Estudio comparativo de almidones de maíz modificados como excipientes de comprimidos matriciales de liberación prolongada.

UNIVERSIDAD DE SEVILLA FACULTAD DE FARMACIA DEPARTAMENTO DE FARMACIA Y TECNOLOGÍA FARMACÉUTICA “ESTUDIO COMPARATIVO DE ALMIDONES DE MAÍZ MODIFICADO COMO EXCIPIENTES DE COMPRIMIDOS MATRICIALES DE LIBERACIÓN PROLONGADA” Tesis Doctoral realizada por: Ana Arenas Ortega Sevilla, 2014 AGRADECIMIENTOS Cuando empecé mi doctorado, no podía imaginar que terminaría consiguiéndolo. La falta de tiempo y el tremendo esfuerzo que entraña elaborar una tesis suponían un gran reto para mí. Por ello quiero dejar patente mi gratitud para con todas aquéllas personas que de una manera u otra han contribuido a que este proyecto llegue a buen puerto. En primer lugar quiero dar las gracias a las directoras de mi tesis, Carmen Ferrero Rodríguez y Mª Rosa Jímenez- Castellanos Ballesteros por su colaboración, su apoyo incondicional, su paciencia, por haberme transmitido todos sus conocimientos y haberme guiado en el desarrollo de esta tesis, sin ellas no habría sido posible. A todas las personas del Departamento de Farmacia y Tecnología Farmacéutica, especialmente a Marian, Marta, Jero, Jorge y Diego, por haber estado ahí y haberme ayudado en todo lo que he necesitado. A mis padres por trasmitirne esos valores que tanto me han ayudado en mi vida en especial el esfuerzo, la paciencia, la persistencia y la constancia. A mis amigos por escucharme cada vez que lo he necesitado en momentos difícilesy por darme ánimos en todo momento en especial con gran cariño a Bea y Margot. A mi tesoro, mi niña preciosa a la que quiero cada dia más y la que me da todas las fuerzas para seguir adelante con ilusión y esperanza. Por la que lucho y lucharé siempre. La que da sentido a mi vida y por la que todo este trabajo me ha hecho más ilusión. Gracias también a esta disciplina llamada “Farmacia” que tanto me apasina y que ha hecho que se despierte en mi un gran interés por seguir apendiendo. ÍNDICE INTRODUCCIÓN GENERAL…………………………………………1 Bibliografía…………………………………………………….17 OBJETIVOS.................................................................................31 CAPÍTULO I. Evaluación comparativa del uso de distintos almidones de maíz modificados como excipientes para compresión directa en el diseño de sistemas matriciales de liberación prolongada. Introducción…………………………………………………..35 Material y Métodos……………………………………….….41 Resultados y Discusión……………………………………..51 Análisis granulométrico……………………………..51 Morfología de las partículas………………………...53 Densidad aparente de partícula……………………55 Contenido de humedad……………………………..56 Determinación de las propiedades de fluidez…….57 Elaboración de los lotes de comprimidos…………61 Caracterización de los lotes de comprimidos……..65 Porosimetría de intrusión-extrusión de mercurio…66 Conclusiones…………………………………………………71 Bibliografía……………………………………………………73 CAPÍTULO II. Evaluación del efecto del tipo de polímero, dosis y solubilidad del fármaco en el comportamiento de liberación de los sistemas matriciales bajo estudio. Introducción………………………………………………………....85 Materiales y Métodos……………………………………...............97 Resultados y Discusión……………………………………………105 Caracterización de los p.a s …………………....................105 Análisis granulomérico……………………………..105 Morfología de las partículas………………………..106 Densidad aparente de partícula…………………...108 Determinación de las propiedades de fluidez……109 Solubilidad……………………………………………109 Caracterización de las formulaciones.……………………110 A.- Estudios utilizando como fármaco modelo teofilina anhidra……………………………………………………..………...111 Densidad aparente de partícula de las mezclas...111 Determinación de las propiedades de fluidez de las mezclas………………………………………………………………112 Caracterización de los lotes de comprimidos……114 Estudio de liberación del principio activo…………120 B.- Estudios utilizando como fármacos modelo teofilina anhidra y cafeína anhidra…….……………………………………129 Densidad aparente de partícula de las mezclas ..129 Determinación de las propiedades de fluidez de las mezclas ………………………………………………………...……129 Caracterización de los lotes de comprimidos…….131 Estudio de liberación de teofilina y cafeína en medio acuoso………………………………………………………………..136 Estudio de liberación de teofilina y cafeína en gradiente de pH………....................................................141 Conclusiones……………………………………………….147 Bibliografía………………………………………………….149 Apéndice ………………………………………………...........I 6 prolongada. En un estudio con almidones con distinto contenido en amilosa (0%, 25% y 70%), Herman y Remon (1989b) demostraron que el almidón nativo y los obtenidos por nebulización sin pregelatinizar o parcialmente pregelatinizados presentaron una liberación del fármaco más rápida que los almidones totalmente pregelatinizados. Además, los autores concluyeron que la mayor prolongación de la liberación in vitro se consigue con los almidones sin amilosa pregelatinizados y secados por nebulización o en estufa de tambor. Sin embargo, estos mismos autores (Herman y Remon, 1990) demostraron en un estudio in vivo en perros que los almidones con 0% de amilosa pregelatinizados en estufa de tambor o por extrusión no prolongaban la liberación; por el contrario, los comprimidos elaborados con los almidones con 25% de amilosa, pregelatinizados y secados en estufa de tambor o por extrusión, presentaban un comportamiento similar a Theodur ® . Este resultado lo atribuyeron a la debilidad de la capa gelosa que forma la amilopectina alrededor del comprimido cuando se encuentra en el medio de disolución, la cual parece ser más resistente cuando el porcentaje de amilosa se incrementa. Odeku y col. (2008) mejoraron las características de flujo y compresión de cuatro almidones de Dioscorea tras someterlos a un proceso de pregelatinización seguido de secado en estufa o por liofilización, con el fin de usarlos como excipientes de compresión directa. Laovachirasuwan y col. (2010) obtuvieron un nuevo excipiente de liberación modificada para comprimidos matriciales a partir de almidón de arroz por modificación física por calor y posterior desecación por nebulización. Aunque no se 7 mejoraron las propiedades de fluidez, la liberación del fármaco clorhidrato de propanolol no se vió afectada por la fuerza de compresión aplicada (6.9–27.5 MPa) (Peerapattana y col., 2010). Rashid y col. (2011) obtuvieron un almidón de maíz pregelatinizado con mayor plasticidad y menor grado de reordenamiento que el obtenido por simple mezcla física entre el almidón y el silicato mágnésico. En el mercado se encuentran algunos almidones pregelatinizados, ampliamente utilizados en el campo farmacéutico. Entre ellos cabe destacar Lycatab PGS ® , almidón de maíz con un 24% de amilosa completamente pregelatinizado, utilizado en este estudio, y Starch 1500 ® , que es un almidón de maíz pregelatinizado constituido por un 5% de amilosa libre, 15% de amilopectina y 80% de almidón nativo sin tratar. Así, mientras la amilopectina mejora las propiedades aglutinantes del almidón nativo, la amilosa sus propiedades disgregantes. Todo ello hace que este excipiente tenga aplicación en la elaboración de comprimidos por compresión directa. Por el contrario, los almidones completamente pregelatinizados como Lycatab PGS ® muestran un mejor comportamiento en la elaboración de granulados por vía húmeda (Pifferi y col., 1999). Otra modificación distinta es la retrogradación que consiste en la precipitación de las moléculas de almidón. Recientemente Varma y col. (2014) han aislado un almidón de los brotes de Palmyrah India (Borassus flabellifer L.), al que someten a un proceso de retrogradación por calentamiento a 70ºC y posterior enfriamiento, para obtener un excipiente de liberación modificada. Este proceso aumentó sustancialmente la capacidad 8 de hinchamiento y solubilidad del nuevo excipiente en comparación con el almidón nativo. En los estudios de liberación in vitro demuestran que el almidón retrogradado se puede utilizar como excipiente de liberación modificada con fármacos que son sensibles al pH gástrico y también con principios activos dirigidos a una liberación colónica. Las modificaciones químicas en el almidón se llevan a cabo sobre los tres grupos hidroxilos disponibles en cada unidad de α-D-glucopiranosa, aprovechando la susceptibilidad de éstos a reacciones entre las que se podrían destacar la degradación ácida o enzimática (Cubero y col., 2002), la sustitución y la reticulación. El efecto de la reticulación sobre la prolongación de la liberación fue estudiado por Visavarungroj y col. (1990), los cuales concluyeron que la reticulación, con o sin pregelatinización, no favorece la prolongación de la liberación de fármacos a partir de comprimidos elaborados con almidón de maíz con 0% de amilosa. Por el contrario, Lenaerts y col. (1991) encontraron que la amilosa, procedente de almidón de maíz, con más bajo nivel de reticulación liberaba la teofilina casi de forma lineal y por un tiempo superior a 15 h. Una patente de estos mismos autores (Mateescu y col., 1995) demostraron resultados similares cuando se modificaba almidón de maíz con alto contenido de amilosa (70%) (Contramid ® ). Posteriormente, Mulhbacher y col. (2001) obtuvieron una serie de derivados de Contramid ® por un proceso de sustitución, lo que permitió controlar la liberación de fármacos durante un período de hasta 20 horas. 9 Se han realizado numerosos estudios con Contramid ® , desde la evaluación del mecanismo de liberación de fármacos (Lenaerts y col., 1998), cambios moleculares durante la humectación (Le Bail y col., 1999; Ispas-Szabo y col., 2000), efecto de la degradación enzimática sobre la liberación (Rahmouni y col., 2001), su posible aplicación en implantes para la liberación de proteínas y antibacterianos (Désévaux y col., 2002a,b,c,d), asi como su interacción con el agua de la piel (Chauve y col., 2007). Cury y col. (2008) sintetizaron un excipiente de liberación modificada por reticulación de un almidón con alto contenido en amilosa con trimetafosfato sódico (STMP), un agente de entecruzamiento no tóxico muy usado en la industria alimentaria. Thérien-Aubin y col. (2007, 2009) investigaron los estados seco e hidratado de almidones con alto contenido en amilosa reticulados con el mismo agente para su uso como matrices hidrofílicas de liberación modificada, encontrando cinética de orden-cero entre 2 y 24h. Además, señalaron una liberación entre 3-4 semanas cuando se utilizan estos almidones como implantes. Chebli y col. (1999) obtuvieron un nuevo material para prolongar la liberación de fármacos por sustitución de los grupos hidroxilos de la amilosa, consiguiendo el mejor control de la liberación con el sustituyente glicidol y un grado de sustitución entre 0.4 y 3.4. Posteriormente, Chebli y Cartilier (2000) demostraron que la fuerza de compresión no tenía un efecto significativo sobre las propiedades de liberación de glicidolamilosa con un grado de sustitución mayor de 2.7, y que el peso del comprimido era directamente proporcional al tiempo en el que 10 se liberaba el 90% de los fármacos maleato de clorfeniramina, acetaminofeno y teofilina. Además, los estudios de biodegradación (Chebli y col., 2001) mostraron que este material puede resistir la acción de las α-amilasas. La introducción de grupos hidroxipropilo tuvo un efecto negativo en las matrices de almidón de maíz céreo en agua, pero mejoró notablemente la capacidad de liberación sostenida de matrices de almidón de maíz normal y con alto contenido en amilosa (70%) (Hylon VII), tanto en medio acuoso como gastrointestinal simulado. Esto parece deberse a que la introducción de grupos hidroxipropilo aumenta la capacidad del almidón para retener agua, lo que hace a los comprimidos menos porosos, impidiendo el ataque de la α-amilasa y, consecuentemente, retardando la liberación del propanol, utilizado como fármaco modelo, en este medio (Onofre y Wang, 2010). Assad y Mateescu (2010) sintezaron un nuevo excipiente, en medio acuoso, a partir de carboximetil-almidón modificando el grado de protonación y de sustitución. Así observaron que, mientras la protonación ralentiza la liberación de acetaminofeno, un alto grado de sustitución aumenta la sensibilidad al pH y, por tanto, la liberación del fármaco. Kulkarni y col. (2013) aislaron diferentes almidones procedentes de la especie Lagenaria siceraria (India), que también modificaron por reacción de carboximetilación. Esta modificación introduce hidrofilia y voluminosidad estérica que protege considerablemente al almidón y prolonga la liberación del fármaco ibuprofeno. Sin embargo, este almidón es más sensible a la fermentación colónica. 