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ESTUDIO DEL COMPORTAMIENTO DE LIBERACIÓN DE QUERCETINA A PARTIR DE MICROPARTÍCULAS DE ALGINATO FORMULADAS EN MATRICES SÓLIDAS

ZULAY GABRIELA CADENA VELANDIA

Universidad Nacional de Colombia

Facultad de Ciencias, Departamento de Farmacia

Bogotá, D.C., Colombia

2016

ESTUDIO DEL COMPORTAMIENTO DE LIBERACIÓN DE QUERCETINA A PARTIR DE MICROPARTÍCULAS DE ALGINATO FORMULADAS EN MATRICES SÓLIDAS

ZULAY GABRIELA CADENA VELANDIA

Tesis presentada como requisito parcial para optar al título de:

Magíster en Ciencias Farmacéuticas

Directora

Claudia Elizabeth Mora Huertas, PhD.

Profesora Asociada

Departamento de Farmacia

Grupo de Investigación en Desarrollo y Calidad de Productos Farmacéuticos y

Cosméticos

Universidad Nacional de Colombia

Facultad de Ciencias, Departamento de Farmacia

Bogotá, D.C., Colombia

2016

A mi mamá, hermanas y abuelos

Es preciso soñar, pero con la condición de

creer en nuestros sueños, de examinar con

atención la vida real, de confrontar nuestra

observación con nuestros sueños, y de

realizar escrupulosamente nuestra fantasía.

Vladimir Ilich Lenin.

Agradecimientos

Agradezco a Dios, a mi familia especialmente a mi mamá, hermanas y abuelos, por su

apoyo incondicional y compañía constante, y a todos los que creyeron en mí y en este

proyecto.

A la profesora Claudia Mora, por su apoyo, guía, consejo y esfuerzo constante que

permitieron en conjunto sacar adelante este trabajo.

A la Universidad Nacional de Colombia y a la Vicerrectoría de Investigación, por la

financiación del componente experimental de la presente tesis. Así mismo, a la Facultad

de Ciencias y al Departamento de Farmacia, por el apoyo como estudiante de posgrado

dentro del Programa Nacional de Becas Auxiliar Docente.

Al Instituto de Ciencia y Tecnología de Alimentos ICTA y al Laboratorio de Equipos

Ópticos del Departamento de Biología, por facilitar el uso de sus instalaciones y equipos

para la realización de algunos de los ensayos.

A FMC BioPolymer y a Händler Colombia por el suministro de las materias primas

empleadas en la realización del presente trabajo.

Al Grupo de Investigación en Desarrollo y Calidad de Productos Farmacéuticos y

Cosméticos GIDECA y a todos sus integrantes, por abrirme sus puertas para la

realización de este proyecto y por darme la oportunidad de hacer parte de un grupo de

trabajo excepcional.

A mis amigas, especialmente a Catalina Acevedo, Catalina Amaya y Aura Hernández por

su apoyo incondicional, y a Edwin Tavera por acompañarme a conquistar este proyecto

personal.

Resumen y Abstract IX

Resumen

En el presente trabajo se investigó la incorporación de micropartículas en matrices

sólidas como una alternativa para modular la liberación de quercetina. Inicialmente se

prepararon micropartículas a base de alginato conteniendo quercetina, utilizando para

ello la técnica de gelificación iónica externa. Se evaluó la influencia de la naturaleza del

alginato, su concentración, el calibre de la aguja empleada para la extrusión de la

dispersión de polímero, la temperatura, el tiempo de secado, el volumen adicionado de la

dispersión de alginato, el pH y la concentración disponible de iones Ca2+ en la solución

entrecruzante, sobre el tamaño de partícula, considerando que al lograr los menores

tamaños se facilita su incorporación en una tableta. Los resultados obtenidos permitieron

seleccionar las condiciones de trabajo para obtener partículas de tamaños inferiores a

0.6 ± 0.1 mm. Posteriormente, las micropartículas conteniendo quercetina fueron

incorporadas en matrices tipo tableta mezclándolas con granulados obtenidos por vía

húmeda. La selección de los excipientes empleados para preparar tales granulados fue

realizada a partir de la experiencia previa en el grupo de investigación y del estudio de

las propiedades farmacotécnicas de las micropartículas y de algunos excipientes

considerados de interés por la posibilidad de modificar o no la liberación del activo. En

síntesis, la mezcla de los coprocesados Starlac® – Retalac® (1:1) permitió un mejor

manejo tecnológico de las micropartículas, así como la posibilidad de controlar la

liberación del activo. Los resultados cuantitativos de liberación de activo a partir de las

micropartículas y de las matrices sólidas que las contenían fueron complementados con

la observación al estereoscopio del proceso. Así, fue posible identificar los

comportamientos de hinchamiento, difusión y erosión asociados, los que dependen del

pH del medio de liberación. Igualmente se evidenció que el activo se incorpora en la

estructura de la partícula en forma de agregados, lo que podría influir en el mecanismo

de liberación. De acuerdo con todo lo anterior, esta tesis muestra que es posible

modificar la liberación de quercetina a partir de micropartículas cuando éstas son

formuladas en matrices sólidas, lo que constituye un aporte en la búsqueda de

alternativas para modular la liberación de activos que sean fácilmente transferibles a la

industria farmacéutica colombiana debido a que emplea tecnología típicamente

disponible en el país.

X Estudio del comportamiento de liberación de quercetina a partir de micropartículas

de alginato formuladas en matrices sólidas

Palabras clave: Alginato de sodio, quercetina, gelificación iónica, micropartículas,

liberación modificada.

Abstract

In this study, the incorporation of microspheres in solid matrices was investigated as an

alternative to modify the release of quercetin. Alginate beads loaded with quercetin were

prepared by ionic gellation. Considering that the smaller particle size facilitates the

formulation of alginate particles into tablets, parameters like alginate chemical

composition and concentration, gauge needle used in the extrusion of the alginate

dispersion, temperature and time of drying, alginate dispersion volume used, pH of the

gelling bath and Ca2+ remaining concentration on particle size were evaluated. These

results allowed the setting of the work conditions to obtain particle sizes smaller than 0.6

± 0.1 mm. Subsecuently, alginate beads loaded with quercetin were blended with

granulates obtained by wet granulation, and incorporated into matrices type tablets. The

selection of the excipients used to prepare such granulates was made on the basis of the

research experience and from the study of the pharmacotechnical properties of the

microparticles and of some interesting materials for this research work, because of their

ability for modifying the drug release. In brief, the mixture of Starlac® - Retalac® co-

processed excipients (1:1) led a suitable technological handling of the microspheres, and

the possibility to have a control over the drug release. The drug release results from the

microspheres and matrices type tablets were complemented with the stereoscope

observation of this process. Thereby, the swelling, diffusion and erosion behaviors were

observed, and they depend on the pH of the dissolution medium. Also, it was showed that

the drug is incorporated inside the microsphere as aggregates which could influence the

release mechanism. According to the aforementioned, this research showed that it is

possible to modify the release pattern of quercetin loaded in microspheres, when they are

incorporated in matrices type tablets. This is a contribution for finding alternatives to

modulate the release of drugs to be transfer to the colombian pharmaceutical industry,

because it uses technology available in the country.

Keywords: sodium alginate, quercetin, ionic gellation, microspheres, controlled release.

Contenido XI

Contenido

Pág.

1. INTRODUCCIÓN ....................................................................................................... 1

2. JUSTIFICACIÓN ........................................................................................................ 5

3. MARCO TEÓRICO .................................................................................................... 9

4. OBJETIVOS ............................................................................................................. 17 4.1 Objetivo general ................................................................................................. 17 4.2 Objetivos específicos .......................................................................................... 17

5. PARTE EXPERIMENTAL ........................................................................................ 19 5.1 Materiales ...................................................................................................... 19 5.2 Métodos ......................................................................................................... 20

5.2.1 Preparación y caracterización de las micropartículas a base de alginato . 20 5.2.2. Preparación y caracterización de micropartículas a base de alginato conteniendo quercetina. .................................................................................... 24 5.2.3 Desarrollo de matrices sólidas conteniendo quercetina encapsulada en micropartículas a base de alginato .................................................................... 28

6. RESULTADOS Y DISCUSIÓN ................................................................................. 39 6.1 Preparación de las micropartículas a base de alginato .................................. 39 6.2 Desarrollo de matrices sólidas conteniendo micropartículas a base de alginato y quercetina .............................................................................................................. 63

6.2.1 Caracterización farmacotécnica de las micropartículas a base de alginato ............................................................................................................ 64 6.2.2 Caracterización farmacotécnica de los posibles excipientes para el desarrollo de matrices sólidas conteniendo micropartículas a base de alginato. 91

6.3 Desarrollo de matrices sólidas conteniendo quercetina encapsulada en micropartículas a base de alginato ......................................................................... 113

7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ......................................................... 127 7.1 Conclusiones ............................................................................................... 127 7.2 Perspectivas de la investigación .................................................................. 129

8. BIBLIOGRAFÍA ..................................................................................................... 131

XII Estudio del comportamiento de liberación de quercetina a partir de

micropartículas de alginato formuladas en matrices sólidas

Contenido XIII

Lista de figuras

Pág. Figura 3-1: Estructura química de la quercetina. ............................................................ 11

Figura 3-2: Mecanismo probable de la gelificación iónica del alginato: a. Formación de un

lecho de gel de alginato con cationes calcio, resultando en el modelo de "caja de huevos"

y b. Asociaciones laterales de las cadenas. ................................................................... 14

Figura 5-1: Ensamble para la determinación de la fluidez por el método del ángulo de

reposo. ........................................................................................................................... 32

Figura 6-1: Morfología de las micropartículas a base de alginato y ácido algínico previa al

proceso de secado. ........................................................................................................ 43

Figura 6-2: Morfología de las micropartículas a base de alginato y ácido algínico posterior

al proceso de secado a 25 °C ± 0.7 °C. .......................................................................... 44

Figura 6-3: Distribución de tamaño de partícula obtenida al evaluar diferentes referencias

de alginato y ácido algínico a concentración 1.5 % y calibre de aguja de extrusión 27G. 46


de alginato y ácido algínico a concentración 1.5 % y calibre de aguja de extrusión 30 G.

....................................................................................................................................... 47



....................................................................................................................................... 47



....................................................................................................................................... 48

Figura 6-7: Distribución de tamaño de partícula obtenida al evaluar la referencia de ácido

algínico Protacid® F a concentración 5.0 % y calibres de aguja de extrusión 27 G y 30G.

....................................................................................................................................... 48

Figura 6-8: Distribución de tamaño de partícula obtenida al secar las micropartículas

elaboradas con Protanal® LF a temperatura de 30 °C ± 1.0 °C. ..................................... 50

Figura 6-9: Distribución de tamaño de partícula obtenida al secar las micropartículas

elaboradas con Protanal® LF a temperatura de 40 °C ± 0.7 °C. ..................................... 51

Figura 6-10: Micropartículas a base de Protanal® LF 1.5 % secadas a 30 °C ± 1.0 °C y a

40 °C ± 0.7 °C, observadas en microscopio electrónico de barrido: a. Morfología y b.

Acercamiento a los detalles de la superficie. .................................................................. 52

Figura 6-11: Apariencia de las micropartículas a base de Protanal® LF posterior al

proceso de secado a 30 °C ± 1.0 °C y a 40 °C ± 0.7 °C. ................................................ 53

Figura 6-12: Dureza de las micropartículas a base de Protanal® LF para los intervalos de

muestreo estudiados. ..................................................................................................... 54

XIV Estudio del comportamiento de liberación de quercetina a partir de


Figura 6-13: Comportamiento del pH de la solución entrecruzante respecto a la adición

de Protanal® LF y Manucol® LKX. ................................................................................... 57

Figura 6-14: Comportamiento del tamaño de partícula de las micropartículas en función

de la cantidad de dispersión de Protanal® LF y Manucol® LKX adicionada a la solución

entrecruzante. ................................................................................................................. 57

Figura 6-15: Disponibilidad de iones Ca2+ en la solución entrecruzante a medida que

aumenta la cantidad de alginato adicionada. .................................................................. 59

Figura 6-16: Apariencia de las micropartículas en función de la adición de Manucol® LKX

sobre la solución entrecruzante: a. Previo proceso de secado y b. Posterior al proceso de

secado. ........................................................................................................................... 60

Figura 6-17: Apariencia de las micropartículas en función de la adición de Protanal® LF

sobre la solución entrecruzante: a. Previo proceso de secado y b. Posterior al proceso de

secado. ........................................................................................................................... 61

Figura 6-18: Distribución de tamaño de partícula de las micropartículas en función de la

adición de diferentes volúmenes de alginato sobre la solución entrecruzante: a. Manucol®

LKX y b. Protanal® LF. .................................................................................................... 62

Figura 6-19: Morfología de las micropartículas preparadas a partir de Protanal® LF: a.

Observación en microscopio de luz transmitida y polarizada (4X), y b. Observación en

microscopio electrónico de barrido. ................................................................................. 65

Figura 6-20: Distribución de tamaño de partícula de las micropartículas preparadas a

partir de Protanal® LF. ..................................................................................................... 66

Figura 6-21: Clasificación del grado de higroscopicidad de las micropartículas preparadas

a partir de Protanal® LF. .................................................................................................. 71

Figura 6-22: Comportamiento de las micropartículas preparadas a partir de Protanal® LF

frente a la humedad relativa: a. Ganancia de agua y b. Contenido de humedad de

equilibrio (EMC) de las micropartículas a distintas condiciones de humedad relativa...... 72

Figura 6-23: Velocidad de ganancia de agua por parte de las micropartículas preparadas

a partir de Protanal® LF a distintas condiciones de humedad relativa. ............................ 73

Figura 6-24: Capacidad de sorción de agua de las micropartículas preparadas a partir de

Protanal® LF. ................................................................................................................... 74

Figura 6-25: Efecto de la cantidad de micropartículas empleada sobre la liberación de

quercetina en solución reguladora de pH 7.4: a. 10 mg de micropartículas, b. 25 mg de

micropartículas y c. 50 mg de micropartículas................................................................. 77

Figura 6-26: Liberación de quercetina a partir de las micropartículas para las condiciones

de pH: a. pH 1.0, b. pH 6.8 y c. pH 7.4. ........................................................................... 79


conteniendo quercetina, en solución reguladora de pH 1.0. ............................................ 80





Figura 6-30: Comportamiento del frente de hinchamiento de las micropartículas

preparadas a partir de Protanal® LF a pH 1.0. ................................................................. 85

XV

Figura 6-31: Espesor de los frentes de hinchamiento y de erosión de las micropartículas

preparadas a partir de Protanal® LF a pH 6.8. ................................................................ 87

Figura 6-32: Comportamiento de los frentes de hinchamiento, difusión y erosión de las

micropartículas preparadas a partir de Protanal® LF a pH 7.4. ....................................... 88

Figura 6-33: Morfología observada en microscopio electrónico de barrido de las

micropartículas preparadas a partir de Protanal® LF conteniendo quercetina: a.

Hinchadas en solución reguladora de fosfatos pH 6.8 (izquierda) y pH 7.4 (derecha) a los

60 min de ensayo y b. Detalles de la superficie (izquierda) y de la estructura (derecha) de

las micropartículas secas. .............................................................................................. 89

Figura 6-34: Vista ampliada de una micropartícula preparada a partir de Protanal® LF

hinchada, en solución reguladora de fosfatos de pH 7.4. ............................................... 90

Figura 6-35: Morfología de las partículas de los coprocesados Starlac®, Microcelac® y

Retalac® observadas en microscopio de luz transmitida y polarizada con objetivo 20X. . 93

Figura 6-36: Distribución de tamaño de partícula para los coprocesados Starlac®,

Microcelac® y Retalac®. .................................................................................................. 94

Figura 6-37: Comportamiento del coprocesado Starlac® frente a la humedad relativa: a.

Ganancia de agua y b. Contenido de humedad de equilibrio (EMC). .............................101

Figura 6-38: Comportamiento del coprocesado Microcelac® frente a la humedad relativa:

a. Ganancia de agua y b. Contenido de humedad de equilibrio (EMC). .........................102

Figura 6-39: Comportamiento del coprocesado Retalac® frente a la humedad relativa: a.

Ganancia de agua y b. Contenido de humedad de equilibrio (EMC). .............................103

Figura 6-40: Velocidad de ganancia de agua de los coprocesados Starlac®, Microcelac® y

Retalac® a distintas condiciones de humedad relativa. ..................................................104

Figura 6-41: Capacidad de sorción de agua de los coprocesados: a. Starlac®, b.

Microcelac® y c. Retalac®. .............................................................................................106

Figura 6-42: Comportamiento de hinchamiento y gelificación de los comprimidos

obtenidos con Retalac® durante el ensayo de desintegración. ......................................112

Figura 6-43: Distribución de tamaño de partícula de los granulados preparados a partir de

Starlac®, Starlac®- Retalac® y Retalac®..........................................................................114

Figura 6-44: Estudio de liberación in vitro de quercetina desde las matrices sólidas

preparadas a partir de los granulados de Starlac®, Starlac® - Retalac® y Retalac®: a. pH

6.8 y b. pH 7.4. ..............................................................................................................119

Figura 6-45: Comportamiento de desintegración de las tabletas preparadas a partir del

granulado de Starlac® a pHs 6.8 y 7.4. ..........................................................................120


granulado de Retalac® a pHs 6.8 y 7.4. .........................................................................121


granulado de Starlac® - Retalac® a pHs 6.8 y 7.4. .........................................................122

Figura 6-48: Comportamiento de liberación in vitro de quercetina a partir de las

micropartículas a base de alginato, y desde las micropartículas incluidas en las matrices

sólidas preparadas a partir de los granulados de Starlac® y Retalac®: a. pH 6.8 y b.

pH7.4. ...........................................................................................................................125

XVI Estudio del comportamiento de liberación de quercetina a partir de


Contenido XVII

Lista de tablas

Pág. Tabla 5-1: Evaluación del efecto sobre el tamaño de partícula, de la naturaleza y la

concentración del polímero y del calibre de la aguja de extrusión. ................................. 22

Tabla 5-2: Composición de los granulados en las distintas formulaciones empleando

Starlac® y Retalac® para la incorporación de micropartículas a base de alginato

conteniendo quercetina dentro de matrices sólidas. ....................................................... 36

Tabla 5-3: Composición de la tableta a partir de granulados de Starlac®, Starlac® -

Retalac® y Retalac®, para la incorporación de micropartículas a base de alginato

conteniendo quercetina. ................................................................................................. 36

Tabla 6-1: Resultados obtenidos en el estudio sistemático del método de gelificación

iónica utilizado para la preparación de micropartículas a base de alginato de sodio. ..... 40

Tabla 6-2: Proporción monomérica, naturaleza y viscosidad de las dispersiones de las

diferentes referencias de alginato y ácido algínico evaluadas. ....................................... 41

Tabla 6-3: Tamaño de las micropartículas a base de alginato y ácido algínico en mm,

obtenidas al evaluar diferentes referencias y concentraciones de los materiales, y

diferentes calibres de aguja de extrusión........................................................................ 45

Tabla 6-4: Influencia de la temperatura y del tiempo de secado sobre el tamaño, la

dureza y el contenido de humedad de las micropartículas a base de Protanal® LF. ....... 49

Tabla 6-5: Comportamiento del pH de la solución entrecruzante y del tamaño y humedad

de las micropartículas en función de la cantidad de Protanal® LF y Manucol® LKX

adicionada. ..................................................................................................................... 56

Tabla 6-6: Resultados de la caracterización de algunas de las propiedades

farmacotécnicas de las micropartículas preparadas a partir de Protanal® LF. ................ 67

Tabla 6-7: Clasificación del grado de higroscopicidad, contenido de humedad de

equilibrio (EMC) y velocidad de sorción – desorción de agua de las micropartículas

preparadas a partir de Protanal® LF. .............................................................................. 70

Tabla 6-8: Capacidad de carga y eficiencia de encapsulación de quercetina para las

micropartículas empleadas en el ensayo de liberación del activo. .................................. 75

Tabla 6-9: Tamaño de partícula de los coprocesados Starlac®, Microcelac® y Retalac®. 94

Tabla 6-10: Resultados de la caracterización de algunas de las propiedades

farmacotécnicas de los coprocesados Starlac®, Microcelac® y Retalac®. ....................... 96

Tabla 6-11: Clasificación del grado de higroscopicidad, contenido de humedad de

equilibrio (EMC) y velocidad de sorción – desorción de agua de los coprocesados

Starlac®, Microcelac® y Retalac®. ..................................................................................100

Tabla 6-12: Evaluación del comportamiento bajo compresión de los coprocesados

Starlac®, Microcelac® y Retalac®. ..................................................................................108

XVIII Estudio del comportamiento de liberación de quercetina a partir de


Tabla 6-13: Resultados de la caracterización de las tabletas preparadas a partir de

granulados de Starlac®, Starlac® - Retalac® y Retalac®, conteniendo quercetina

encapsulada en micropartículas. ................................................................................... 116

Tabla 6-14: Resultados de la evaluación del ajuste algunos modelos cinéticos del perfil

de liberación de activo obtenido a pH 6.8 y a pH 7.4 para tabletas conteniendo

micropartículas a base de alginato y quercetina y preparadas con Starlac® - Retalac®. 123

Contenido XIX

Lista de símbolos y abreviaturas

Símbolos con letras latinas Símbolo Término Unidad SI Definición

d Diámetro mm Ec. 5.8 h Altura mm Ec. 5.8 K Coeficiente de fricción 𝑃𝑎. 𝑠−1 Ec. 5.9

Símbolos con letras griegas Símbolo Término Unidad SI Definición

Ángulo de reposo ° Ec. 5.8

Superíndices Superíndice Término

® Marca registrada

Abreviaturas Abreviatura Término

B API USP

Billones Ingrediente farmacéutico activo (por sus siglas en inglés) Farmacopea de los Estados Unidos (por sus siglas en inglés)

G Ácido gulurónico M Ácido manurónico UA Unidades de Absorbancia CV Coeficiente de variación

XX Estudio del comportamiento de liberación de quercetina a partir de


1. INTRODUCCIÓN

La vía oral es la ruta más conveniente y comúnmente empleada para la administración

de fármacos, debido a las menores restricciones en la calidad de los ambientes para su

producción, la flexibilidad en el diseño de la forma de dosificación y a su facilidad de

administración al paciente (Abdul y col., 2004). Sin embargo, las formas farmacéuticas

sólidas convencionales o de liberación inmediata no permiten mantener una

concentración terapéutica constante del fármaco en el plasma durante todo el

tratamiento, la concentración del fármaco en el estado de equilibrio presenta

fluctuaciones, y para fármacos que tienen tiempo de vida media corto se requiere la

administración frecuente de dosis para lograr el efecto terapéutico. Por tanto, es posible

afirmar que este tipo de formas farmacéuticas resultan particularmente desventajosas

(Collett y Moreton, 2007; Peñaranda, 2009).

Es así como las formas farmacéuticas de liberación modificada surgen como una

alternativa terapéutica. Entre sus ventajas se destaca la posibilidad de mantener las

concentraciones plasmáticas necesarias para lograr el efecto terapéutico por un mayor

periodo de tiempo y el control de la cantidad de activo disponible para la absorción desde

una dosis administrada hasta la siguiente, lo que resulta en un perfil más estable de

fármaco en el plasma (Abdul y col., 2010). Según la compañía de investigaciones de

mercado BCC Research, en el 2011 las ventas globales de productos farmacéuticos que

involucran nanotecnología, una estrategia para modificar la liberación de activos, fueron

de USD $50.1 B, y de acuerdo con sus proyecciones, las ventas para 2016 serán de

USD $96.9 B, con una taza crecimiento anual de 14.1 % durante dicho periodo (BCC

Research, 2012).

En Colombia, no se encuentran reportadas de manera discriminada las ventas del sector

farmacéutico atribuidas a este tipo de formas de dosificación en particular. Sin embargo,

es posible afirmar que ni el diseño de formas farmacéuticas de liberación modificada, ni

2 Estudio del comportamiento de liberación de quercetina a partir de


su producción a escala industrial, han sido objeto de investigación intensiva por parte de

la industria nacional (Vallejo y Torres, 2007; Gallo y col., 2010). Lo anterior se encuentra

soportado en el hecho de que hasta la fecha, en el mercado colombiano únicamente

existen cinco medicamentos de liberación modificada que cuentan con registro sanitario

vigente expedido por el Instituto Nacional de Vigilancia de Medicamentos y Alimentos

INVIMA, y cuyo registro y autorización de fabricación pertenece a empresas

farmacéuticas nacionales (INVIMA, 2016).

Como un aporte para suplir esta desventaja tecnológica, en el Grupo de Investigación en

Desarrollo y Calidad de Productos Farmacéuticos y Cosméticos (GIDECA) del

Departamento de Farmacia de la Universidad Nacional, se ha venido trabajando en la

estandarización de métodos que permitan el diseño de alternativas tecnológicas para la

liberación modificada de activos. Dentro de estas se destaca el desarrollo de formas

farmacéuticas sólidas basadas en técnicas de microencapsulación, debido a su

practicidad, costo (Estevinho y col., 2013), y ventajas tales como la protección que le

otorga el polímero de recubrimiento al activo incorporado, la facilidad de administración y

la posibilidad de controlar la velocidad de liberación del fármaco encapsulado, logrando

incluso perfiles de liberación programados según la necesidad del paciente (Ng y col.,

2010; Singh y col., 2010).

En este sentido, los resultados hasta ahora obtenidos por el grupo de investigación

evidencian la factibilidad de encapsular quercetina mediante la técnica de gelificación

iónica, utilizando alginato como polímero y en donde las micropartículas obtenidas

exhiben comportamientos de liberación modificada dependientes del pH del medio

(Montenegro, 2014; Orozco, 2014; Baena, 2016). Sobre esta base, la presente tesis tiene

como objetivo investigar cómo dicho comportamiento de liberación podría verse

influenciado cuando las micropartículas conteniendo quercetina son incorporadas en

matrices sólidas tipo tableta. Esto permitirá profundizar en el estudio de diferentes

estrategias para modular la liberación del activo, fundamentalmente aquellas basadas en

la selección de los excipientes. En conjunto, la información y la experiencia recopiladas

sentarán las bases para iniciar procesos de transferencia de tecnología desde la

Universidad hacia la industria, con el fin de contribuir al avance como país, en el

Introducción 3

desarrollo y comercialización de alternativas tecnológicas competitivas y coherentes con

las tendencias de desarrollo de productos farmacéuticos en el ámbito mundial.

2. JUSTIFICACIÓN

La industria farmacéutica colombiana se caracteriza por su gran dependencia

tecnológica, representada en la importación de materiales de partida para la producción,

poco desarrollo en tecnología para su diseño y elaboración, así como escasa inversión

en laboratorios de investigación y desarrollo por parte de los establecimientos

productores (Vallejo y col., 2007). En ese orden de ideas, los recursos destinados al

diseño de nuevos sistemas de liberación y particularmente de aquellos que ofrecen

liberación modificada, son bastante reducidos. Esto último puede evidenciarse en el

hecho de que de las 17 formas farmacéuticas de liberación modificada que aparecen

registradas ante el Instituto Nacional de Vigilancia de Medicamentos y Alimentos INVIMA,

y que se comercializan actualmente en el país, tan solo cinco de ellas poseen registro

sanitario y autorización de fabricación asignados a empresas farmacéuticas nacionales

(INVIMA, 2016).

De acuerdo con lo anterior, la presente tesis busca contribuir a las investigaciones acerca

del desarrollo de formas farmacéuticas de liberación modificada que sean atractivas para

la industria radicada en Colombia y que a la vez, sean competitivas teniendo en cuenta

las tendencias en el ámbito internacional. Como molécula activa se ha elegido la

quercetina (3,3´,4´,5-7-pentahidroxiflavona), un flavonoide presente en frutas y vegetales,

que es catalogado como uno de los antioxidantes más potentes del grupo de los

polifenoles (Tavano y col., 2014). Se ha demostrado que la quercetina posee

propiedades como antiviral (Choi y col., 2009), antibacterial (Paolillo y col., 2011), anti-

inflamatorio (Fan y col., 2011) y anticancerígeno (Shi y col., 2014). Sobre esta última

aplicación terapéutica, la Sociedad Americana del Cáncer (ACS, por sus siglas en inglés)

resalta que estudios científicos en animales han demostrado que este activo puede

ayudar en la protección frente a algunos tipos de cáncer, particularmente en el cáncer de

colon. No obstante, aunque no se descarta esta aplicación terapéutica, aún no se cuenta

con la evidencia suficiente para extrapolar a humanos estos resultados (ACS, 2014).

6 Estudio del comportamiento de liberación de quercetina a partir de micropartículas


Reconociendo que la quercetina, como flavonoide, podría tener varios efectos para la

salud, su baja solubilidad en agua, su corto tiempo de vida media y su baja

biodisponibilidad oral dificultan su aprovechamiento como agente terapéutico (Liu y col.,

2014). Es así como, desde el punto de vista tecnológico, resulta interesante el diseño de

nuevos sistemas de liberación de fármacos que permitan su formulación. En este sentido,

estudios recientes han reportado diferentes posibilidades para promover el

aprovechamiento de esta molécula activa, dentro de las que se destacan la

microencapsulación, ya sea en partículas sólidas lipídicas (Costa Silva y col., 2013;

Scalia y col., 2013), en nanopartículas poliméricas (Kumari y col., 2010), en micelas

poliméricas (Khonkarn y col., 2011) o en liposomas (Cadena y col., 2013).

Guardando esta misma línea de diseño de productos innovadores, la presente tesis hace

parte de un proyecto del Grupo de Investigación en Desarrollo y Calidad de Productos

Farmacéuticos y Cosméticos del Departamento de Farmacia, orientado a la búsqueda de

nuevos sistemas de liberación de activos basados en la preparación de micropartículas

mediante la técnica de gelificación iónica. Trabajos previos han permitido la

implementación de esta técnica en el laboratorio (Orozco, 2014; Baena, 2016) y el

desarrollo de la formulación de micropartículas conteniendo quercetina, así como la

validación de la metodología analítica para la cuantificación de este activo en este tipo de

sistemas particulados. Así mismo, se ha evaluado la liberación de quercetina a partir de

las partículas, mostrando que ésta se ve favorecida en medios de pH básico, propios de

la primera y segunda porción del intestino delgado, donde ocurre una rápida liberación

del activo en las dos primeras horas (superior al 50 %). Posteriormente, se presenta una

liberación lenta dependiente de la concentración de quercetina encapsulada. Dicha

liberación se ve afectada negativamente a causa del envejecimiento acelerado de las

micropartículas, lo que se atribuye a su endurecimiento haciendo la red polimérica más

compacta y como consecuencia, dificultando la liberación del activo (Montenegro, 2014).

Si bien las micropartículas elaboradas con alginato ofrecen un comportamiento de

liberación modificada dependiendo del pH del medio de disolución, la presente tesis

explora la posibilidad de lograr esquemas de liberación más eficientes cuando dichas

micropartículas son incorporadas en una matriz sólida. De esta manera se pretende

profundizar en el estudio de las formas farmacéuticas de liberación modificada tipo

Marco Teórico 7

tableta y entender los aspectos relacionados con la disolución, para de esta forma

aportar información útil para futuros desarrollos de productos novedosos y atractivos para

la industria farmacéutica colombiana.

3. MARCO TEÓRICO

Según la farmacopea de los Estados Unidos (USP 38, 2015) la liberación modificada es

un término descriptivo que aplica para una forma de dosificación con un patrón de

liberación del ingrediente farmacéutico activo (API, por sus siglas en inglés), que se

modificó deliberadamente respecto a lo que se observaría si se formula en una forma de

dosificación de liberación inmediata. En lo concerniente a las formas farmacéuticas

sólidas y teniendo en cuenta el esquema de liberación del activo, existen dos categorías

de formas de liberación modificada:

1. Formas farmacéuticas sólidas de liberación retardada: aquellas que se formulan con

recubrimientos entéricos para proteger APIs ácido-lábiles del entorno gástrico o para

prevenir eventos adversos como la irritación.

2. Formas farmacéuticas sólidas de liberación prolongada: aquellas que se formulan de

tal manera que el API esté disponible durante un periodo prolongado después de la

ingestión.

La terminología utilizada en el campo de la liberación modificada para describir los

sistemas de entrega de fármacos es diversa y flexible, lo que frecuentemente lleva a

confusiones. Un intento de clasificación para definir las formas farmacéuticas orales de

liberación modificada de acuerdo con lo reportado por Suñé (2000), es el siguiente: De

liberación sostenida, aquellas que liberan inicialmente la cantidad necesaria de fármaco

para conseguir la respuesta farmacológica deseada de forma rápida, y posteriormente,

en una cantidad adecuada y constante para que la velocidad de absorción del fármaco

sea igual a la velocidad de eliminación durante un periodo prolongado, normalmente de

10 a 24 h; de liberación prolongada, aquellas formulaciones en las que el fármaco se

libera inicialmente en la cantidad suficiente para producir la acción terapéutica, para

después continuar liberándolo de forma lenta pero a una velocidad que no siempre es

igual a la velocidad de eliminación; de liberación repetida, aquellas que inicialmente



proporcionan una dosis simple de fármaco y a un tiempo posterior liberan otra dosis

similar, pero en el intervalo de liberación de una dosis y otra, no existe liberación de

principio activo; y de liberación retardada o diferida, aquellas que liberan el principio

activo después de transcurrido un tiempo de latencia, por lo que no se obtienen niveles

plasmáticos de fármaco hasta que la forma farmacéutica se encuentre en la zona del

tracto digestivo en donde se desea que se active el sistema.

De igual manera, la USP establece los ensayos mediante los que se evalúa la calidad de

una forma farmacéutica sólida, siendo de particular interés las pruebas que se realizan a

las tabletas y que a su vez, aplican para aquellas que presentan un comportamiento de

liberación modificada. Dentro de tales ensayos se incluyen: (i) ensayos generales como

la identificación, la valoración de activo y el análisis de impurezas y, (ii) ensayos

específicos como la evaluación de la friabilidad, la dureza, la uniformidad de contenido y

las pruebas de disolución. Estas últimas, que son de particular interés en la presente

investigación, se definen como el proceso mediante el cual las moléculas del activo se

liberan desde la fase sólida y entran en solución. La efectividad de una tableta en liberar

el fármaco que contiene para lograr su absorción sistémica está influenciada por la

velocidad de desintegración, de desagregación de los gránulos, pero aún más

importante, la velocidad de disolución del activo mismo, lo que hace que las pruebas de

disolución sean de suma importancia para garantizar el adecuado comportamiento in vivo

del producto (Sinko y Singh., 2011b).

Con el propósito de profundizar en el diseño de formas farmacéuticas sólidas de

liberación modificada y llevar a la práctica los anteriores conceptos, en la presente tesis

se ha elegido continuar las investigaciones que hasta la fecha se han adelantado en el

Grupo de Investigación en Desarrollo y Calidad de Productos Farmacéuticos y

Cosméticos – GIDECA acerca del diseño de micropartículas conteniendo quercetina, uno

de los flavonoides más potentes del grupo de los polifenoles (Tavano y col., 2014).

Químicamente, la quercetina corresponde a la 3,3´,4´,5-7-pentahidroxiflavona (Figura 3-

1) y se puede obtener a partir de las plantas, extrayendo en primera medida los

glicósidos de quercetina; posteriormente se efectúa una hidrólisis que permite la

liberación de aglicona y la subsecuente purificación de la quercetina (Harwood y col.,

Marco Teórico 11

2007). Numerosas investigaciones han evidenciado las propiedades de la quercetina

como agente antiviral (Choi y col., 2009; Thapa y col., 2012), antibacterial (Paolillo y col.,

2011; Plaper y col., 2003), anticancerígeno (Shi y col., 2014; Wang y col., 2012) y anti-

inflamatorio (Fan y col., 2011; Kleemann y col., 2011).

Resultados de estudios in vivo (Boulton y col., 1998) mostraron que la quercetina exhibe

elevada unión a proteínas plasmáticas (99.4 %) y una baja solubilidad en agua (10 mg/l a

20 °C) (Srinivas y col., 2010; Gao y col., 2011; Abraham y col., 2014). De otro lado,

estudios de biodisponibilidad reportan que esta es menor a 17 % en ratas (Khaled y col.,

2003), y en humanos se encuentra entre el 15 % y el 20 % (Graefe y col., 2001). Es por

esta razón, que diversos estudios clínicos acerca del empleo de este fármaco como

agente terapéutico se han visto limitados (Graefe y col., 1999; Bhattaram y col., 2002).

Figura 3-1: Estructura química de la quercetina.

(Sweetman, 2009)

De acuerdo con lo anterior, se ha intentado mejorar la solubilidad de la quercetina

empleando diferentes mecanismos. Entre ellos se reporta el empleo de dimetilsulfóxido

(DMSO). Sin embargo, este método es cuestionable debido al efecto vasoconstrictor y a

la toxicidad neurológica del DMSO (Ader y col., 2000). Adicionalmente, el estudio clínico

de la biodisponibilidad de la 3´- (N - carboximetil) carbamoil – 3, 4´, 5, 7 –

tetrahidroxiflavona, un derivado de la quercetina que es soluble en agua, sugiere una

biodisponibilidad no mayor al 25 % (Mulholland y col., 2001). Otras alternativas son la



complejación con ciclodextrinas (Pralhad y Rajendrakumar, 2004) y la inclusión dentro de

liposomas (Cadena y col., 2013). No obstante, el uso de ciclodextrinas está asociado con

riesgo de nefrotoxicidad y el empleo de liposomas puede resultar en problemas de

inestabilidad durante el almacenamiento (Wu y col., 2008).

Otras investigaciones muestran el desarrollo de varios nanotransportadores para mejorar

la solubilidad y la liberación de la quercetina, los que incluyen las microemulsiones

(Rogeiro y col., 2010), las nanosuspensiones (Gao y col., 2011), las nanopartículas

poliméricas (Kakran y col., 2012) y los transportadores lipídicos nanoestructurados (Liu y

col., 2014). Otros mecanismos incluyen la microencapsulación por la técnica de secado

por aspersión (Sansone y col., 2011) y en su mayoría, la preparación de micropartículas

sólidas lipídicas (Costa Silva y col., 2013; Scalia y col., 2013). Adicionalmente, otra

alternativa que resulta prometedora para el manejo de la quercetina, es su incorporación

en micropartículas poliméricas de alginato por medio de la técnica de gelificación iónica

(Montenegro, 2014); estrategia que es el objeto de estudio en la presente tesis.

Las micropartículas se pueden definir como partículas sólidas, aproximadamente

esféricas, cuyo tamaño varía en el rango de 1 µm a 1000 µm lo que les otorga elevadas

relaciones superficie/volumen. El uso potencial de este tipo de partículas en la industria

farmacéutica ha sido considerado desde los años sesenta (Burguess y Hickey, 1992a;

Rudnic y Schwartz, 2000) y entre sus ventajas se encuentran la formación de una barrera

física que actúa como protección del fármaco encapsulado frente a posibles agentes de

inestabilidad tales como acidez, alcalinidad, evaporación, calor, oxidación, luz y

humedad. De otro lado, las micropartículas permiten el manejo de un perfil de liberación

modificada de fármacos, incrementando la vida media del activo encapsulado y el control

efectivo en la concentración del fármaco en sitios específicos, por un periodo de tiempo

extendido, con exposición sistémica mínima (Lam y Gambari, 2014).

Las micropartículas pueden estar conformadas por materiales de diferente naturaleza,

como azúcares, gomas, proteínas, polisacáridos naturales y modificados, lípidos y

polímeros (Fang y Bhandari, 2010). El alginato es uno de los polímeros más ampliamente

utilizados en la fabricación de micropartículas, debido a que tiene la capacidad de formar

una matriz de gel bioadhesiva, biocompatible, biodegradable e hidrofílica que responde a

Marco Teórico 13

los cambios de pH (Lupo y col., 2014; Lam y Gambari, 2014). Los alginatos son extraídos

principalmente de algas marrones de las especies Laminaria hyperborea, Ascophyllum

nodosum y Macrocystis pyrifera. También se han extraído de Laminaria japónica, Eclonia

máxima y Lesonia negrescens. Estos polímeros son una familia de polisacáridos lineales

no ramificados, conteniendo cantidades variables de ácido (1,4´) β-D-manurónico (bloque

M) y de ácido α-L-gulurónico (bloque G). La proporción y secuencia de los bloques, así

como su peso molecular, determinan las propiedades físicas del alginato (Rodríguez-

Llimós y col., 2003).

Respecto a la preparación de micropartículas a partir de de alginato, esta puede

realizarse por diferentes métodos tales como el secado por aspersión de lechadas de

alginato conteniendo iones calcio o la formación de las partículas por metodologías que

involucran la peletización (Paques y col., 2014). Otro de los métodos es la gelificación

iónica, en donde ocurre la transición sol-gel del alginato, fundamentada en la afinidad que

poseen algunos cationes polivalentes para unirse de manera selectiva a los bloques G de

su cadena (Goh y col., 2012). La gelificación iónica puede ocurrir bien sea de manera

externa o interna, empleando en ambos casos una fuente de iones calcio (Ca2+); la

diferencia radica en la manera en que se incorpora el calcio a la dispersión de alginato,

previo al proceso de gelificación. En la gelificación externa, los iones Ca2+ difunden desde

una fuente externa de calcio hacia la dispersión de alginato, en tanto que en la

gelificación interna, la sal de calcio insoluble ya se encuentra presente en el interior de

las gotas antes de que ocurra la gelificación, y los iones Ca2+ se liberan mediante la

acidificación del medio (Lupo y col., 2014).

La presente investigación está orientada a la fabricación de micropartículas a partir de

alginato mediante la gelificación iónica externa, donde las micropartículas que atrapan el

fármaco en su interior pueden formarse mediante el goteo de una dispersión de alginato

de sodio sobre una solución del ion Ca2+ (generalmente a partir de cloruro de calcio). Los

cationes difunden desde la fase continua hacia el interior de las gotas de alginato y

forman la matriz de gel (Paques y col., 2014). El modelo de la “caja de huevos” (Figura

3-2) muestra cómo los cationes divalentes se enlazan en las cavidades inter-cadenas

(esencialmente secuencias de poliguluronatos), generando un complejo entrecruzado en

forma de varilla (Puguan y col., 2014; Morch, 2008).



Figura 3-2: Mecanismo probable de la gelificación iónica del alginato: a. Formación de un lecho de gel de alginato con cationes calcio, resultando en el modelo de "caja de huevos" y b. Asociaciones laterales de las cadenas.

(Morch, 2008)

Como se mencionó previamente, la encapsulación de un activo empleando

micropartículas permite la modificación de sus perfiles de liberación, determinando así su

acción terapéutica. Este comportamiento depende del peso molecular del polímero, la

distribución del fármaco en la matriz de la partícula, la mezcla de polímeros con

estructuras diferentes, y la cristalinidad y la porosidad de las micropartículas, entre otros

(Burguess y Hickey, 1992; Freiberg y Zhu, 2004). La liberación del fármaco desde las

micropartículas elaboradas con alginato es afectada por la velocidad de difusión del agua

en el polímero, lo que se encuentra relacionado con propiedades del polímero tales como

su polaridad, temperatura de transición vítrea y flexibilidad de la cadena polimérica.

Igualmente, en la liberación del activo debe considerarse la densidad de

Marco Teórico 15

entrecruzamiento y las interacciones inter-cadena del polímero (Guan y col., 2011; Silva y

col., 2006).

Típicamente para las micropartículas preparadas a base de un polímero, las moléculas

de fármaco atrapadas en la superficie producen una liberación “burst” (efecto de carga)

del fármaco en el medio de disolución, que resulta en un incremento marcado de la

concentración de fármaco en el plasma, incluso excediendo la concentración umbral

tóxica y generando reacciones adversas serias para fármacos que se caracterizan por

rangos terapéuticos estrechos (Xiao y col., 2013). Esta liberación tipo “burst”

generalmente depende de la naturaleza tanto del polímero como del fármaco, la

proporción polímero/fármaco y la afinidad relativa del fármaco por el polímero. Así, este

comportamiento de liberación puede modificarse variando la química del polímero

empleado, adicionando excipientes a la fase polimérica, o mediante la encapsulación de

micropartículas conteniendo los activos (Hassan y col., 2009). También se han ideado

estrategias como el diseño de micropartículas con estructura de núcleo – capa de

recubrimiento (core-shell microspheres), que proveen una cinética de liberación con bajo

efecto “burst” para el fármaco (Xiao y col., 2013; Freiberg y Zhu, 2004).

Teniendo en cuenta lo anterior, podría pensarse además en la modulación del efecto

“burst” que presentan las micropartículas, incorporándolas en una forma farmacéutica

cuya matriz permita a su vez la modificación de la liberación del activo. El diseño de una

forma farmacéutica de liberación modificada podría optimizar el régimen terapéutico

mediante la entrega lenta y continua del fármaco en todo el intervalo de dosificación,

logrando un producto más conveniente para el paciente (Abdul y Poddar, 2004), así

como la entrega del activo en sitios específicos del organismo.

4. OBJETIVOS

4.1 Objetivo general

Evaluar la estrategia de modular el comportamiento de liberación de moléculas activas a

través de la incorporación de micropartículas de alginato conteniendo quercetina, dentro

de matrices sólidas tipo tableta.

4.2 Objetivos específicos

Desarrollar matrices sólidas tipo tableta conteniendo micropartículas a base de alginato y

quercetina, a partir de la selección de excipientes que permitan modular la entrega del

fármaco.

Caracterizar el comportamiento de liberación de quercetina a partir de las matrices

sólidas obtenidas en cumplimiento del objetivo anterior, con el fin de lograr una

aproximación a la identificación del mecanismo de entrega del activo.

5. PARTE EXPERIMENTAL

5.1 Materiales

En la presente investigación se evaluaron como alginatos: Protacid™ F 120 NM (ácido

algínico: ácido gulurónico 65 - 75 %, ácido manurónico 25 - 35 %); Protanal® LF 10/60

FT-General NF (alginato de sodio: ácido gulurónico 60 - 70 %, ácido manurónico 30 - 40

%); Manucol® LKX (alginato de sodio: ácido gulurónico 30 - 40 %, ácido manurónico 60 -

70 %) y Protanal® HF 120 RBS (alginato de sodio: ácido gulurónico 45 - 55 %, ácido

manurónico 45 - 55 %) gentilmente donados por FMC BioPolymer. Igualmente se empleó

alginato farmacéutico adquirido en el mercado local, el que se caracterizó respecto a la

cantidad de grupos ácido libres. Dentro de los excipientes considerados para el

desarrollo de formas farmacéuticas sólidas se utilizaron los coprocesados para

compresión directa Starlac® (almidón 15 % - lactosa 85 %), Microcelac® (celulosa

microcristalina 25 % - lactosa 75 %) y Retalac® (hipromelosa 50 % - lactosa 50 %) de

Meggle Pharma y donados por Händler Colombia, así como talco, estearato de

magnesio, almidón de maíz y almidón pregelatinizado, todos grado farmacéutico,

adquiridos en el mercado local. La quercetina empleada como fármaco modelo fue

adquirida en Sigma-Aldrich (pureza ≥ 95 %, Lote SLBD8415V). Los demás reactivos

empleados en este trabajo fueron grado analítico (etanol 96 %, acetato de sodio

trihidratado, ácido acético glacial, fosfato monobásico de potasio, hidróxido de sodio,

ácido clorhídrico y cloruro de calcio). El agua purificada fue obtenida mediante destilación

(Boeco, WS 8000).



5.2 Métodos

5.2.1 Preparación y caracterización de las micropartículas a base de alginato

En términos generales, la preparación de las micropartículas se realizó siguiendo el

procedimiento descrito por Montenegro (2014). En primer lugar se preparó una dispersión

de alginato a la concentración requerida según el ensayo (1.5 % y 2.5 %). Para tal fin, el

polímero se dispersó a temperatura ambiente y con eventual agitación (plancha de

agitación IKA C-MAG HS 7 IKAMAG®), en un volumen de 100 ml de agua. Dicha

dispersión se adicionó gota a gota sobre 200 ml de una solución de cloruro de calcio

previamente preparada (relación 1:2 alginato: cloruro de calcio), utilizando para ello una

jeringa hipodérmica de volumen 1 ml y calibre de aguja determinado (27 G y 30 G). Las

micropartículas permanecieron en la solución de cloruro de calcio por un tiempo

aproximado de 10 min y a continuación se filtraron a través de un embudo Buchner

utilizando como medio de filtración papel de filtro (Boeco No. 3), y se lavaron con agua

destilada hasta fin de cloruros, lo que se verificó mediante el ensayo límite de oxalato de

amonio. Finalmente las partículas se secaron a una temperatura definida (30 °C y 40 °C)

(Horno Memmert) por espacio de 48 h.

Con el propósito de lograr micropartículas de tamaños que facilitaran su incorporación en

matrices sólidas, a partir de los resultados disponibles en el Grupo de Investigación en

Desarrollo y Calidad de Productos Farmacéuticos y Cosméticos - GIDECA acerca del

desarrollo de micropartículas a base de alginato, se investigaron las mejores condiciones

de trabajo para la obtención de micropartículas de tamaños inferiores a 0.63 mm ± 0.07

mm (tamaño mínimo alcanzado en investigaciones previas). Para tal fin se evaluó el

efecto de la naturaleza y la concentración del alginato utilizado, el calibre de la aguja

empleada para la extrusión de la dispersión del polímero formando gotas, la temperatura

y el tiempo secado de las micropartículas obtenidas, el volumen adicionado de la

Parte Experimental 21

dispersión de alginato, el pH de la solución entrecruzante y la concentración disponible

de iones Ca2+. Todos los ensayos fueron realizados al menos por triplicado y según se

consideró pertinente, las partículas fueron caracterizadas respecto a su comportamiento

de tamaño, dureza y contenido de humedad.

El tamaño de las micropartículas se determinó utilizando el software ImageJ®.

Inicialmente se tomó una fotografía digital de cada muestra a analizar y con un calibrador

digital (Red Line Mechanics®) se midió el tamaño de un conjunto de micropartículas, los

que se introdujeron como valor de referencia en el software. Posteriormente se tomaron

fotografías de cada muestra de micropartículas, las que se procesaron en el software

para medir los diámetros de entre 250 y 300 micropartículas, relacionando sus pixeles

con los valores tomados como referencia. Los resultados de las determinaciones se

expresaron en milímetros y a partir de ellos se construyeron las gráficas de distribución

del tamaño de partícula en función de la frecuencia relativa.

La evaluación de la dureza de las partículas se llevó a cabo en un analizador de textura

(Texture Analyser TA.XT Plus, Stable Micro Systems®) acoplado con una sonda de

aluminio tipo P/20 y se siguió el procedimiento desarrollado por Montenegro (2014), con

algunas variaciones. Para cada análisis se empleó una cantidad aproximada de 0.05 g de

micropartículas, que se distribuyó de manera uniforme en forma de monocapa, sobre la

superficie destinada para la aplicación de la fuerza de deformación. La velocidad de

aplicación de la fuerza fue de 0.01 mm/s, con una distancia inicial de la sonda de 0.1 mm,

una fuerza de gatillo de 10 g y una deformación del 2 %. El software empleado fue

Exponent® y el programa para el procesamiento de los datos fue Compressibility of tablet

granules using cylinder probe, dentro del paquete Pharmaceutical and Medical. Las

determinaciones de dureza de cada muestra se efectuaron por duplicado y a partir de los

resultados obtenidos se construyeron las gráficas correspondientes con su respectivo

coeficiente de variación.

El contenido de humedad de las micropartículas se determinó por medio de una balanza

de humedad (Radwag® PMX50, sensibilidad 0.001 %). Para tal fin se colocaron

aproximadamente 0.5 g de la muestra en el plato, que posteriormente se calentaba hasta

120°C ± 2 °C, lo que resultó en la eliminación del agua presente en la muestra. El equipo



verificó la pérdida de masa, expresando el resultado como porcentaje de humedad de las

micropartículas analizadas. Para cada muestra se determinó la humedad por duplicado y

los resultados fueron reportados como el promedio de las determinaciones efectuadas

con su respectivo coeficiente de variación.

Evaluación del efecto de la naturaleza y la concentración del alginato y del calibre de

aguja utilizado para la extrusión de las gotas: Se estudiaron alginatos correspondientes a

las referencias Protanal® LF 10/60 FT-General NF, Manucol® LKX, Protanal® HF 120

RBS, alginato de sodio grado farmacéutico y ácido algínico de referencia Protacid™ F

120 NM. Igualmente, como se presenta en la Tabla 5-1, el ensayo involucró el estudio de

la influencia sobre el tamaño de partícula, de la concentración polímero en la dispersión y

del calibre de aguja empleado para la extrusión de dicha dispersión. Las partículas

obtenidas fueron caracterizadas respecto a su tamaño y a partir de los datos obtenidos

se construyeron las gráficas de distribución del tamaño de partícula en función de la

frecuencia relativa.

Tabla 5-1: Evaluación del efecto sobre el tamaño de partícula, de la naturaleza y la concentración del polímero y del calibre de la aguja de extrusión.


El alginato calidad farmacéutica se caracterizó respecto a la cantidad de grupos ácido

libres, mediante titulación conductimétrica siguiendo el método de Bochek y col. (2001),

con algunas modificaciones. Se pesó una cantidad aproximada de 1.0 g de alginato la

que se dispersó en un volumen de 60 ml de agua destilada. Posteriormente, con solución

de NaOH 0.04 M y utilizando fenoftaleína como indicador, se titularon los grupos

carboxilo libres presentes en el alginato. Una vez alcanzado el punto final de la titulación,

se adicionó un exceso de 10 ml de la solución de NaOH empleada. Para cuantificar los

grupos carboxilo totales en el alginato, el exceso de base añadido se tituló con solución

de HCl 0.11 M y el punto de equivalencia se determinó a partir de las curvas de titulación

conductimétrica (Conductímetro WTW LF 330, precisión 0.5%). El contenido de grupos

carboxilo libres se estimó a partir de la Ecuación 5.1.

𝐾𝑡 = 𝑀𝐻𝐶𝑙 ∗ 𝑉𝐻𝐶𝑙 ∗ 0.045

𝑎∗ 100 (5.1)

Donde: Kt es la cantidad de grupos carboxilo libres presentes en el alginato, MHCl y VHCl la

concentración (molaridad) y el volumen (ml) de HCl empleado y a la cantidad de alginato

(g) empleada en el estudio.

Evaluación del efecto de la temperatura y del tiempo de secado: Se prepararon

micropartículas siguiendo el procedimiento general, utilizando Protanal® LF a una

concentración de 1.5 % y aguja de calibre 27 G. Estas condiciones fueron las que de

acuerdo con los resultados hasta ahora obtenidos, permitieron la obtención del tamaño

de partícula más pequeño. Las micropartículas posteriormente se secaron a

temperaturas de 30 °C ± 1.0 °C y 40 °C ± 0.7 °C (Horno de secado JOUAN® IG 150,

Horno de secado Memmert®), evaluando el comportamiento del tamaño, la dureza y el

contenido de humedad de las partículas cada 24 h (RADWAG® PMX50, sensibilidad

0.001 %), donde t0 correspondió al momento en el que las partículas a simple vista se

observaron secas.



Evaluación del efecto del volumen adicionado de la dispersión de alginato, del pH de la

solución entrecruzante y de la concentración disponible de iones Ca2+: En estos ensayos

se empleó una dispersión acuosa de alginato de las referencias Protanal® LF y Manucol®

LKX a una concentración de 1.5 %. Inicialmente, 10 ml de dicha dispersión fueron

adicionados gota a gota por medio de una jeringa hipodérmica de volumen 1 ml y calibre

de aguja 27 G, a 100 ml de una solución de cloruro de calcio al 1.5 %, cuyo pH había

sido previamente ajustado entre 2 y 3 con ácido clorhídrico concentrado (37 %). Las

micropartículas obtenidas permanecieron en la solución entrecruzante por un tiempo

aproximado de 10 min, y posteriormente se filtraron y lavaron antes de secarlas a las

condiciones indicadas en el procedimiento general. Sobre las aguas de curado se

efectúo la medición del pH (pHmetro HI 2221 HANNA INSTRUMENTS®, precisión ± 0.01)

y posteriormente la cuantificación del contenido de iones Ca2+. Para ello, se tomó una

alícuota de 2 ml de las aguas de curado sobre la que se añadieron 10 ml de agua

destilada y unas gotas del indicador murexida. Seguidamente se efectuó una titulación

con EDTA 0.01 M (de pH 11), hasta viraje del indicador de color rosado a púrpura. La

solución entrecruzante de partida fue utilizada para adicionar nuevamente sobre ella 10

ml de la dispersión de polímero, permitiendo la formación de las partículas como se

indicó anteriormente. El procedimiento se repitió consecutivamente hasta adicionar en

total un volumen de 100 ml de la dispersión de alginato sobre la misma cantidad de

solución entrecruzante. Las partículas obtenidas fueron caracterizadas respecto a su

tamaño y contenido de humedad empleando las metodologías ya descritas. El estudio se

efectuó por duplicado y los resultados fueron expresados en términos del promedio con

su coeficiente de variación.

5.2.2. Preparación y caracterización de micropartículas a base de alginato conteniendo quercetina.

La preparación de las micropartículas conteniendo quercetina se realizó siguiendo el

procedimiento reportado por Montenegro (2014). Se preparó una solución de quercetina

disolviendo 87.5 mg de quercetina exactamente pesados en 10 ml de etanol al 96 %. A

partir de esta solución se tomó una alícuota de 4 ml que se adicionó a 100 ml de la

dispersión de Protanal® LF, manteniendo protegido de la luz y en agitación constante


durante aproximadamente una hora para garantizar la completa distribución del activo en

la dispersión polimérica. Luego, las partículas se prepararon según el procedimiento

descrito previamente y se caracterizaron respecto al tamaño de partícula, la capacidad

de carga, la eficiencia de encapsulación y la liberación de la quercetina encapsulada.

Para la determinación del tamaño de partícula se empleó el software Image J® mediante

el método previamente descrito. Para estimar la cantidad del activo encapsulado (i.e., la

capacidad de carga) y la eficiencia de encapsulación, inicialmente se determinó la

cantidad de activo no encapsulado. Para tal fin, previa filtración de las micropartículas se

tomó una alícuota de 2 ml de las aguas de curado sobre la que se añadieron 10 ml de

etanol al 96 %, 12.5 ml de solución reguladora de acetatos pH 4.2 y agua destilada en

cantidad suficiente para un volumen final de 50 ml. Como blanco se utilizó una solución

que contenía los reactivos empleados en la preparación de la muestra, reemplazando el

volumen de la alícuota de las aguas de curado por un volumen equivalente de agua

destilada.

De otro lado, se determinó la cantidad de quercetina incorporada en las micropartículas

de alginato siguiendo el procedimiento establecido por Obidike y col. (2011) con las

modificaciones hechas por Montenegro (2014). Con este propósito, en un mortero se

trituraron 50 mg de micropartículas secas y posteriormente se efectuó una maceración

añadiendo 10 ml de etanol al 96 %. La suspensión obtenida fue filtrada empleando un

embudo y papel de filtro convencionales. Se tomó una alícuota de 1.0 ml del filtrado

sobre la que se añadieron 2.0 ml de etanol al 96 %, 2.5 ml de solución reguladora de

acetatos de pH 4.2 y agua destilada para un volumen total de 10 ml. Para la

cuantificación del activo se utilizó como blanco una solución que contenía los reactivos

empleados en la preparación de la muestra, reemplazando el volumen de la alícuota del

filtrado por un volumen equivalente de etanol al 96 %.

La capacidad de carga se calculó según la Ecuación 5.2 y los resultados fueron

expresados como el contenido de activo (%) por gramo de alginato.



𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 (%) = (𝑚𝑔 𝑑𝑒 𝑞𝑢𝑒𝑟𝑐𝑒𝑡𝑖𝑛𝑎 𝑒𝑛 𝑚𝑖𝑐𝑟𝑜𝑝𝑎𝑟𝑡í𝑐𝑢𝑙𝑎𝑠

𝑚𝑔 𝑑𝑒 𝑚𝑖𝑐𝑟𝑜𝑝𝑎𝑟𝑡í𝑐𝑢𝑙𝑎𝑠 𝑜𝑏𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑎𝑠 ) ∗ 100 (5.2)

La eficiencia de encapsulación se calculó según la Ecuación 5.3 y los resultados fueron

expresados como el contenido de activo dentro de las micropartículas (%) respecto a la

cantidad inicial del activo empleada para la preparación de las micropartículas.

𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑐𝑎𝑝𝑠𝑢𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (%) = (𝑚𝑔 𝑑𝑒 𝑞𝑢𝑒𝑟𝑐𝑒𝑡𝑖𝑛𝑎 𝑒𝑛 𝑚𝑖𝑐𝑟𝑜𝑝𝑎𝑟𝑡í𝑐𝑢𝑙𝑎𝑠

𝑚𝑔 𝑑𝑒 𝑞𝑢𝑒𝑟𝑐𝑒𝑡𝑖𝑛𝑎 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 ) ∗ 100 (5.3)

La liberación de la quercetina encapsulada en las partículas fue determinada siguiendo el

procedimiento establecido por Montenegro (2014), donde se emplearon como medios de

disolución una solución de ácido clorhídrico 0.1 N (pH 1.0) y soluciones reguladoras de

fosfatos de pH 6.8 y pH 7.4, las que fueron preparados según los métodos establecidos

en la USP (pHmetro HI 2221 HANNA INSTRUMENTS®, precisión ± 0.01) (USP 38,

2015). Para la ejecución del ensayo, se introdujeron en un baño termostatado a

temperatura de 37°C ± 2°C (plancha de agitación IKA® C-MAG HS 7 IKAMAG®) frascos

tipo vial de 25 ml, que contenían 10 ml del medio de disolución bajo agitación constante

(50 rpm). Una vez alcanzada la temperatura de equilibrio en el sistema, a cada frasco vial

se le adicionó la cantidad correspondiente de micropartículas secas, momento que fue

definido como tiempo cero del estudio. Se tomaron alícuotas de 0.5 ml de la muestra

durante cada hora, hasta completar el tiempo total de 6 h para la ejecución del estudio. El

volumen de alícuota tomado fue reemplazado con un volumen equivalente del medio de

disolución mantenido a la misma temperatura. Sobre la alícuota tomada, se adicionaron

1.0 ml de etanol al 96 %, 1.25 ml de solución reguladora de acetatos pH 4.2 y agua

destilada en cantidad suficiente para un volumen final de 5 ml. Se efectuaron seis

réplicas del ensayo y los resultados fueron expresados como porcentaje de quercetina

liberado a cada tiempo de muestreo.


La cuantificación del activo en los ensayos de capacidad de carga, de eficiencia de

encapsulación y de liberación de activo se llevó a cabo por espectrofotometría

(Espectrofotómetro UV SHIMADZU® UV-1800), como ha sido reportado por Montenegro

(2014), el cual a su vez se basa en el procedimiento establecido por Pejic y col. (2004).

La ecuación de la recta obtenida fue Y = – 0.0039 + 0.0579X con intervalos de confianza

de 0.010 UA*ml*µg-1 y 0.007 UA para la pendiente y el intercepto, respectivamente.

Se preparó una solución stock de quercetina, disolviendo 2.5 mg del analito exactamente

pesados (balanza analítica PA214, OHAUS®, sensibilidad 0.1 mg) en 25 ml de etanol al

96 %, para lograr una concentración de 100 µg/ml. A partir de dicha solución se tomaron

las alícuotas requeridas para lograr las concentraciones finales a evaluar. Sobre la

alícuota tomada se adicionaron 10 ml de etanol al 96 %, 12.5 ml de una solución

reguladora de acetatos de pH 4.2 preparada según el procedimiento descrito en USP 38,

y agua destilada suficiente para completar a un volumen de 50 ml. Como blanco para la

lectura en el espectrofotómetro se reemplazó el volumen de la alícuota por un volumen

equivalente de etanol al 96 %.

Aunque dicha metodología analítica se encontraba validada al interior del grupo de

investigación, para comprobar su validez en las determinaciones realizadas en la

presente investigación se llevó a cabo el estudio de la precisión en términos de la

repetibilidad (del sistema instrumental y del método) y de la precisión intermedia. Para

determinar la repetibilidad del sistema instrumental se preparó una solución de 10 µg/ml

de quercetina, la que se analizó 10 veces por el mismo analista, en el mismo día y en el

mismo laboratorio. Para evaluar la repetibilidad del método, se prepararon tres réplicas

independientes de soluciones de 4 µg/ml, 10 µg/ml y 14 µg/ml de quercetina, las que

fueron analizadas por triplicado. Finalmente, para verificar la precisión intermedia se

prepararon tres réplicas independientes de una solución de 10 µg/ml de quercetina, que

se analizaron empleando el mismo analista y el mismo laboratorio, en dos días

diferentes; las réplicas fueron analizadas por triplicado. Los resultados se expresaron

como el coeficiente de variación de las determinaciones efectuadas.

De otro lado, complementario al estudio de liberación de la quercetina a partir de las

micropartículas, se evaluó el comportamiento de hinchamiento de las partículas mediante

seguimiento fotográfico, empleando un estereoscopio acoplado con cámara fotográfica

(LEICA M205A) y objetivo 1 X. Para ello, las micropartículas fueron introducidas en

soluciones de ácido clorhídrico 0.1 N (pH 1.0), solución reguladora de fosfatos de pH 6.8



y de pH 7.4 sin el suministro de calentamiento o agitación. Las fotografías se tomaron en

el momento donde se observaba un cambio apreciable en la estructura de las partículas,

y la finalización del ensayo correspondió al tiempo donde se presenció la desintegración

de la matriz polimérica en el medio o donde no se observó cambio apreciable en la

estructura de la partícula.

5.2.3 Desarrollo de matrices sólidas conteniendo quercetina encapsulada en micropartículas a base de alginato

Teniendo en cuenta el tamaño de las micropartículas conteniendo alginato y quercetina,

se ensayó la estrategia de preparar un granulado a base de una mezcla de excipientes,

el que sería mezclado con las micropartículas y los lubricantes en una etapa de mezcla,

previa a la compresión para obtener las tabletas. El granulado estaba compuesto en un

70 % de una mezcla entre almidón de maíz y almidón pregelatinizado, dos materiales de

reconocida aplicación en el diseño de formas farmacéuticas sólidas tipo tableta. El 30 %

restante se reservó para evaluar el efecto de algunos materiales coprocesados (Starlac®,

Microcelac® y Retalac®) los que en teoría, permitirían modular la liberación del activo.

Así, con el propósito de conocer tecnológicamente dichos coprocesados y orientar su

empleo en la presente investigación, estos fueron caracterizados farmacotécnicamente

tal como se describe a continuación. Igualmente, las micropartículas a base de alginato y

conteniendo quercetina fueron caracterizadas con el objeto de conocer su

comportamiento farmacotécnico.

Evaluación del comportamiento farmacotécnico de los materiales de partida: Con este

propósito se realizaron ensayos para conocer la morfología, el tamaño de partícula y la

distribución del tamaño de partícula, las densidades aparente y apisonada, los índices de

Carr y de Hausner, la voluminosidad, la fluidez expresada como ángulo de reposo y

velocidad de flujo, el comportamiento del material frente a la humedad relativa, la

capacidad de sorción de agua y el comportamiento bajo compresión.


- Morfología, tamaño de partícula y distribución de tamaño de partícula:

La morfología de las partículas de los coprocesados (Starlac®, Microcelac® y

Retalac®) se evaluó utilizando un microscopio de luz transmitida y luz polarizada

(Olympus BX51) ajustando la imagen con el software Infinity Capture. De otro

lado, para la determinación del tamaño y la distribución del tamaño de estos

materiales, se empleó un microscopio óptico (Microscopio Unico®) acoplado con

una cámara fotográfica, tomando fotografías de las diferentes muestras a evaluar,

las que fueron procesadas en el software Motic Images Plus 2.0® obteniendo el

tamaño de partícula en µm de cinco réplicas, cada una de 250 partículas.

La morfología de las partículas preparadas con alginato se evaluó se evaluó

utilizando un microscopio de luz transmitida y luz polarizada (Olympus BX51)

ajustando la imagen con el software Infinity Capture, y por medio de Microscopía

Electrónica de Barrido, donde la muestra se fijó en un soporte metálico para ser

posteriormente metalizada haciendo un recubrimiento con oro, proceso que

permitió la obtención de mejores condiciones para la toma de la imagen. Para

determinar el tamaño de partícula se tomaron fotografías de las micropartículas y

se siguió la metodología previamente descrita haciendo uso del software

ImageJ®. Estas determinaciones se hicieron para cinco réplicas de las

micropartículas, cada una de 250 partículas; los datos obtenidos fueron

expresados en mm.

Tanto para los coprocesados como para las micropartículas, a partir de los datos

obtenidos se construyeron las gráficas de distribución del tamaño de partícula en

función de la frecuencia relativa. Adicionalmente, los resultados fueron

expresados como el valor span para cada material estudiado.

- Densidad aparente: Con el objeto de eliminar los agregados que estuvieran

presentes en los materiales a evaluar, previa ejecución del ensayo los

coprocesados se tamizaron a través de una malla 40 y las micropartículas a

través de una malla 20. Se empleó una probeta certificada de volumen exacto

cercano a 20 ml, que inicialmente fue pesada estando vacía, para luego llenarla



completamente con el material a evaluar, garantizando caída libre.

Posteriormente, se pesó la probeta conteniendo el material y por diferencia de

peso entre la probeta vacía y la probeta llena, se obtuvo el peso del material

evaluado. La densidad aparente fue determinada al dividir el peso del material

sobre el volumen de la probeta empleada. Para cada material se realizaron 12

réplicas de esta determinación y los resultados fueron expresados como el

promedio de las determinaciones con su coeficiente de variación.

- Densidad apisonada: Se empleó el equipo tap density (COPLEY® JV1000).

Inicialmente se pesó la probeta vacía que luego se llenó por caída libre con el

material a evaluar hasta un volumen aproximado de 100 ml para el caso de los

coprocesados y de 5 ml para las micropartículas. Posteriormente, la probeta

conteniendo el material se ensambló en el equipo y se sometió a 1250 golpes, los

que garantizaron la máxima reducción del volumen ocupado por el sólido.

