Development and characterization of benznidazole nano- and microparticles: A new tool for pediatric treatment of Chagas disease?

Benznidazole (BNZ) is the drug of choice for the treatment of Chagas disease in many countries. However, its low water solubility produces low and/or variable oral bioavailability. Thus, the aim of this work was to formulate micro- and nanoparticles based on Eudragit® RS PO and Eudragit® RL PO as a convenient approach to increase the dissolution rate of BNZ. The microparticles were obtained by means of spray-drying process while the nanoparticles were prepared through the nanoprecipitation technique and further freeze-drying. The results indicated that nanoparticles were obtained in 86% yield while microparticles were obtained in 68% yield. In both cases, the encapsulation efficiency of particles was greater than 78% while drug loading capacity was nearly 24% w/w and 18% w/w, after spray-drying and freeze-drying procedures, respectively. Images of scanning electron microscopy showed that the particles obtained by spray-drying and freeze-drying were in the micrometer and nanometer scale, respectively. FT-IR spectra of BNZ-loaded particles obtained by both methods showed characteristic bands of BNZ confirming that part of drug remained on their surface. Thermal analysis revealed that the drug crystallinity after both methods decreased. Physical stability evaluation of the nanoparticles confirmed that Pluronic® F68 was suitable to keep the particles size in a range of 300 nm after 70 days storage at 4 ± 2 °C. In-vitro release studies showed increased dissolution rate of drug from the particles obtained by both methods respect to untreated BNZ. The kinetics of drug release in acid media followed the Higuchi kinetics indicating drug diffusion mechanism from particles.Fil: Seremeta, Katia Pamela. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Nordeste; Argentina. Universidad Nacional del Chaco Austral. Departamento de Ciencias Básicas y Aplicadas; ArgentinaFil: Arrua, Eva Carolina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Química Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Química Rosario; ArgentinaFil: Okulik, Nora Beatriz. Universidad Nacional del Chaco Austral. Departamento de Ciencias Básicas y Aplicadas; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Nordeste; ArgentinaFil: Salomon, Claudio Javier. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Química Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Química Rosario; Argentin

Nanocarriers for effective delivery of benznidazole and nifurtimox in the treatment of chagas disease: A review

Neglected tropical diseases (NTDs) constitute a group of infectious diseases prevalent in countries with tropical and subtropical climate that affect the poorest individuals and produce high chronic disability associated with serious problems for the health system and socioeconomic development. Chagas disease or American trypanosomiasis is included on the NTDs list. However, even though this disease affects more than 10 million people, mostly in Latin America, causing the death of over 10,000 people every year, only two drugs are approved for its treatment, benznidazole and nifurtimox. These antiparasitic agents were developed almost half a century ago and present several biopharmaceutical disadvantages such as low aqueous solubility and permeability limiting their bioavailability. In addition, both therapeutic agents are available only as tablets and a liquid pediatric formulation is still lacking. Therefore, novel pharmaceutical strategies to optimize the pharmacotherapy of Chagas disease are urgently required. In this regard, nanotechnological approaches may be a crucial alternative for the delivery of both drugs ensuring an effective pharmacotherapy although the successful bench-to-bedside translation remains a major challenge. The present work reviews in detail the formulation and in-vitro/in-vivo analysis of different nanoformulations of nifurtimox and benznidazole in order to enhance their solubility, dissolution, bioavailability and trypanocidal activity.Fil: Arrua, Eva Carolina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Departamento de Farmacia; ArgentinaFil: Seremeta, Katia Pamela. Universidad Nacional del Chaco Austral; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Nordeste; ArgentinaFil: Bedogni, Giselle Rocio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Departamento de Farmacia; ArgentinaFil: Okulik, Nora Beatriz. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Nordeste; Argentina. Universidad Nacional del Chaco Austral; ArgentinaFil: Salomon, Claudio Javier. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Departamento de Farmacia; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentin

Promising Efficacy of Benznidazole Nanoparticles in Acute Trypanosoma cruzi Murine Model: In-Vitro and In-Vivo Studies