11 Mediante reacción química, Li y col. (2012) sintetizaron un almidón de maíz modificado con anhídrido octenil succínico (AOS), mejorando la resistencia ácida y enzimática del almidón de partida. Estos autores señalaron la necesidad de un óptimo grado de sustitución y relación de estructura amorfo/cristalina como responsables del control de la liberación del ácido 5- aminosalicílico. Posteriormente, Sweedman y col. (2013) realizaron una interesante revisión de estos almidones, haciendo especial hincapié en la importancia del origen botánico del almidón. Por ejemplo, los almidones de patata modificados con AOS presentan diferentes propiedades de gelatinización, posiblemente debido a la presencia de grupos fosfato. Seenivasan y col. (2013) modificaron el almidón de patata con ácido ácetico anhídrido en medio alcalino y, tras los ensayos con el fármaco modelo (glipizida), encontraron adecuado su uso como excipiente para controlar la liberación del fármaco, siendo ésta dependiente de la concentración de acetato de almidón en los comprimidos y de la naturaleza del diluyente empleado. Por copolimerización de injerto con acrilamida sobre almidón de frijoles y almidón de sagú, Singh y Nath (2012a, 2013a) obtuvieron nuevos copolímeros de liberación modificada. Los estudios in vitro señalan, en ambos casos, un mecanismo de liberación del antiviral lavimudina no-Fickian (difusión y erosión). Cuando realizan el estudio in vivo (conejos), observaron una cinética de absorción de orden uno. Liu y col. (2013) obtuvieron por modificación enzimática un almidón desramificado amorfo como excipiente para comprimidos matriciales hidrófilos. Los estudios de liberación in 12 vitro señalan un mecanismo de liberación Fickian cuya velocidad depende del pH y de la presencia de pancreatina, pero no de la fuerza iónica del medio. También se han realizado modificaciones enzimáticas en el almidón de batata con α-glucanotransferasa (Zhu y Wang, 2014). Igualmente están disponibles en el mercado almidones modificados física y químicamente, como Pregeflo ® , obtenido por un proceso combinado de reticulación, gelatinización y estabilización (Pifferi y col., 1999). Sanghvi y col. (1993) evaluaron el comportamiento tecnológico de estos almidones modificados derivados de la patata y del maíz como excipientes de compresión directa. Concluyen que todas las variedades de Pregeflo ® exhiben buen flujo. En comparación con Starch 1500 ® , presentan mejores características de compactación, mayor tiempo de disgregación y una menor velocidad de liberación cuando se usa paracetamol como fármaco modelo. Los perfiles de disolución obtenidos indican su potencial como excipientes de liberación modificada. Posteriormente, Bonacucina y col. (2007) estudiaron las propiedades mecánicas frente a la compresión de seis de estos derivados con distinto contenido en humedad, concluyendo que, a más alto contenido en humedad, corresponde menor viscosidad, elasticidad y valores de presión de deformación plástica. También Singh y Nath (2012b, 2013b) usando almidón de frijoles y almidón de sagú, obtuvieronn otros excipientes hidrofobicamente modificados, para el control de la liberación de fármacos, por pregelatinización en agua a 70ºC y posterior tratamiento químico por acetilación. Como ya ocurriera con los 13 correspodientes copolímeros de injerto (Sing y Nath, 2012a, 2013a), el mecanismo de liberación de la lavimudina fue difusión no-Fickian y, en el estudio in vivo, se apreció una cinética de absorción de orden uno. A finales de los años 90 nuestro grupo de investigación “Optimización y Producción Farmacéutica”, dirigido por la Prof. Jiménez-Castellanos, inicia una colaboración (Proyectos MAT1998-0488, MAT2001-3874-C02-01 y MAT2004-01599) con el grupo de “Biomateriales”, dirigido por las Prof. Goñi y Gurruchaga de la Facultad de Química de la Universidad del País Vasco, con el objetivo de buscar nuevos materiales poliméricos, por copolimerización de injerto, con potenciales aplicaciones como excipientes de compresión directa y moduladores de la liberación de fármacos en comprimidos matriciales. La copolimerización de injerto se produce cuando reaccionan un sustrato polimérico (almidones sustituidos) y un monómero, para dar lugar a un copolímero con un esqueleto principal y cadenas de polímeros unidas a él a diferentes intervalos (Castellano, 1997). Se trata, por tanto, de un copolímero ramificado, ya que de la cadena principal nace más de una ramificación (Figura 0.3). 14 ───AAAAAAAAAXAAAAAAAXAAAAXAAAAA─ | | | B B B B B B Figura 0.3.- Estructura característica de un copolímero de injerto. A: sustrato polimérico con puntos de anclaje en X; B: monómero. Estos almidones sustituidos son de gran interés industrial debido a las mejoras significativas en las propiedades del almidón seleccionado. Así, con el injerto de ramas de polímero sintético en un sustrato, se puede conseguir un copolímero con mejores propiedades físicas y químicas que los polímeros de partida o que la mezcla física de ambos (Vázquez y col., 1989; Gurruchaga y col., 1992; Liu y col., 2004). Inicialmente, el monómero elegido fue el metacrilato de metilo (MMA), que se injertó sobre diferentes polímeros de semisíntesis (hidroxipropilalmidón -HA- y carboximetilalmidón - CA- de patata, hidroxipropilcelulosa -HC- y carboximetilcelulosa - CC-) en medio acuoso, usando cerio como iniciador de la reacción (Castellano y col., 1997). Dependiendo del hidrato de carbono de partida se obtuvieron productos con diferente contenido de polimero acrílico, así como de distinta forma y tamaño de partícula. Los productos obtenidos se sometieron a dos procesos distintos de secado (estufa de vacío -O- y liofilización -L-), los cuales influyeron en las características físicas de los copolímeros sintetizados. Además de una exhaustiva caracterización físico-química y tecnológica, la Tesis de la Dra. Ferrero (1999) confirmó el uso de estos copolímeros como excipientes de compresión directa para sistemas matriciales de liberación modificada. La evaluación del 15 mecanismo de liberación del fármaco a partir de estos sistemas puso de manifiesto su comportamiento como matrices inertes. La combinación de estos copolímeros con tres excipientes comerciales de compresión directa, con el fin de evaluar sus características de fluidez, compresión y liberación de teofilina anhidra centraron la Tesis de la Dra. Miró (2002). La Dra. Bravo (2003) demostró la menor captación de humedad de estos copolímeros, por la presencia de MMA, respecto a los carbohidratos de partida, pudiendo ser catalogados como productos “moderadamente higroscópicos”. Finalmente, la Dra. Ruiz (2005) realizó un estudio in vivo que permitió concluir que las formulaciones con los copolímeros HAMMAL, CAMMAO y CAMMAL, a una resistencia a la rotura 90-100 N, prolongan la liberación de teofilina in vivo, siendo la prolongación más notoria para la formulación preparada con el copolímero CAMMAL. El comportamiento de estos sistemas se valoró comparativamente con dos especialidades farmacéuticas del mercado español (Theodur ® y Theolair ® ). Por otro lado, la combinación del polímero inerte hidroxipropilcelulosa-metacrilato de metilo (HCMMA), en distinta proporción, con polímeros celulósicos comerciales hinchables de distinta viscosidad, grado de sustitución o tipo de sustituyente, permitió al Dr. Escudero (2009) evidenciar la posibilidad de modular la liberación prolongada de teofilina. Con el fin de demostrar la influencia del origen del almidón de partida sobre las características tecnológicas y de liberación de teofilina en comprimidos, el Dr. Marinich (2008) y la Dra. Casas (2009) sintetizaron y caracterizaron nuevos copolímeros de 22 • Huber K.C. y BeMiller J.N. Modified starch: Chemistry and properties A. 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Trends in Food Science & Technology, 2014, 36:68-78. 28 29 OBJETIVOS 30 31 OBJETIVOS A la vista de los avances que nuestro grupo de investigación ha realizado en la síntesis y caracterización de nuevos materiales poliméricos, y continuando con esta línea de investigación, los objetivos concretos de nuestro trabajo se centran en: I.- Evaluar, de forma comparativa, el uso de distintos almidones de maíz modificados como excipientes para compresión directa en el diseño de sistemas matriciales de liberación prolongada. En este capítulo se prestará especial atención a la evaluación de las propiedades de fluidez y compresión de dos almidones de maíz céreo (MA) injertados con metacrilato de etilo (EMA) sintetizados por nuestro grupo de investigación y desecados por dos procedimientos distintos (estufa de vacío - MAEMAO- y liofilización -MAEMAL-), y dos almidones sintetizados por el laboratorio Roquette, uno pregelatinizado y disponible comercialmente como Lycatab PGS ® , y otro pregelatinizado y reticulado (Lab 1768). II.-Evaluar el efecto del tipo de polímero, dosis y solubilidad del fármaco en el comportamiento de liberación de los sistemas matriciales bajo estudio. Este capítulo se centra en determinar cómo afecta al mecanismo y velocidad de liberación, por una parte el tipo de polímero y distintas dosis de fármaco modelo (teofilina 20%, 40% 38 Heyman y col. (2013) señalaron que la transición conformacional de la goma xantano no influyó en la gelatinización de diferentes almidones céreos (maíz, patata, maíz modificado químicamente y arroz), pero sí que afectó a su comportamiento pregelatinizado. En un estudio posterior, estos autores (Heyman y col., 2014) describrieron el distinto efecto de la goma xantano y goma guar sobre los gránulos de almidón de maíz céreo nativo. Así, mientras la primera inhibió la alteración del gránulo del almidón, la segunda no mostró esta propiedad. Como consecuencia, observaron grandes diferencias en los perfiles de pregelatinización, así como en las distribuciones de tamaño de partícula. Como se ha señalado en los objetivos, el primer capítulo se centra en la evaluación comparativa del uso de distintos almidones de maíz modificados como excipientes de compresión directa para el diseño de sistemas matriciales de liberación prolongada. La caracterización tecnológica de estos materiales poliméricos incluye una serie de ensayos que tienden a evaluar el tamaño y forma de sus partículas, las propiedades de fluidez y la conducta de compresión de los sólidos, con el objetivo de garantizar el uso de estos materiales en la elaboración de comprimidos por compresión directa (Rime y col., 1997). Para ello, los productos utilizados en este estudio son un almidón de maíz pregelatinizado comercial (Lycatab PGS ® ), un almidón de maíz pregelatinizado y reticulado (Lab 1768), ambos suministrados por el Laboratorio Roquette, y unos copolímeros sintetizados por nuestro grupo de investigación (MAEMA), 39 constituidos por el carbohidrato almidón de maíz céreo (MA) y el monómero de injerto metacrilato de etilo (EMA). Tanto el almidón como el metacrilato de etilo tienen un gran interés farmacéutico, ya que son biocompatibles y atóxicos. Los carbohidratos se encuentran ampliamente extendidos en la naturaleza formando parte de las estructuras de plantas o como reserva metabólica, en el caso del almidón. El almidón es un sólido blanco, neutro, insoluble, seco, sin olor, ni sabor. Su fórmula molecular es (C 6 H 10 O 5 ) n donde n = 300- 1000. El metacrilato de etilo es un líquido de olor característico, insoluble en agua, con un punto de ebullición de 118°C, unas características únicas de estabilidad y una gran facilidad de copolimerización (Goñi y col., 1983; Greim y col., 1995; McDowell, 1996; Athawale y Rathi, 1997; Andersen, 2002). Puesto que los almidones de distinta procedencia no pueden intercambiarse indistintamente para un uso farmacéutico determinado (Tester y col., 2004; Nabais y col., 2007), en nuestro estudio utilizaremos, como almidón de partida, un almidón de maíz de tipo “waxy” o céreo (Zea mays), con aproximadamente < 1 % de amilosa (Jenkins