Nanopartículas como transportadores de fármacos a través de la piel

FACULTAD DE FARMACIA UNIVERSIDAD DE SEVILLA NANOPARTÍCULAS COMO TRANSPORTADORES DE FÁRMACOS A TRAVÉS DE LA PIEL Gema Latorre Cordero Ilustración portada: Andreas Fülscher Schliemann / Alamy Stock Photo UNIVERSIDAD DE SEVILLA FACULTAD DE FARMACIA TRABAJO FIN DE GRADO GRADO EN FARMACIA NANOPARTÍCULAS COMO TRANSPORTADORES DE FÁRMACOS A TRAVÉS DE LA PIEL Trabajo Fin de Grado de carácter bibliográfico presentado por Gema Latorre Cordero Tutores: Dr. Manuel Bueno Martínez y Dra. Inmaculada Molina Pinilla Departamento de Química Orgánica y Farmacéutica Sevilla, septiembre de 2019 1 ÍNDICE 1. RESUMEN.......................................................................................................................... 2 2. INTRODUCCIÓN................................................................................................................. 3 2.1. La piel como barrera ................................................................................................. 3 2.1.1. Anexos de la piel.............................................................................................. 4 2.2. Liberación tópica y transdérmica a través de la piel................................................... 4 2.3. Métodos para aumentar la penetración activa y pasiva............................................. 6 2.3.1. Difusión pasiva ............................................................................................... 8 2.3.2. Difusión activa ................................................................................................ 9 2.4. Sistemas de aplicación tópica basados en nanopartículas poliméricas ..................... 10 2.5. Métodos de preparación de nanopartículas poliméricas ......................................... 11 2.6. Polímeros empleados en la preparación de nanopartículas poliméricas .................. 12 2.6.1. Nanopartículas compuestas de polímero natural .......................................... 12 2.6.2. Nanopartículas compuestas de polímero sintético ........................................ 13 2.7. Penetración de nanopartículas en la piel ................................................................. 13 3. OBJETIVOS ...................................................................................................................... 14 4. METODOLOGÍA ............................................................................................................... 14 5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN .............................................................................................. 15 5.1. Sistemas de aplicación tópica basados en nanopartículas poliméricas ..................... 16 5.2. Métodos de preparación de nanopartículas poliméricas.......................................... 16 5.2.1. A partir de la dispersión de un polímero preformado..................................... 16 5.2.2. Nanopartículas obtenidas por polimerización de monómeros........................ 19 5.3. Polímeros empleados en la preparación de nanopartículas ..................................... 21 5.3.1. Polímeros de origen natural .......................................................................... 21 5.3.2. Polímeros de origen sintético ........................................................................ 25 6. CONCLUSIONES ............................................................................................................... 30 7. BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................. 31 2 1. RESUMEN La vía tópica es única, y nos ofrece atractivas ventajas en la aplicación farmacológica, especialmente en afecciones de la piel. Sin embargo, también presenta ciertas limitaciones al actuar como barrera de numerosas sustancias, dificultando la eficacia del tratamiento tópico en las formulaciones convencionales. En los últimos años, se ha ampliado la investigación en el ámbito de las nanopartículas (NPs), cuyo potencial para los nuevos tratamientos tópicos reside además de en su tamaño nanométrico, en la variedad de materiales poliméricos disponibles para su fabricación, éstos a su vez con numerosas posibilidades de modificación, permitiendo ajustar el tratamiento a las necesidades clínicas aumentando así la eficacia terapéutica y reduciendo sus efectos adversos. Con diferentes morfologías y tamaños, estos nanoportadores pueden utilizarse para portar fármacos tanto hidrófobos como hidrófilos y ser modificados para obtener una liberación