The aim of this study was to evaluate the effectiveness of benznidazole nanoparticles (BNZ-nps) on trypomastigote forms and on intracellular infection in mammalian cells and primary cardiac myocyte cells. Its effectiveness was also evaluated on acute Trypanosoma cruzi Nicaragua mice infection. Trypomastigotes from culture were treated with different concentrations of BNZ-nps to determine the drug concentration that lyses 50% of trypomastigotes (LC50). Infected mammalian cells were incubated with different concentrations of BNZ-nps to determine the percentage of amastigote inhibition. C3H/HeN mice with lethal acute infection were treated with 10, 25, and 50 mg/kg/day of BNZ-nps for 30 and 15 days to control the survival rate of animals. BNZ-nps having a mean particle size of 63.3 nm, a size distribution of 3.35, and a zeta potential of -18.30 were successfully prepared using poloxamer 188 as a stabilizer. BNZ-nps 25 and 50 μg/mL showed no significant differences in the percentage of inhibition of infected mammalian cells. Infected mice treated with BNZ-nps (50, 25, and 10 mg/kg/day) for 30 days and with BNZ-nps (50 and 25 mg/kg/day) for 15 days presented a 100% survival, whereas the animals treated with 10 mg/kg/day for 15 days of BNZ-nps showed a 70% survival rate. The results obtained demonstrate, for the first time, that benznidazole nanoparticles are a useful and attractive approach to treat Chagas disease in infected mice.Fil: Scalise, Maria Lujan. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Dirección Nacional de Instituto de Investigación. Administración Nacional de Laboratorio e Instituto de Salud “Dr. C. G. Malbrán”. Instituto Nacional de Parasitología "Dr. Mario Fatala Chaben”; ArgentinaFil: Arrua, Eva Carolina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Química Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Química Rosario; ArgentinaFil: Rial, Marcela Silvina. Dirección Nacional de Instituto de Investigación. Administración Nacional de Laboratorio e Instituto de Salud “Dr. C. G. Malbrán”. Instituto Nacional de Parasitología "Dr. Mario Fatala Chaben”; ArgentinaFil: Esteva, Mónica Inés. Dirección Nacional de Instituto de Investigación. Administración Nacional de Laboratorio e Instituto de Salud “Dr. C. G. Malbrán”. Instituto Nacional de Parasitología "Dr. Mario Fatala Chaben”; ArgentinaFil: Salomon, Claudio Javier. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Química Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Química Rosario; Argentina. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmaceuticas. Departamento de Farmacia; ArgentinaFil: Fichera, Laura Edith. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Dirección Nacional de Instituto de Investigación. Administración Nacional de Laboratorio e Instituto de Salud “Dr. C. G. Malbrán”. Instituto Nacional de Parasitología "Dr. Mario Fatala Chaben”; Argentin

Efficacy of continuous versus intermittent administration of nanoformulated benznidazole during the chronic phase of Trypanosoma cruzi Nicaragua infection in mice