y Donald, 1995; Buléon y col., 1998; Graybosch, 1998; Mathew y Dufresne, 2002). Al tener mayor cantidad de amilopectina, presenta un incremento en las propiedades de hinchamiento, así como una viscosidad alta, pero sin formar gel. Este almidón de maíz se injertó, mediante una reacción de polimerización por vía radicalaria, con metacrilato de etilo 40 (Marinich y col., 2009), obteniéndose el copolímero de injerto denominado MAEMA. Goñi y col. (1984) y Vázquez y col. (1992) establecieron como parámetros críticos de la reacción de polimerización de injerto de metacrilatos sobre derivados de almidón los siguientes: medio acuoso, para obtener un mayor rendimiento de la misma; fuente de luz constante, por influir en la fotoactivación del ión cerio (IV) usado como iniciador; atmósfera de nitrógeno, ya que la presencia de oxígeno inhibe la polimerización (Gurruchaga y col., 1989), y tiempo de reacción fijado en 4 h con el fin de alcanzar la máxima eficacia en la misma (Vázquez y col., 1987). Estos copolímeros obtenidos por reacción de polimerización (MAEMA) se sometieron a dos procesos de desecación diferentes: estufa de vacío (derivado MAEMAO) y liofilización (derivado MAEMAL). También se sometieron a un proceso de molturación con el objeto de obtener partículas de un tamaño adecuado. En relación a los dos almidones del Laboratorio Roquette utilizados en este estudio, Lycatab PGS ® contiene un 24% de amilosa, por lo que tiende a la formación de gel, mientras que Lab 1768, al ser tipo “waxy” (100% amilopectina), no es capaz de formar geles y presenta una mayor viscosidad. Lycatab PGS ® ha sido especialmente desarrollado como aglutinante para granulación vía húmeda y se ha comercializado como excipiente en formulación de comprimidos de ibuprofeno (Laboratorio Roquette, 2014), aunque sus buenas propiedades de fluidez y sus propiedades aglutinantes permiten su aplicación también en compresión directa. 41 MATERIALES Y MÉTODOS 1.- Materias primas Los polímeros objeto de estudio del presente trabajo son: • Almidón de maíz (contenido en amilosa del 24%) totalmente pregelatinizado (Lycatab PGS ® , Roquette Laisa España S.A., Barcelona, España). • Almidón de maíz (contenido en amilopectina del 100%) pregelatinizado y reticulado (Lab 1768, Roquette, Lestrem, Francia). • Copolímeros de síntesis obtenidos por copolimerización de injerto de almidón de maíz céreo (contenido en amilopectina del 100%) con metacrilato de etilo y desecado por estufa a vacío (derivado MAEMAO) o liofilización (derivado MAEMAL). Todos los productos se mantuvieron en condiciones constantes de temperatura y humedad (20ºC y 40% de humedad relativa). 42 2.- Métodos 2.1.- Análisis granulométrico Los productos objeto de este estudio se sometieron a un análisis granulométrico por tamización en cascada (Tamizadora Retsch Vibro, Haan, Alemania). Para ello, se utilizaron tamices calibrados (Cisa, Barcelona, España) de 500, 355, 250, 180, 125, 90, 63, 45, 38 µm de luz de malla. El proceso se continuó en el tiempo hasta que, en un intervalo de cinco minutos, las partículas que atraviesan el tamiz representaron menos del 0,2% del peso del material (Gómez-Amoza, 1997). 2.2.- Morfología de las partículas La superficie y la morfología de las partículas se evaluaron por medio de microfotografías tomadas en un microscopio electrónico de barrido Philips XL-30 (Eindhoven, Holanda) con un voltaje de aceleración de 10 kV. Las muestras se prepararon previamente recubriéndolas con oro en un equipo evaporador (Edwards, Pirani 501, West Sussex, Reino Unido). 2.3.- Densidad aparente de partícula (Real Farmacopea Española, 2011) Se empleó un picnómetro de helio Ultrapycnometer 1000 (Quantachrome, Boyton Beach, Estados Unidos). El volumen de la muestra, de peso conocido, se determinó mediante lecturas de 43 presión del gas inerte utilizado (helio). Los resultados corresponden a la media de tres replicados. 2.4.- Contenido en humedad La determinación de la cantidad de humedad inicial de las muestras (500 mg) se llevó a cabo en una balanza de infrarrojo (Mettler Toledo, Zürich, Suiza). Las muestras se calentaron a 50 °C, debido a la labilidad de los productos, hasta que la variación de peso fue inferior a 0,2 mg/s. Las medidas se hicieron por triplicado. 2.5.-Determinación de las propiedades de fluidez (Real Farmacopea Española, 2011) Para su evaluación se utilizaron dos métodos: 2.5.1.- Método indirecto Medidas de volumen aparente Tiene por objetivo determinar, bajo condiciones definidas, los volúmenes aparentes antes y después de sedimentar, la capacidad de sedimentación y las densidades aparentes de sólidos divididos. Se realizaron en un equipo de sedimentación (Vol-I SBS, Barcelona, España) utilizando una probeta de 250 ml, graduada en intervalos de 2 ml, y para un peso de muestra de 50g. Tras 44 asegurar la probeta en su soporte, se determinó el volumen aparente sin sedimentar o volumen bruto (V 0 ). Tras efectuar 10, 500 y 1250 golpes, se determinaron los correspondientes volúmenes V 10 , V 500 y V 1250 . Cuando la diferencia entre V 500 y V 1250 fue superior a 2 ml, se aplicaron 1250 golpes más (V 2500 ). El ensayo se realizó por triplicado. A partir de estos valores, se calculó la densidad aparente, la densidad por asentamiento, el índice de compresibilidad (USP 37) y el índice de Hausner (USP 37). f o f V V HausnerdeÍndice V VV lidadCompresibideÍndice 0 0 100 = ×        − = siendo V 0 y V f el volumen bruto y el volumen final sedimentado, respectivamente. Ambos índices constituyen una forma eficaz, sencilla y rápida de determinar las propiedades de fluidez de un sólido pulverulento (Abdullah y Geldart, 1999; Schüssele y Bauer-Brandl, 2003). En la Tabla I.1 se resume el comportamiento de fluidez de los sólidos de acuerdo con los valores de estos índices. 45 Tabla I.1.- Escala de fluidez (USP 37) Índice de compresibilidad (%) Fluidez Índice de Hausner ≤10 Excelente 1,00-1,11 11-15 Buena 1,12-1,18 16-20 Adecuada 1,19-1,25 21-25 Aceptable 1,26-1,34 26-31 Pobre 1,35-1,45 32-37 Muy pobre 1,46-1,59 >38 Extremadamente pobre >1,6 2.5.2.- Método directo Capacidad de flujo Este ensayo tiene por objetivo determinar la capacidad que tienen los sólidos para fluir verticalmente, bajo condiciones definidas. El estudio de la velocidad de flujo se efectuó mediante un sistema que constituye una patente de aplicación de nuestro grupo de investigación (Muñoz-Ruiz y Jiménez-Castellanos, 1993). Se utilizó un embudo de vidrio, con un diámetro interno de 10 mm y un ángulo de 30º con respecto a la vertical y uno de acero inoxidable de diámetro interno de 10 mm y con un semiángulo de 20º en relación a la vertical. Una balanza de precisión (Mettler LJ16, Zürich, Suiza) conectada a un ordenador permitió, mediante un programa adecuado, la adquisición y tratamiento de los datos. Los resultados se expresan como la media de tres determinaciones en g/s. 46 2.6.- Elaboración de los lotes de comprimidos Los sólidos se pesaron individualmente en una balanza analítica (Sartorius CP224S, Göttingen, Alemania) y los comprimidos se elaboraron, tras alimentación manual, por medio de una máquina de comprimir excéntrica (Bonals AMT 300, Barcelona, España) instrumentada (Muñoz-Ruiz y col., 1995), provista de punzones planos de 12 mm de diámetro y a una velocidad de 30 ciclos/min. La profundidad de carga de la matriz se ajustó para obtener comprimidos de 500 mg de peso. Se aplicó una presión máxima de compresión para obtener comprimidos con una resistencia a la rotura de 140-150 N. Con objeto de registrar las condiciones de compresión, se elaboraron cuatro comprimidos para cada uno de los materiales. A continuación, se procedió a la elaboración de los lotes correspondientes a cada producto bajo estudio con la máquina descrita. 2.7.- Caracterización de los lotes de comprimidos Transcurridas 24 h desde su elaboración, cada uno de los lotes se sometió a los siguientes ensayos: 2.7.1.- Ensayo de uniformidad de masa (Real Farmacopea Española, 2011) Se determinó, individualmente, el peso de veinte comprimidos escogidos al azar en una balanza analítica (Sartorius CP224S, Göttingen, Alemania) y, a partir de los resultados, se 47 obtuvo el peso medio, la desviación estándar y el coeficiente de variación de peso. Según la Real Farmacopea Española (2011), no más de dos unidades pueden desviarse del peso medio en un porcentaje mayor del 5% para comprimidos de peso superior a 250 mg. Además, ninguna unidad podrá desviarse en más del doble de este porcentaje. 2.7.2.- Dimensiones El espesor y diámetro de diez comprimidos se determinó con la ayuda de un equipo Erweka GmbH (Heusenstamm, Alemania) (rango de medida 0-25 mm y precisión 0,001 mm). Con los resultados obtenidos, se calculó la media y la desviación estándar de las dimensiones. 2.7.3.- Ensayo de resistencia a la rotura (Real Farmacopea Española, 2011) Este ensayo tiene como finalidad la determinación de la fuerza necesaria para provocar la rotura de los comprimidos por fractura tangencial. Se llevó a cabo sobre diez comprimidos utilizando un equipo Erweka GmbH (Heusenstamm, Alemania). 2.7.4.- Ensayo de friabilidad (Real Farmacopea Española, 2011) Se evaluó la pérdida de peso por friabilidad de veinte comprimidos. El ensayo se llevó a cabo en un equipo Erweka TA (Heusenstamm, Alemania) durante 4 minutos a 25 r.p.m. Los resultados se expresaron como porcentaje de pérdida de peso. 54 Figura I.6.- Microfotografías correspondientes a Lab 1768. En relación con la metodología de desecación, y coincidiendo con Marinich y col. (2009), no se vislumbra diferencias morfológicas entre MAEMAO y MAEMAL (Figuras I.7 y I.8). La copolimerización de injerto y la molturación a la que se sometieron estos copolímeros da lugar a partículas redondeadas y aglomeradas con contornos irregulares y un gran número de oquedades. Así mismo, el mayor porcentaje de partículas finas justificaría la mayor aglomeración observada en estos copolímeros de injerto. Figura I.7.- Microfotografías correspondientes a MAEMAO. 55 Figura I.8.- Microfotografías correspondientes a MAEMAL. 3.- Densidad aparente de partícula Los valores de densidad aparente de partícula se muestran en la Tabla I.3. Lycatab PGS ® y Lab 1768 poseen valores significativamente más altos que los copolímeros de injerto (Apéndice, p<0,0085). Esto podría justificarse por la reacción de copolimerización. La introducción de las cadenas de EMA injertadas incrementa el volumen, lo que hace que la densidad sea menor. Por otro lado, la densidad de Lab 1768 es significativamente superior a la de Lycatab PGS ® (Apéndice, p<0,0085). Probablemente, el proceso de reticulación de Lab 1768 origina una estructura más compacta y de mayor densidad. En cuanto a los productos de nueva síntesis, se observa que MAEMAO y MAEMAL presentan valores de densidad idénticos (Apéndice, p>0,0085), por lo que se confirma, coincidiendo con Marinich y col. (2009), que el método de secado no afecta a la densidad de estos productos. Los coeficientes de variación, en todos los casos, son inferiores al 0,5 % (Real Farmacopea Española, 2011). 56 Tabla I.3.- Valores medios de densidad aparente de partícula (g/cc) y pérdida de peso (%) por balanza de infrarrojo para los distintos materiales bajo estudio. Material Lycatab PGS ® Lab 1768 MAEMAO MAEMAL Densidad (g/cc) 1,446 (0,001) 1,489 (0,006) 1,230 (0,001) 1,230 (0,001) Pérdida peso (%) 6,96 (0,03) 7,99 (0,05) 1,96 (0,02) 1,94 (0,01) 4.- Contenido de humedad El secado de los productos farmacéuticos se considera un paso crítico en muchos procesos tecnológicos, puesto que se establece un contenido límite de agua (Darcy y Buckton, 1997), de ahí la importancia de determinar el contenido en agua de las muestras. En la Tabla I.3 se recoge el porcentaje de pérdida de peso obtenido para los distintos productos a 50°C. Esta disminución de peso se asocia a la pérdida de agua a dicha temperatura (Castellano y col., 1997). Se observa que los copolímeros de nueva síntesis presentan un porcentaje de pérdida de peso significativamente inferior (Apéndice, p<0,0085) que los productos pregelatinizados, lo que indica un menor contenido en humedad. Esto podría deberse a la hidrofobia del monómero, metacrilato de etilo (EMA), usado en la copolimerización de injerto, que disminuye la captación de agua por parte del copolímero. Bravo-Osuna y col. (2005) pusieron de manifiesto que la presencia de metacrilato de metilo (MMA) en copolímeros de almidón e hidroxipropilalmidón 57 de patata disminuye la absorción de agua del copolímero en comparación con los carbohidratos de partida, catalogando a los copolímeros como productos moderadamente higroscópicos. Como ya pusieron de manifiesto Marinich y col. (2009), el método de secado no afecta significativamente (Apéndice, p>0,0085) a la capacidad de absorción de agua de los copolímeros de nueva síntesis. En cuanto a los derivados comerciales, Lab 1768 presenta un mayor contenido en humedad que Lycatab PGS (Apéndice, p<0,0085), lo que podría atribuirse a su mayor contenido en amilopectina. 