# name
Physicochemical and biopharmaceutical properties of cryosprayed particulate lipid systems for oral liraglutide delivery

# metadata.dc.contributor.other[].value
Universitat de Barcelona. Facultat de Farmàcia i Ciències de l'Alimentació

# metadata.dc.description.abstract[].value
[eng] Oral delivery of peptides is an important challenge in the development of drug delivery systems as many peptides described as great therapeutic solutions exhibit poor absorption and permeability leading to low bioavailability. Liraglutide, a GLP-1 analog indicated in the treatment of type 2 diabetes, exists on the market as subcutaneous injection, causing issues in patient compliance and accessibility to the treatment. This thesis aimed to develop, using CryoXpand® technology, solid lipid liraglutide microparticles for oral administration with enhanced bioavailability. Liraglutide physicochemical characteristics were studied by studying its stability in solution at different pH and temperature conditions. Lipid formulations were developed using structuring agents, functional excipients and liraglutide solution, mixed into fine emulsions that resulted in solid lipid microparticles after cryospraying. Microparticles were characterized using optical microscopy, X-ray photoelectron spectroscopy and HPLC analysis and interactions between liraglutide and excipients were studied using tensiometer and fluorescence spectroscopy. In vitro performance of liraglutide microparticles was studied generating release profiles at gastric and intestinal pHs, liraglutide protection from enzymatic degradation and permeability across Caco-2 cells. Finally, in vivo studies were conducted on induced diabetes rats for pharmacodynamics and Wistar rats for pharmacokinetics information. Liraglutide solutions were shown to be stable under 37°C at pH range from 6.5 to 9 and were stable in the range of 37 to 58°C over short time periods corresponding to processing times. Cryosprayed formulations with CryoXpand® technology resulted in fine liraglutide microparticles, however some formulations showed homogeneity issues leading to lower drug loading in microparticles. Surface analysis showed a different liraglutide proportion in the surface layer of microparticles depending on the formulation. In vitro release studied showed an overall faster release of the peptide from microparticles at intestinal pH compared to acidic gastric pH and a different release profile among different formulations. Enzymatic degradation occurred on the liraglutide fraction released in the medium, while the lipid excipients seemed to protect a fraction of the peptide released and the fraction in the solid microparticle over the 5 to 10 minutes of release. Permeability studies on Caco-2 cells exhibited permeability enhancement in the presence of several excipients. Finally, in vivo studies demonstrated that liraglutide lipid microparticles have a positive effect on blood glucose levels and on the animal weight after oral and subcutaneous injection on one hand and sustained blood concentrations over 24 hours after oral administration of liraglutide cryosprayed microparticles. CryoXpand® technology allowed the production of lipid composite liraglutide microparticles with enhanced permeability and protection from enzymatic degradation. In vivo studies on optimized formulations showed promising biological activity on diabetic animals and although low, interesting bioavailability. However, manufacturing process lacks optimization to obtain consistent peptide loading and in vitro data must be completed to achieve bioavailability prediction. This work provides a base for the development of lipid-based GLP-1 microparticles for oral administration applying CryoXpand® technology. Continuous improvement of the early development of the latter is the key to achieve satisfying preclinical performance and further develop liraglutide microparticles for human use.