Benznidazole and nifurtimox are effective drugs used to treat Chagas' disease; however, their administration in patients in the chronic phase of the disease is still limited, mainly due to their limited efficacy in the later chronic stage of the disease and to the adverse effects related to these drugs. To evaluate the effect of low doses of nanoformulated benznidazole using a chronic model of Trypanosoma cruzi Nicaragua infection in C57BL/6J mice. Methods: Nanoformulations were administered in two different schemes: one daily dose for 30 days or one dose every 7 days, 13 times. Results: Both treatment schemes showed promising outcomes, such as the elimination of parasitaemia, a reduction in the levels of T. cruzi-specific antibodies and a reduction in T. cruzi-specific IFN-γ-producing cells, as well as an improvement in electrocardiographic alterations and a reduction in inflammation and fibrosis in the heart compared with untreated T. cruzi-infected animals. These results were also compared with those from our previous work on benznidazole administration, which was shown to be effective in the same chronic model. Conclusions: In this experimental model, intermittently administered benznidazole nanoformulations were as effective as those administered continuously; however, the total dose administered in the intermittent scheme was lower, indicating a promising therapeutic approach to Chagas' disease.Fil: Rial, Marcela Silvina. Dirección Nacional de Instituto de Investigación. Administración Nacional de Laboratorio e Instituto de Salud “Dr. C. G. Malbrán”. Instituto Nacional de Parasitología "Dr. Mario Fatala Chaben”; ArgentinaFil: Arrua, Eva Carolina. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Departamento de Farmacia; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Natale, Maria Ailen. Dirección Nacional de Instituto de Investigación. Administración Nacional de Laboratorio e Instituto de Salud “Dr. C. G. Malbrán”. Instituto Nacional de Parasitología "Dr. Mario Fatala Chaben”; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Bua, Jacqueline Elena. Dirección Nacional de Instituto de Investigación. Administración Nacional de Laboratorio e Instituto de Salud “Dr. C. G. Malbrán”. Instituto Nacional de Parasitología "Dr. Mario Fatala Chaben”; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Esteva, Mónica Inés. Dirección Nacional de Instituto de Investigación. Administración Nacional de Laboratorio e Instituto de Salud “Dr. C. G. Malbrán”. Instituto Nacional de Parasitología "Dr. Mario Fatala Chaben”; ArgentinaFil: Prado, N. G.. Dirección Nacional de Instituto de Investigación. Administración Nacional de Laboratorio e Instituto de Salud “Dr. C. G. Malbrán”. Instituto Nacional de Parasitología "Dr. Mario Fatala Chaben”; ArgentinaFil: Laucella, Susana Adriana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Dirección Nacional de Instituto de Investigación. Administración Nacional de Laboratorio e Instituto de Salud “Dr. C. G. Malbrán”. Instituto Nacional de Parasitología "Dr. Mario Fatala Chaben”; ArgentinaFil: Salomon, Claudio Javier. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Departamento de Farmacia; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Fichera, Laura Edith. Dirección Nacional de Instituto de Investigación. Administración Nacional de Laboratorio e Instituto de Salud “Dr. C. G. Malbrán”. Instituto Nacional de Parasitología "Dr. Mario Fatala Chaben”; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentin

Diseño y evaluación in-vitro/in-vivo de sistemas poliméricos micro- y nanoparticulados de fármacos