controlada del fármaco y una acción dirigida. A lo largo de éste trabajo de revisión se explican las principales características anatómicas de la piel para obtener una visión general de las vías de permeación que debe atravesar el fármaco para llegar al sitio de acción así como los métodos para mejorar la penetración activa y pasiva. Nos centraremos en los materiales poliméricos, presentando los principales métodos de elaboración de NPs de este tipo, además de abordar los aspectos más importantes sobre los polímeros con potencial uso en los nuevos tratamientos tópicos, sus características fisicoquímicas y estudios realizados con diferentes principios activos cargados, ofreciendo por último, una visión general del mecanismo de permeación de estos sistemas de tamaño nanométrico. Los resultados obtenidos en las investigaciones nos proporcionan pruebas significativas de que ésta área de investigación tiene y seguirá teniendo un gran impacto en el desarrollo de nuevas formulaciones, mejorando notablemente la calidad de vida de pacientes que sufren afecciones cutáneas. Palabras clave: nanopartículas, piel, polímeros, tratamiento tópico. 3 2. INTRODUCCIÓN 2.1 La piel como barrera La piel es el órgano más extenso, con una alta capacidad regeneradora y diversas funciones, como almacén de agua y grasa, regulación de la temperatura corporal, barrera contra bacterias o tóxicos y órgano sensorial, su principal función. Es de gran importancia entender la estructura de la piel, la cual la podemos dividir principalmente, en dos capas: epidermis y dermis. La epidermis es el estrato pluricelular que recubre la parte más superficial del cuerpo, no vascularizada y compuesta principalmente por queratinocitos, siendo ésta la primera barrera física para la penetración de sustancias. Esta capa también contiene melanocitos, células de Langerhans y células de Merkel. Según la región de la piel, puede estar compuesta por 5 capas o estratos (Figura 1): stratum corneum (capa córnea), stratum lucidum (estrato lúcido), stratum granulosum (estrato granuloso), stratum spinosum (estrato espinoso) y stratum basale/germinativum (estrato basal o germinativo). Al conjunto de la capa basal y espinal se emplea la denominación ''stratum malpighi'' (capa de Malpighi). Figura 1. Distribución de las células de la epidermis en capas o estratos. Desde la capa córnea hasta el estrato granular se crea una capa altamente hidrofóbica que impide el transporte pasivo de principios activos por encima de 500 kDa. La capa córnea suele tener un grosor comprendido entre 15-20 µm, convirtiéndose en la barrera más limitante de la velocidad de difusión de fármacos. (Carter et al., 2019) La dermis es la capa de tejido conjuntivo situada debajo de la epidermis. Está vascularizada e inervada, por lo que los fármacos que se difunden al tejido subcutáneo, 4 alcanzarán la circulación sistémica en diferentes concentraciones, a través de su circulación capilar (Figura 2). El grosor de esta capa oscila entre 1000µm y 2000µm. (Carter et al., 2019) Constituida principalmente por colágeno, es la responsable de la variación en el grosor de la piel dependiendo de la región, componiéndose principalmente por dos capas: la dermis superior o ''capa papilar'', la cual es una zona superficial de tejido conectivo laxo, y la dermis profunda o ''capa reticular'', la cual contiene la mayoría de anexos de la piel. Estos anexos cobran vital importancia ya que ayudan a atrapar a los nanotransportadores creando un reservorio, permitiendo así una liberación prolongada del principio activo (Zhang et al., 2013). Figura 2. Esquema visual de la estructura de la piel. 2.1.1 Anexos de la piel Los anexos de la piel están compuestos de las glándulas sudoríparas (ecrina y apocrina), los folículos pilosos, las glándulas sebáceas y las uñas. El folículo piloso, formado a partir de una invaginación tubular de la epidermis, contiene varios tipos de células madre las cuales dan crecimiento al cabello además de ser responsables de la epitelización. Cada folículo está asociado a una glándula sebácea que secreta un lípido complejo o ''sebo'' y un músculo piloerector. Las glándulas sudoríparas producen el sudor esencial para la regulación de la temperatura. 