Development of plga/gemcitabine carriers using solvents and high pressure co2

Resumen

El presente trabajo forma parte de una línea de investigación sobre sistemas de liberación controlada de fármacos que se ha desarrollado en el laboratorio de Operaciones Básicas y Tecnología de Polímeros del grupo TEQUIMA del Departamento de Ingeniería Química de la Universidad de Castilla – La Mancha. Esta línea de investigación se basa en el desarrollo de nuevas formas de liberación controlada empleando polímeros biodegradables y distintos métodos de deposición o anclaje de los compuestos polímero-fármaco. Además, la experiencia previa del grupo en las distintas aplicaciones del dióxido de carbono supercrítico, ha impulsado la utilización de esta tecnología limpia para desarrollar nuevos sistemas de liberación controlada. Para su desarrollo se ha dispuesto de varias ayudas concedidas por organismos oficiales de carácter nacional. En los últimos años ha crecido el interés de la industria farmacéutica por el desarrollo de medicamentos como sistemas de liberación controlada para el tratamiento de los distintos tipos de cáncer. Estos sistemas de liberación controlada de fármacos permiten que los efectos no deseados y tóxicos producidos por la administración convencional se vean reducidos y se mejore la calidad de vida de los pacientes. En ellos, el principio activo es liberado de forma continua en el tiempo, situándose dentro del intervalo terapéutico y alargando el efecto para el que han sido sintetizados, ya sea analgésico, antitumoral, antiinflamatorio, etc. Gracias a la aplicación de los sistemas de liberación controlada se produce una reducción del número de dosis necesarias, la posible disminución de efectos secundarios a nivel local y sistemático y la disminución de la acumulación del fármaco en el plasma sanguíneo. El principal objetivo de esta investigación es el desarrollo de soportes poliméricos de ácido poli(láctico-co-glicólico) que contengan o estén impregnados con un fármaco anticancerígeno, en este caso Gemcitabina, empleando disolventes medioambientalmente sostenibles y dióxido de carbono a elevadas presiones para generar espumas de polímero impregnadas con el fármaco, que serán utilizados como sistemas de liberación controlada. El primer paso de esta tesis doctoral fue el estudio de la encapsulación de Gemcitabina mediante el método de evaporación del disolvente. Para llevar a cabo este proceso se eligieron dos disolventes aprobados por la Food and Drug Administration (FDA) para su uso en la industria alimentaria y farmacéutica. Estos disolventes fueron el etil acetato y el etil lactato. En una primera parte se compararon las propiedades de las micropartículas obtenidas con estos disolventes y con diclorometano, un disolvente tradicionalmente usado en estos procesos, que da lugar a la formación de micropartículas con buenas características estructurales, pero que presenta propiedades tóxicas para el organismo. Los resultados concluyeron que los dos disolventes propuestos daban lugar a la formación de micropartículas con buenas características morfológicas y estructurales, por lo que en el siguiente paso de encapsulación del fármaco se descartó el empleo del diclorometano. Para encapsular la Gemcitabina se utilizó la técnica de la doble emulsión y evaporación del disolvente ya que éste es un fármaco soluble en agua. El disolvente que mejores prestaciones mostró fue el etil lactato dando lugar a la formación de micropartículas con un menor diámetro entre 10 µm y 137 µm, una distribución de tamaños más homogénea y una elevada eficiencia de encapsulación del 45%. Además, el uso de un homogeneizador dio lugar a la reducción del tamaño de las micropartículas, sobre todo en el caso del etil acetato en el que se redujo el tamaño de las partículas de 2000 µm a 540 µm y 12000 rpm. En segundo lugar, para poder sintetizar espumas microcelulares a elevadas presiones se realizó un estudio de los sistemas binarios y ternarios, empleando CO2 como antisolvente, para encontrar las condiciones más favorables en las que precipita el polímero y se producen espumas de PLGA estructuralmente viables. Estos experimentos se realizaron a temperatura ambiente para evitar cualquier degradación del polímero y del fármaco. Inicialmente, se demostró la solubilidad del etil acetato y el etil lactato en la fase rica en CO2 a alta presión, así como la solubilidad del CO2 en la matriz polimérica. Este fenómeno da lugar a la plastificación del polímero haciendo que varíen sus propiedades físicas. En el caso de la temperatura de transición vítrea se demostró una disminución de 40°C a presión atmosférica hasta 9°C a 150 bar independientemente del ratio entre monómeros. En cuanto a los sistemas ternarios polímero/disolvente/CO2, se estableció la influencia de la concentración inicial del polímero en ambos disolventes, la presión y el ratio lactida: glicolida sobre la cantidad de disolvente solubilizada en la fase rica en CO2. A partir de estos resultados se determinó la viabilidad técnica del proceso estableciendo que las mejores condiciones para llevar a cabo la separación se producen cuando aumenta la presión y disminuye la concentración inicial del polímero. En tercer lugar, se llevó a cabo la espumación de soportes poliméricos a partir de disoluciones de ácido poli(láctico-co-glicólico) en etil acetato y etil lactato para encontrar el mejor disolvente para este proceso. La influencia de la presión, la concentración inicial del polímero, el ratio entre monómeros y el tiempo de despresurización fueron las variables seleccionadas para analizar cómo se modifica el tamaño de celda y su homogeneidad, así como la densidad de celdas usando ambos disolventes y CO2. También se llevó a cabo un análisis de las muestras para determinar la cantidad residual de disolvente presente en las espumas. Las mejores condiciones para llevar a cabo este proceso fueron una presión de 120 bar, a 25 °C, 0.8 g PLGA/mL disolvente, empleando un ratio lactida:glicolida 50:50, durante un tiempo de contacto de 24 horas y 30 minutos de despresurización. Las espumas obtenidas con etil lactato presentaron un diámetro de celda adecuado para la impregnación de fármacos (219.40 ± 50.14 µm) y una distribución más homogénea que las obtenidas con etil acetato (207.60 ± 99.26 µm). Además, este disolvente posee mejores características de biodegradabilidad, así como ausencia de propiedades carcinogénicas y corrosivas, haciendo que esta opción sea la más adecuada desde el punto de vista de su posterior uso en seres vivos. Una vez establecido el mejor disolvente, se realizó un estudio de impregnación de las matrices poliméricas con Gemcitabina a partir de disoluciones del ácido poli(láctico-co-glicólico) en etil lactato. Los experimentos se realizaron para tres cargas de fármaco distintas,175, 105 y 35 mg de Gemcitabina/g PLGA. Además se varió la temperatura, presión de trabajo y el ratio lactida: glicolida. La presencia de la Gemcitabina favoreció la disminución del tamaño de celda y aumentó la homogeneidad de las espumas alcanzando valores de 90.50 ± 43.09 µm. Los análisis infrarrojos (FTIR), fluorescencia de rayos X por energía dispersiva (SEM-EDS) y termogravimétricos (TGA) confirmaron que la impregnación fue homogénea en todo el interior de la espuma. También se desarrolló un modelo matemático para describir la cinética del mecanismo de liberación para las tres cargas iniciales del fármaco. Por último, se llevó a cabo un análisis económico del proceso y su posterior comparación con el coste del tratamiento por quimioterapia. El mayor coste de estos procesos son aquellos relacionados con la investigación y los tratamientos preclínicos, clínicos, ya que deben cumplir una serie de requisitos antes de pasar de un estado de investigación a otro, además de un elevado tiempo de desarrollo hasta que pueden ser implementados en los pacientes.