5.- Determinación de las propiedades de fluidez La mayoría de las etapas de los procesos farmacéuticos (secado, molturación, tamización, mezclado, compactación, etc.), conllevan la manipulación de material pulverulento, por lo que la evaluación de las propiedades de fluidez de los sólidos pulverulentos es un aspecto fundamental a tener en cuenta en el control de calidad de las materias primas (Guerin y col., 1999; Jivraj y col., 2000). Como se ha señalado en la metodología, existen dos tipos de métodos para determinar la fluidez de un producto: métodos indirectos y métodos directos. 58 5.1.- Método indirecto Medidas de volumen aparente En la Tabla I.4 se recogen los parámetros característicos de las medidas de volumen aparente. Atendiendo a los valores de los índices de compresibilidad y de Hausner, se puede observar que la variedad Lycatab PGS ® presenta pobres propiedades de fluidez, la variedad Lab 1768 presenta muy pobres propiedades de fluidez y los derivados MAEMA presentan aceptables propiedades de fluidez. Tabla I.4.- Medidas de volumen aparente (Volumen aparente, V 0 ; volumen por asentamiento, V 1250 ó V 2500 ; índice de compresibilidad, %C; índice de Hausner, IH). Material V 0 (ml) V 1250 (ml) V 2500 (ml) %C IH Lycatab PGS ® 116 (1) --- 85 (1) 27 1,36 Lab 1768 155 (1) --- 106 (2) 32 1,46 MAEMAO 111 (2) 83 (1) --- 25 1,34 MAEMAL 115 (3) 88 (1) --- 23 1,31 Los datos obtenidos respecto al %C e IH ponen de manifiesto que no existen diferencias importantes en relación al método de secado en el caso de los derivados MAEMA, como cabría esperar por las similares características de sus partículas. 59 El mayor tamaño de partícula y la mayor simetría en la distribución de tamaños del producto Lycatab PGS ® (Tabla I.2, Figura I.3) podrían justificar sus ligeras mejores propiedades de fluidez en relación con el producto Lab 1768. 5.2.- Método directo Capacidad de flujo Las medidas de volumen aparente permiten diferenciar dos grupos de materiales en cuanto a sus características de fluidez. Sin embargo, estos resultados no se corroboran con la determinación de la velocidad de flujo a través de un embudo de acero y un embudo de vidrio (Tabla I.5). Nuestro grupo de investigación ya ha evidenciado la falta de correlación entre los resultados de fluidez con los métodos indirectos y directos, justificado porque los primeros son ensayos estáticos a diferencia de los segundos que son dinámicos (Velasco y col., 1994). Se considera que un polvo fluye bien cuando la velocidad de flujo es igual o superior a 10 g/s (Guyot, 1978; Delacourte- Thibaut y col., 1982). De todos los productos sometidos a este estudio, sólo Lycatab PGS ® fluye a través del sistema de medida, aunque sólo en el embudo de vidrio sobrepasó el límite de 10 g/s (Tabla I.5). Esta diferencia de velocidad podría atribuirse al distinto diseño del embudo, que influye en las características de descarga del polvo. A pesar de que Lab 1768 tiene un tamaño medio de partícula muy similar al de Lycatab PGS ® , Lab 1768 no fluye, lo que podría atribuirse a su mayor contenido en partículas pequeñas y distribución más asimétrica (Tabla I.2, Figura I.3). El 60 mejor comportamiento de fluidez de Lycatab PGS ® puede también apreciarse en el gráfico de velocidad de flujo (Figura I.9), donde se registra una gran linealidad para este producto. Los derivados MAEMA presentan partículas con cavidades y contornos irregulares, como ya se apreció en las microfotografías (Figuras I.7 y I.8). Esto aumenta el área de contacto entre las partículas e incrementa el número de interacciones a nivel macroscópico (interacciones mecánicas) y microscópico (fuerzas de van der Waals) (Kaerger y col., 2004), situación que dificulta las propiedades de fluidez de estos copolímeros. Sin embargo, ésta no puede ser la única causa ya que, como apreciamos en las Figura 1.5 correspondiente a Lycatab PGS ® , este derivado también muestra forma irregular. La distribución más amplia y el mayor porcentaje de partículas de pequeño tamaño (Figura I.4) que muestran los copolímeros de injerto, provoca además la aparición de fuerzas electrostáticas que retardan la fluidez (Paronen y Juslin, 1983; Pifferi y col., 1999). De hecho, las partículas de estos copolímeros quedaban adheridas a las paredes del embudo. Así, Abdullah y Geldart (1999) indican que, cuando un sólido está dominado por partículas finas, las fuerzas interparticulares, como las fuerzas de Van der Waals, impiden el flujo de estos materiales. En consonancia con lo expuesto anteriormente, no se vislumbran diferencias en cuanto al método de secado de estos copolímeros (Tabla I.5). 61 Tabla I.5.- Capacidad de flujo de los materiales bajo estudio. Material V Flujo acero (g/s) V Flujo vidrio (g/s) Lycatab PGS ® 4,46 (0,29) 14,03 (0,67) Lab 1768 No fluye No fluye MAEMAO No fluye No fluye MAEMAL No fluye No fluye Figura I.9.- Curva de velocidad de flujo en embudo de vidrio de Lycatab PGS ® . 6.- Elaboración de los lotes de comprimidos En la Tabla I.6 se recogen los parámetros característicos de compresión (Doelker, 1978; Jarvinen y Juslin, 1981) de los productos en estudio. Como ya se ha señalado en la metodología, los productos se comprimen a una presión suficiente para obtener comprimidos a una resistencia a la rotura de 140-150 N y garantizar así una adecuada integridad mecánica. Evaluando los registros de compresión de los productos (Tabla I.6), se puede observar que la presión máxima del punzón 62 superior (P sup ) necesaria para obtener los comprimidos a la resistencia a la rotura fijada es, en todos los casos, inferior a 130 MPa. Puede apreciarse asimismo que los derivados MAEMA precisan mayor presión que Lycatab PGS ® y Lab 1768 (Apéndice, p<0,0085) para obtener comprimidos con la misma resistencia a la rotura, ya que estos últimos, al ser pregelatinizados, tienen una mayor capacidad de deformación. A su vez, el derivado O precisa mayor presión que el derivado L (Apéndice, p<0,0085), como ya señalaron Marinich y col. (2009). En cuanto a los polímeros del Laboratorio Roquette, Lab 1768 es el que necesita una presión menor (Apéndice, p<0,0085), ya que la reticilación mejoraría la capacidad de compactación. Los derivados MAEMA muestran valores de coeficiente de lubricación (R) significativamente superiores (Apéndice, p<0,0085) a los de Lycatab PGS ® y Lab 1768, no detectándose diferencias significativas (Apéndice, p>0,0085) en cuanto al método de secado. En cualquier caso, los valores de R permanecen por debajo del límite propuesto por Bolhuis y Lerk (1973) para excipientes de compresión directa, lo que hace pensar en la necesidad de añadir un lubrificante en una formulación posterior. 63 Tabla I.6.- Parámetros de registro de los ciclos de compresión para los distintos productos bajo estudio: presión máxima aplicada por el punzón superior (P sup ), coeficiente de lubricación (R), fuerza máxima de eyección (F eyec ), trabajo de rozamiento de Juslin (W roz ), trabajo de expansión (W exp ), trabajo neto aparente de Juslin (W na ) y plasticidad (Pl). Material P sup (MPa) R F eyec (N) W roz (J) W exp (J) W na (J) Pl (%) Lycatab PGS ® 106,83 (1,24) 0,571 (0,001) 802,69 (24,59) 4,722 (0,261) 0,400 (0,026) 12,238 (0,070) 96,84 (0,20) Lab 1768 83,44 (1,06) 0,505 (0,005) 1056,96 (26,31) 5,604 (0,133) 0,189 (0,019) 11,139 (0,056) 98,33 (0,17) MAEMAO 128,45 (4,55) 0,870 (0,035) 310,88 (44,66) 1,335 (0,370) 0,099 (0,013) 16,674 (0,297) 99,41 (0,67) MAEMAL 114,02 (2,06) 0,883 (0,028) 245,32 (25,57) 1,253 (0,270) 0,012 (0,005) 16,654 (0,108) 99,93 (0,03) Los valores de fuerza máxima de eyección se mantuvieron por debajo de 750 N en el caso de los copolímeros MAEMA, límite señalado por Bolhuis y Lerk (1973) para los excipientes de compresión directa. De nuevo, no se detectan diferencias significativas (Apéndice, p>0,0085) en cuanto al método de secado. En el caso de Lycatab PGS ® y Lab 1768, los valores de fuerza de eyección superan los 750 N, lo que corrobora las pobres propiedades de lubrificación de estos materiales. Un comportamiento similar se vislumbró en lo concerniente al trabajo de rozamiento de Juslin (W roz ), siendo Lycatab PGS ® y Lab 1768 los que presentan valores significativamente más altos (Apéndice, p<0,0085). Probablemente, el carácter más anguloso de las partículas de estos derivados explica la alta fricción observada entre las partículas y entre éstas y la cámara de compresión. 70 71 CONCLUSIONES 1.- El tipo de modificación del almidón influye de forma importante en las características granulométricas del producto obtenido, mientras que el método de secado apenas induce diferencias en dichas propiedades. Aunque los derivados Lycatab PGS ® y Lab 1768 son más densos que los derivados MAEMA, sólo Lycatab PGS ® presentó buenas características de fluidez. 2.- En lo concerniente a las características de compresión, Lycatab PGS ® y Lab 1768 precisan menor presión para obtener comprimidos con la resistencia a la rotura fijada. No obstante, sus peores propiedades de lubrificación y recuperación elástica convierten a los copolímeros de síntesis en excipientes con mejores características de compresión. 3.- Todos los comprimidos mostraron tiempos de disgregación superiores a 30 minutos. Además, se caracterizaron por una distribución porosimétrica unimodal, con presencia de mesoporos en el caso de los derivados MAEMA y de macroporos en los productos Lycatab PGS ® y Lab 1768. 72 73 BIBLIOGRAFÍA • Abdullah E.C. y Geldart D. The use of bulk density measurements as flowability indicators. Powder Technology, 1999, 102:151-165. • Andersen F.A. Amended final report on the safety assessment of ethyl methacrylate. International Journal of Toxicology, 2002, 21:63-79. • Athawale V.D. y Rathi S.C. Synthesis and characterization of starch-polymethacrylic acid graft copolymers. Journal Applied of Polymer Science, 1997, 66(7):1399-1403. • Bagley E.B. y Christianson D.D. 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Sin embargo, en los sistemas matriciales hidrófilos, el p.a. difunde a través de la capa de gel formada en la superficie del comprimido, que será más o menos susceptible a la erosión dependiendo de las características fisicoquímicas del polímero. Así, la interacción de diferentes variables controlará la liberación del p.a., ocasionando diferentes perfiles de liberación (Sujja-Areevath y col., 1998; Efentakis y Politis, 2006). Para evidenciar la liberación de los fármacos de las formas farmacéuticas se recurre al ensayo de disolución in vitro, que ha sido reconocido como un elemento clave en el desarrollo de las mismas, si bien no siempre refleja el comportamiento in vivo debido a una serie de factores fisiológicos y/o patológicos que afectan a la liberación del fármaco (Sako y col., 2002). Con el fin de cuantificar la liberación del fármaco a partir de las formas farmacéuticas se recurre a distintos modelos cinéticos. El carácter amorfo o cristalino del fármaco, su tamaño de partícula, solubilidad y concentración en la forma de dosificación pueden influir en la cinética de liberación. Así, un p.a. soluble incorporado en una matriz hidrófila se libera principalmente por difusión, mientras que en el caso de un p.a. con baja solubilidad, la erosión de la matriz podría ser el principal mecanismo de liberación (Costa y Sousa Lobo, 2001; Saylor y col., 2007). Sin embargo, la contribución de cada mecanismo sobre el proceso 87 global de liberación del p.a. no está sólo influenciado por la solubilidad del fármaco, sino también por las propiedades físicoquímicas y mecánicas de la barrera gelosa que se forma alrededor del comprimido (Hodsdon y col., 1995). Así, varios estudios señalan el impacto que la concentración de polímero, diluyentes, agentes osmóticos y variables del proceso tienen sobre las propiedades físico-químicas de las matrices hidrófilas (Said y Al-Shora, 1980; Kim, 1995; Khan y Jiabi, 1998; Zaghloul y col., 2001). En el caso de las martices inertes la liberación del fármaco depende de factores como la naturaleza y la cantidad de polímero, dosis y solubilidad del fármaco, tamaño de partícula del polímero y del fármaco, presencia de otros excipientes y la porosidad y tortuosidad del comprimido (Salomon y Doelker, 1980). Este capítulo se centra, pues, en evaluar cómo influye el tipo de polímero, dosis y solubilidad del fámaco en el mecanismo y en la velocidad de liberación de los sistemas matriciales bajo estudio. Como p.a. poco hidrosoluble se seleccionó teofilina anhidra, que ha sido ampliamente usado por nuestro grupo de investigación. Se valorará el efecto de tres dosis de teofilina anhidra (20, 40 y 60%) y se seleccionará una dosis determinada con el fin de comparar las características de liberación cuando se usa como fármaco cafeína anhidra a la misma dosis, seleccionada por ser otro derivado de las xantinas bastante soluble en agua. Ambos fármacos son candidatos para sistemas de liberación modificada. En la Tabla II.1 se aprecia una comparativa de las principales propiedades de los mismos. 