Pharmaceutical topical dosage forms as carriers for glucocorticoids

Tese de doutoramento, Farmácia (Tecnologia Farmacêutica), Universidade de Lisboa, Faculdade de Farmácia, 2013With rapid developments in materials science, pharmaceutics and biotechnology, new systems have emerged for topical glucocorticoids delivery. Despite being a mature class of drugs, they are still the most frequently prescribed drugs by dermatologists, explaining the interest on this field. Over the years, research has focused on strategies to optimize the potency of steroids while minimizing adverse effects. Mometasone furoate (MF) is a synthetic, lipophilic, 16 alpha methyl analogue of beclomethasone, classified as class III (European Classification).The development of simple formulations for MF delivery, easily scaled-up to industry, produced by methods that can allow the decrease of production costs, will be the rational beyond this project. Emulsions suitable for cold process emulsification were developed and optimized. Four formulations were created differing on the co-emulsifier used (PEG-20 glyceryl laurate and polyglyceryl-4-isostearate) and the glycol (2-methyl-2,4-pentanediol and ethoxydiglycol). Formulation design coupled with structure analysis allowed the selection of the most stable emulsions, emulsions containing PEG-20 glyceryl laurate. In vitro permeation studies demonstrated that these emulsions, containing MF (0.1 % w/w), were responsible for a increased on the permeability coefficients of MF. The in vivo studies showed that, the topical application of the formulation would assure, at least, the same efficacy compared with the commercial cream. Additionally, it was demonstrated that the selected emulsion (PEG-20 glyceryl laurate with 2-methyl-2,4-pentanediol) is physical, chemical and microbiological stable during 12 months. In vitro and in vivo studies showed that the placebo (emulsion without MF) was not skin-irritant and it was demonstrated to contribute to restore the skin barrier by increasing the amount of lipids within the skin. Finally, the cold process allowed a total production savings of more than 17% when compared to the traditional hot process and preliminary scale-up studies suggest that the risk associated to the scale-up is minor.Emulsões e dispersões semi sólidas e fluidas são largamente usadas em produtos farmacêuticos para a veiculação tópica de fármacos. Para terem atividade terapêutica, os fármacos têm que penetrar na pele, o que consiste no transporte de uma substância para uma determinada camada da pele. A maior parte dos fármacos não consegue permear a pele, pelo que é necessário um veículo para os transportar ou para aumentar a libertação no local de ação. Os glucocorticóides tópicos (GT) são os fármacos mais frequentemente prescritos por dermatologistas. A sua eficácia clínica no tratamento da psoríase e de dermatites está relacionada com os seus efeitos vasoconstrictores, anti-inflamatórios, imuno supressores e antiprofliferativos. As células alvo para os GT são principalmente os queratinócitos (maioritariamente localizados na epiderme) e os fibroblastos (maioritarimanete localizados na derme). Os efeitos adversos observados para os GT são devidos à ação destes nos fibroblastos. Assim, se a permeação for direcionada para as camadas mais superficiais da pele em detrimento das camadas mais profundas, os efeitos colaterais podem ser diminuídos. O furoato de mometasona é um corticóide sintético, lipofílico e classificado como “potente”. Estudos in vitro demostraram que o furoato de mometasona está entre os mais potentes GT na inibição da produçaõ de citoquinas, libertação de histamina e de eosinófilos. Por outro lado a biodisponibilidade deste farmaco é muito baixa havendo assim uma minimização dos efeitos adversos. Ao longo dos últimos anos vários grupos científicos têm tentado optimizar a potência dos corticóides e minimizar os seus efeitos secundários. Várias tentativas têm sido feitas de forma a aumentar a segurança e eficácia dos GT, nomeadamente na aplicação de novos regimes de aplicação, o desenvolvimento de veículos baseados em nanotecnologias e na síntese de novos fármacos. Nesta dissertação foram revistas e avaliadas as estratégias mais recentes para a veiculação de GT aumentando a sua permeação e acumulação. Os veículos mais recentes incluem, partículas lipídicas, lipossomas, transferosomas, partículas poliméricas entre outros. Estas formulações são relativamente recentes e a indústria farmacêutica ainda não possui as metodologias adequadas