2.2 Liberación tópica y transdérmica a través de la piel. La efectividad de la terapia tópica depende de las propiedades fisicoquímicas del fármaco y de la adherencia del paciente al tratamiento. Las formulaciones convencionales para la administración tópica y dermatológica de fármacos tienen ciertas limitaciones, como son la baja permeabilidad, una falta de adherencia a la piel y una mayor dificultad de seguimiento del tratamiento por parte del paciente. El mantenimiento del principio activo en el tejido corporal durante un cierto periodo de tiempo es clave en el tratamiento. Además, algunos 5 medicamentos pueden llegar a interactuar con diferentes capas de la piel durante el transcurso del proceso de penetración percutánea, dando como resultado una absorción limitada. Las interacciones producidas pueden deberse a la unión a diferentes estructuras del tejido, tanto de forma reversible como irreversible, como por ejemplo la unión covalente con la queratina del estrato córneo o bien unirse a sitios más específicos de la piel produciendo en este caso una respuesta fisiológica: una actividad terapéutica o una reacción alérgica. (Lane, 2013) Sin embargo, no todo son desventajas con respecto a esta vía en comparación con otras rutas de liberación: Ventajas únicas de la vía tópica y transdérmica: 1. En las enfermedades de la piel, la aplicación tópica permite liberar directamente el principio activo en la zona afectada. 2. Son requeridas pequeñas cantidades de fármaco para producir un efecto terapéutico: causa menos reacciones adversas. 3. No requiere alcanzar un nivel plasmático de fármaco. 4. La biodisponibilidad se ve aumentada debido a la ausencia del efecto del primer paso hepático. 5. Se mejora considerablemente el cumplimiento del paciente al eliminar la dosificación frecuente. (Zhang et al., 2013) Existen dos vías principales de penetración cutánea de los principios activos, cada una con diferente grado de accesibilidad (Figura 3). a.- Vía Transepidérmica: a través del estrato corneo (Figura 4a). Es la vía principal y se difunden de forma: a.1.- Transcelular: a través de los poros formados en las membranas celulares “pathways”. a.2.- Intercelular: a través del espacio intercelular. b.-Vía Transpendicular: Es la vía de acceso de los anejos cutáneos: glándulas sudoríparas y sistema pilo-sebáceo (Figura 4b). 6 Figura 3. Esquema de las vías de penetración cutánea. La contribución de la vía folicular es considerada hasta ahora como despreciable, debido a que la fracción del área de piel cubierta por vello es bastante pequeña, en torno a un 0.1% (Bolzinger et al., 2012). Sin embargo, el suministro de fármacos por esta vía puede ser importante para la permeación de compuestos de difusión lenta y sustancias de muy alto peso molecular, como las nanopartículas. (Lademann et al., 2011). Figura 4. Esquema de las vías principales de penetración (a) 1. Transepidérmica, 2.Transpendicular: folículos pilosebáceos y 3. Glándulas sudoríparas. (b) Vías de penetración intercelular y transcelular a través de la epidermis. 2.3. Métodos para aumentar la penetración pasiva y activa Uno de los impedimentos que se encuentran los fármacos en el proceso de penetración a través de la piel es el estrato córneo, siendo éste, el más importante a destacar. Esta membrana, cuyo espesor va de 15 a 20 μm, consta de células muertas, llamadas VÍAS PENETRACIÓN CUTÁNEA TRANSEPIDÉRMICA (atraviesa el estráto córneo) Transcelular A través de la célula Intercelular Entre células (mayoritaria) TRANSPENDICULAR (a través de los anexos de la piel) Transfolicular (a través del folículo piloso) Sebácea Compuesto debe ser soluble en el sebo, pudiendo penetrar hasta capas profundas Sudorípara 13 Tabla 2. Sistemas nanoparticulares de polímeros naturales 2.6.2. Nanopartículas compuestas de polímero sintético Obtener el mismo perfil de liberación del fármaco de las diferentes NPs es uno de los obstáculos que pueden presentar los materiales poliméricos naturales. Sin embargo, los polímeros sintéticos ofrecen ventajas como una alta pureza y características reproducibles en cuanto a liberación de fármaco en los diferentes lotes fabricados. En comparación con los biopolímeros, los polímeros sintéticos presentan un uso más frecuente para principios activos de pequeño tamaño y de carácter lipófilo/hidrófobo. El uso limitado a los fármacos hidrófilos se debe al método de preparación de las NPs, ya que el empleo de disolventes orgánicos compromete la actividad del compuesto en técnicas como la doble emulsión. No son las únicas moléculas que sufren este inconveniente, péptidos y proteínas también ven comprometidas su actividad debido a los disolventes orgánicos (Panyam y Labhasetwar, 2003). Los polímeros sintéticos más usados en aplicaciones farmacéuticas son los poliésteres alifáticos biodegradables, como los copolímeros de poli(láctico-co-glicólido) (PLGA) y poli(εcaprolactona) (PCL), así como polímeros no degradables como etilcelulosa y poliestireno (Zhang et al., 2013). 