Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10316/26493
Title: Pharmaceutical development of local anesthetics formulations for topical administration
Authors: Teixeira, Raquel da Silva 
Orientador: Veiga, Francisco
Oliveira, Rita
Issue Date: 24-Apr-2015
Citation: TEIXEIRA, Raquel da Silva - Pharmaceutical development of local anesthetics formulations for topical administration. Coimbra : [s.n.], 2015. Tese de doutoramento. Disponível na WWW: http://hdl.handle.net/10316/26493
Abstract: Em termos gerais, os trabalhos desenvolvidos nesta tese tiveram como principal objectivo o desenvolvimento de formulações anestésicas semi-sólidas de aplicação tópica que visam alcançar de um modo rápido e sustentado a analgesia. Para o efeito farmacológico pretendido foram utilizados dois tipos de anestésicos locais, um de acção rápida, a tetracaina e outro de acção farmacológica prolongada, a ropivacaina. A eficácia clínica de um fármaco aplicado por via tópica depende da sua capacidade de ultrapassar o stratum corneum, a camada mais exterior da epiderme e reconhecidamente a sua principal barreira. No capítulo 1 é feita uma introdução pormenorizada do tema que é desenvolvido nos capítulos seguintes. Os capítulos 2, 3, 4 e 5 abordam em pormenor o desenvolvimento e caracterização de sistemas e estratégias específicas com o objectivo de melhorar a eficiência da permeação dos dois anestésicos locais através da pele. As conclusões gerais são apresentadas no capítulo 6. O trabalho apresentado no capítulo 2 teve como objectivo a maximização da solubilidade da tetracaína em formulações aquosas. Duas ciclodextrinas hidrófilicas e ionizáveis (β-CD e HP-β-CD) foram utilizadas com o objectivo de promover o aumento da solubilidade em meio aquoso, estabilidade e biodisponibilidade. No âmbito deste trabalho foram realizados estudos de solubilidade, de microscopia de fluorescência, de ressonância magnética nuclear, estudos de libertação in vitro e de cinética e calculadas as constantes de estabilidade. Os resultados obtidos permitiram determinar a quantidade ideal de ciclodextrina para solubilizar a tetracaina sem comprometer a sua libertação a partir das formulações. Os capítulos 3 e 4 descrevem detalhadamente a avaliação em termos de eficácia e de toxicidade, de um conjunto de tensioactivos “gemini” derivados de aminoácidos (lisina e serina, respectivamente) promotores químicos da permeação dos fármacos através pele. O efeito destes compostos como promotores da absorção transdérmica, foi investigado através de ensaios de permeação in vitro, em células de difusão vertical de Franz, através de pele de leitão. Estudos de dinâmica molecular permitiram obter uma visão mecanicista e elucidar a acção destas moléculas sobre membranas lipídicas. No capitulo 3, o objecto de estudo foram tensioactivos “gemini” neutros e carregados negativamente, derivados do aminoácido lisina, com cadeias alquílicas de diferentes comprimentos (dez, 10Lys10; doze, 12Lys12; catorze, 14Lys14 e dezasseis, 16Lys16átomos de carbono. No capitulo 4 foram avaliados tensioactivos “gemini” neutros e carregados positivamente, derivados do aminoácido serina e com variações estruturais impostas no comprimento da cadeia e do espaçador ((10Ser)2N5 (12Ser)2N5 (14Ser)2N5 (12Ser)2N10). Os resultados obtidos demonstraram que ambas as classes de compostos foram eficazes e capazes de aumentar significativamente a entrega transdérmica dos fármacos, especialmente no caso da ropivacaína HCl, que por ser um fármaco hidrofílico, atravessa a pele em pequena extensão. Adicionalmente foram efectuados estudos de microscopia óptica e electrónica de varrimento para averiguar a integridade da pele utilizada após a sua utilização nos ensaios de permeação e potenciais efeitos tóxicos causados pelos promotores de absorção e metodologia utilizada. Ambas as técnicas demonstram a inexistência de alterações significativas do ponto de vista morfológico e estrutural. Foram também realizados estudos de citotoxicidade em linhas celulares de queratinócitos da epiderme humana, que permitiram estabelecer perfis de toxicidade relativa para os diferentes promotores. Estes resultados deram indicações positivas quanto à utilização segura destes compostos como promotores da absorção em formulações para administração tópica. Posteriormente foi realizado um estudo de farmacodinâmica recorrendo ao teste tail-flicker que mede a redução da sensibilidade ao aumento da temperatura, para avaliar a biodisponibilidade in vivo das formulações optimizadas comparando com uma formulação de mercado (Ametop®). O capítulo 5 visa o desenvolvimento de uma formulação lipossomal como estratégia para promover a permeação conjunta dos dois anestésicos locais aumentando a sua biodisponibilidade e prolongando o seu efeito terapêutico. Os lipossomas foram preparados recorrendo a diversos lípidos (fosfatidilcolina, colesterol) e o método de preparação foi a evaporação em camada fina (ECF). Alguns liposomas foram modificados (transferossomas) com a adição de tensioactivos gemini (capítulos 3 e 4) criteriosamente escolhidos de modo a torná-los mais flexíveis e por consequente aumentar os perfis de permeação. Os lipossomas foram caracterizados relativamente ao tamanho, índice de polidispersividade, potencial zeta e eficiência de encapsulação. Foram realizados estudos in vitro de permeação dos fármacos presentes nas formulações desenvolvidas, assim como a avaliação da sua biodisponibilidade in vivo. O capítulo 6 conjuga os principais resultados deste trabalho. Por um lado as potencialidades resultantes da complexação de fármacos com ciclodextrinas e por outro, o papel potenciador dos promotores químicos de permeação e dos liposssomas no desempenho das formulações semi-sólidas de aplicação tópica com acção anestésica local rápida e sustentada no tempo.