para a sua produção. Para além disto, diversos desafios como armazenamento, manipulação e fabrico emergem aquando da avaliação da estabilidade, compatibilidade e transposição de escala destas novas tecnologias. A interface entre a ciência da formulação e a engenharia continuará a ser uma fronteira no desenvolvimento de novos produtos pois o ratio custo / benefício destas novas tecnologias é difícil de antecipar. No nosso entender, um desenvolvimento farmacêutico racional, que integre formulações simples e facilmente traspostas de escala para a indústria farmacêutica, irá ajudar no desenvolvimento de veículos adequados. As emulsões convencionais são preparadas aquecendo as fases aquosa e oleosa à mesma temperatura. Posteriormente estas fases são misturadas e homogeneizadas até atingirem a temperatura ambiente. Actualmente, os pocessos de fabrico têm ser optimizados e os custos reduzidos. O método a quente apresenta a desvantagem, quando comparado com o processo a frio, de apresentar mais custos. As vantagens da emulsificação a frio não estão limitadas à diminuição dos custos de produção, mas também são mais fáceis de processar, diminuindo o tempo de produção e consequentemente aumentando a capacidade de produção. Não é necessário tempo de aquecimento e consequentemente não é necessário o passo de arrefecimento pelo que a estrutura das emulsões é mais facilmente previsível. No entanto, as emulsões preparadas pelo processo a frio são mais difíceis de estabilizar e de obter cremes com uma cosmeticidade adequada, principalmente devido a limitação dos excipientes que podem ser usados (apenas excipientes líquidos ou solúveis numa das fases). Estes problemas aumentam quando fármacos como os GT são incorporados, maioritariamente devido a problemas de solubilidade. Os GT são insolúveis em água e apresentam uma baixa solubilidade nos solventes mais utilizados em preparações tópicas. Este projeto teve como principais pressupostos o desenvolvimento e caracterização de emulsões para uso dermatológico, de valor acrescentado para a empresa financiadora. Os principais objetivos desta dissertação foram o desenvolvimento de formulações tópicas, contendo furoato de mometasona (0.1 % m/m) estáveis a pH ácido, contendo o menor número possível de excipientes e usando a menor energia possível durante o seu fabrico. Após desenvolvidas e caracterizadas, o objetivo foi estudar os perfis de libertação e permeação através de membranas sintéticas e pele humana, e realizar estudos in vivo da ação anti inflamatória comparando os resultados obtidos com a formulação de referência no mercado. Seguidamente, a estabilidade física, química e microbiológica da formulação final, de acordo com as guidelines farmacêuticas, foi avaliada. Finalmente, os efeitos biológicos e a avaliação de segurança e a transposição de escala foram conduzidos para o placebo (emulsão sem fármaco) de acordo com a legislação europeia de cosméticos em vigor. Várias formulações foram desenvolvidas e analisadas, quatro emulsões foram seleccionadas por apresentarem uma estabilidade química e física adequada. Estas quatro emulsões diferiram no co tensioactivo (PEG-20 glyceryl laurate ou polyglyceryl-4-isostearate) utilizado e no glicol (2- methyl-2,-4 pentanediol ou etoxydiglycol). A utilização de métodos reológicos, calorimetria de varrimento diferencial, análise microscópica e determinação do tamanho da gotícula permitiram seleccionar as emulsões mais estruturadas, ou seja com uma estabilidade física mais promissora (emulsões contendo PEG-20 glyceryl laurate). Estudos de libertação e permeação in vitro demostraram que o glicol utilizado tem pouca influencia na permeação do furoato de mometasona. Estes resultados estão de acordo com os resultados de solubilidade do fármaco em ambos os glicóis. Foi demostrado que o co - tensioactivo influenciou a permeação do furoato de mometasona, sendo a permeação mais elevada para o co - tensioactivo mais hidrófilico devido a uma menor afinidade do fármaco para este. Foi demostrado um aumento do coeficiente de permeabilidade entre 2.7 a 7.8 vezes, comparando o valor experimental com o valor teórico esperado para este fármaco. Este aumento foi atribuído aos excipientes presentes na emulsão que funcionaram como promotores cutâneos. Os resultados obtidos no ensaio de tape stripping em pele humana, demostraram que a quantidade de furoato de mometasona que atingiu as camadas viáveis da pele é baixa (1.99 %), ficando parte do fármaco retido no estrato córneo (10.61 %). Apesar disto, os estudos in vivo