El presente trabajo aborda la formulación y caracterización de diferentes sistemas micro- y nanoparticulados de glibenclamida, benznidazol, praziquantel y fenbendazol. Todos estos son fármacos empleados como antiparasitarios, pero al ser muy poco solubles en agua presentan una baja absorción y errática biodisponibilidad. Con el objetivo de mejorar la solubilidad y velocidad de disolución de glibenclamida, se formularon diferentes sistemas nanoparticulados. Se evaluó el uso de diversos biomateriales en la formulación de nanopartículas. Para esto fueron evaluados: Eudragit RLPO, P-188, P-407 y polietilenglicol 6000, empleando diferentes metodologías de agitación y secado posterior. También se formularon nanopartículas de glibenclamida conteniendo Eudragit RLPO, P-188, P-407 y polietilenglicoles de diferentes pesos moleculares. Finalmente, se llevó a cabo un diseño de experimentos para la preparación de dichas nanopartículas, seleccionando las mejores condiciones de formulación. Todos los sistemas formulados fueron luego caracterizados fisicoquímicamente e in-vitro. Estos sistemas nanoparticulados permitieron un aumento en la solubilidad acuosa de dicho fármaco de más de 6 veces. Los resultaron demostraron que la velocidad de disolución de glibenclamida en todas las muestras fue superior a la del fármaco sin tratar. Tanto las metodologías de agitación como el tipo de secado aplicados en este estudio dieron como resultado la obtención de nanopartículas con diferentes características fisicoquímicas. A partir de todas las muestras que fueron secadas por liofilizado se obtuvieron partículas submicrómicas, con tamaños desde 49 a 394 nm, mientras que cuando el secado fue llevado a cabo en estufa las partículas exhibieron un tamaño micrométrico. En relación a la influencia del peso molecular del polietilenglicol, se demostró que el incremento del mismo dió como resultado la formación de nanopartículas de menor tamaño, y que a su vez aumentaba la solubilidad acuosa del fármaco. Además, el incremento del peso molecular del polietilenglicol se correlacionó de manera directamente proporcional con la velocidad de disolución de las correspondientes nanopartículas. Se observó que estos sistemas no interaccionaban significativamente con las proteínas del mucus y los ensayos de viabilidad celular indicaron que los mismos no presentaron citotoxicidad sobre células Caco-2. Finalmente se llevó a cabo un diseño de experimentos para optimizar la formulación de nanopartículas. En base a los resultados obtenidos previamente se implementaron dos etapas (screening y la fase de optimización). Las nanopartículas optimizadas de glibenclamida fueron preparadas empleando 400 mg de P-188, 8 mg de P-407, 200 mg de Eudragit RLPO e igual cantidad de polietilenglicol 6000, y agitación magnética. Este sistema, que brindó la mayor deseabilidad (0,83), alcanzó un rendimiento del 84 %, la eficacia de encapsulación fue del 94 %, el tamaño de partícula de 155 nm y una solubilidad acuosa del fármaco de 151,32 μg/ml. Por otro lado, se prepararon nanopartículas de benznidazol y poloxámero P-188, formuladas mediante un método de diseño con posterior optimización de experimentos. Estos sistemas fueron caracterizados in-vitro y se comprobó la eficacia antiparasitaria invivo en ratones. Además fueron formuladas nanocápsulas lipídicas de benznidazol mediante el método de inversión de fase, variando las cantidades de los mismos componentes con el objetivo de obtener sistemas con características diferentes. Finalmente se optimizó la cantidad y el tipo de aceite empleado para el desarrollo de los sistemas. Todas las nanocápsulas fueron caracterizadas in-vitro. En este trabajo se demostró que las condiciones para llevar a cabo la preparación de los nanosistemas de benznidazol y poloxámero P-188 fueron significativamente críticas en las características finales obtenidas. El tamaño de partícula se redujo, mientras que la cantidad de benznidazol nanocristalizado y la solubilidad acuosa del fármaco se incrementaron mediante el procedimiento de optimización. Las condiciones óptimas para la preparación de nanopartículas incluyeron el uso de una solución de benznidazol de 26 mg/ml, de 15 mg/ml de P-188 y el 30% de fase orgánica. Tanto la temperatura de cristalización como la velocidad de agitación no pudieron ser modeladas como factores significativos sobre las respuestas estudiadas. En las condiciones de deseabilidad (0,99), el 98 % de benznidazol fue nanocristalizado, el tamaño de partícula fue de 48 nm y la solubilidad acuosa de benznidazol de 3,75 mg/ml. Finalmente, este sistema optimizado se caracterizó in-vitro, demostrando un aumento significativo de la permeabilidad aparente de benznidazol. También se demostró que las nanopartículas de benznidazol formuladas a través de este proceso de optimización exhiben un notable efecto en la inhibición del crecimiento amastigotes de Trypanosoma cruzi en miocitos cardiacos primarios. Los ensayos in-vivo indicaron que todos los ratones sobrevivieron a la infección aguda con 15 dosis de 25 o 50 mg/kg/día de nanopartículas de benznidazol durante el ensayo. Estos hallazgos llevaron a la conclusión de que el tratamiento con nanopartículas de benznidazol es un enfoque muy conveniente, en diferentes dosis, para tratar con éxito la enfermedad de Chagas en un modelo experimental de infección aguda por Trypanosoma cruzi. Adicionalmente, estos sistemas se podrían dosificar en suspensiones acuosas para ser administrados a neonatos y niños, quienes hasta la actualidad no poseen medicación adecuada a su edad. También se formularon nanocápsulas lipídicas de benznidazol de diferentes tamaño, las que fueron caracterizadas fisicoquímicamente e in-vitro, demostrando no interaccionar con las proteínas del mucus y no generar cambios significativos en la activación del sistema del complemento. Además mantuvieron una alta sobrevida celular luego de 24 y 48 horas