nanopartículas Las nanopartículas por vía oral pueden mejorar la disolución y absorción de los fármacos en el tracto gastrointestinal. Cabe destacar que las nanopartículas pueden llegar a regiones específicas del tracto gastrointestinal, por ejemplo a regiones del tracto donde haya problemas, es decir se pueden formular nanopartículas orales dirigidas (Gao et al., 2013). Las nanopartículas se pueden enfocar o dirigir a diferentes partes del tracto gastrointestinal:  Estómago, con las nanopartículas dirigidas se pueden localizar medicamentos a nivel de estómago, por ejemplo para el tratamiento de Helicobacter pylori que produce gastritis y úlceras gástricas (Bardonnet et al., 2006 ; Cone, 2009). También se pueden usar para fármacos que se degraden en el intestino, para fármacos que se absorban mayoritariamente en el estómago etc. (Adebisi and Conway, 2011). Aunque para que estas nanopartículas dirigidas lleguen al estómago deben ser resistentes a diferentes factores como son el pH gástrico, la motilidad gástrica y el moco gástrico (Cone, 2009); (Kong and Singh, 2008). El quitosano es un buen polímero para formar nanopartículas dirigidas al estómago debido a sus propiedades de mucoadhesión que aumentan el tiempo de retención gástrica. Sin embargo, es necesario que el quitosano se formule con polianiones y de 19 esta manera se formen nanopartículas que no se disuelven en el pH ácido del estómago (George and Abraham, 2006).  Intestino delgado, para que las nanopartículas lleguen al intestino delgado tienen que pasar el medio gástrico, lo que se puede lograr recubriendo las nanopartículas con polímeros entéricos que soporten este pH ácido y al llegar al intestino delgado pierdan este revestimiento (Yoshida et al., 2013). Para traspasar el moco gástrico se pueden recubrir las nanopartículas con PEG hidrófilo (Maisel et al., 2015), unirlas a enzimas como la papaína o bien modificarlas añadiendo en su superficie grupos tiol (Müller et al., 2014; Köllner et al., 2015).  Sistema linfático intestinal, es importante diseñar nanopartículas que se dirijan al sistema linfático ya que en este se lleva a cabo la absorción de triglicéridos y vitaminas liposolubles (Porter, 2001). Además, la administración de medicamentos en el sistema linfático mejora la biodisponibilidad oral de los fármacos que sufren degradación de primer paso hepático y/o degradación por enzimas en el tracto gastrointestinal. También es útil para administrar fármacos antrirretrovirales (Muchow et al., 2008).  Colon, dirigir nanopartículas al colon es importante ya que en este pueden darse diferentes enfermedades como cáncer de colon, síndrome del intestino irritable, diverticulitis y enfermedades parasitarias entre otras. Para que las nanopartículas lleguen al colon deben ser capaces de pasar por el estómago y el intestino delgado liberando la menor cantidad de fármaco posible (Collnot et al., 2012 ; Hua et al., 2015). Como acabamos de ver se pueden formular nanopartículas que vayan dirigidas a diferentes lugares del tracto gastrointestinal y más concretamente al estómago. Sin embargo, también se pueden elaborar nanopartículas que vayan dirigidas a otras zonas como puede ser la oromucosa o nasal entre otras y posteriormente teniendo en cuenta las características del sistema gastrointestinal se podrían formular como gastrorretentivas. A continuación vamos a diferenciar entre nanopartículas gastrorretentivas y nanopartículas que se van a dirigir a otras zonas del organismo: 26 formular complejos de quitosano-goma xantan, que son muy útiles para administrar fármacos cuyo objetivo sea actuar en el tracto gastrointestinal (Chellat et al., 2000). Un ejemplo de micropartículas que se pueden formar con el complejo quitosano-goma xantan son las microparticulas de hidrogel, las cuales se preparan mediante un método de extrusión. En los estudios llevados a cabo por Argin-Soysal et al. y Popa et al. estas micropartículas presentaron un grado de hinchamiento elevado, siendo solubles en agua (Argin-Soysal et al., 2009 ; Popa et al., 2010). o Micropartículas gastrorretentivas formadas con quitosano y goma gellan La goma gellan se trata de otro exopolisacárido que puede formar un complejo con el quitosano y posterior formulación