The work presented in this thesis reports the development of semi-solid anesthetics formulations, for topical application. Two different drugs were used: tetracaine and ropivacaine hydrochloride, an anesthetic with a fast and a slow onset of action, respectively. The efficacy of a drug applied topically depends on its ability to cross the stratum corneum, the outermost layer of the skin, and reputedly its main barrier. A detailed introduction to the work is presented on Chapter 1. Chapters 2, 3, 4 and 5 report in detail the development and characterization of systems and strategies with the purpose of improving the permeation of the two local anesthetics mentioned above. Chapter 6 describes the in vivo studies of TC and RPC loaded hydrogels and liposomal formulations optimized in the previous Chapters using the tail-flick test. The overall conclusions are summarized in Chapter 7. The work presented in Chapter 2 focused on strategies to improve the solubility of tetracaine in aqueous formulations. Two different hydrophilic and ionizable cyclodextrins (β-CD e HP-β-CD) were used to improve tetracaine solubility, stability and bioavailability in aqueous environment. A wide set of solubility studies, fluorescence microscopy, nuclear magnetic resonance, in vitro release studies and kinetic studies were performed in order to gain new insights about the system. The results allowed the determination of the ideal concentration of cyclodextrin needed to solubilize the desired amount of tetracaine without compromising its release from the drug-loaded formulations. Chapters 3 and 4 report in detail the evaluation of several aminoacids-based surfactants (lysine and serine, respectively) as chemical permeation enhancers for drugs delivered topically. The effects of these compounds were assessed by means of in vitro permeation studies, in Franz diffusion cells, across newborn porcine skin. The toxicity of the compounds and the morphological changes in the skin structure were also evaluated. Complementary molecular dynamic studies were carried out to obtain a mechanistic vision and to provide understanding on the mechanism of action of these molecules on lipid membranes. In Chapter 3, the compounds evaluated were neutral and negatively charged surfactants, derived from the aminoacid lysine, with different alkyl chain lengths tails (10Lys10; 12Lys12; 14Lys14 and 16Lys16). In Chapter 4 the compounds under study were neutral and positively charged gemini surfactants, derived from the aminoacid serine, with structural differences both in the nature of the hydrophobic tails and spacer (10Ser)2N5 (12Ser)2N5 (14Ser)2N5 (12Ser)2N10). The results obtained show that these class of compounds were able to increase the permeation of both drugs, especially in the case of the hydrophilic drug ropivacaine hydrochloride. Optical microscopy and scanning electron microscopy studies showed that the use of this compounds and methodology did not determine major morphological changes in the skin structure. Cytotoxicity studies in human epidermal keratinocytes cell lines were performed to establish the relative toxicity of the compounds. The results obtained gave a positive indication about their future use in formulations to be applied topically. Chapter 5 addresses the development of a liposome-based formulation as a strategy to improve the permeation across the skin, simultaneously, of two local anesthetics, aiming a sustained and prolonged therapeutic effect. Liposomes were prepared using various lipids, namely phosphatidylcholine and cholesterol, following thin layer evaporation methodology. In order to improve its properties and consequently, seeking to obtain higher drug permeation, some liposomes were modified by adding aminoacid-based surfactants previously optimized in Chapter 3 and Chapter 4. Liposomes were characterized for size, polydispersivity index, zeta potential and encapsulation efficiency. In vitro permeation studies across newborn pig skin were carried out from drug-loaded liposome formulations. Additionally in Chapter 6, tail-flick test in Wistar rats was performed to determine the in vivo efficacy of the selected formulations, either hydrogels or liposomes compared with a commercially available formulation (Ametop®). Chapter 7 compiles the most significant conclusions of the work presented in this dissertation.
Description: Tese de doutoramento em Farmácia, no ramo de Tecnologia Farmacêutica, apresentada à Faculdade de Farmácia da Universidade de Coimbra
URI: http://hdl.handle.net/10316/26493
Rights: embargoedAccess
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