2.7. Penetración de NPs en la piel Como es sabido, las NPs pueden ser diseñadas para obtener las características fisicoquímicas deseadas, lo que le permite cambiar el modo de interactuar con las diferentes capas de la piel. Los factores que más influyen en este aspecto son el tamaño de las NPs, su forma, la carga, su capacidad de deformación y la polaridad. Se han llevado a cabo estudios que muestran una mejora en la penetración empleando NPs de menor tamaño (Liang et al., 2013), de forma esférica (Ryman et al., 2006), con mayor capacidad de deformación por la posibilidad de pasar entre los corneocitos (José Morilla y Lilia Romero, 2016) y las cargadas 14 positivamente debido a las interacciones electroestáticas con las cargas negativas de la piel en condiciones fisiológicas normales (Contri et al., 2016). En los tratamientos tópicos con NPs tienen lugar su liberación en la capa córnea, a nivel de la superficie, en los surcos o en los folículos pilosos de la piel. El fármaco puede liberarse tanto en la epidermis como en la dermis (Figura 11) (Prow et al., 2011). Figura 11. Descripción gráfica de la penetración de NPs y sitios de liberación de fármaco: (a) nivel superficial, (b) surcos y (c) folículos pilosos de la piel. 3. OBJETIVOS Objetivo general: Actualmente la administración por vía tópica de fármacos está alcanzando un gran interés, porque además de tener una acción local sobre patologías cutáneas, también presenta una acción sistémica, siendo una alternativa a otras vías que presentan limitaciones o dificultades. Las formas farmacéuticas de administración tópica que logran que el principio activo alcance el lugar de acción, son numerosas y emplean diferentes mecanismos. Entre todas ellas nos centraremos en las nanopartículas, ya que han permitido el desarrollo de “nanoterapias” facilitando el diseño de sistemas avanzados con múltiples aplicaciones. Objetivos específicos:  Obtener una visión general de las ventajas que nos pueden ofrecer las NPs poliméricas para mejorar los tratamientos tópicos  Conocer los diferentes métodos de preparación de las NPs de material polimérico  Presentar los polímeros más importantes usados para la preparación de NPs así como sus principales características y resultado de los estudios realizados con diferentes principios activos. 15 4. METODOLOGÍA La realización de éste trabajo de tipo bibliográfico se ha centrado en la búsqueda de NPs de tipo polimérico aplicadas al transporte de principios activos a través de la piel. Para la búsqueda de artículos científico se utilizaron recursos proporcionados por la biblioteca virtual de la Universidad de Sevilla, utilizando la base de datos de Pubmed además de búsquedas en la página web oficial de la editorial Elsevier y bases de datos como Scopus, SpringerLink y ScienceDirect. Se utilizaron palabras claves como ''nanoparticles'', ''polymeric'', ''skin penetration'', ''drug delivery'' y nombres de diferentes compuestos poliméricos a los que se hace referencia en ésta revisión. La búsqueda también se ha centrado en diferentes métodos de preparación para estos nanosistemas y anatomía de las diferentes capas de la piel para entender mejor las vías de penetración a través de ella. En la siguiente gráfica, podemos observar, el creciente número de artículos publicados relacionado con las ''nanopartículas poliméricas y su penetración en la piel'' (Datos recogidos de Science Direct) dejando clara evidencia de su potencial en los nuevos avances (Figura 12). Figura 12. Gráfica que muestra el crecimiento exponencial en el número publicaciones de nanopartículas empleadas en la administración tópica 5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Como ya hemos comentado, las NPs y la variedad de materiales poliméricos disponibles ofrecen un gran abanico de posibilidades para la optimización de los tratamientos tópicos, superando las limitaciones de los tratamientos convencionales. En este trabajo se han revisado una serie de artículos consistentes en ensayos clínicos, meta-análisis y revisiones bibliográficas acerca de las investigaciones más recientes en este campo de investigación. Por lo tanto, podremos obtener una visión general de la versatilidad 16 de estos nanosistemas de tipo polimérico, los métodos de preparación y su potencial uso clínico. 