de tratamiento. Estos sistemas permitieron aumentar la permeabilidad aparente de fármaco hasta 10 veces, siendo controladas durante este proceso la integridad de la monocapa y la captación de las nanocápsulas lipídicas. En este sentido, se concluye que este tipo de nanocápsulas de BNZ representan una alternativa atractiva para el tratamiento de la enfermedad de Chagas. Por otro lado, ya que pueden obtenerse como una suspensión estable en medios acuosos, las nanocápsulas lipídicas podrían facilitar la administración de benznidazol en neonatos y niños. Por medio del procedimiento de nanocristalización controlada se formularon nanopartículas de praziquantel empleando P-188 y P-407 y alcohol poli(vinílico) como polímeros transportadores. El método de cristalización controlada se llevó a cabo empleando dos tipos de agitación: magnética (300 rpm) y homogeneizador (7000 rpm). Estos sistemas fueron evaluados in-vivo sobre el metabolismo de cisticercos de Taenia crassiceps en modelo animal. Por otro lado, se desarrollaron nanocápsulas lipídicas de praziquantel en base al método de inversión. Las mismas fueron caracterizadas fisicoquímicamente e in-vitro, y se evaluó su efecto frente a gusanos Schistosoma mansoni. Las nanopartículas de praziquantel preparadas con distintas proporciones de P-188, P- 407 y alcohol poli(vinílico), lograron un incremento en la solubilidad de praziquantel de hasta 19 veces con respecto a la solubilidad del fármaco de partida. La velocidad de disolución del fármaco se incrementó notablemente al estar nanoformulado. Esto podría deberse a que, como fue demostrado por ensayos de calorimetría diferencial de barrido y difracción de rayos X, las nanopartículas formuladas con alcohol poli(vinílico) reducen la cristalinidad del fármaco en una proporción mayor que los poloxámeros. Estas nanoformulaciones de praziquantel modificaron de manera considerable el metabolismo de cisticercos de Taenia crassiceps en modelo animal. También se formularon nanocápsulas lipídicas cargadas con praziquantel mediante el método de inversión de fase. Los resultados indicaron que las nanocápsulas sin fármaco y las de praziquantel exhiben un tamaño similar y cercano a 50 nm. El índice de polidispersidad en ambos casos fue menor o igual a 0,06, lo que sugiere una distribución de tamaño homogénea. Se observó una activación del sistema del complemento para las nanocápsulas lipídicas de praziquantel similar a la de las nanocápsulas sin fármacos, lo que podría indicar la presencia del fármaco en el interior de las cápsulas. La sobrevida de las células en presencia de las cápsulas (con y sin praziquantel) fue elevada tanto para el tratamiento de 24 como el de 48 horas. Se demostró actividad contra gusanos Schistosoma mansoni para las nanocápsulas de praziquantel mediante ensayos in-vitro. En este sentido, las nanocápsulas lipídicas cargadas con praziquantel representan una importante alternativa para una distribución eficiente de dicho agente antiparasitario. Por último, se formularon sistemas de fenbendazol. Se llevó a cabo un diseño de experimentos y su optimización para formular micropartículas de fenbendazol y alcohol poli(vinílico) empleando el secado por aspersión. Las partículas obtenidas fueron luego caracterizadas para comprobar la eficacia del diseño. Además se desarrollaron y caracterizaron nanocápsulas lipídicas y se evaluó su actividad antiparasitaria in-vitro frente a Echinococcus multilocularis. Se demostró que las condiciones en las que se lleva a cabo la preparación de micropartículas, empleando secado por aspersión influyen significativamente en las características finales de las mismas. Los sistemas microparticulados de fenbendazol presentaron buenos rendimientos, alta carga del fármaco en los sistemas y un incremento en la solubilidad acuosa del fenbendazol. La formulación de las micropartículas optimizadas se realizó a partir de 0,5 g de alcohol poli(vinílico), 50 ml de solución de Sipernat® (0,75 % p/v) y los parámetros de secado utilizados fueron con la bomba del aspersor en 12 % y la temperatura de entrada al sistema de secado en 131 ºC. El sistema con mayor deseabilidad (0,814) permitió obtener un rendimiento del 78 %, el porcentaje de fenbendazol en el sólido fue de 189 μg/mg de sólido y la solubilidad de fenbendazol en dicha formulación de 143,68 μg/ml. El análisis por medio de microscopía electrónica de barrido, calorimetría diferencial de barrido y difracción de rayos X confirmó la obtención de micropartículas esféricas regulares, en las cuales el fenbendazol presenta transiciones del estado cristalino al amorfo. Además, se demostró que el empleo de estas micropartículas de fenbendazol optimizadas permite el aumento significativo de la velocidad de disolución del fármaco. La incorporación de fenbendazol en nanocápsulas lipídicas fue llevada a cabo a partir del método de inversión de fase y las cápsulas obtenidas presentaron un tamaño relativamente homogéneo de 48 nm. Las nanocápsulas fueron estudiadas por microscopía electrónica de transmisión, observándose sistemas de estructura lisa y homogénea dónde se pudo confirmar la homogeneidad del tamaño de partícula. La eficiencia de encapsulación fue mayor al 89 %. Las nanocápsulas lipídicas mostraron no interaccionar con las proteínas del mucus, así como una baja influencia sobre la activación del sistema del complemento. Además fue evaluada su eficacia antiparasitaria in-vitro sobre Echinococcus multilocularis, llevando a cabo los ensayos de la enzima fosfoglucosa isomerasa y Alamar Blue. Se observa una mejora significativa en la actividad in-vitro contra el parásito de Echinococcus multilocularis cuando nanocápsulas lipídicas cargadas con fenbendazol fueron empleadas.Fil: Arrua, Eva Carolina. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacúticas. Departamento Farmacia. Área Técnica Farmacéutica. Instituto de Química de Rosario (IQUIR-CONICET); Argentina