de micropartículas gastrorretentivas con el mismo. Esta goma la produce la bacteria Pseudomonas elodeac (Giavasis et al., 2000). Es un compuesto que presenta una baja toxicidad. Su carácter aniónico reside en los residuos de ácido glucurónico que presenta. Se pueden formar micropartículas de hidrogel de este complejo por adición de una solución de quitosano a una solución de goma gellan (Ohkawa et al., 2004) ya que presenta mejor dureza y la resistencia a la rotura (Amin and Panhuis, 2011). o Microesferas gastrorretentivas formadas con quitosano y claritromicina como fármaco En un estudio llevado a cabo por Sarojini et al., en el elaboraron microesferas flotantes de quitosano y claritromicina como fármaco. A estas microesferas se les realizaron dos tipos de pruebas, una prueba era microscopía electrónica para analizar la morfología de las mismas y la otra una prueba flotante in vitro. Doce horas fue el tiempo medio el cual la mayoría de las esferas se mantenían flotando (Sarojini et al., 2010). o Microesferas gastrorretentivas formadas con quitosano y HMPC Senthilkumar et al. llevaron a cabo una investigación con el objetivo de alargar el tiempo de retención gástrica de microesferas de quitosano utilizando como fármaco rabeprazol sódico. Para la preparación de estas microesferas, aparte del fármaco anteriormente mencionado, se utilizó quitosano, celulosa y HPMC. Las propiedades y características de estas microesferas se evaluaron mediante diferentes métodos que abarcaron desde la microscopía óptica hasta métodos de regresión lineal pasando por perfiles de flotabilidad (Senthilkumar et al., 2011). 27 o Microesferas gastrorretentivas formadas con quitosano para la erradicación de Helicobacter pylori El quitosano en forma de microesfera se utiliza mucho para la erradicación de Helicobacter pylori como terapia alternativa, ya que los tratamientos que se encuentran disponibles actualmente en el mercado no son efectivos en el 100% de los casos y se necesitan por tanto otro tipo de tratamientos (Parsons et al., 2001). Mi et al. realizaron un estudió en el que se prepararon microesferas de quitosano. La formulación de estas microesferas se realizó mediante la técnica de gelificación ionotrópica usando TPP y se utilizaron esferas de quitosano con diámetros que oscilaban entre 150 μm y 300 μm. En el estudio era necesario que las microesferas se mantuvieran intactas en el pH ácido del estómago y al llegar al estómago se hincharan ligeramente y no se disolvieran y de esta forma pudieran liberar el fármaco adecuado para el tratamiento de la enfermedad (Mi et al., 1999). o Micropellets gastrorretentivos formados con quitosano y HMPC Otro tipo de formulación son los micropellets, Muthusamy et al. formularon micropellets flotantes con el fin de conseguir aumentar el tiempo de liberación del fármaco en el estómago. Para la creación de estos micropellets se utilizó lansoprazol, HPMC, metil celulosa y quitosano. El tamaño de estos micropellets se encontraba entre un intervalo de 327 y 431 micras. El resultado fue que con una proporción de 1:1 de lansoprazol y quitosano, se consiguió que los micropellets proporcionaran una liberación de lansoprazol de forma sostenida (Muthusamy et al., 2005). 4.3.4 Micropartículas dirigidas a otras zonas del organismo o Micropartículas formadas con quitosano y metformina como fármaco En un estudio llevado a cabo por Sander et al. se formularon micropartículas de quitosano y metformina para su administración por vía oromucosa (Sander et al., 2013). La vía oromucosa es una vía útil y muy utilizada ya que el fármaco pasa desde el epitelio oromucoso (mucosa bucal y sublingual) a la circulación sistémica directamente. De esta manera se evitan las desventajas de la vía oral como pueden ser la degradación del fármaco en el pH ácido del estómago, metabolismo de primer paso hepático e intestinal, etc. (Hao and Heng, 2003). Además de estas ventajas presenta otras como la buena aceptación de administración por parte de los pacientes (Senel et al., 2012). Sin embargo, esta vía también presenta ciertos inconvenientes, siendo el 28 más importante el hecho de que pueden darse concentraciones locales de fármaco que se encuentren por debajo de la concentración terapéutica