5.1 Sistemas de aplicación tópica basados en nanopartículas poliméricas Como hemos podido conocer anteriormente, existen métodos de mejora de la penetración a través de la piel como las microagujas o la eliminación de la capa córnea, sin embargo éstos producen irritación, causan daño y reducen las funciones de la barrera de la piel. La necesidad de liberación de fármacos a través de la capa córnea sin alterar las características de la piel, pone especial atención en las NPs poliméricas para el desarrollo de nuevas formulaciones. Frente a los tratamientos convencionales, las características físico-químicas de estos sistemas aportan protección a los principios activos más inestables ante la degradación o desnaturalización por metabolismo, llegando a una reducción de los efectos adversos que se consigue a través de la liberación controlada y la mejora de la penetración cutánea a través del de la capa córnea mediante el aumento del gradiente de concentración (Amol et al., 2018). Tanto los polímeros sintéticos como los semisintéticos, biocompatibles y biodegradables, han demostrado grandes mejoras en el tratamiento tópico. Así estudios realizados con polímeros como el poli(láctico-co-glicólico) (PLGA), poli(ε-caprolactona), quitosano, combinación de quitosano y poli (gamma-ácido glutámico) y (gamma-PGA) ponen de manifiesto: i. Una reducción de la degradación prematura de los principios activos lábiles. ii. Un perfil de liberación controlada y sostenida gracias a las modificaciones del polímero. iii. Un aumento de la actividad dirigida, con reducción de efectos adversos por absorción sistémica. iv. Una reducción de la irritación. (Amol et al., 2018). 5.2 Métodos de preparación de NPs poliméricas 5.2.1 Nanopartículas obtenidas a partir de la dispersión un polímero preformado Es usado normalmente para preparar NPs biodegradables de ácido poliláctico (PLA), poli(D,L-glicólido) (PLG), ácido poli (láctico-co-glicólico) (PLGA) y poli (cianoacrilato) (PCA). a) Evaporación del disolvente Este método se basa en preparar una emulsión a partir de una fase acuosa con el correspondiente agente emulsionante y un disolvente volátil inmiscible con el agua que va a constituir la fase orgánica, donde encontramos el principio activo y el polímero que constituye 17 la matriz (Madelein et al., 2018). Inicialmente los disolventes volátiles más utilizados fueron el diclorometano o el cloroformo. Actualmente, se han reemplazado por el acetato de etilo, ya que demuestra un mejor perfil toxicológico (Anton et al., 2018). Tras la aplicación de energía mediante procesos como el ultrasonido o la agitación, creamos una emulsión con una fase dispersa que contiene el polímero, el principio activo y disolvente orgánico. La posterior evaporación del disolvente orgánico nos proporciona una suspensión de NPs por el proceso de precipitación del polímero, encapsulando el principio activo hidrófobo (Figura 13) (Lee et al., 2016). La recuperación de las NPs se puede realizar por ultracentrifugación con posteriores lavados para eliminar restos no deseados. Se ha demostrado que hay determinados factores con gran implicación en el tamaño de las NPs, como la naturaleza y concentración del estabilizador de la emulsión, la velocidad de homogeneización y la concentración del polímero (Zohri, 2009). Figura 13. Representación gráfica técnica ''evaporación del disolvente''. (Llabot et al., 2013) b) Nanoprecipitación o técnica de desplazamiento del disolvente La nanoprecipitación es una técnica considerada fácil y reproducible, basada en la emulsión/precipitación (Reis et al., 2016) en la que tenemos un solvente miscible con agua y de fácil evaporación, que suele ser acetona, y una solución acuosa. La solución con acetona contiene el polímero y el principio activo, que se adiciona a la fase acuosa, enriquecida con tensioactivos de origen natural y sintético. Tras la evaporación de la acetona, obtenemos una suspensión acuosa de NPs (Figura 14) (Mishra., et al 2010). Figura 14. Representación gráfica técnica '' Nanoprecipitación ''. 18 La naturaleza y concentración de los tensioactivos empleados, evitan la aglomeración de las NPs e influye en el tamaño final. (Limayem et al., 2006) Debido a la miscibilidad del solvente con la fase acuosa, este método no es eficiente para encapsular principios activos solubles en agua, por lo que es usada principalmente para fármacos lipofílicos. (Galindo et al., 2004) c) Emulsificación / Difusión del solvente (ESD) En éste método tenemos un solvente como acetona o carbonato de propileno, parcialmente soluble en agua, con el polímero y el principio activo disueltos. Se emulsiona en la fase acuosa, que contiene los estabilizadores, evitando así cualquier aglomeración de las gotas de la emulsión por adsorción en la superficie de las mismas. Tras añadir el agua, se produce la difusión de disolventes a la fase externa, precipitando las NPs formadas (Figura 15). Por último, se elimina el disolvente por evaporación o filtración, dependiendo del punto de ebullición. (Reis et al., 2006) (Lee et al., 2016) Figura 15. Representación proceso emulsificación/difusión del disolvente d) Salting out Esta técnica es una variación de la anterior que permite evitar compuestos potencialmente peligrosos, como es el uso de disolventes orgánicos o clorados. La emulsión es realizada con un disolvente miscible en agua que contiene el polímero y el fármaco, y la disolución acuosa contiene una alta concentración de sales y estabilizadores coloidales. Al producirse una reducción de la concentración de electrolitos en la fase continua de la emulsión, se provoca la precipitación de las NPs (Figura 16) (Fan et al., 2006). Figura 16. Representación proceso ''salting out'' (Crucho et al., 2017) 19 En este proceso se consigue producir una alteración en las propiedades de miscibilidad del agua con los disolventes, usando electrolitos como el cloruro de magnesio, el cloruro de calcio y el acetato de magnesio. (Galindo et al., 2005). Uno de los límites que tiene ésta técnica, es su uso exclusivo para fármacos lipofílicos, con la ventaja de poder usar sustancias termolábiles ya que no se requieren altas temperaturas en el proceso. (Lamber et al., 2011) e) Diálisis En ésta técnica se emplea el llamado ''tubo de diálisis'', en el que se incluye el disolvente orgánico en el que se ha disuelto previamente tanto el polímero como el fármaco. En el exterior, un solvente miscible con el anterior, provoca un desplazamiento con el objetivo de equilibrar ambas concentraciones lo que desencadena la precipitación homogénea de las NPs por pérdida de solubilidad (Figura 17). (Faheem et al., 2009) Figura 17. Descripción gráfica del proceso de diálisis. 5.2.2. Nanopartículas obtenidas por polimerización de monómeros. A continuación vamos a describir las técnicas de polimerización llevadas a cabo para la preparación de NPs a través de éste método, en el cual se debe pre-diseñar el polímero con las propiedades necesarias para la aplicación requerida. Las NPs son obtenidas durante el proceso de polimerización de los monómeros. i. Polimerización por emulsión La polimerización por emulsión presume de ser un método escalable, rápido y de fácil preparación, donde podemos sustituir los disolventes costosos por agua como medio de dispersión (Gilber, 2012). Es un método que no requiere necesariamente tensioactivos ni emulsionantes si el monómero escogido tiene cierta solubilidad en el medio acuoso, siendo este medio la fase continua. (Amol et al., 2018) Desde un punto de vista general, este proceso de polimerización consiste en la difusión de gotas de monómero emulsificado en micelas o con partículas de polímero recién formadas. Para poderse difundir a través de la fase acuosa, el monómero debe tener un mínimo de solubilidad en agua. Luego se agrega un iniciador soluble en agua, el cual al descomponerse genera radicales libres, los cuales entran en las micelas para reaccionar con el monómero que 20 está dentro de ellas e iniciar la reacción de polimerización. El mecanismo de polimerización y formación de partículas no queda del todo esclarecido, siendo dos los mecanismos más aceptados, el de nucleación micelar y el de nucleación homogénea. De forma general, los monómeros se asocian formando ''oligoradicales'', hasta alcanzar una longitud de cadena que compromete su solubilidad en el medio acuoso. Es aquí cuando comienza la fase de nucleación, ya sea formando micelas (nucleación micelar) o precipitando como nuevas partículas poliméricas (nucleación homogénea). El estado final se alcanza cuando tiene lugar la desestabilización de las micelas restantes hasta su desaparición, punto en el cual los monómeros migran, mediante difusión, desde las gotas de monómero hacia las partículas de polímero hasta que no quede ninguna (Figura 18). (Gharieh et al., 2019) Figura 18. Diagrama de la polimerización en emulsión. ii. Polimerización interfacial Es uno de los métodos establecidos para la síntesis de NPs poliméricas (Wu et al., 2009). Este método es llevado a cabo por pasos, en los que dos agentes reactivos o monómeros se encuentran disueltos en dos fases, fase continua y fase dispersa respectivamente. La reacción tiene lugar en la interfase (Figura 19) (Karode et al., 1998). Figura 19. Diagrama de la polimerización en emulsión. 