Elucidating the guest-host interactions and complex formation of praziquantel and cyclodextrin derivatives by 13C and 15N solid-state NMR spectroscopy

Praziquantel is the drug of choice to treat several parasitic infections including the neglected tropical disease schistosomiasis. Due to its low aqueous solubility, cyclodextrins have been tested as potential host candidates to prepare praziquantel inclusion complexes with improved solubility. For the first time, the interactions of praziquantel with β-cyclodextrin and β-cyclodextrin derivatives (methyl-β-cyclodextrin and hydroxypropyl-β-cyclodextrin) were investigated using high resolution solid-state NMR spectroscopy. The results of this work confirmed that solid-state NMR experiments provided structural characterization, demonstrating the formation of inclusion complexes most probably with PZQ adopting an anti conformation, also the most likely in amorphous raw PZQ. Further information on the interaction of praziquantel with methyl-β-cyclodextrin was obtained from proton rotating-frame relaxation time measurements, sensitive to kilohertz-regime motions but modulated by spin-diffusion. Evidences were presented in all cases for praziquantel complexation through the aromatic ring. In addition, 1:2 drug:carrier molar ratio appears to be the most probable and therefore suitable stoichiometry to improve pharmaceutical formulations of this antischistosomal drug.Fil: Arrua, Eva Carolina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Química Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Química Rosario; Argentina. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas; ArgentinaFil: Ferreira, M.João G.. Universidade de Lisboa; PortugalFil: Salomon, Claudio Javier. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Química Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Química Rosario; Argentina. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas; ArgentinaFil: Nunes, Teresa G.. Universidade de Lisboa; Portuga

In vivo treatment of experimental neurocysticercosis with praziquantel nanosuspensions- a metabolic approach