demostraram que as formulações desenvolvidas diminuíram o edema e o eritema na orelha do rato em mais de 90 %. Adicionalmente, foi demostrado que a eficácia das formulações é semelhante à da formulação comercial relativamente aos estudos anti inflamatórios. A formulação selecionada tendo em conta a análise estrutural e os ensaios in vitro e in vivo foi a emulsão contendo PEG-20 glyceryl laurate e 2- methyl-2,-4 pentanediol. Os estudos de estabilidade física, química e microbiológica demostraram que esta formulação é estável, pelo menos, durante 12 meses nas presentes condições experimentais. Relativamente aos estudos dos efeitos biológicos (perda de água trans epidérmica, corneometria e sebometria) do placebo, foi possível observar que este contribuiu para restaurar a barreira cutânea devido a um aumento significativo dos lípidos à superfície da pele. Adicionalmente a avaliação de segurança concluiu que este veículo é seguro para aplicação tópica nas condições previstas. Finalmente, os estudos preliminares de transposição de escala para o placebo, demostraram que o perfil reológico não sofreu alterações significativas e a distribuição do tamanho das gotículas foi monomodal, no placebo produzido na escala piloto industrial e, bimodal nas escalas laboratoriais, indicando um possível aumento da estabilidade física para o primeiro. Conclui-se que os riscos associados à transposição de escala não foram elevados podendo-se assim prosseguir para a validação do processo à escala industrial. Foi ainda observado que o processo a frio utilizado diminuiu os custos totais de produção em mais de 17 % quando comparado com um processo a quente. De uma forma geral pode concluir-se que o desenvolvimento de uma emulsão produzida a frio foi conseguido com um perfil de estabilidade adequado à sua comercialização. Os resultados obtidos indicam que o ratio benefício risco poderá ser melhorado, e que a emulsão desenvolvida apresenta a mesma eficácia quando comparada com o produto de referência em termos de atividade anti inflamatória. A produção industrial desta emulsão irá reduzir substancialmente os custos associados à produção.En raison d’évolution rapide en science des matériaux, pharmaceutique et biotechnologie, des nouveaux systèmes ont émergé pour l’administration de glucocorticoïdes topiques. Bien qu’étant une classe de médicaments matures, ce sont toujours les médicaments les plus prescrits par les dermatologistes, ce qui explique l’intérêt porté à ce domaine. Pendant des années, les recherches se sont concentrées sur les stratégies visant à optimiser la puissance des stéroïdes en minimisant les effets indésirables. Le furoate de mometasone (FM) est un 16 alpha méthyle analogue du beclomethasone, synthétique et lipophile, classe class III (Classification européenne). Le développement de formules simple pour l’administration du MF, facilement applicable à un accroissement d’échelle pour l’industrie et produit par des méthodes qui peuvent permettre la réduction des coûts de production, sera le rationnel au-delà de ce projet. Des émulsions, adaptées aux émulsions à processus à froid, ont été développées et optimisées. Quatre formulations ont été créées, se différenciant par le co-tensioactif utilisé (PEG-20 glyceryl laurate et polyglyceryl-4-isostearate) et le glycol (2-methyl-2,4-pentanediol et ethoxydiglycol). La conception de la formulation associée à l’analyse de la structure, à permis la sélection des émulsions les plus stables, émulsions contenant du PEG-20 glyceryl laurate. Des études in vitro de permeation ont montre que ces émulsions, contenant du FM (0,1% m/m), sont responsables d’une augmentation des coefficients de perméabilité du FM. Les études in vivo ont montré que l’application topique de la formulation assurerait, au minimum, la même efficacité par rapport à la crème commerciale. De plus, il a été démontré que l’émulsion sélectionnée (PEG-20 glyceryl laurate avec du 2-methyl-2,4-pentanediol) est stable physiquement, chimiquement et microbiologiquement pendant 12 mois. Les études in vitro et in vivo ont montré que le placebo (émulsion sans médicament), n’irritait pas la peau et contribue à restaurer l’épiderme, en augmentant la quantité de lipides dans la peau. viii Enfin, le processus à froid a permis une économie de production totale de plus de 17% compare aux processus chaud traditionnel. Les études préliminaires d’accroissement d’échelle suggèrent que le risque associé à l’accroissement d’échelle est mineur.Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT