Sistemas nanoestruturados para liberação de progesterona : nanopartículas poliméricas, microemulsão e nanopartículas lipídicas sólidas

Abstract

Progestógenos possuem diversas aplicações na saúde humana e animal, especialmente em protocolos de Inseminação Artificial em Tempo Fixo (IATF). A progesterona (P4) apresenta vantagens em relação a progestinas, no entanto possui baixa biodisponibilidade quando administrada por via oral e é um composto hidrofóbico de difícil solubilização em formulações injetáveis. Por isso, este trabalho tem por objetivo obter, caracterizar e avaliar a incorporação de progesterona em nanopartículas poliméricas (PMMA e P(MMA-co-AA)), microemulsão à base de tensoativos não iônicos e nanopartículas lipídicas sólidas, a fim de auxiliar na administração e liberação sustentada deste composto. Inicialmente, foi validado um método espectrofotométrico UV para quantificação de P4 em nanopartículas poliméricas. Os ensaios demonstraram que o método é seletivo, preciso, exato e robusto o suficiente para a determinação de P4 em partículas de PMMA. Em seguida foi realizada análise da síntese e caracterização de nanopartículas poliméricas, as quais foram obtidas por meio de reações de polimerização em miniemulsão de metacrilado de metila (MMA). As partículas apresentaram morfologias de nanoesferas e nanocápsulas, com diâmetros médios entre 150-300 nm. Foi possível incorporar até 20 mgP4.glátex-1 mantendo estabilidade e eficiência de encapsulação acima de 60%. Nos testes de liberação in vitro com nanoesferas, aproximadamente 20% do fármaco foi instantaneamente solubilizado no meio, possivelmente por estar adsorvido na camada superficial das partículas. Enquanto em nanocápsulas, apenas 2% foi liberado instantaneamente. Apesar do perfil semelhante de liberação, os ensaios demonstraram que nanocápsulas apresentam maior potencial de retenção do fármaco. O segundo sistema polimérico avaliado foi partículas de P(MMA-co-AA) sensíveis ao pH, as quais foram sintetizadas por meio da copolimerização de MMA e ácido acrílico (AA) em miniemulsão. As partículas apresentaram tamanhos entre 200-300 nm quando em pH < 4,25. Verificou-se que 54% das cargas ácidas decorrentes da ionização do P(MMA-co-AA) encontram-se na superfície das partículas. A eficiência de encapsulação para amostras com 20 mgP4.gLátex-1 ficou em aproximadamente 60%. A liberação in vitro ocorreu de forma mais rápida em pH 6 e 8 se comparado ao pH 3, devido à ionização dos grupos carboxílicos e inchamento das partículas. A ocorrência de intumescimento no processo de liberação foi confirmada com a aplicação do modelo de Weibull, cujos coeficientes obtidos estão correlacionados com mecanismo de transporte combinado (intumescimento/difusão). A próxima etapa envolveu a obtenção e caracterização de microemulsão com potencial para entrega de P4. A microemulsão foi preparada com polisorbato 80/1-butanol e triglicerídeos de ácido cáprico/caprílico (Crodamol GTCC®) como fase oleosa. Por meio do diagrama de fase foram identificadas as proporções entre os componentes que formaram microemulsão. Foram selecionadas duas formulações para testes com progesterona, as quais contêm 45% e 10% de água na composição e permitiram incorporar 24,7 e 52,5 mgP4.gME-1, respectivamente. As microemulsões apresentaram pH neutro, gotas com tamanho inferior a 30 nm, comportamento Newtoniano e baixa viscosidade (< 44,6 mPa.s). Sob esses aspectos, apresentaram estabilidade e potencial para uso na liberação de P4. Nos testes de permeação em célula de difusão, a liberação de P4 incorporada em microemulsão foi mais lenta se comparada ao controle (P4 solubilizada em Crodamol). A liberação na amostra de Crodamol foi controlada pela erosão, enquanto para microemulsão ocorreram mecanismos combinados (difusão e erosão). O quarto sistema avaliado foi nanopartículas lipídicas sólidas (NLS), preparadas pelo método de emulsificação-ultrassom a partir de lipídeos sólidos (ácido láurico, ácido esteárico e monoestearato de glicerila - MEG) e líquido (Crodamol GTCC®). As formulações que apresentaram melhor estabilidade e potencial para incorporação de fármaco foram ácido esteárico/Crodamol e MEG/Crodamol, ambas com teores lipídicos de 1 e 2,5%. Essas formulações apresentaram tamanho de partícula entre 140 360 nm. O limite de incorporação de P4 na mistura lipídica ficou entre 0,5 1,0 gP4.gLipídeo-1. As eficiências de encapsulação ficaram acima de 93%. As análises de FTIR indicaram que a formulação MEG/Crodamol pode favorecer a solubilização de P4 nas partículas se comparadas ao sistema ácido esteárico/Crodamol. Mudanças no tipo de lipídeo e relação P4/lipídeos produziram diferentes perfis de permeação em célula de difusão. Formulações com MEG/Crodamol e menor relação P4/lipídeo apresentaram perfis de liberação mais lentos. Neste caso, os coeficientes obtidos com a aplicação do modelo de Weibull foram correlacionados com mecanismo difusional de Fick.