del mismo debido al rápido aclaramiento que puede producirse (Kockisch et al., 2003 ; Edsman and Hägerström, 2005). Este problema puede solucionarse si el fármaco se formula conjunto a formulaciones bioadhesivas (Sudhakar et al., 2006). En este estudio el fármaco en cuestión (metformina) se incluyó en unas micropartículas formuladas con quitosano. Las micropartículas se prepararon mediante Spray Driying. Estas micropartículas se probaron en modelos ex vivo, usando mejillas de cerdos, simulando las condiciones oromucosas necesarias. Para la preparación de las micropartículas por Spray Drying, primero se disolvió la metformina en agua y posteriormente se le adicionó el quitosano. Se utilizó quitosano de diferentes pesos moleculares que iban desde 1000kDa hasta 5000kDa. La metformina y el quitosano se dejaron hidratar y posteriormente se le adicionó HCL, se dejaron reposar por una noche para el posterior secado. A estas partículas obtenidas se les determinó el tamaño, la morfología, el contenido en humedad, el contenido en fármaco y también se le realizaron estudios de retención que consistían en probar las propiedades bioadhesivas de dichas partículas utilizando mucosa bucal de porcino. Después de realizar todas estas pruebas a las micropartículas se les extrajo la cantidad metformina que poseían y se cuantificó dicha cantidad (Sander et al., 2013). Al aumentar el peso molecular del quitosano y al disminuir las proporciones de metformina y quitosano la eficiencia al encapsular las cápsulas se incrementó (Desai and Park, 2005). Las micropartículas presentaban un porcentaje de humedad por debajo del 10% y tras el secado por pulverización las micropartículas del polvo presentaban un aspecto cohesivo, es decir el polvo obtenido presentaba micropartículas muy unidas entre sí. Las micropartículas que contenían más proporción de quitosano y menor cantidad de metformina presentaban ciertas protuberancias en su superficie (figura 14). 29 Figura 14. Micropartículas de quitosano y metformina con protuberancias (Sander et al., 2013) Una ventaja de usar Spray Drying fue que las propiedades bioadhesivas se vieron significativamente mejoradas ya que las propiedades bioadhesivas del quitosano se sumaron a las que surgieron de la técnicas por Spray drying (Sander et al., 2013). Respecto al tiempo de retención de las mismas, a mayor proporción de quitosano y metformina de las micropartículas el tiempo de retención se veía aumentado y esto se debía a que a mayor cantidad de quitosano más cantidad de metformina se puede retener (Andrews et al., 2008). 30 5. Conclusiones • Los SGR son una muy buena opción para la administración de fármacos, ya que consiguen que el fármaco se quede en el lugar de acción durante el tiempo necesario a concentraciones plasmáticas adecuadas. • El quitosano es uno de los polisacáridos principales para la formación de SGR debido principalmente a su carácter catiónico a pH ácido, su baja toxicidad y a su capacidad de mucoadhesión. • Debido al carácter catiónico que presenta el quitosano a pH ácido, este puede unirse a otros compuestos que tengan un carácter aniónico y formar un policomplejo. • La formulación y administración de complejos polieletrolíticos es más efectiva ya que no se disuelve en el pH ácido del estómago y son capaces de liberar el fármaco en el lugar adecuado. • Los complejos polielectrolíticos pueden utilizarse para elaborar diferentes sistemas como comprimidos, nanopartículas y micropartículas. • El quitosano puede formularse tanto como sistema simple como sistema multiparticular. • Además de ser utilizado para formular diferentes tipos de sistemas, el quitosano también puede usarse como material de revestimiento. • Con el quitosano se pueden elaborar sistemas simples y multiparticulares que no sean gastrorretentivos y dirigidos a diferentes lugares del organismo, teniendo en cuenta las características del sistema gastrointestinal estos sistemas pueden formularse como gastrorretentivos. • Se propone como futura línea de investigación la búsqueda exhaustiva de compuestos con los que el quitosano pudiera formar sistemas tanto simples como multiparticulares, ya sean gastrorretentivos o no. 31 6. 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