Una bocanada de aire fresco - Formulación de medicamentos inhalables mediante secado por aspersión.
Bart explica cómo funcionan los fármacos inhalables y cómo crearlos mediante Secado por Aspersión en su última publicación.
Anteriormente hablé sobre los ácidos nucleicos secados por aspersión y su papel en la terapia génica, que se utiliza para crear sistemas de administración eficaces para la terapia con pDNA y siRNA. La terapia génica se logra transfectando células con un ADN plasmídico encapsulado (pDNA) que debe ingresar al núcleo para reemplazar un gen defectuoso. El ARN también se utiliza para silenciar genes dañinos mediante los cuales el ARNip viaja al citoplasma e induce la degradación de su ARNm complementario para impedir la síntesis de una proteína específica. La mayor parte de la investigación sobre la producción de sistemas de administración eficaces para la terapia génica y muchos otros medicamentos se centra en el polvo seco inhalable para administración pulmonar. Hoy me gustaría centrarme en la importancia de los medicamentos inhalables y hablar sobre el papel que juega el secado por aspersión en su creación. Hay mucho que asimilar, ¡así que respira hondo y sigue leyendo!
Hay pocas cosas que disfruto más que caminar por las montañas y respirar aire fresco. De hecho, más de un pulmón lleno, ya que una persona promedio inhala de 7 a 8 litros de aire por minuto, lo que equivale a unos 11.000 litros por día. Este proceso inconsciente de inhalación y exhalación es vital para nuestra salud y asegura que las células del cuerpo reciban el oxígeno que necesitan para funcionar. Los pulmones absorben oxígeno a través de un proceso llamado intercambio de gases que tiene lugar en millones de pequeños sacos de aire en los pulmones conocidos como alvéolos. Hay tantos alvéolos que si los extendieras, cubrirían un área casi del tamaño de una cancha de tenis. Cuando inhalamos, el aire baja por la tráquea y llega a los pulmones a través de dos tubos llamados bronquios, que se ramifican en bronquiolos más pequeños y terminan en pequeños grupos de alvéolos. Cada alvéolo está rodeado por una red de pequeños vasos sanguíneos llamados capilares. Las paredes de los alvéolos miden aproximadamente 1/50.Del grosor de un cabello humano, permiten que los gases pasen a través de ellos hacia la sangre en los capilares. El oxígeno que ingresa a la sangre se une a la hemoglobina y es transportado por el corazón a todas las células del cuerpo. Los fabricantes de medicamentos han explotado este sistema de transporte eficiente y eficaz creando medicamentos en polvo seco inhalables (generalmente de menos de 5 micrómetros de diámetro) lo suficientemente pequeños como para pasar a través del tracto respiratorio superior y los bronquios. Una vez que las partículas se han depositado en los pulmones, deben disolverse en la fina capa que recubre los alvéolos, donde luego pueden ser absorbidas por el torrente sanguíneo. Una vez en el torrente sanguíneo, puede transportarse a su sitio objetivo y, finalmente, el fármaco se metaboliza y se elimina del cuerpo, a menudo a través del hígado y los riñones.
"Los fármacos inhalables en polvo seco (generalmente de menos de 5 μm de diámetro) son lo suficientemente pequeños como para pasar a través del tracto respiratorio superior antes de disolverse en la fina capa que recubre los alvéolos, donde pueden ser absorbidos en el torrente sanguíneo".
Como seguramente podrás imaginar, crear partículas lo suficientemente pequeñas como para atravesar esta red de tubos no es una tarea sencilla; sin embargo, varias ventajas de este sistema de entrega hacen que valga la pena el esfuerzo. Los pulmones son el sistema de transporte ideal para problemas que necesitan remedio inmediato, como un ataque de asma. Los fármacos que se toman por vía oral tienen que pasar por el sistema digestivo antes de volverse eficaces; También hay una pérdida de ingredientes activos durante este proceso. Hay sistemas de entrega que son más fáciles de diseñar y fabricar, pero tienen inconvenientes. Los sistemas de administración viral son simples y su mayor ventaja es su alta eficiencia de transfección en tejido humano; sin embargo, la toxicidad de los virus puede desencadenar respuestas inmunitarias y los anticuerpos preexistentes pueden neutralizar el sistema de administración y las moléculas que transporta. reduciendo la eficacia de la terapia. Se han utilizado sistemas de administración no virales para sortear estos problemas. Los sistemas basados ​​en lípidos, polímeros y péptidos se pueden modificar para mejorar la biocompatibilidad, aumentar la internalización y adaptar los requisitos exactos para la administración de fármacos. Estos tipos de materiales se utilizan en la formulación de partículas de fármacos y se utilizan para encapsular o transportar el fármaco, protegerlo de la degradación y mejorar su absorción en los pulmones, desempeñando el papel que desempeña el virus en los sistemas de administración viral. Uno de los excipientes más comunes para la administración pulmonar de polvo seco es la lactosa.
"Los sistemas basados ​​en lípidos, polímeros y péptidos se pueden modificar para mejorar la biocompatibilidad, aumentar la internalización y adaptar los requisitos exactos para la administración de fármacos".