Neurocysticercosis is the most common parasitic infection of the nervous system and currently represents a serious public health issue in many regions of Latin America, Asia, and Africa. To date, praziquantel is one of the chosen drugs for the treatment of neurocysticercosis. Its mechanism of action is based on the inhibition of different biochemical pathways within the parasite which contribute to its death. Thus, the aim of this work was to analyze, for the first time, whether the nanoformulations of praziquantel would modify the energetic pathway of Taenia crassiceps cysticerci, after an intracranial inoculation in BALB/c mice. Praziquantel nanosuspensions were formulated with polyvinyl alcohol, poloxamer 188, and poloxamer 407, as stabilizers. These formulations exhibited particle size in a range of 74–285 nm and zeta potential values in a range of − 8.1/− 13.2 depending on the type of stabilizer. Physical stability study at both 4 ± 2 and 25 ± 2 °C indicated that praziquantel (PZQ) nanoparticles were stable in terms of solubility and particle size after 120-day storage. In vivo studies demonstrated that those nanosystems were able to produce significant modifications on the concentrations of oxaloacetate, citrate, pyruvate, alpha-ketoglutarate, malate, succinate, lactate, beta-hydroxybutyrate, fumarate, and propionate involved in the metabolism of Taenia crassiceps cysticerci. Therefore, these nanoformulations may be considered as a promising tool to deliver praziquantel to the brain for the effective management of neurocysticercosis.Fil: Silva, Luciana Damacena. Universidade Federal de Goiás; BrasilFil: Lima, Nayana Ferreira. Universidade Federal de Goiás; BrasilFil: Arrua, Eva Carolina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Química Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Química Rosario; ArgentinaFil: Salomon, Claudio Javier. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Química Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Química Rosario; ArgentinaFil: Vinaud, Marina Clare. Universidade Federal de Goiás; Brasi

Elucidating the complexation of nifurtimox with cyclodextrins

Chagas disease or American Trypanosomiasis, caused by the parasite Trypanosoma cruzi, is an endemic neglected infection found in 21 countries across Latin America. To date, nifurtimox is one of the only two drugs approved to treat Chagas disease but exhibits serious concerns related to its low aqueous solubility and erratic bioavailability. Thus, the aim of this work was to evaluate whether the formation of complexes with βcyclodextrin and sulfobutylether-β-cyclodextrin would improve drug solubility and dissolution rate. Drug-cyclodextrin interactions in solid-state were analyzed by differential scanning calorimetry, X-ray diffractometry, infrared spectroscopy, and nuclear magnetic resonance. The systems were characterized in solution by means of phase solubility, dissolution, and kinetic studies. Phase solubility study showed an AL-type diagram indicating the formation of inclusion complex in a 1:1 M ratio. The drug dissolution rate from sulfobutylether-β-cyclodextrin complexes was faster than that of the β-cyclodextrin complexes. The modification of the endothermic peak of nifurtimox revealed the presence of interactions between the drug and CDs. The crystalline character of the drug was greatly diminished after complexation with sulfobutylether-β-cyclodextrin. Microscopy evaluation revealed the formation of new structures of the solid particles, which suggest strong interactions between the drug and the carriers. The 1H and 13C nuclear magnetic resonance confirmed that the drug was included in the carriers. The selected nifurtimox complex stored at 25 °C and 40 °C during 6 months showed a remarkable stability in terms of drug dissolution and crystallinity.Fil: Bedogni, Giselle Rocio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Química Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Química Rosario; ArgentinaFil: Arrua, Eva Carolina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro de Investigación y Desarrollo en Materiales Avanzados y Almacenamiento de Energía de Jujuy - Universidad Nacional de Jujuy. Centro de Investigación y Desarrollo en Materiales Avanzados y Almacenamiento de Energía de Jujuy - Gobierno de la Provincia de Jujuy. Centro de Investigación y Desarrollo en Materiales Avanzados y Almacenamiento de Energía de Jujuy; ArgentinaFil: Seremeta, Katia Pamela. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional del Chaco Austral. Departamento de Ciencias Básicas y Aplicadas; ArgentinaFil: Okulik, Nora Beatriz. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional del Chaco Austral. Departamento de Ciencias Básicas y Aplicadas; ArgentinaFil: Salomon, Claudio Javier. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Química Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Química Rosario; Argentina. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Departamento de Farmacia; Argentin

Improving the oral delivery of benznidazole nanoparticles by optimizing the formulation parameters through a design of experiment and optimization strategy

