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Formación y caracterización de sistemas terapéuticos a partir de emulsiones agua-en-agua

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Universitat de Barcelona. Facultat de Farmàcia i Ciències de l'Alimentació

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[spa] Las emulsiones W/W son dispersiones de dos fases acuosas inmiscibles, que presentan la compartimentalización multifásica de las emulsiones convencionales sin requerir la presencia de solvente orgánico ni tensioactivo y, debido a su contenido mayoritariamente acuoso, presentan una mayor biocompatibilidad. Cuando se mezclan dos soluciones acuosas poliméricas, se puede producir una separación de fases por dos mecanismos. El primero se denomina separación asociativa o coacervación compleja y ocurre cuando los dos polímeros se atraen mutuamente y dan lugar a una fase rica en la mezcla de los dos polímeros (coacervato), y la otra fase tiene una baja concentración polimérica. El segundo mecanismo se denomina separación segregativa y tiene lugar cuando se mezclan dos polímeros completamente incompatibles en solución, porque predominan las fuerzas de repulsión entre ellos, dando lugar a una fase rica en uno de los polímeros y una fase rica en el otro polímero; cuando se mezclan estas dos fases se pueden obtener emulsiones W/W.
Se ha estudiado la formación y caracterización de emulsiones W/W formadas por mezclas de proteínas y polisacáridos. Para ello se han seleccionado polímeros biocompatibles y adecuadas para uso farmacéutico que presenten incompatibilidad en solución acuosa para dar lugar a la formación de emulsiones, como lo son el caseinato, alginato y pectina. Se realizaron estudios preliminares para seleccionar las mezclas de polímeros y las condiciones de pH a temperatura ambiente. Se han elaborado diagramas binarios donde se identificaron las zonas en las que podía formarse emulsiones. Se seleccionaron las formulaciones en las que se incorporaron posteriormente los principios activos.
Actualmente, no se encuentran en la bibliografía estudios relacionados con el uso de este tipo de emulsiones en aplicaciones farmacéuticas; por ello, el objetivo de esta tesis doctoral es estudiar la incorporación de principios activos modelo, de carácter hidrofílico como hidrocloruro de clindamicina e hidrocloruro de metformina, y de carácter lipofílico como melatonina.
Los principios activos estudiados en este trabajo y su incorporación en emulsiones W/W, han mostrado perfiles de cesión retardados en comparación con las soluciones poliméricas. Además, se ha logrado incorporar melatonina, una molécula lipofílica en una solución acuosa donde se añadió un porcentaje de etanol para facilitar su disolución.
La estabilización de emulsiones W/W es un reto. En este trabajo se han estabilizado emulsiones W/W mediante métodos físicos y químicos. Entre los métodos físicos se ha estudiado la estabilización mediante partículas, ya que la presencia de partículas en la interfase disminuye la coalescencia de las gotas proporcionando una mayor estabilidad al sistema. Se ha utilizado para este fin, partículas de mucina y nanopartículas de PLGA. Entre los métodos químicos, se ha seleccionado la utilización un agente gelificante, glucono-delta- lactona.
Se ha estudiado la estabilidad de las emulsiones macroscópicamente y microscópicamente. Se han obtenido emulsiones cinéticamente estables en periodos de 4 a 6 meses, logrando una mayor estabilidad cuando las formulaciones contenían mucina, en comparación con las emulsiones que no lo contenían.
 
Mediante estudios reológicos se ha comprobado que las emulsiones estudiadas presentan un comportamiento pseudoplástico y que su viscosidad depende de la composición.
Se ha estudiado la toxicidad de las emulsiones con los principios activos y los distintos agentes estabilizadores que se han utilizado, mediante cultivos celulares y a diferentes concentraciones. La biocompatibilidad de los excipientes utilizados y las propiedades de las emulsiones W/W desarrolladas permite considerarlas vehículos adecuados para aplicaciones farmacéuticas y alimentarias.

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[eng] W/W emulsions are dispersions of two immiscible aqueous phases, which exhibit the multiphase compartmentalization of conventional emulsions without requiring the presence of organic solvent or surfactant and, due to their mostly aqueous content, have a higher biocompatibility. When two aqueous polymer solutions are mixed, phase separation can occur by two mechanisms. The first is called associative separation or complex coacervation. It occurs when the two polymers attract each other and gives rise to a phase rich in the mixture of the two polymers (coacervate), and the different phase has a low polymer concentration. The second mechanism is called segregative separation and occurs when two completely incompatible polymers are mixed in solution because repulsive forces predominate between them, resulting in a phase rich in one of the polymers and a phase rich in the other polymer; when these two phases are mixed, W/W emulsions can be obtained.
The formation and characterization of W/W emulsions formed by mixtures of proteins and polysaccharides have been studied. For this purpose, biocompatible polymers suitable for pharmaceutical use that are incompatible with aqueous solutions for the formation of emulsions, such as caseinate, alginate, and pectin, have been selected. Preliminary studies were conducted to select polymer blends and pH conditions at room temperature. Formulations were selected into which the active ingredients were subsequently incorporated. Binary diagrams have been developed where areas where emulsions could form, were identified.
Currently, there are no studies in the literature related to the use of this type of emulsion in pharmaceutical applications; therefore, this doctoral thesis aims to study the incorporation of model active ingredients of a hydrophilic nature, such as clindamycin hydrochloride and metformin hydrochloride, and a lipophilic nature such as melatonin.
The active ingredients studied in this work and their incorporation into W/W emulsions have shown delayed release profiles compared to polymeric solutions. In addition, melatonin, a lipophilic molecule, has been incorporated into an aqueous solution in which a percentage of ethanol was added to facilitate its dissolution.
Stabilization of W/W emulsions is a challenge. In this work, W/W emulsions have been stabilized by physical and chemical methods. Among the physical methods, stabilization using particles has been studied since the presence of particles at the interface reduces the coalescence of the droplets, providing greater stability to the system. For this purpose, mucin particles and PLGA nanoparticles have been used. Among the chemical methods, a gelling agent, glucono-delta-lactone, has been selected.
The stability of the emulsions has been studied macroscopically and microscopically. Kinetically stable emulsions were obtained over 4 to 6 months, achieving greater stability when the formulations contained mucin than emulsions that did not contain mucin.
Rheological studies have shown that the emulsions exhibited pseudoplastic behavior and that their viscosity depends on the composition.
The toxicity of the emulsions has been studied with the active ingredients and the different stabilizing agents used, using cell cultures and at different concentrations. The biocompatibility of the excipients used and the properties of the W/W emulsions developed allow them to be considered suitable vehicles for pharmaceutical and food applications.

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cc by (c) Figueroa Becerra, Esteban, 2023

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Tesis Doctorals - Facultat - Farmàcia i Ciències de l'Alimentació

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Formación y caracterización de sistemas terapéuticos a partir de emulsiones agua-en-agua