21 5.2.3 Gelificación iónica La tercera y última técnica que se va a considerar para la formación de NPs, es usada con polímeros hidrofílicos biodegradables tipo quitosano y alginato sódico. (Amir et al., 2008) Un método típico de preparación tiene como fundamento la mezcla de dos fases acuosas, quitosano y aniones tripolifosfato (TPP) respectivamente. La solución de quitosano tiene un pH en un rango entre 4 y 6, donde su grupo amino se encuentra cargado positivamente, mientras que la solución con TPP posee un pH entre 7 y 9, donde los grupos fosfato se encuentran con carga negativa. Estas cargas opuestas interactúan formando enlaces, teniendo como resultado un coacervado de tamaño nanométrico (Figura 20). Para el alginato, la reacción puede iniciarse con cualquier especie catiónica, como un ión metálico divalente (cloruro de calcio) (Kaloti and Bohidar, 2010) (Amir et al., 2008). Las NPs son formadas como resultado de la interacción electrostática entre ambas fases acuosas, mientras que el concepto de ''gelificación iónica'' tiene lugar debido a la transición del líquido a gel por la interacción iónica (Amir et al., 2008). Figura 20. Representación del método de gelificación iónica. 5.3. Polímeros usados en la preparación de NPs En este apartado se discuten las características de los principales polímeros usados en NPs con potencial uso clínico, tanto naturales como sintéticos, además de presentar algunos de los estudios que se han realizado con diferentes materiales poliméricos y cargados con diferentes principios activos. 5.3.1 Polímeros de origen natural a) Quitosano El quitosano es un aminopolisacárido abundante en la naturaleza que puede ser obtenido a escala industrial a través de reacciones de N-acetilación termoalcalina de la quitina (Subramanian et al., 2006). Está compuesto por unidades de 2–amino–2–deoxi–β–D–glucosa y y 2–acetamido–2–deoxi–β–D–glucosa unidas por enlace β (1→ 4) (Figura 21). Las NPs formadas por este material pueden obtenerse preferentemente con la técnica de gelificación 22 iónica explicada anteriormente, ya que es la que aporta más estabilidad al fármaco. (Saboktakin et al., 2011) Figura 21. Estructura química de los monómeros que componen el quitosano. En la última década este biopolímero ha sido protagonista de numerosas innovaciones en la industria farmacéutica, apareciendo en casi la mitad de las patentes registradas en el año 2006 para su uso en liberación de fármacos, ingeniería de tejidos y cicatrización de heridas. (Higuera-Ciapara et al., 2007) Es un material excelente para uso clínico debido a su perfil biológico: biocompatible, biodegradable, mucoadhesivo, no tóxico, no produce respuesta inmune, facilita la absorción de macromoléculas biológicas a través de barreras epiteliales y proporciona un buen alcance de las NPs al órgano o tejido diana (Sun and Wan, 2007) con un tamaño que oscila entre los 100 y 400 nm (Dianzani et al., 2014) Químicamente, los grupos amino presentes en la superficie de las NPs de quitosano le da ventaja al conferirle un carácter policatiónico a un pH por debajo de 6,5 (pKa quitosano), (Jean et al., 2012) haciendo posible la interacción con compuestos aniónicos como macromoléculas terapéuticas (p. ej. insulina, ácidos nucleicos, heparina, etc.) y antigénicas, protegiéndolas de la degradación enzimática e hidrolítica (Rinaudo, 2008), además de hacerle un candidato idóneo para la liberación en las mucosas (Nagarajan et al., 2015) al poder unirse a las mucoproteínas cargadas negativamente, aumentando el tiempo de circulación del fármaco y consecuentemente, su biodisponibilidad. Estudios realizados para la investigación del potencial de NPs de quitosano para aplicaciones en la mucosa ocular usando el inmunosupresor ciclosporina A de NPs de quitosano obtenidas por gelificación iónica, demuestran su capacidad de contactar íntimamente con los tejido de la córnea y conjuntiva, sin alcanzar las estructuras oculares internas ni circulación sistémica (De Campos et al., 2001). Este enfoque permite un mayor tiempo de residencia en la mucosa ocular (Figura 22), superando las limitaciones de tratamientos para enfermedades extraoculares como queratoconjuntivitis seca o sequedad ocular. 29 2007), sugiriendo una mayor liberación a menor carga de fármaco, en estudios realizados con ciclosporina A (Goyal y Kohn., 2015). Se estima un tiempo de seis meses aproximado hasta la completa degradación de estos sistemas, causada mayoritariamente por hidrólisis de sus enlaces éster (Sheihet et al., 2008). Las investigaciones de éstas NPs cargadas con vitamina D3 confirman la estabilidad de la misma en la formulación tópica, al evitar tanto la hidrólisis como la fotodegradación (Ramenzali et al., 2017). 5.3.3 NPs de polímero sintético no biodegradable a) Etilcelulosa Éste polímero puede ser obtenido por reacción del cloruro de etilo con un álcali de celulosa, siendo el más estable de sus derivados. Se trata de un material con características aptas en aplicaciones farmacéuticas por su biocompatibilidad, ausencia de toxicidad y estabilidad química, además de no ser fotosensible ni termolábil. Sin embargo, es sensible a los ácidos. (Gallardo et al., 2001) Presenta buena solubilidad en diversos disolventes (ésteres, alcoholes, hidrocarburos aromáticos, etc.), siendo insoluble en propilenglicol, agua y glicerina. (Gallardo et al., 2001) La formación de NPs de etilcelulosa tiene lugar a partir del polímero de celulosa preformado. Las NPs obtenidas presentan cierta polidispersión en la distribución de tamaños (Figura 25). Figura 25. Microfotografía TEM y SEM de NPs de etilcelulosa, respectivamente Hay presente gran variedad de investigaciones con diferentes fármacos vehiculizados por NPs de éste polímero, como el propranolol, ketoprofeno o betametasona, entre otros. NPs cargadas con el corticoide betametasona mostraron una mejora de la eficacia en estudios in vitro con respecto a una crema comercial del mismo, al tener una acumulación preferente en piel inflamada de folículos pilosos y glándulas sebáceas, con control sobre la liberación del fármaco y una tendencia de penetración 3 veces más profunda (Venkatesh et al., 2005). 30 b) Poliestireno Obtenido por la polimerización del estireno, éste material es biocompatible y no presenta efectos adversos por interacciones con los sistemas biológicos. Las NPs de poliestireno se preparan mediante polimerización por emulsión. Su superficie puede ser modificada para obtener tamaños homogéneos, con un bajo índice de polidispersión (Loos et al., 2014). Los estudios de administración tópicas de NPs de éste polímero no biodegradable reflejaron una acumulación mayoritaria y temporal en las aberturas foliculares, especialmente de las NPs más pequeñas. Además de ésta absorción folicular, se observó localización de las mismas en los surcos de la piel (Figura 26) (Álvarez-Roman et al., 2004) Figura 26. Imágenes de la localización de las NPs de poliestireno (fluorescente) con un tamaño de 20 nm tras su aplicación: (a) 30 min (b) 1 hora (c) 2 horas. Los círculos blancos señalan los folículos pilosos, donde observamos una acumulación preferente de las NPs. 6. CONCLUSIONES a. El gran número de estudios realizados en las últimas décadas ofrece clara evidencia del potencial que poseen las NPs poliméricas para la administración de fármacos a través de la barrera cutánea, con capacidad de aportar ventajas tales como: o la protección frente a la degradación de compuestos lábiles o la obtención de un perfil de liberación más prolongado o el aumento de la permeación a través del estrato córneo en la piel de partículas con un diámetro entre 20 y 200 nm o la liberación gradual del principio activo. b. La diversidad de métodos de preparación permite la elección del más adecuado (algunos con posibilidad de reducir el uso de reactivos tóxicos) para la encapsulación correcta del fármaco, cuya eficiencia tiene un gran impacto en la efectividad del tratamiento tópico posterior. Algunos de estos procesos, incluso son fácilmente escalables del laboratorio a 31 la industria. Los diferentes materiales poliméricos mencionados demuestran ser competentes, normalmente con una alta eficacia de encapsulamiento. Sin embargo, existen ciertas limitaciones en la obtención de tamaños de partículas uniforme. c. No hay duda del amplio margen de aplicaciones que las NPs poliméricas nos pueden llegar a ofrecer, por lo queda un largo camino en su investigación, siendo también necesario un mayor énfasis en el conocimiento de sus mecanismos de transporte a través de las capas de la piel. d. Los estudios mencionados nos aportan pruebas significativas de que éste área de investigación tiene un gran impacto en el desarrollo de nuevos productos, mejorando considerablemente la calidad de vida de los pacientes que padecen afecciones cutáneas. 7. BIBLIOGRAFÍA. A.S. N Patel, M Dinizo, I Faiena, Ritu Goyal, Geun Taek Lee, Johanna L Hannan. 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