Livrarea asistată de microneedle a medicamentelor anti-migrenă pe pielea porcină: malat de almotriptan și clorhidrat de naratriptan

Colegiul de Farmacie, Universitatea Touro, Mare Island-Vallejo, California, 94592, SUA

microneedle

Colegiul de Farmacie, Universitatea Touro, Mare Island-Vallejo, California, 94592, SUA

Matthew J. Morra

Departamentul de sol și sisteme de apă, Universitatea din Idaho, Moscova, Idaho, 83844-2340, SUA

Departamentul de sol și sisteme de apă, Universitatea din Idaho, Moscova, Idaho, 83844-2340, SUA

Abstract

Cuvinte cheie

migrenă, medicamente anti-migrenă, clorhidrat de naratriptan, malat de almotriptan

Introducere

Triptanii acționează prin legarea la receptorii selectivi ai serotoninei, cum ar fi receptorii 5-HT 1B și 1D [5]. Receptorii 5-HT 1B sunt localizați în vasele de sânge intracraniene din interiorul celulelor musculare netede, în timp ce receptorul 5-HT 1D este exprimat în fibrele nervoase trigeminale [4]. Se consideră că activarea acestor receptori produce vasoconstricție craniană și asigură ameliorarea durerii [5]. Triptanii au trei moduri de acțiune care contribuie la efectele lor anti-migrenă (6): vasoconstricția vaselor extracerebrale intracraniene, inhibarea eliberării neuropeptidelor vasoactive de către terminalele trigemenului și inhibarea neurotransmisiei nociceptive [6].

Triptanii sunt de obicei disponibili sub formă de tablete pentru administrare orală [7]. Cu toate acestea, mulți pacienți cu migrenă nu respectă triptanii orali, deoarece tratamentele orale pot fi ineficiente pentru pacienții care suferă de greață, vărsături și staze gastrice, care sunt adesea asociate cu migrenă [6]. Datorită limitării triptanilor orali, administrarea transdermică de medicamente poate fi o alternativă mai eficientă [7]. Scopul pe termen lung al acestui proiect de cercetare este de a dezvolta un sistem transdermic asistat de microneedle pentru livrarea ambilor triptani: malat de almotriptan și clorhidrat de naratriptan.

Există mai multe avantaje ale administrării transdermice de medicamente, care includ: evitarea iritației gastro-intestinale, prevenirea efectului de primă trecere și asigurarea unei concentrații stabile de plasmă a medicamentului pe o perioadă prelungită [5]. Mai mult, livrarea transdermică oferă un mod de administrare a medicamentelor fără durere. Cu toate acestea, nu toate medicamentele sunt adecvate pentru livrarea transdermică [8]. Pentru ca un medicament să traverseze bariera cutanată și să fie livrat în sânge, acesta trebuie să aibă anumite proprietăți fizico-chimice, cum ar fi greutatea moleculară mică și coeficientul optim de partiție [9]. Provocarea majoră a livrării transdermice este permeabilitatea redusă a medicamentului prin stratul cornos [10].

Stratul cornos (SC) este stratul cel mai exterior al epidermei și este format din 15-20 de straturi de corneocite care sunt încorporate într-o matrice lipidică [10,11]. Porii apoși din regiunile hidrofile ale SC ajută la facilitarea difuziei transcutanate a penetranților [12]. Există mai multe modalități de a depăși bariera SC, inclusiv sonoforeza, iontoforeza, promedicamentele, microemulsiile și microneglele (MN) [10,13].

Almotriptanul malat este un triptan sulfonamidic care este utilizat pentru gestionarea migrenelor cu sau fără aură (2). are greutatea moleculară de 333,465 g/mol (16). Medicamentul se leagă selectiv și activează receptorii serotoninei 5-HT 1B și 1D, care sunt localizați în sistemul nervos central (6). Acest lucru declanșează constricția intracraniană a vaselor de sânge care ameliorează durerea asociată cu o migrenă (2). Malatul de almotriptan poate ameliora simptome precum greață, vărsături sau fotofobie [3]. Un sistem de administrare transdermică pentru malat de almotriptan poate fi util din punct de vedere terapeutic.

Clorhidratul de naratriptan este un alt medicament triptan utilizat pentru tratamentul migrenei. Are greutatea moleculară de 335.464 g/mol [17]. Acest triptan acționează ca un agonist selectiv pentru receptorii 5-HT 1B și 5-HT 1D implicați în medierea constricției vasculare care asigură ameliorarea durerii de la migrenă [2]. Formularea clorhidratului de naratriptan într-un plasture transdermic va îmbunătăți respectarea pacientului. În acest proiect, pielea urechii porcine a fost utilizată ca substitut pentru pielea umană datorită proprietăților de permeabilitate comparabile. Grosimea SC pentru pielea porcină este de 21-25 µm și aceasta este de același ordin de mărime cu grosimea SC pentru pielea umană (10-25 µm) (18-20). Densitatea foliculilor de păr dintre pielea porcină și pielea umană sa dovedit a fi de 20/cm 2 și respectiv 14-32/cm 2 [19,21]. Pielea porcină a fost frecvent utilizată în mai multe studii de permeabilitate a pielii in vitro [21,22].

În acest proiect de cercetare, a fost studiată in-vitro influența rolelor din oțel inoxidabil cu microneglă asupra livrării transdermice de malat de almotriptan și clorhidrat de naratriptan pe pielea urechii de porc in vitro.

Materiale și metode

Materiale

Malat de almotriptan, clorhidrat de naratriptan, soluție salină tampon fosfat (PBS, pH 7,4) au fost achiziționate de la Sigma Aldrich Co. (St. Louis, MO, SUA). PBS a fost utilizat ca agent de reconstituire pentru malat de almotriptan și clorhidrat de naratriptan. Sistemul de apă Ultrapure NanoPure Infinity (Barnstead, Dubuque, IA, SUA) a fost utilizat pentru a obține apă deionizată pentru toate experimentele. Rolele din microneglă din oțel inoxidabil cu o densitate de 192 de micronee și o lungime a microneurilor de 500 um au fost obținute de la Pearl Enterprises LLC (Lakewood, NJ SUA). Urechile de porc au fost achiziționate de la Pel-Freez Arkansas LLC (Rogers, AR, SUA).

Metode

Pregătirea pielii: Comitetul instituțional pentru îngrijirea și utilizarea animalelor (IACUC) și Comitetul instituțional pentru biosecuritate (IBC) al Universității Touro, Mare Island-Vallejo, CA, SUA au aprobat experimentele. Urechile porcine au fost dezghețate și rase cu grijă cu ajutorul unui tuns electric. Un dermatom electric (Nouvag®, Goldach, Elveția) a fost utilizat pentru a prepara pielea cu grosime divizată și grosimea probelor de piele a fost măsurată cu un micrometru Digimatic (Mitutoyo, Tokyo, Japonia). Probele de piele dermatomizate au fost depozitate la -20 ° C până la utilizarea ulterioară.

Studii de difuzie in vitro: Un sistem de difuzie vertical Franz (PermeGear, Hellertown, PA, SUA) a fost utilizat pentru a efectua studii de permeabilitate transdermică. Cele șase celule au constat din donatorul superior și compartimentele receptorilor inferiori. Pentru a ajuta la menținerea distribuției uniforme a medicamentelor, compartimentele receptorilor au fost agitate magnetic. Fiecare dintre celule avea, de asemenea, un port de eșantionare și sistemul deținea o cămașă de apă circulantă la 37 ° C pentru a simula temperatura corpului uman (ThermoFisher Scientific, Waltham, MA, SUA). Celulele aveau o zonă de difuzie de 1,77 cm2 și un volum de receptor de 12 ml.

Cromatografie lichidă - Spectrometrie de masă (LC-MS): Analizele cantitative ale medicamentelor din probe au fost efectuate utilizând LC-MS.-MS a fost efectuată utilizând un sistem de cromatografie lichidă din seria Agilent 1200 în combinație cu un spectrometru de masă Agilent time of flight (TOF-MS) model 6230 (Agilent, Santa Clara, CA, SUA). Separarea cromatografică s-a realizat folosind o coloană de cromatografie lichidă în fază inversă (Agilent Zorbax Eclipse Plus C18, 100 mm X 2,1 mm, 3,5 µm) cu temperatura menținută la 30 ° C (Agilent, Santa Clara, CA, SUA). Faza mobilă a constat în 0,1% acid formic în acetonitril. Un volum de probă de 5 uL de fază mobilă B a fost injectat prin intermediul programului de gradient liniar, începând de la 3% la 20% în trei minute. Faza mobilă B a fost apoi crescută de la 20% la 100% în două minute. Debitul fazei mobile a fost de 0,3 mL min -1 cu un volum de injecție de 5 uL. Modul de curent ionic reconstruit cu un m/z de 336,16 a fost utilizat pentru a efectua cuantificarea ambilor triptani.

Analiza datelor: Fluxul transdermic al ambilor triptani a fost determinat de la panta curbei cantității medii cumulative față de timp. Pentru fiecare medicament, experimentele au fost reproduse de șase ori și diluarea probei a fost luată în considerare folosind ecuația Hayton-Chen [37].

Pentru ecuația Hayton-Chen, este concentrația corectată și Cn este măsurată

concentrația în a noua probă. VT reprezintă volumul total al lichidului receptor (12 ml) și Vsis volumul probei extrase din fluidul receptor (1 ml). reprezintă concentrația corectată în (n-1) eșantion în timp ce este concentrația măsurată în (n-1) eșantion.

Analize statistice: GraphPad Prism 7 (GraphPad Software, Inc., La Jolla, CA, SUA) a fost utilizat pentru a efectua analize statistice. Rezultatele cu o valoare p mai mică de 0,05 au fost considerate semnificative statistic. Pentru reprezentarea graficelor, s-a utilizat cantitatea medie (n = 6) cu abaterile standard corespunzătoare atât pentru malatul de almotriptan, cât și pentru clorhidratul de naratriptan.

Rezultate

Formarea microcanal

Microscopia cu scanare laser confocală a fost utilizată pentru a compara atât piei tratate cu microneglă, cât și cele netratate. Probele de piele de porc netratate au fost utilizate ca martori pentru a compara cu probele tratate cu microneglă și pentru a determina dacă microcanalele s-au format după aplicarea cu role cu microneglă. În figura 1A, se vede că rola cu microneglă a pătruns cu succes în stratul cornos pentru a crea micropori care sunt vizibili. Porul construit de rola microneglă este afișat în Figura 1A cu o adâncime de microcanal de 215 µm. Spre deosebire de Figura 1A, pielea porcină netratată afișată în Figura 1B nu prezintă microcanale.

figura 1. Structuri chimice ale (A) malatului de almotriptan și (B) clorhidrat de naratriptan.

Figura 2. Rolă din oțel inoxidabil cu microneferă, cu microrefe de 500 µm în lungime și densitate de 192 de ace.

Studiu de difuzie in vitro

Valorile fluxului transdermic atât ale clorhidratului de naratriptan, cât și ale malatului de almotriptan au fost calculate din porțiunile liniare ale cantității medii cumulate comparativ cu curbele de timp. Fluxul pentru clorhidrat de naratriptan pe pielea de porc tratată cu microneglă a fost de 4,18 1,39 µg.cm 2 .h în timp ce pentru difuzia pasivă a fost 0,88 ± 0,29 µg.cm 2. h. Au existat diferențe semnificative statistic (p 2/h ± SD) de clorhidrat de naratriptan și malat de almotriptan după aplicarea cu role cu microne. Valorile fluxului pasiv servite ca controale (n = 6).

Numele soluției

Pasiv (µg/cm 2/h)

Microneedle (µg/cm 2/h)

P- Valoare

Pentru malatul de almotriptan, diferența dintre valorile fluxului dintre cele tratate cu microne și cele pasive nu a fost semnificativă din punct de vedere statistic (p 2 [36]. Exersând aceeași forță asupra tablourilor de microneglă, studiul a constatat că tablourile cu mai puțin de 2000 de ace/cm 2 creșterea fluxului de medicament mai mare decât matrice de densitate mai mare a acului de 5625 ace/cm 2 [36]. S-a observat că, atunci când densitatea microneglelor este mare, presiunea exercitată de fiecare microneferă este semnificativ redusă, împiedicând pătrunderea corectă [34]. la o gamă de microacizi cu densitate mai mică poate duce la un flux de medicament mai crescut.

Spre deosebire de malatul de almotriptan, tratamentul prealabil al pielii cu role cu microneglă a contribuit la creșterea permeației transdermice pentru malatul de naratriptan. Greutatea moleculară a clorhidratului de naratriptan este de 371,924 Dalton, are o valoare log P este 1,6 și punctul de topire este de 246 ° C [7]. Aceste proprietăți pot facilita eliberarea transdermică a medicamentului în urma aplicării microneferelor. Au fost necesare studii in vitro suplimentare pentru a determina influența variabilelor, cum ar fi concentrația medicamentului, lungimea microneglului, densitatea și designul, asupra fluxului transdermic al acestor triptani. Pentru acest experiment au fost folosite role solide din oțel inoxidabil din microneglă. Prin urmare, ar fi interesant să comparați îmbunătățirea fluxului cu diferite tipuri de microacele pentru livrarea transdermică a malatului de almotriptan în loc să utilizați doar role solide cu microacule. Combinația de microace cu alte tehnici precum iontoforeza și sonoforeza poate crește, de asemenea, ratele de permeabilitate. Viitoarele studii in vivo pot fi efectuate, de asemenea, pentru a testa eficiența unui sistem transdermic asistat de micronege pentru ambii triptani: malat de almotriptan și clorhidrat de naratriptan.

Concluzie

Această cercetare a fost efectuată pentru a studia influența microneglelor asupra livrării transdermice de malat de almotriptan și clorhidrat de naratriptan. Pentru diferențele de naratriptan în valorile de flux ale probelor de piele de porc tratate cu microneglă și netratate, folosind micronefe solide, au fost semnificative statistic (p 0,05).

Confirmare

Mulțumim Patti Edwards de la Laboratorul de imagistică celulară și moleculară de la UC Davis pentru asistența sa cu microscopie de scanare confocală cu laser pentru imagini de vizualizare cu microcanal. Această lucrare a fost susținută de Universitatea Touro din California, Vallejo, CA, SUA.

Contribuțiile autorului

Acest proiect a fost conceptualizat de Kevin B. Ita; Experimentele de difuzie au fost efectuate de Iqra Ahmad sub supravegherea lui Kevin B. Ita; LC-MS a fost realizat de Inna E. Popova; Datele au fost analizate de Kevin B. Ita și Iqra Ahmad; Matthew J. Morra a furnizat echipamentul și laboratorul LC-MS; Iqra Ahmad și Kevin B. Ita au scris lucrarea.

Conflict de interese

Autorii nu au conflicte de interese de declarat.

Referințe

Informații editoriale

Redactor șef

Tipul articolului

Istoria publicării

Data primirii: 10 iulie 2018
Data acceptată: 24 iulie 2018
Data publicării: 27 iulie 2018

Citare

Iqra Ahmad, Kevin B Ita, Matthew J Morra și Inna E Popova (2018) Livrarea asistată de microneedle a medicamentelor anti-migrenă pe pielea porcină: malat de almotriptan și clorhidrat de naratriptan. Nanoschi Nanotech față 4: DOI: 10.15761/FNN.1000169

autorul corespunzator

Ita KB

Colegiul de Farmacie, Universitatea Touro, Mare Island-Vallejo, California, SUA

figura 1. Structuri chimice ale (A) malatului de almotriptan și (B) clorhidrat de naratriptan.

Figura 2. Rolă din oțel inoxidabil cu microneferă, cu microrefe de 500 µm în lungime și densitate de 192 de ace.

Figura 3. Imagini cu probe de piele porcină prin microscopie confocală cu scanare laser (CLSM). (A) Piele porcină tratată cu microneedle care prezintă o singură adâncime microcanal de 215 Ohm (B) Piele porcină netratată.

Figura 4. Cantitatea medie in-vitro cumulată în raport cu curba de timp a clorhidratului de naratriptan pe pielea urechii porcine tratate cu microneglă și netratată peste 12 ore.

Figura 5. Fluxul transdermic de clorhidrat de naratriptan pe pielea urechii porcine tratate cu microneglă și netratată peste 12 ore.

Figura 6. Cantitatea medie in-vitro cumulată în raport cu curba timpului de malat de almotriptan pe pielea urechii porcine tratate cu microneglă și netratată peste 12 ore.

Figura 7. Fluxul transdermic de malat de almotriptan pe pielea urechii porcine tratate cu microneglă și netratată peste 12 ore.

tabelul 1. Valorile fluxului transdermic (µg/cm 2/h ± SD) ale clorhidratului de naratriptan și ale malatului de almotriptan după aplicarea cu role cu microneglă. Valorile fluxului pasiv servite ca controale (n = 6).