La lactosa tiene varias propiedades materiales ventajosas que la hacen ideal para medicamentos inhalables. Es un vehículo aprobado por la FDA debido a sus propiedades no tóxicas y fácilmente degradables después de la administración. Otros vehículos aprobados por la FDA incluyen leucina, manitol, glucosa, trehalosa y sacarosa. La lactosa es ideal ya que es menos pegajosa que otros azúcares y tiene una temperatura de transición vítrea más alta, lo que permite un polvo que fluye fácilmente cuando se seca por aspersión. La aerosolización se utiliza para crear una variedad de polvos inhalables, incluidos péptidos, antibióticos, vacunas y partículas portadoras biodegradables. Estos medicamentos pueden tratar dolencias en todo el cuerpo, pero pueden ser particularmente beneficiosos para aplicaciones específicas de los pulmones para tratar la fibrosis quística, el asma, las infecciones pulmonares crónicas, el cáncer de pulmón y la tuberculosis. La creación de fármacos inhalables mediante la técnica del secado por aspersión implica preparar soluciones acuosas disolviendo un ingrediente activo (fármaco, nanopartículas) y un excipiente (lactosa u otros) en agua en diferentes concentraciones de sólidos. Ocasionalmente se añade etanol a la solución para mejorar la evaporación. El polvo secado por aspersión resultante se separa mediante un ciclón y se recoge en un recipiente. Existen varios métodos analíticos comúnmente aplicados para caracterizar los polvos secados por aspersión, tales como:
SEM Morfología y tamaño de partículas.
Difracción láser Tamaño de partícula
Impactador Anderson Fracción de partículas finas
Difracción de rayos X Estado amorfo/cristalino
DSC Temperatura de transición vítrea
Adsorción de gas Masa específica
Karl Fisher Contenido de humedad
“La creación de fármacos inhalables mediante la técnica del secado por aspersión implica preparar soluciones acuosas disolviendo un ingrediente activo (fármaco, nanopartículas) y un excipiente (lactosa u otros) en agua a diferentes concentraciones de sólidos”.
Existen otros medios para crear fármacos inhalables para aplicaciones pulmonares, como la liofilización y la molienda por chorro; sin embargo, el secado por aspersión tiene muchas ventajas sobre estos métodos. Es posible generar polvos altamente dispersables sin la necesidad de las partículas portadoras necesarias durante la liofilización. El proceso de molienda por chorro crea partículas planas con malas propiedades de flujo. La lactosa molida por chorro tiene una estructura cristalina, mientras que la lactosa secada por aspersión es amorfa. Los compuestos amorfos se atribuyen al rápido proceso de secado que deja poco tiempo para la evaporación y la formación de una fase sólida. Las partículas esféricas posibles gracias al secado por pulverizacióntienen un área de contacto baja y una distribución homogénea del tamaño de partículas, lo que da como resultado una mayor fracción respirable. El secado por aspersión también es un proceso rentable de un solo paso que pasa directamente de formulaciones líquidas a secas con una alta capacidad de ampliación.
"Las partículas esféricas posibles gracias al secado por aspersión tienen un área de contacto baja y una distribución homogénea del tamaño de las partículas, lo que da como resultado una mayor fracción respirable".
Existen cuatro estrategias para crear formulaciones de polvo seco. La primera son las pequeñas partículas de fármaco sin portador, que son polvos de aerosol que varían de 1 a 5 μm y tienen el tamaño óptimo para su deposición más allá de vías respiratorias cada vez más estrechas. Sin embargo, estas partículas pequeñas a menudo se pegan entre sí y son muy cohesivas con malas propiedades de flujo. Esto se soluciona mediante el uso de fármacos pequeños y partículas portadoras más grandes que mejoran el flujo a través del inhalador. Como ya se mencionó, la lactosa es el vehículo más comúnmente utilizado, a menudo diseñado para tener un tamaño de 50 µm a 80 µm. Durante la inhalación, las partículas más pequeñas se separan de las partículas portadoras y se depositan en los alvéolos. La tercera estrategia supuso un gran avance en la investigación de aerosoles de polvo seco inhalados e involucró partículas de fármaco grandes y porosas.(>5 μm) con baja densidad de masa (<0,4 g/cm). Diseñadas como una alternativa a la primera estrategia, estas partículas más grandes se agregan y desagregan más fácilmente, tienen mejor fluidez y pueden evadir el mecanismo de eliminación fagocítica en los pulmones. La última estrategia es utilizar fármacos de nanopartículas encapsuladas en partículas portadoras., y se ha convertido en objeto de una gran cantidad de investigaciones. La nanomedicina es un campo emergente en las ciencias biomédicas y se ha sugerido la propuesta de administración pulmonar debido a los beneficios antes mencionados de la administración pulmonar de fármacos. Sin embargo, el pequeño tamaño de las partículas limita la deposición en los pulmones, lo que hace que sean exhaladas desde los pulmones después de la inhalación. La incorporación de nanopartículas en partículas portadoras mediante secado por aspersión hace viable su uso para la administración pulmonar de fármacos.
La versatilidad del secado por aspersión y el alto grado de control sobre el método hacen posible cada estrategia y, dadas las ventajas de los medicamentos inhalables sobre otros medios de administración más invasivos, espero ver lo que nos depara el futuro.
Denoulet Bart
Texto extraído del Blog de Bart de BUCHI. Para mas información acceda al Blog original haciendo clic
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