Chagas disease is a neglected tropical disease affecting the American continent and also some regions of Europe. Benznidazole, approved by FDA, is a drug of choice but its poor aqueous solubility may lead to a low bioavailability and efficacy. Therefore, the aim of this study was to formulate nanoparticles of benznidazole for improving its solubility, dissolution and permeability. A Plackett–Burman design was applied to identify the effect of 5 factors over 4 responses. Then, a Central Composite design was applied to estimate the values of the most important factors leading to the best compromise between highest nanoprecipitation efficiency, drug solubility and lower particle size. The optimized nanoparticles were evaluated for in vitro drug release in biorelevant media, stability studies and transmission electron microscopy. Biocompatibility and permeability of nanoparticles were evaluated on the Caco-2 cell line. The findings of the optimization process indicated that concentration of drug and stabilizer influenced significantly the particle size while concentration of stabilizer and organic/water phase volume ratio mainly influenced the drug solubility. Stability studies suggested that benznidazole nanoparticles were stable after 12 months at different temperatures. Minimal interactions of those nanoparticles and mucin glycoproteins suggested favorable properties to address the intestinal mucus barrier. Cell viability studies confirmed the safety profile of the optimized formulation and showed an increased permeation through the Caco-2 cells. Thus, this study confirmed the suitability of the design of experiment and optimization approach to elucidate critical parameters influencing the quality of benznidazole nanoparticles, which could lead to a more efficient management of Chagas disease by oral route.Fil: Arrua, Eva Carolina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Química Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Química Rosario; ArgentinaFil: Hartwig, Olga. Helmholtz Centre for Infection Research; AlemaniaFil: Loretz, Brigitta. Helmholtz Centre for Infection Research; AlemaniaFil: Goicoechea, Hector Casimiro. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Bioquímica y Ciencias Biológicas. Laboratorio de Desarrollo Analítico y Quimiometría; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe; ArgentinaFil: Murgia, Xabier. Helmholtz Centre for Infection Research; AlemaniaFil: Lehr, Claus Michael. Helmholtz Centre for Infection Research; Alemania. Universitat Saarland; AlemaniaFil: Salomon, Claudio Javier. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Química Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Química Rosario; Argentin

Surfactant-Free Glibenclamide Nanoparticles: Formulation, Characterization and Evaluation of Interactions with Biological Barriers

Purpose: The aim of this work was to formulate and characterize surfactant-free glibenclamide nanoparticles using Eudragit RLPO and polyethylene glycol as sole stabilizer. Methods: Glibenclamide nanoparticles were obtained by nanoprecipitation and evaluated in terms of drug content, encapsulation efficiency, apparent saturation solubility, drug release profile, solid state and storage stability. The influence of different stirring speed on the particle size, size distribution and zeta potential of the nanoparticles was investigated. The nanoparticle biocompatibility and permeability were analyzed in vitro on Caco-2 cell line (clone HTB-37) and its interaction with mucin was also investigated. Results: It was found that increasing the molecular weight of polyethylene glycol from 400 to 6000 decreased drug encapsulation, whereas the aqueous solubility and dissolution rate of the drug increased. Particle size of the nanoformulations, with and without polyethylene glycol, were between 140 and 460 nm. Stability studies confirmed that glibenclamide nanoparticles were stable, in terms of particle size, after 120 days at 4°C. In vitro studies indicated minimal interactions of glibenclamide nanoparticles and mucin glycoproteins suggesting favorable properties to address the intestinal mucus barrier. Cell viability studies confirmed the safety profile of these nanoparticles and showed an increased permeation through epithelial cells. Conclusion: Taking into consideration these findings, polyethylene glycol is a useful polymer for stabilizing these surfactant-free glibenclamide nanoparticles and represent a promising alternative to improve the treatment of non-insulin dependent diabetes.Fil: Arrua, Eva Carolina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Química Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Química Rosario; ArgentinaFil: Hartwig, Olga. Universitat Bremen; AlemaniaFil: Ho, Duy-Khiet. Universitat Bremen; AlemaniaFil: Loretz, Brigitta. Universitat Bremen; AlemaniaFil: Murgia, Xabier. Universitat Bremen; AlemaniaFil: Salomon, Claudio Javier. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Química Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Química Rosario; ArgentinaFil: Lehr, Claus Michael. Universitat Bremen; Alemani