Abstract: Progestogens have diverse applications in human and animal health, especially in fixed-time artificial insemination protocols (FTAI). Progesterone (P4) has advantages over progestins, however has low bioavailability when administered orally and is a hydrophobic compound of difficult solubilization in injectable formulations. Therefore, the aim of this work is to obtain, characterize and evaluate the incorporation of progesterone in polymeric nanoparticles (PMMA and P(MMA-co-AA)), microemulsion based on nonionic surfactants and solid lipid nanoparticles, in order to assist in the administration and sustained release of this compound. Initially, a UV spectrophotometric method was validated for P4 quantification in polymer nanoparticles. Assays demonstrated that the method is selective, precise, accurate and robust enough for P4 determination in PMMA particles. Then, was performed analysis of the synthesis and characterization of polymer nanoparticles, which were obtained by miniemulsion polymerization reactions of methyl methacrylate (MMA). Particles presented morphologies of nanospheres and nanocapsules, with average diameters between 150-300 nm. Was possible to incorporate up to 20 mgP4.glatex-1 maintaining stability and encapsulation efficiency above 60%. In the in vitro release tests with nanospheres, approximately 20% drug was instantly solubilized, possibly because was adsorbed on the surface layer of the particles. While in nanocapsules, only 2% was released instantaneously. Although the similar release profile, the assays demonstrated that nanocapsules have greater potential for drug retention. The second polymer system evaluated was pH-sensitive P(MMA-co-AA) particles, which were synthesized by the copolymerization of MMA and acrylic acid (AA) in miniemulsion. Particles had sizes between 200-300 nm when at pH < 4.25. Was verified that 54% of the acidic charges resulting from the ionization of P(MMA- co-AA) are on the particles surface. Encapsulation efficiency for samples with 20 mgP4.glatex-1 was approximately 60%. The in vitro release occurred more rapidly at pH 6 and 8 when compared to pH 3, due to the ionization of the carboxylic groups and swelling of the particles. Occurrence of swelling in the release process was confirmed with the application of the Weibull model, whose coefficients obtained are correlated with combined transport mechanisms (swelling/diffusion). Next step involved the obtaining and characterization of microemulsion with potential for P4 delivery. Microemulsion was prepared with polysorbate 80/1-butanol as surfactants and caprylic/caprylic acid triglycerides (Crodamol GTCC®) as the oil phase. By means of the phase diagram was identified the proportions between the components which formed microemulsion. Two formulations for progesterone tests were selected, which contain 45% and 10% water in the composition and allowed to incorporate 24.7 and 52.5 mgP4.gME-1, respectively. Microemulsions presented neutral pH, droplets smaller than 30 nm, Newtonian behavior and low viscosity (< 44,6 mPa.s). Under these aspects, they presented stability and potential for use in the P4 release. In the permeation tests in diffusion cell, the P4 release incorporated in microemulsion was slower when compared to the control (P4 solubilized in Crodamol). Release in the Crodamol sample was controlled by erosion, while for microemulsion combined mechanisms (diffusion and erosion) occur. The fourth system evaluated was solid lipid nanoparticles (NLS), prepared by the emulsification- ultrasound method from solid lipids (lauric acid, stearic acid, monostearate glyceryl - MEG) and liquid (Crodamol GTCC®). Formulations that showed the best stability and potential for drug incorporation were stearic acid/Crodamol and MEG/Crodamol, both with lipid contents of 1 and 2.5%. These formulations had a particle size between 140-360 nm. The limit of P4 incorporation into the lipid mixture was between 0.5-1.0 gP4.gLipid-1. Encapsulation efficiencies were above 93%. FTIR analyzes indicated that the MEG/Crodamol formulation may favor P4 solubilization in the particles compared to the stearic acid/Crodamol system. Changes in lipid type and P4/lipid ratio produced different permeation profiles in diffusion cell. Formulations with MEG/Crodamol and lower P4/lipid ratio had slower release profiles. In this case, coefficients obtained with the application of the Weibull model were correlated with Fick's diffusion mechanism