# metadata.dc.description.abstract[].value
[cat] L'administració oral de pèptids representa un repte important en el desenvolupament de sistemes d'administració de fàrmacs, ja que molts pèptids, considerats excel·lents solucions terapèutiques, presenten baixa absorció i permeabilitat, la qual cosa resulta en una baixa biodisponibilitat. La liraglutida, un anàleg del GLP-1 indicat per al tractament de la diabetis tipus 2, es comercialitza en injecció subcutània, la qual cosa dificulta l'adherència al tractament i l'accessibilitat del pacient. Aquesta tesi va tenir com a objectiu el desenvolupament, mitjançant la tecnologia CryoXpand® de micropartícules lipídiques sòlides de liraglutida per a administració oral amb biodisponibilitat millorada. S’han estudiat les característiques fisicoquímiques de la liraglutida mitjançant lestudi de la seva estabilitat en solució a diferents condicions de pH i temperatura. S’han desenvolupat formulacions lipídiques utilitzant agents estructurants, excipients funcionals i solució de liraglutida, barrejats en emulsions fines que van donar lloc a micropartícules lipídiques sòlides després de la criopulverització. Les micropartícules es van caracteritzar mitjançant microscòpia òptica, espectroscòpia fotoelectrònica de raigs X i anàlisi per HPLC, i es van estudiar les interaccions entre la liraglutida i els excipients mitjançant tensiometria i espectroscòpia de fluorescència. S’han estudiat el rendiment in vitro de les micropartícules de liraglutida, generant perfils d'alliberament a pH gàstric i intestinal, la seva protecció davant de la degradació enzimàtica i la seva permeabilitat a través de les cèl·lules Caco-2. Finalment, s’han realitzat estudis in vivo en rates amb diabetis induïda per obtenir informació farmacodinàmica i en rates Wistar per obtenir informació farmacocinètica. Les solucions de liraglutida han demostrat ser estables a 37 °C en un intèrval de pH de 6,5 a 9 i en un intèrval de temperatura de 37 a 58°C durant períodes curts, corresponents als temps de processament. Les formulacions criopolveritzades amb tecnologia CryoXpand® van donar com a resultat micropartícules fines de liraglutida; no obstant això, algunes formulacions van mostrar problemes d'homogeneïtat que van portar a una menor càrrega de fàrmac a les micropartícules. L'anàlisi de superfície va mostrar una proporció diferent de liraglutida a la capa superficial de les micropartícules segons la formulació. L'alliberament in vitro estudiat ha mostrat un alliberament general més ràpid del pèptid de les micropartícules a pH intestinal en comparació amb pH gàstric àcid i un perfil d'alliberament diferent entre les diferents formulacions. La fracció de liraglutida alliberada al medi es va degradar enzimàticament, mentre que els excipients lipídics van protegir una fracció del pèptid alliberat i la fracció present a la micropartícula sòlida durant els 5 a 10 minuts posteriors a l'alliberament. Estudis de permeabilitat en cèl·lules Caco-2 han mostrat una millora de la permeabilitat en presència de diversos excipients. Finalment, estudis in vivo han demostrat que les micropartícules lipídiques de liraglutida tenen un efecte positiu en els nivells de glucosa a la sang i en el pes de l'animal després de la injecció oral i subcutània, i mantenen les concentracions sanguínies durant 24 hores després de l'administració oral de micropartícules criopulveritzades de liraglutida. La tecnologia CryoXpand® ha permès la producció de micropartícules de liraglutida compostes per lípids amb més permeabilitat i protecció contra la degradació enzimàtica. Estudis in vivo amb formulacions optimitzades han mostrat una activitat biològica prometedora en animals diabètics i, encara que baixa, una biodisponibilitat interessant. No obstant això, el procés de fabricació no ha estat optimitzat per obtenir una càrrega de pèptids consistent, per la qual cosa cal completar les dades in vitro per predir la biodisponibilitat. Aquest treball estableix les bases per al desenvolupament de micropartícules lipídiques de GLP-1 per a administració oral mitjançant la tecnologia CryoXpand®. La millora contínua a les primeres etapes de desenvolupament d'aquestes últimes és clau per aconseguir un rendiment preclínic satisfactori i continuar desenvolupant micropartícules de liraglutida per a ús humà.

# metadata.dc.source[].value
Tesis Doctorals - Facultat - Farmàcia i Ciències de l'Alimentació

# metadata.dc.title[].value
Physicochemical and biopharmaceutical properties of cryosprayed particulate lipid systems for oral liraglutide delivery