88 Tabla II.1.- Comparación entre teofilina anhidra y cafeína anhidra. Teofilina anhidra Cafeína anhidra Fórmula molecular C 7 H 8 N 4 O 2 C 8 H 10 N 4 O 2 Peso molecular 180,164 g/mol 194,19 g/mol pK a (Erdociain y Houin, 1998) 8,6 8,4 Punto de fusión (Ottinger y col., 1965) 268-273º 233~234º Biodisponibilidad 100% 100% Vida media 8 h 8 h Solubilidad 15-25 ºC (ml/g) (Real Farmacopea Española, 2011) 100-1000 30-100 Teofilina anhidra La teofilina (Figura II.1) es un derivado de la xantina principalmente utilizado como broncodilatador en el tratamiento sintomático del asma bronquial leve y el bronco espasmo reversible, que pueden presentarse asociados a la bronquitis crónica, el enfisema y otras enfermedades pulmonares obstructivas (Fairshter y col., 1985; Whitehurst y col., 1996; Suihko y col., 1997; Villegas y col., 1998). Es un fármaco que se absorbe bien vía oral, aunque a veces produce irritación de las mucosas y presenta un margen terapéutico estrecho. Por tanto, y con el objetivo de evitar una biodisponibilidad variable o incompleta, la teofilina es un buen candidato para formulaciones de liberación modificada, siendo imprescindible la búsqueda de nuevos y efectivos sistemas de este tipo (Said y Al-Shora, 1980; Buckton y col., 1988; Munday y Fassihi, 1995; Álvarez-Lorenzo y 89 col., 1998; Ceballos y col., 2005; Szepes y col., 2007; Mastiholimath y col., 2007). Actualmente existen en el mercado español, entre otras, las siguientes especialidades farmacéuticas de liberación modificada: PULMENO ® de Artis Pharma; THEODUR ® de Vegal Farmacéutica; TEROMOL ® de Aldo Unión, etc. (Catálogo de Medicamentos, 2014). Desde un punto de vista físico-químico, la teofilina se presenta como un polvo blanco cristalino. De acuerdo con la Real Farmacopea Española (2011), es poco soluble en agua, y esta solubilidad apenas varía a los distintos pHs (Shangraw, 1988). Asada y col. (2004) la catalogan como p.a. semicristalino al observar picos agudos en el difractograma de rayos X. Figura II.1.- Estructura química de la molécula de teofilina anhidra. Las buenas características de compresión atribuidas a la teofilina anhidra parecen ser el resultado de la forma acicular de sus partículas y de la deformación plástica que sufren éstas durante la formación de las uniones interparticulares que dan como resultado la formación del comprimido (Vachon y Chulia, 1999). La teofilina anhidra se transforma en teofilina monohidrato a humedades relativas elevadas, disminuyendo la velocidad de 90 disolución dependiendo del grado de hidratación, ya que la teofilina hidratada es menos soluble que la anhidra (Sheffer y Higuchi, 1963). Otsuka y col. (2013) han demostrado recientemente el papel de los excipientes en la resistencia a la rotura y liberación de teofilina anhidra de comprimidos sometidos a elevadas humedades relativas (96%). En relación al tipo de polímero, Yoon y col. (2007) demostraron que el proceso de secado de almidones de maíz céreo amorfo afectó tanto a las características de compresión como al hinchamiento de los comprimidos. Señalan que las cadenas desecadas a baja temperatura (40ºC) tuvieron más tiempo para reasociarse durante el proceso de secado que aquellas desecadas a alta temperatura (105ºC). Cuando los polvos se secaron por liofilización, los comprimidos elaborados con ellos se caracterizaron por una mayor capacidad de compresión y rigidez que los secados en estufa. La liberación de teofilina a partir de los comprimidos elaborados con almidón desecado a alta temperatura fue similar a la obtenida en comprimidos de polvos liofilizados, y ésta mucho más lenta que cuando se secaron a 40ºC. Yoon y col. (2009) justificaron la liberación de teofilina a partir de comprimidos matriciales obtenidos con almidón de maíz céreo pregelatinizado porque el aumento cristalino inducido por la retrogradación a 30ºC conduce a matrices gelosas más densas, lo que conlleva un tamaño de poro más pequeño que obstaculizaría el hinchamiento y consecuente liberación del fármaco. Además, los comprimidos elaborados con almidón pregelatinizado mostraron una red gelosa con mayor resistencia enzimática que el almidón sin 91 pregelatinizar, gracias a la formación de puentes de hidrógeno intra e intermoleculares de las cadenas de amilopectina durante la retrogradación. Pringels y col. (2005) señalaron que sólo las matrices de las mezclas nebulizadas de Amioca ® (almidón de maíz con amilopectina) / Carbopol ® 974P (polímero acrílico) a las proporciones 85/15 y 90/10 fueron capaces de controlar la liberación de teofilina en agua por un período superior a 12 h. Estos autores concluyen que es necesaria una concentración óptima del polímero acrílico que permita una alta resistencia a la erosión y, por tanto, una lenta liberación del fármaco. Geresh y col. (2004) realizaron un estudio con el fin de determinar el efecto del tipo de almidón (maíz, arroz y patata) injertado con ácido acrílico sobre la liberación de teofilina. Concluyen que la distinta composición del carbohidrato y/o las estructuras de los copolímeros de injerto, así como el pH del medio, no afectaron a la cinética no Fickian de liberación de este p.a. Te Wierik y col. (1997) estudiaron la influencia de la solubilidad y concentración del fármaco y del medio de disolución en el control de liberación de comprimidos elaborados con un almidón de patata pregelatinizado. Así, utilizando teofilina (solubilidad acuosa 8 g/l) como fármaco modelo, encontraron perfiles de liberación constantes hasta un contenido de principio activo del 75%, que no se vieron afectados por la presencia de αamilasa en el medio. Estos autores señalan además que la modificación de la geometría de los comprimidos puede influir también en la liberación del clorhidrato de procaína (solubilidad acuosa 1000 g/l) a partir de dichas matrices. 92 Ferrero y Jiménez-Castellanos (2014) señalan que la distinta resistencia a la rotura influye en la liberación de teofilina a partir de matrices elaboradas con copolímeros de derivados de almidón y metacrilato de metilo. Mientras para hidroxipropil almidón metacrilato de metilo (HSMMA), el incremento en la resistencia a la rotura aumenta la liberación de teofilina todo lo contrario ocurre para el derivado carboximetilado (CSMMA). Este último comportamiento ha sido frecuentemente reseñado por diferentes autores (Crowley y col., 2004; Pather y col., 1998), ya que el incremento en la resistencia a la rotura se asocia a una disminución en la porosidad del comprimido y, por tanto, a una reducción de la captación de agua (Barra y col., 2000; Korhonen y col., 2004; Van Veen y col., 2005) y consecuente liberación del fármaco. El comportamiento de las matrices de HSMMA no es el esperado, aunque algunos autores (Korsmeyer et al., 1983b) observaron esta dependencia, que atribuyeron a la eliminación del aire atrapado en la estructura de la matriz cuando incrementa la presión de compresión. Este aire atrapado dentro del comprimido actúa como una barrera de transporte que previene la penetración del medio de disolución e inhibe por tanto la liberación del fármaco. 93 Cafeína La cafeína (Figura II.2) es un derivado de la xantina principalmente utilizado como estimulante del sistema nervioso central para producir un efecto temporal de restauración del nivel de alerta y de eliminación de la somnolencia (Louguet y col., 1996; Tan y col., 2006; Beaumont, 2006). Asimismo, actúa como estimulante respiratorio y cardíaco y como antiinflamatorio y analgésico en combinación con otros fármacos, (Backer y col., 1984). Rivera-Oliver y Díaz-Ríos (2014) proponen recientemente el uso de la cafeína y otros agonistas y antagonistas de los receptores de adenosina como herramientas terapéuticas para enfermedades neurodegenerativas tales como el Parkinson y Alzheimer. Es un fármaco que se absorbe bien vía oral, distribuyéndose de forma rápida por los tejidos periféricos, y eliminándose principalmente por el hígado en forma de metabolitos inactivos (Erdociain y Houin, 1998). Existe una especialidad farmacéutica en el mercado español, Durvitan ® de Anotaciones Farmacéuticas S.L., indicada para el alivio sintomático y ocasional de los estados pasajeros de astenia, y para el tratamiento de la apnea primaria de los recién nacidos prematuros (Catálogo de Medicamentos, 2014). Tan y col. (2006) desarrollaron un sistema microparticular polimérico a base de óxido de polietileno (PEO) para la liberación sostenida de cafeína, dado que una dosis de cafeína, para evitar la somnolencia, induce un estado de alerta de sólo 2-3 h. Consideran pues una necesidad desarrollar este sistema de liberación sostenida que prolongue la acción estimulante de la 94 cafeína durante 8-12h, el cual sería muy útil tanto para la vida diaria como para la militar. Desde un punto de vista físico-químico, la cafeína se presenta como un polvo cristalino blanco, o cristales sedosos blancos. De acuerdo con la Real Farmacopea Española (2011), es bastante soluble en agua, siendo su solubilidad mayor que la de la teofilina (20 mg/ml frente a 8,3 mg/ml de la teofilina) (Neau y col., 1999) y no viéndose afectada por el pH del medio (Dean, 1985). La cafeína anhidra presenta dos formas polimórficas (Bothe y Cammenga, 1979; Cesàro y Starec, 1979). La Forma II es estable a temperatura ambiente hasta 145ºC y la Forma I es estable desde 145ºC hasta su punto de fusión 236ºC (Pirttimäiki y Laine, 1994; Lehto y Laine, 1998; Pinto y Diogo, 2006). Pirttimäiki y Laine (1994) demostraron que la absorción de humedad es tres veces más rápida en la forma metaestable que en la forma estable. Hubert y col. (2011) demostraron, con la técnica de espectroscopía micro-Raman de baja frecuencia, que la Forma I se transforma parcialmente en la Forma II en todas las partes del comprimido, si bien preferentemente en las superficies del mismo. Figura II.2.- Estructura química de la molécula de cafeína anhidra. 95 La cafeína anhidra presenta buenas características de compresión, con deformación plástica cualquiera que sea la presión aplicada. Otsuka y col. (2009) señalaron un comportamiento distinto para comprimidos de teofilina y cafeína anhidra frente a la hidratación ya que, mientras la velocidad de hidratación se vió afectada por la fuerza de compresión aplicada en los comprimidos de teofilina, no ocurrió así en en el caso de la cafeína. Zámostný y col. (2012) estudiaron el efecto de diferentes almidones de maíz pregelatinizados sobre la velocidad de liberación de cafeína, demostrando que la difusividad del fármaco a través de la capa de almidón hinchado estaba fuertemente relacionada con la capacidad de hinchamiento del almidón utilizado. Franek y col. (2014) investigaron el efecto del medio de disolución sobre la liberación de cafeína a partir de comprimidos matriciales elaborados con diferentes hidroxipropilmetilcelulosas (HPMC) de distinta viscosidad. 102 2.7.- Ensayo de liberación de los fármacos en gradiente de pH Los estudios de liberación in vitro (tres comprimidos) en gradiente de pH pretenden evaluar el comportamiento del sistema matricial en condiciones similares a las fisiológicas. Para ello se utiliza un aparato de disolución automatizado USP 37 tipo 1 (Aidec, Barcelona, España) bajo las siguientes condiciones experimentales:  Aparato tipo 1: cestillos  Temperatura del baño: 37 ± 0,5 ºC  Medio de disolución: soluciones tampón  Volumen medio de disolución: 500 ml  Velocidad de agitación: 50 rpm  Duración estudio: 8,5 h A diferencia de los estudios anteriores, éstos se realizaron en cestillos con el fin de facilitar la manipulación de la forma de dosificación durante el cambio de un medio de disolución a otro. Asimismo, el volumen de medio fue inferior para favorecer la determinación analítica de los fármacos. Se usaron los siguientes medios de disolución: solución de ácido clorhídrico pH 1,2 y tampones fosfato pH 2,5, 4,5, 7 y 7,5. Los cestillos se sumergieron en los distintos medios, en orden creciente de pH, como se indica a continuación: 1,5 h en cada uno de los medios de pH 1,2, 2,5 y 4,5; 3 h en el medio de pH 7,0 y 1 h en el medio de pH 7,5 (Ferrero y Jiménez-Castellanos, 2014). 103 Para la elección de los valores de pH de los medios se partió de la Guía SUPAC-MR (FDA, 1997), que propone una solución de ácido clorhídrico 0,1N y soluciones tampón a pH 4,5 y 6,8. Además, se tuvo en cuenta que los comprimidos elaborados son relativamente grandes (12 mm de diámetro), por lo que es posible que permanezcan en el estómago por un período de tiempo prolongado (Ashford, 2002), expuestos a un pH que oscila entre menos de 1 y 3,5 (Ashford, 2002) ó entre 0,4 y 4,0 (Lui y col., 1986) y que, una vez que pasen al intestino, quizá viajen a través de éste por un período de 3 a 5h experimentando cambios de pHs entre 4,9 y 7,4 (Dressman, 1986) hasta alcanzar el colon. Con estas bases, se decidió ajustar el pH de la solución de ácido clorhídrico a 1,2, incluir una solución de pH 2,5, valor intermedio entre 1,2 y 4,5, y que los comprimidos permanecieran 90 min en cada uno de estos tres medios, lo que equivaldría a un tiempo de cuatro horas y media en el que posiblemente estarían en el estómago y podrían pasar al duodeno. También se resolvió ajustar la solución de pH 6,8 a pH 7,0, valor intermedio entre el pH sugerido en la guía de la FDA (1997) y los registrados en la literatura para la parte distal del intestino delgado (Dressman, 1986), y que los comprimidos pasaran en este medio tres horas. Finalmente, se incluyó una solución con pH 7,5 para simular el pH del colon. En este medio, las matrices permanecieron sólo una hora porque se consideró que el aumento de la viscosidad del contenido luminal puede disminuir la liberación y absorción de los fármacos. 104 La toma de muestra, y la determinación de la concentración de los fármacos, se realizó de forma similar a lo descrito en el apartado anterior. 2.8.- Tratamiento de los datos de liberación in vitro Los datos de liberación de los fármacos en los diferentes medios se ajustaron a las ecuaciones de Higuchi (Higuchi, 1963), Korsmeyer (Korsmeyer y col., 1983a) y Peppas modificada (Peppas y Sahlin, 1989). El análisis de regresión se efectuó mediante el programa SPSS versión 22.0. La determinación del coeficiente de determinación corregido (r 2corregido ) se utilizó como test de aplicabilidad de los modelos de liberación. Los perfiles de liberación se comparan utilizando el factor de similitud (f 2 ) calculado según la siguiente ecuación: ( )          ⋅      −       +⋅= − = ∑ 100 1 1log50 5,0 2 1 2 n ttt TR n f donde n es el número de puntos experimentales del ensayo de disolución in vitro; R t y T t son los porcentajes medios de fármaco liberado a partir de las formulaciones referencia y problema, respectivamente, a cada tiempo. Para el cálculo del parámetro f 2 no se consideró más de un punto después del 85% de disolución (Shah y col., 1998). Un valor de f 2 entre 50 y 100 implica similitud entre dos perfiles de liberación (FDA, 1997; EMEA, 1999; Losi y col., 2006) 105 RESULTADOS Y DISCUSIÓN 1.- Caracterización de los p.a s . 1.1.- Análisis granulómetrico En la Tabla II.2 se recogen los resultados del análisis granulométrico correspondiente a los fármacos en estudio. Tabla II.2.- Parámetros obtenidos a partir del análisis granulométrico de los fármacos. Producto Media (µm) Coeficiente de Asimetría Co eficiente de Curtosis Teofilina* 162 (96) 2,45 8,50 Cafeína 313 (143) 0,58 -0,55 *Datos tomados de Marinich y col. (2012). El tamaño medio de partícula, así como los coeficientes de Curtosis y Asimetría (Tabla II.2) revelan que la cafeína presenta un tamaño de partícula mayor, con una más amplia y simétrica distribución de tamaño de partícula que la teofilina (Figura II.3), mostrando la cafeína una distribución platicúrtica (valores negativos del coeficiente de Curtosis) y la teofilina una distribución leptocúrtica (valores positivos del coeficiente de Curtosis). Si se comparan estos datos con los valores obtenidos en el análisis granulométrico del Capítulo I (Tabla I.2), se evidencia un tamaño medio de partícula y un tipo de distribución más similar 106 para teofilina y los excipientes del estudio, con mayores similitudes entre el fármaco y los excipientes comerciales. Este hecho puede ser importante a la hora de predecir las bondades del material para la formación del comprimido. Figura II.3.- Análisis granulométrico de teofilina anhidra y cafeína anhidra. 1.2.- Morfología de las partículas Para evaluar las características morfológicas y de textura superficial de las partículas, se obtienen las microfotografías de campo y de partículas individuales de los dos principios activos utilizados (Figuras II.4 y II.5). Como se observa en la Figura II.4, la teofilina presenta un aspecto acicular muy característico con superficie escamosa (Otsuka y col., 1991; Suihko y col., 1997, 2001; Asada y col., 2004). En cambio, las microfotografías correspondientes a la cafeína (Figura II.5) muestran partículas grandes poliédricas, así como partículas pequeñas aciculares aglomeradas. 107 a. b. Figura II.4.- Microfotografías correspondientes a la teofilina anhidra. a. b. c. Figura II.5.- Microfotografías correspondientes a la cafeína anhidra. 108 Posiblemente, la característica más llamativa de este p.a. sea el elevado número de partículas pequeñas adheridas entre sí y a las de mayor tamaño (Figura II.5b), comportamiento que no se aprecia para las partículas de teofilina (Figura II.4b). Este hecho justificaría el mayor tamaño medio de partícula obtenido en el proceso de tamización (Tabla II.2 y Figura II.3). 1.3.- Densidad aparente de partícula Los valores de densidad aparente de partícula se muestran en la Tabla II.3. Tabla II.3.- Valores medios de densidad aparente de partícula (g/cc) y medidas de volumen aparente (V 0 , V 1250 , porcentaje de compresibilidad, %C; índice de Hausner, IH). Producto Densidad (g/cc) V 0 ml V 1250 ml %C IH Teofilina 1,470 (0,005) 127 (2) 93 (1) 27 1,37 Cafeína 1,450 (0,005) 102 (6) 74 (1) 27 1,38 La densidad aparente de la teofilina resultó ser de 1,470 (0,005) g/cc y la de la cafeína de 1,450 (0,005) g/cc, valores similares a los calculados a partir de los datos cristalográficos de difracción de rayos X (1,492 g/cc para teofilina y 1, 446 g/cc para cafeína) (base de datos JCPDS). Estos resultados de densidad aparente de partícula, tanto para la teofilina como para la cafeína, concuerdan con los aportados por distintos autores (Sutor, 1958; 109 Otsuka y col., 1991; Otsuka y col., 2009). Por otro lado, estos datos son semejantes a los de los polímeros comerciales y superiores a los de los polímeros de síntesis (Tabla I.3). 1.4.-Determinación de las propiedades de fluidez Atendiendo a los valores obtenidos para el porcentaje de compresibilidad e índice de Hausner (USP, 37) (Tabla II.3), tanto la teofilina como la cafeína presentan pobres propiedades de fluidez. Estos resultados concuerdan con los obtenidos por el método de velocidad de flujo, ya que ninguno de los dos p.a s . fluyó a través del orificio del embudo. La presencia de partículas aciculares en ambos fármacos justifica sus malas propiedades de fluidez, a lo que se añade, en el caso de la cafeína, la presencia de partículas de pequeño tamaño, que provocan la aparición de fuerzas adhesivas a las paredes del embudo (Rumpf, 1977; Booth y Newton, 1987; Vachon y Chulia, 1999). 1.5- Solubilidad La solubilidad de la teofilina fue de 0,011 g/ml, mientras que la de la cafeína se estimó en 0,023 g/mL, ambas a 37ºC, coincidiendo en ambos casos con lo señalado por Neau y col. (1999). 110 2.- Caracterización de las formulaciones Con objeto de facilitar la discusión de los resultados de las distintas formulaciones ensayadas, éstos se comentarán en base al fármaco modelo utilizado: A.- Estudios utilizando como fármaco modelo teofilina anhidra Se analizará principalmente el efecto de la dosis de fármaco (20, 40 ó 60%), prestando especial atención al comportamiento de las formulaciones en función del tipo de polímero. B.- Estudios utilizando como fármacos modelo teofilina anhidra y cafeína anhidra Se analizará, en primer lugar, el efecto de la solubilidad del fármaco en el comportamiento de los sistemas poliméricos con una dosis constante de principio activo (20%). Paralelamente, se abordará, la influencia del medio de disolución (acuoso o en gradiente de pH) sobre el comportamiento de liberación de estos sistemas. 111 2.A.- Estudios utilizando como fármaco modelo teofilina anhidra 2.A.1.- Densidad aparente de partícula de las mezclas Los valores de densidad aparente de partícula de las distintas mezclas se recogen en la Tabla II.4. Se aprecia un ligero incremento en la densidad de las mezclas que contienen un 20% de teofilina en relación a los polímeros solos, excepto para Lab 1768 (Tabla I.3), ya que, en este último caso, la densidad de la mezcla disminuye al ser la densidad del polímero superior a la de la teofilina (1,470 g/cc). Al aumentar la concentración de teofilina en las mezclas se incrementa, en líneas generales, la densidad aparente de partícula, predominantemente en las mezclas de MAEMA, cuya diferencia con la densidad de teofilina es superior. En relación al efecto del tipo de polímero a una concentración dada de fármaco, se mantiene la tendencia observada para los polímeros solos: Lab 1768 > Lycatab PGS ® > MAEMAL ≥ MAEMAO. 118 Tabla II.6.- Parámetros del ensayo de porosimetría de intrusión-extrusión de mercurio de comprimidos elaborados a partir de las formulaciones bajo estudio. Formulaciones Área porosa total (m 2 /g) Porosidad (%) Diámetro medio de poro (nm) Mediana de diámetro de poro (nm) Ly catab PGS ® -20% T 7,199 (1,612) 19,4 (0,0) 95,3 (22,0) 3032,9 (155,2) Lycatab PGS ® - 40% T 7,397 (0,098) 16,8 (1,1) 69,8 (6,1) 1569,3 (67,4) Lycatab PGS ® - 60% T 6,771 (0,110) 16,1 (0,6) 73,5 (3,8) 1015,8 (29,6) Lab 1768 - 20% T 4,555 (0,733) 26,7 (1,1) 199,9 (44,4) 3750,6 (141,5) Lab 1768 - 40% T 6,669 (7,068) 21,0 (0,7) 276,1 (166,6) 2294,7 (68,8) Lab 1768 - 60% T 11,777 (0,732) 16,2 (0,4) 42,7 (4,4) 994,2 (103,0) MAEMAO - 20% T 23,316 (1,030) 21,3 (4,7) 40,6 (1,0) 951,4 (75,6) MAEMAO - 40% T 23,740 (0,636) 22,7 (0,9) 37,5 (2,3) 865,9 (22,8) MAEMAO - 60% T 18,402 (0,315) 19,2 (1,3) 37,0 (2,1) 591,7 (51,8) MAEMAL - 20% T 25,011 (0,651) 24,5 (0,5) 39,5 (0,5) 991,5 (11,0) MAEMAL - 40% T 25,254 (0,256) 22,3 (0,0) 33,4 (0,6) 655,1 (23,3) MAEMAL - 60% T 20,270 (0,307) 21,2 (2,0) 37,7 (4,2) 607,3 (96,9) Por último, la Figura II.6 refleja los perfiles de distribución de tamaño de poro, donde se aprecia de nuevo un perfil unimodal 119 para todos los comprimidos, lo que pone de manifiesto el comportamiento predominante de los polímeros. Lycatab PGS ® - 20% T Lycatab PGS ® -40% T Lycatab PGS ® -60% T Pore size Diameter (nm) 101001,00010,000100,000 L o g D i ff e r e n tia l In tr u s io n ( m L /g ) 0.000.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 Intrusion for Cycle 1 Log Differential Intrusion vs Pore size Pore size Diameter (nm) 101001,00010,000100,000 L o g D i ffe r e n ti a l In tr u s io n ( m L /g ) 0.000.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20 Intrusion for Cycle 1 Log Differential Intrusion vs Pore size Pore size Diameter (nm) 101001,00010,000100,000 L o g D i ffe r e n ti a l I n t r u s i o n ( m L /g ) 0.000.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 Intrusion for Cycle 1 Log Differential Intrusion vs Pore size Lab 1768 – 20% T Lab 1768 – 40% T Lab 1768 – 60% T Pore size Diameter (nm) 101001,00010,000100,000 L o g D iffe r e n tia l In tru s i o n ( m L /g ) 0.00.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 Intrusion for Cycle 1 Log Differential Intrusion vs Pore size Pore size Diameter (nm) 101001,00010,000100,000 L o g D i ffe re n tia l In tr u s i o n (m L /g ) 0.000.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 Intrusion for Cycle 1 Log Differential Intrusion vs Pore size Pore size Diameter (nm) 101001,00010,000100,000 L o g D iffe re n tia l In tr u s io n (m L /g ) 0.000.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 Intrusion for Cycle 1 Log Differential Intrusion vs Pore size MAEMAO – 20% T MAEMAO – 40% T MAEMAO – 60% T Pore size Diameter (nm) 101001,00010,000100,000 L o g D iffe r e n ti a l In tru s i o n (m L /g ) 0.000.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 Intrusion for Cycle 1 Log Differential Intrusion vs Pore size Pore size Diameter (nm) 101001,00010,000100,000 L o g D iffe re n tia l In tru s io n ( m L /g ) 0.000.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 Intrusion for Cycle 1 Log Differential Intrusion vs Pore size Pore size Diameter (nm) 101001,00010,000100,000 L o g D iffe r e n tia l In tru s io n ( m L /g ) 0.000.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 Intrusion for Cycle 1 Log Differential Intrusion vs Pore size MAEMAL – 20% T MAEMAL – 40% T MAEMAL – 60% T Pore size Diameter (nm) 101001,00010,000100,000 L o g D iffe re n ti a l In tr u s io n (m L /g ) 0.000.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 Intrusion for Cycle 1 Log Differential Intrusion vs Pore size Pore size Diameter (nm) 101001,00010,000100,000 L o g D i ffe re n tia l In tr u s io n ( m L /g ) 0.000.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 Intrusion for Cycle 1 Log Differential Intrusion vs Pore size Pore size Diameter (nm) 101001,00010,000100,000 L o g D iffe re n ti a l In tru s io n ( m L /g ) 0.000.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 Intrusion for Cycle 1 Log Differential Intrusion vs Pore size Figura II.6.- Distribución porosimétrica correspondiente a los comprimidos elaborados con las formulaciones bajo estudio. 120 2.A.4.- Estudio de liberación del principio activo Los perfiles de liberación de teofilina a partir de las distintos comprimidos en estudio en función del tipo de polímero se recogen en la Figura II.7. En la Tabla II.7 se muestran los factores de similitud (f 2 ) obtenidos a partir de la comparación de los perfiles de liberación de teofilina. No se incluyen los valores correspondientes a los perfiles de Lycatab PGS ® debido a la no coincidencia del número de puntos experimentales. Se puede observar cómo, en general, Lycatab PGS ® muestra una rápida liberación para todas las concentraciones de p.a. (a los 420 minutos se libera más de un 95% de p.a.), por lo que se decide prescindir de este derivado para los siguientes estudios. Un comportamiento totalmente distinto muestra Lab 1768, con control de la liberación del p.a. a lo largo de todo el tiempo del ensayo y para todas las concentraciones de teofilina (a los 1440 minutos alrededor del 60% del p.a. liberado), lo que podría justificarse por la reticulación de este derivado Si bien todos los perfiles muestran similitud, son las concentraciones del 40 y 60% las que muestran perfiles más similares. También se observa un buen control de la liberación del fármaco en función del tiempo para las formulaciones con MAEMA. En el caso del derivado secado en estufa de vacío, el copolímero controla mejor la liberación para una concentración del 40% de p.a., con diferencias biofarmacéuticas relevantes entre el 20 y 40% y entre el 40 y 60%. Sin embargo, el derivado liofilizado parece controlar mejor a todas las proporciones de p.a. (a los 1440 minutos se liberó alrededor de un 50% del p.a.), con similitud de perfiles en todos los casos. 121 Figura II.7.- Perfiles de liberación de las distintas formulaciones estudiadas en función del polímero. 122 En la Figura II.8 se agrupan los perfiles de liberación correspondientes a aquellos comprimidos capaces de controlar la liberación, en función del porcentaje de teofilina. Se puede observar cómo, para la concentración del 20%, no se aprecian diferencias biofarmacéuticas relevantes, si bien son los derivados MAEMA los que muestran una liberación más lenta (a los 1440 minutos liberan alrededor del 45% frente al 62% para Lab 1768), y con perfiles más similares entre sí. Esto se justificaría en base a la mayor hidrofobia de estos copolímeros de injerto. Cuando se duplica la concentración de p.a. en las mezclas, se observa que MAEMAO consigue una mayor prolongación de la liberación de teofilina (a los 1440 minutos liberó sólo el 29% de p.a.), seguido por MAEMAL (a los 1440 minutos liberó el 49% de p.a.) y finalmente Lab 1768 (a los 1440 minutos liberó 59% de p.a.). Las diferencias entre los perfiles son más marcadas a esta concentración de fármaco, obteniéndose perfiles similares sólo para Lab 1768 y MAEMAL. Paradójicamente, un mayor incremento en la concentración de teofilina (60%) conduce a una mayor similitud en los perfiles, con un 58% de fármaco liberado a los 1440 minutos en todos los casos. Nuevamente se obtienen menores diferencias biofarmacéuticas entre los derivados MAEMA. 123 Figura II.8.- Perfiles de liberación de las distintas formulaciones capaces de controlar la liberación en función de la concentración de teofilina. 124 Tabla II.7.- Cálculo del factor de similitud f 2 para los perfiles de liberación de teofilina anhidra a partir de los comprimidos en estudio. Comparativa mismo polímero y distinta dosis f 2 Comparativa misma dosis y distinto polímero f 2 Lab 1768 20 vs 40% 65 Lab 1768 vs MAEMAO 20% 65 Lab 1 768 20 vs 60% 65 Lab 1768 vs MAEMAL 20% 62 Lab 1768 40 vs 60% 95 MAEMAO vs MAEMAL 20% 90 MAEMAO 20 vs 40% 46 Lab 1768 vs MAEMAO 4 0% 46 MAEMAO 20 vs 6 0% 63 Lab 1768 vs MAEMAL 4 0% 67 MAEMAO 40 vs 6 0% 38 MAEMAO vs MAEMAL 40% 47 MAEMAL 20 vs 40% 81 Lab 17 68 vs MAEMAO 60% 55 MAEMAL 20 vs 60% 62 Lab 1768 vs MAEMAL 60% 58 MAEMAL 40 vs 60% 65 MAEMAO vs MAEMAL 60% 90 Para determinar los mecanismos implicados en la liberación del fármaco, se ajustaron los datos de liberación de los comprimidos elaborados con Lab 1768, MAEMAO y MAEMAL a las distintas ecuaciones cinéticas (Tabla II.8), que se aplicaron para valores de M t /M ∞ ≤ 0,6. M t /M ∞ representa la fracción de p.a. disuelto a tiempo t; k y k’ son las constantes cinéticas de Higuchi y Korsmeyer, respectivamente, características del sistema p.a./polímero; n es un exponente que depende del mecanismo de liberación y de la geometría del dispositivo; k d y k r representan las constantes de difusión y relajación, respectivamente; m es el exponente de difusión puramente Fickian para un sistema de cualquier forma geométrica. En nuestro caso, las matrices presentan una relación de aspecto (diámetro/espesor) en torno a 3, lo que se corresponde con un valor de m de 0,44. 125 Tabla II.8.- Ecuaciones cinéticas. Ecuación Higuchi (Higuchi, 1963) 2 1 tk M M t = ∞ Korsmeyer (Korsmeyer y col., 1983a) n t tk M M'= ∞ Peppas modificada (Peppas y Sahlin, 1989) m r m d t tktk M M 2 += ∞ Los valores obtenidos tras el ajuste a las distintas ecuaciones cinéticas se agrupan en la Tabla II.9. Las formulaciones ensayadas presentan, en general, un buen ajuste a las distintas ecuaciones cinéticas, principalmente a la de Peppas modificada. En el caso de las formulaciones con el polímero Lab 1768, tipo matríz hidrófila, el valor de n=0,5-0,6 de la ecuación de Korsmeyer (Ritger y Peppas, 1987 a,b; Peppas y Sahlin, 1989) indicaría un transporte anómalo. Sin embargo, el buen ajuste a la ecuación de Higuchi y el predominio de k d sobre k r en la ecuación de Peppas modificada (sobre todo para un 20% de teofilina) son indicativos del predominio de la difusión. Aunque el incremento en la concentración de teofilina supone una disminución del transporte por difusión y un aumento del transporte por relajación, la velocidad de liberación global prácticamente no se ve modificada. Por su parte, y coincidiendo con Marinich y col. (2012), los derivados MAEMAO y MAEMAL, que dan lugar a martices inertes muestran un comportamiento similar. Así, el buen ajuste a la 126 ecuación de Higuchi, el valor de n de la ecuación de Korsmeyer entre 0,39-0,48 (Ritger y Peppas, 1987a,b; Peppas y Sahlin, 1989) y la prevalencia de k d sobre k r en la ecuación de Peppas modificada señalan a la difusión Fickian como el mecanismo de liberación predominante en las matrices elaboradas con distinta concentración de teofilina y dichos copolímeros. Tabla II.9.- Aplicación de las ecuaciones cinéticas al estudio de liberación de los p.a s . a partir de los sistemas matriciales bajo estudio. Ecuación de Higuchi Ecuación de Korsmeyer Ecuación de Peppas modificada k (min -1/2 ) r 2 corregida n k’ (min -n ) r 2 corregida k d (min -0,44 ) k r (min -0,88 ) r 2 c orregi da Lab 1768 20% T 0,016 0,998 0,53 0,013 0,998 0,018 2,8x10 -4 0,999 Lab 1768 40% T 0,016 0,980 0,61 0,006 0,995 0,007 7,0x10 -4 0,999 Lab 1768 60% T 0,015 0,984 0,57 0,008 0,993 0,008 6,2x10 -4 0,999 MAEMAO 20% T 0,012 0,985 0,39 0,029 0,994 0,024 -2,0x10 -4 0,998 MAEMAO 40% T 0,008 0,995 0,44 0,012 0,998 0,013 -4,3x10 -5 0,999 MAEMAO 60% T 0,015 0,996 0,45 0,023 0,999 0,027 -8,7x10 -5 0,999 MAEMAL 20% T 0,012 0,980 0,41 0,026 0,994 0,025 -2,3x10 -4 0,993 MAEMAL 40% T 0,013 0,998 0,48 0,016 0,999 0,021 -9,8x10 -6 0,999 MAEMAL 60% T 0,015 0,997 0,48 0,018 0,998 0,025 -2,0x10 -5 0,999 k: constante de Higuchi k’: constante de Korsmeyer n: exponente de liberación k d : constante de difusión de Peppas k r : constante de relajación de Peppas r 2corregida : coeficiente de determinación corregido Además, coincidiendo con lo observado en los perfiles de disolución, la velocidad de liberación es ligeramente superior para 127 Lab 1768, seguido de MAEMAL y finalmente MAEMAO, especialmente en las mezclas con un 40% de teofilina. Diferentes autores (Ferrero y col., 2003; Lotfipour y col., 2004) han utilizado la tortuosidad de la matriz para explicar el comportamiento de liberación del fármaco. Por ello, procedimos al cálculo (Tabla II.10) del coeficiente de difusión aparente (D’), que se obtuvo a partir de la constante de velocidad de la ecuación de Higuchi. D´ equivale a D/τ, donde τ es la tortuosidad de la matriz y D es el coeficiente de difusión del p.a. en el medio de disolución. Tabla II.10.- Coeficientes de difusión aparente (D’) y porcentaje de porosidad para las matrices bajo estudio con teofilina anhidra como fármaco. Formulaciones D’ x 10 4 (cm 2 /min) Porosidad* (%) Lab 1768 - 20% T 9,03 26,7 (1,1) Lab 1768 - 40% T 24,96 21,0 (0,7) Lab 1768 - 60 % T 43,46 16,2 (0,4) MAEMAO - 20% T 5,60 21,3 (4,7) MAEMAO - 40% T 4,76 22,7 (0,9) MAEMAO - 60% T 33,68 19,2 (1,3) MAEMAL - 20% T 4,83 24,5 (0,5) MAEMAL - 40% T 13,26 22,3 (0,0) MAEMAL - 60% T 30,87 21,2 (2,0) *Se incluyen los datos de porosidad de la Tabla II.6 para facilitar el análisis de los resultados. La similitud en los perfiles de liberación para todas las concentraciones de teofilina en el caso de Lab 1768, se justificaría si tenemos en cuenta el balance entre porosidad y tortuosidad (Tabla II.10). Así, puede observarse cómo, al aumentar la 134 Tabla II.13.- Parámetros del ensayo de porosimetría de intrusión-extrusión de mercurio de comprimidos elaborados a partir de las formulaciones bajo estudio. Formulaciones Área porosa total (m 2 /g) Porosidad (%) Diámetro medio de poro (nm) Mediana de diámetro de poro (nm) Lab 1768 -20% T 4,555 (0,733) 26,7 (1,1) 199,9 (44,4) 3750,6 (141,5) Lab 1768 -20% C 41,426 (0,732) 16,6 (0,6) 53,1 (4,4) 278,1 (29,6) MAEMAO -20% T 23,316 (1,030) 21,3 (4,7) 40,6 (1,0) 951,4 (75,6) MAEMAO -20% C 77,629 (0,315) 18,7 (0,9) 31,9 (2,3) 92,5 (23,4) MAEMAL -20% T 25,011 (0,651) 24,5 (0,5) 39,5 (0,5) 991,5 (11,0) MAEMAL -20% C 77,909 (0,307) 17,6 (1,0) 33,2 (0,6) 275,3 (93,4) *Se incluyen los datos de la Tabla II.6 correspondientes a las formulaciones con teofilina para facilitar la comparación. La Figura II.7 refleja los perfiles de distribución de tamaño de poro, donde se aprecia un perfil unimodal para todos los comprimidos. Para cada fármaco se puede observar, además, cómo hay un desplazamiento de la mediana hacia valores más bajos en los comprimidos correspondientes a los copolímeros en relación con los comprimidos elaborados con Lab 1768, lo que estaría en consonancia con el incremento en el área porosa total observada para los productos copolimerizados. 135 Lab 1768 – 20% T Lab 1768 – 20% C Pore size Diameter (nm) 101001,00010,000100,000 L o g D iff e r e n tia l I n tru s io n (m L /g ) 0.00.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 Intrusion for Cycle 1 Log Differential Intrusion vs Pore size Pore size Diameter (nm) 101001,00010,000100,000 L o g D iffe re n tia l In tru s io n (m L /g ) 0.00.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 Intrusion for Cycle 1 Log Differential Intrusion vs Pore size MAEMAO – 20% T MAEMAO – 20% C Pore size Diameter (nm) 101001,00010,000100,000 L o g D iffe re n ti a l In tru s io n (m L /g ) 0.000.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 Intrusion for Cycle 1 Log Differential Intrusion vs Pore size Pore size Diameter (nm) 101001,00010,000100,000 L o g D iffe re n tia l In tru s io n (m L /g ) 0.000.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 Intrusion for Cycle 1 Log Differential Intrusion vs Pore size MAEMAL – 20% T MAEMAL – 20% C Pore size Diameter (nm) 101001,00010,000100,000 L o g D iffe re n tia l In tru s io n ( m L /g ) 0.000.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 Intrusion for Cycle 1 Log Differential Intrusion vs Pore size Pore size Diameter (nm) 101001,00010,000100,000 L o g D iffe re n tia l In trusio n (m L /g ) 0.000.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 Intrusion for Cycle 1 Log Differential Intrusion vs Pore size Figura II.7.- Distribución porosimétrica correspondiente a los comprimidos elaborados con las formulaciones bajo estudio (se incluyen los gráficos de la Figura II.6 correspondientes a las formulaciones con teofilina para facilitar la comparación). 136 2.B.4.- Estudio de liberación de teofilina y cafeína en medio acuoso Los perfiles de liberación de los comprimidos de cafeína y teofilina, en medio acuoso, se aprecian en la Figura II.8. En la Tabla II.14 se recogen los factores de similitud (f 2 ) obtenidos a partir de la comparación de los perfiles de liberación de cafeína y teofilina, con objeto de evaluar el efecto del tipo de polímero y de la solubilidad del fármaco. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 % p.a. liberado Tiempo (min) Lab 1768-C MAEMAO-C MAEMAL-C Lab 1768-T MAEMAO-T MAEMAL-T Figura II.8.- Perfiles de liberación de los comprimidos de teofilina y cafeína (dosis 20%) en medio acuoso (se incluyen los perfiles de la Figura II.7 correspondientes a las formulaciones con teofilina para facilitar la comparación). 137 Atendiendo al tipo de polímero, los perfiles de liberación (Figura II.8) muestran, independientemente del fármaco, una mayor liberación para los comprimidos obtenidos con el polímero comercial respecto a los MAEMA, existiendo una mayor similitud entre perfiles en el caso de las formulaciones con teofilina (Tabla II.14). Al ser menos soluble, se consigue un mayor control de la liberación en las formulaciones con este fármaco. Tabla II.14.- Cálculo del factor de similitud f 2 para los perfiles de cafeína anhidra y teofilina anhidra, en medio acuoso, a partir de los comprimidos en estudio. Comparativa mismo p.a. y distinto polímero* f 2 Comparativa mismo polímero y distinto p.a. f 2 Lab 1768 - T vs MAEMAO - T 65 Lab 1768 - T vs Lab 1768 C 33 Lab 1768 - T vs MAEMAL - T 62 MAEMAO - T vs MAEMAO C 39 MAEMAO - T vs MAEMAL - T 90 MAEMAL - T vs MAEMAL - C 75 Lab 1768 - C vs MAEMAO - C 51 Lab 1768 - C vs MAEMAL - C 32 MAEMAO - C vs MAEMAL - C 42 *Se incluyen los datos de la Tabla II.7 correspondientes a las formulaciones con teofilina para facilitar la comparación. Se puede observar asimismo que las formulaciones con cafeína liberan más rápidamente el fármaco que aquellas con teofilina, como cabría esperar en base a su mayor solubilidad (Baveja y col., 1988; Costa y Sousa Lobo, 2001; Fu y col., 2004; Marinich y col., 2012). El derivado MAEMAL es el que controla mejor la liberación, independientemente de la solubilidad del fármaco. 138 Para determinar los mecanismos implicados en la liberación de los fármacos, se ajustaron los datos de liberación de los comprimidos elaborados con los distintos polímeros a las ecuaciones cinéticas recogidas en la Tabla II.8, que se aplicaron para valores de M t /M ∞ ≤ 0,6. Los valores obtenidos tras el ajuste a las distintas ecuaciones cinéticas se agrupan en la Tabla II.15. Las formulaciones ensayadas presentan, en general, un buen ajuste a las distintas ecuaciones cinéticas. El buen ajuste a la ecuación de Higuchi, el valor de n de 0.4-0.5 de la ecuación de Korsmeyer (Ritger y Peppas, 1987a,b; Peppas y Sahlin, 1989) y la prevalencia de k d sobre k r en la ecuación de Peppas modificada señalan la difusión Fickian como el mecanismo de liberación predominante en todas las mezclas ensayadas. La solubilidad del fármaco no influye, por tanto, en el mecanismo de liberación pero sí en la velocidad, que es superior para los comprimidos con cafeína. En cuanto al efecto del tipo de polímero, la secuencia observada es Lab 1768 > MAEMAO > MAEMAL. 139 Tabla II.15.- Aplicación de las ecuaciones cinéticas al estudio de liberación de teofilina y cafeína en medio acuoso a partir de los sistemas matriciales bajo estudio. Ecuación de Higuchi Ecuación de Korsmeyer Ecuación de Peppas modificada k (min -1/2 ) r 2 corregida n k’ (min -n ) r 2 corregida k d (min -0,44 ) k r (min -0,88 ) r 2 corregida Lab 1768 - 20%T* 0,016 0,998 0,53 0,013 0,998 0,018 2,8 x10 -4 0,999 Lab 1768 - 20% C 0,024 0,998 0,43 0,037 0,989 0,023 1 x 10 -3 0,999 MAEMAO - 20% T* 0,012 0,985 0,39 0,029 0,994 0,024 -2,0 x10 -4 0,998 MAEMAO - 20% C 0,021 0,987 0,43 0,035 0,993 0,040 -3,9 x10 -4 0,997 MAEMAL - 20% T* 0,012 0,980 0,41 0,026 0,994 0,025 -2,3 x10 -4 0,993 MAEMAL - 20% C 0,014 0,996 0,42 0,026 0,999 0,023 -8,9 x10 -5 0,999 ______________________________________________________________________ k: constante de Higuchi k’: constante de Korsmeyer n: exponente de liberación k d : constante de difusión de Peppas k r : constante de relajación de Peppas r 2corregida : coeficiente de determinación corregido *Se incluyen los datos de la Tabla II.9 correspondientes a las formulaciones con teofilina para facilitar la comparación. Al igual que en el caso de los comprimidos de teofilina, se calcula el coeficiente de difusión aparente (D’), cuyos valores pueden apreciarse en la Tabla II.16. Los comprimidos con teofilina muestran, en general, mayor porosidad y tortuosidad que los que contienen cafeína. La mayor tortuosidad, junto con la menor solubilidad del fármaco, hace que los comprimidos de teofilina liberen más lentamente. A pesar de que las tendencias en porosidad no siempre son coincidentes cuando se analiza la influencia del tipo de polímero, se detecta el siguiente orden en lo que se refiere a la tortuosidad, independientemente del fármaco empleado: MAEMAL > MAEMAO > Lab 1768. Esto demuestra que, una vez disuelto el fármaco, es la tortuosidad de la matriz la que controla la difusión del mismo. Así, los comprimidos 140 elaborados con el polímero Lab 1768 y cafeína son los que liberan más rápidamente el fármaco (Figura II.8), dado que se aúnan la mayor solubilidad del principio activo y la menor tortuosidad de la matriz. La similitud entre los perfiles de cafeína y teofilina en el caso del derivado MAEMAL se debe a que la menor porosidad de los comprimidos con cafeína se compensa con la mayor solubilidad del fármaco. Tabla II.16.- Coeficientes de difusión aparente (D’) y porcentaje de porosidad para las matrices bajo estudio en medio acuoso. Formulaciones D’ x 10 4 (cm 2 /min) Porosidad (%) Lab 1768 - 20% T 9,03 26,7 (1,1) Lab 1768 - 20% C 16,40 16,6 (0,6) MAEMAO - 20% T 5,60 21,3 (4,7) MAEMAO - 20% C 9,77 18,7 (0,9) MAEMAL - 20% T 4,83 24,5 (0,5) MAEMAL - 20% C 4,42 17,6 (1,0) *Se incluyen los datos de la Tabla II.10 correspondientes a las formulaciones con teofilina para facilitar la comparación. 141 2.B.5.- Estudio de liberación de teofilina y cafeína en gradiente de pH. Con objeto de estudiar el efecto del pH sobre los distintos polímeros, puesto que los fármacos son pH independientes (Dean, 1985; Serajuddin y Jarowski ,1985; Shangraw, 1988 y Geresh y col. 2004), los perfiles de liberación de los comprimidos de cafeína y teofilina en gradiente de pH se aprecian en la Figura II.9. En la Tabla II.17 se recogen los factores de similitud (f 2 ) obtenidos a partir de la comparación de los perfiles de liberación de cafeína y teofilina en gradiente de pH. Figura II.9.- Perfiles de liberación de los comprimidos de teofilina y cafeína (dosis 20%) en gradiente de pH. Se puede observar que las formulaciones en estudio muestran un comportamiento pH independiente, de forma similar 142 a lo observado por Ferrero y Jiménez-Castellanos (2014) para copolímeros de hidroxipropilalmidón y metacrilato de metilo. Además se observa mayor aproximación de los perfiles que en medio acuoso. Sin embargo, de nuevo, tanto para la cafeína como la teofilina, son los comprimidos elaborados con el polímero comercial, Lab 1768, los que liberan algo más rápidamente el fármaco comparativamente con los copolímeros de síntesis, que prácticamente no muestran diferencias entre sí. A pesar de esto, los valores de f 2 muestran similitud de perfiles para todos los comprimidos, si bien el valor de f 2 es muy superior cuando se comparan los copolímeros MAEMA (Tabla II.17). En relación a la solubilidad del fármaco, de nuevo los comprimidos elaborados con cafeína liberan ligeramente más rápido que los elaborados con teofilina, como corresponde a la mayor solubilidad de la cafeína. Tabla II.17.- Cálculo del factor de similitud f 2 para los perfiles de liberación de cafeína anhidra y teofilina anhidra, en gradiente de pH, a partir de los comprimidos en estudio. Comparativa mismo p.a. y distinto polímero f 2 Comparativa mismo polímero y distinto p.a. f 2 Lab 1768 T vs MAEMAO - T 61 Lab 1768 - T vs Lab 1768 - C 62 Lab 1768 T vs MAEMAL - T 61 MAEMAO - T vs MAEMAO - C 47 MAEMAO - T vs MAEMAL - T 98 MAEMAL - T vs MAEMAL - C 49 Lab 1768 - C vs MAEMAO - C 79 Lab 1768 - C vs MAEMAL - C 80 MAEMAO - C vs MAEMAL - C 96 Los datos de liberación se ajustaron a las distintas ecuaciones cinéticas (Tabla II.8) para determinar los mecanismos 143 implicados en la liberación de los fármacos. Las ecuaciones cinéticas se aplicaron para valores de M t /M ∞ ≤ 0,6 y los valores obtenidos tras el ajuste se agrupan en la Tabla II.18. Tabla II.18.- Aplicación de las ecuaciones cinéticas al estudio de liberación de teofilina anhidra y cafeína anhidra en gradiente de pH a partir de los sistemas matriciales bajo estudio. Ecuación de Higuchi Ecuación de Korsmeyer Ecuación de Peppas modificada k (min -1/2 ) r 2 corregida n k’ (min -n ) r 2 corregida k d (min -0,44 ) k r (min -0,88 ) r 2 corregida Lab 1768 -20% T 0,020 0,993 0,55 0,015 0,989 0,037 -3,7x10 -4 0,998 Lab 1768 -20% C 0,025 0,996 0,63 0,011 0,954 0,040 -7,7x10 -5 0,997 MAEMAO -20% T 0,013 0,991 0,42 0,024 0,995 0,026 -2,9x10 -4 0,998 MAEMAO -20% C 0,020 0,992 0,44 0,020 0,995 0,041 -4,9x10 -4 0,999 MAEMAL -20% T 0,014 0,990 0,43 0,023 0,995 0,028 -3,4x10 -4 0,998 MAEMAL -20% C 0,021 0,992 0,46 0,030 0,995 0,041 -1x10 -3 0,999 ______________________________________________________________________ k: constante de Higuchi k’: constante de Korsmeyer n: exponente de liberación k d : constante de difusión de Peppas k r : constante de relajación de Peppas r 2corregida : coeficiente de determinación corregido De nuevo, las formulaciones ensayadas presentan, en general, un buen ajuste a las distintas ecuaciones cinéticas. Para las mezclas con Lab 1768 podemos observar, tanto con cafeína como con teofilina, que los valores de n de la ecuación de Korsmeyer indican un transporte anómalo; sin embargo, como ocurría en el medio acuoso, el buen ajuste a la ecuación de Higuchi y la prevalencia de k d sobre k r de la ecuación de Peppas modificada es indicativo del predominio de la difusión.