Finalmente se pesó la probeta con el material y por diferencia de peso entre la

probeta vacía y la probeta llena, se obtuvo el peso del material evaluado. La

densidad apisonada fue determinada al dividir el peso del material sobre el

volumen ocupado en la probeta después del apisonamiento. Para cada material

se realizaron 12 réplicas de esta determinación y los resultados fueron

expresados como el promedio de las determinaciones efectuadas con su


- Indices de Carr y de Hausner: A partir de los resultados obtenidos en los ensayos

de densidad aparente y de densidad apisonada, se estimaron tanto el índice de

Carr (Ecuación 5.4) como el índice de Hausner (Ecuación 5.5).

𝐼𝑛𝑑𝑖𝑐𝑒 𝑑𝑒 𝐶𝑎𝑟𝑟 (%) = [(𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑𝑎𝑝𝑖𝑠𝑜𝑛𝑎𝑑𝑎−𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑𝑎𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒)

𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑𝑎𝑝𝑖𝑠𝑜𝑛𝑎𝑑𝑎] ∗ 100 (5.4)

𝐼𝑛𝑑𝑖𝑐𝑒 𝑑𝑒 𝐻𝑎𝑢𝑠𝑛𝑒𝑟 = 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑎𝑝𝑖𝑠𝑜𝑛𝑎𝑑𝑎

𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑎𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 (5.5)


- Voluminosidad: Tomando como base los resultados obtenidos en el ensayo de

densidad apisonada, se estimó la voluminosidad de cada material (Ecuación 5.6

y Ecuación 5.7).

𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑖𝑛𝑜𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑎𝑝𝑖𝑠𝑜𝑛𝑎𝑑𝑎 = 1

𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑎𝑝𝑖𝑠𝑜𝑛𝑎𝑑𝑎 (5.6)

𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑖𝑛𝑜𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑎𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 = 1

𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑎𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 (5.7)

- Angulo de reposo: Se determinó utilizando un montaje que consiste en un

embudo en acero inoxidable con malla perforada, ensamblado en un soporte con

vibración de manera que el vástago se ubicó a aproximadamente 5 cm de altura

de una superficie horizontal (Figura 5-1). Sobre la malla del embudo se colocó el

material a estudiar de modo que pudiera caer libremente, sea por sus propias

características de flujo como en el caso de las micropartículas o al accionar el

sistema de vibración, como sucedió en el caso de los excipientes coprocesados.

Se midió el diámetro y la altura del cono que formaba el material al caer sobre la

superficie horizontal y se calculó el ángulo de reposo mediante la Ecuación 5.8.

Para cada material bajo estudio se realizaron 12 réplicas y los resultados fueron



𝑡𝑎𝑛𝜃 = ℎ

(𝑑2⁄ )

(5.8)

donde: h es la altura y d es el diámetro del cono formado por el material



Figura 5-1: Ensamble para la determinación de la fluidez por el método del ángulo de reposo.

- Velocidad de flujo: Se determinó haciendo uso del equipo FLODEX®, que consta

de un cilindro de acero con discos intercambiables de distintos diámetros de

orificio. Al ensamblar el cilindro con un disco y tapando el orificio se forma un

recipiente en el que se depositó una cantidad aproximada de 100 g del material

por medio de un embudo. Una vez cargado el material, se retiró el tapón

verificando que al repetir el experimento por tres veces consecutivas, se obtuviera

flujo libre del material. Para encontrar el orificio de disco que permite dicho flujo,

sistemáticamente se repitió el experimento variando el disco en orden creciente

de diámetro. Teniendo identificado el diámetro de disco correcto se estimó el

coeficiente de fricción del material utilizando la Ecuación 5.9. Adicionalmente, se

realizaron 12 réplicas del ensayo para determinar la cantidad de material que fluía

por el orificio por unidad de tiempo. Para tal fin, se midió el tiempo (Cronómetro

Sport Timer S-1380) en que una cantidad exacta de material (balanza analítica

PA214 OHAUS®, sensibilidad 0.1 mg) atravesó el orificio. Los resultados

obtenidos a partir de reemplazar los datos en la Ecuación 5.10, fueron




𝐾 = 490 ∗ 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑑𝑖𝑠𝑐𝑜 ∗ 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑎𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 (5.9)

𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜 = 𝐶𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙

𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 (5.10)

- Evaluación del comportamiento de los materiales frente a la humedad relativa:

Para el desarrollo de este estudio se emplearon cámaras de humedad

equilibradas a temperatura ambiente de laboratorio (18 °C ± 0.2 °C), empleando

soluciones sobresaturadas de MgCl2.7H2O , NaCl, NaSO4, lo que permitió lograr

ambientes de humedad relativa de 34 % ± 0.4 %, 70 % ± 0.7 % y 83 % ± 2.3 %,

respectivamente. Una cantidad exactamente pesada, aproximada a 350 mg de

material previamente seco (balanza de humedad RADWAG® PMX50, sensibilidad

0.001 %), fue colocada en pesa-substancias de vidrio de capacidad 5 ml, los que

fueron almacenados destapados en la cámara de humedad correspondiente.

Cada muestra fue pesada nuevamente, cuidando de tapar el pesa-substancias

antes de retirarlo de la cámara, a diferentes intervalos de tiempo hasta alcanzar

un peso constante o hasta un tiempo de almacenamiento máximo de 72 h. Para

cada material el ensayo se efectuó por quintuplicado. Conociendo los pesos del

pesa-substancias vacío, del material colocado en cada pesa-substancias al inicio

del ensayo y del pesa-substancias con el material en cada punto de muestreo, se

determinó la cantidad (en peso) de agua ganada para cada caso. A partir de estos

resultados se construyeron las gráficas que representan la ganancia de agua por

parte de cada material, durante el tiempo de ejecución del ensayo. Los resultados

se expresan como agua ganada (g) / (g) de material, reportando el promedio de

las determinaciones efectuadas con su intervalo de confianza.

- Capacidad de sorción de agua de los materiales: De acuerdo con el método

reportado por Baena (2011), se emplearon muestras exactamente pesadas de

aproximadamente 2.0 g de material, las que fueron ubicadas en el centro de la

celda del equipo de Einslen ajustado con el nivel de agua correspondiente. A

diferentes intervalos de tiempo, por medio de la pipeta graduada que posee el

sistema se determinó el volumen de agua captado por el material hasta lograr el

equilibrio. Para cada material se realizaron cinco réplicas. Conociendo el peso de



material empleado en el ensayo y los volúmenes de agua captados en cada

instante de tiempo, se construyeron las gráficas que representan la ganancia de

agua (en ml) por parte de cada material, durante el tiempo de ejecución del

ensayo. Los resultados se expresaron como el promedio de agua ganada (ml) /

(g) de material para las cinco réplicas efectuadas con su intervalo de confianza.

- Comportamiento de los materiales bajo compresión: Se empleó el método

propuesto por Kaplan y Wolff (1961), empleando una prensa hidráulica (CARVER

LABORATORY®) y aplicando una presión de 1 Ton durante 30 s, sobre una

muestra de 500 mg de cada material. El comprimido se caracterizó

posteriormente en cuanto a su tamaño, expansión elástica (evaluada a los 20

días), dificultad de expulsión (siendo negativa si no presentó ninguna dificultad y

escala 1 a 4, siendo 4 la mayor dificultad para expulsar el comprimido de la

matriz), laminación (siendo positiva si el comprimido mostraba signos de

laminación y negativa si no se presentaban) y adherencia (siendo positiva si el

material presentaba adherencia a la matriz y negativa si no se presentaba). Para

cada material se realizaron 20 réplicas. Igualmente, se evaluó el comportamiento

de desintegración para seis lingotes de cada material, empleando un

desintegrador (COPLEY® DTG 2000) de canastilla-gradilla con discos según

especificaciones farmacopeicas (USP 38, capítulo general <701>), y cuyos

parámetros de ensayo se ajustaron a una temperatura del medio de 37 °C ± 1.5

°C y un tiempo de 30 min.

Preparación de matrices sólidas incorporando micropartículas a base de alginato y

quercetina:

Con base en los resultados obtenidos para la caracterización farmacotécnica de los

coprocesados estudiados y con el fin de incorporar las micropartículas en matrices

sólidas, se prepararon granulados a partir de Starlac®, Retalac® y la mezcla Starlac®-

Retalac®, los que se mezclaron posteriormente con las micropartículas conteniendo

quercetina. Al comprimir estas mezclas de materiales se obtuvieron las matrices sólidas


tipo tableta. Se prepararon tres formulaciones diferentes en las que se varió la proporción

de los coprocesados en cada una de ellas, manteniendo constante una cantidad de 20

mg de micropartículas. No se empleó Microcelac® debido a que los comportamientos

farmacotécnicos de este material y del Starlac® fueron similares.

Como punto de partida se pesaron las cantidades requeridas de cada material según lo

indicado en la Tabla 5-2 (balanza PA3102, OHAUS®, sensibilidad 0.01 g) y previa carga

del material en el mezclador planetario (Erweka PRS), se realizó la mezcla durante 30

min a velocidad baja (1 en la escala del equipo). Una vez concluida esta etapa y

manteniendo el material bajo la misma condición de mezcla, se adicionó agua a

temperatura ambiente para realizar la aglutinación, en pequeñas porciones hasta lograr

la consistencia requerida para la granulación, lo que se verificó pasando el material por la

malla de granulación (malla No. 6) y observando que se alcanzara el aspecto del gránulo

que visualmente se consideró adecuado. Posteriormente el material se sometió al

proceso de granulación (Regranulador Erweka FGS) forzando su paso a través de la

malla No. 6. Los gránulos obtenidos se secaron a temperatura de 40 °C (secador de

lecho fluidizado Glatt) durante el tiempo necesario para obtener una humedad final en el

producto entre 1 y 2 % respectivamente (balanza de humedad RADWAG® PMX50,

sensibilidad 0.001 %). El granulado seco fue regranulado (Regranulador Erweka FGS)

empleando una malla No.18 y se mezcló con las micropartículas conteniendo quercetina,

en la proporción descrita en la Tabla 5-3. Este proceso se llevó a cabo en un mezclador

cúbico durante 30 min, a velocidad baja en la escala del equipo. Posteriormente se

adicionaron los agentes lubricantes y se permitió una mezcla adicional durante 5 min a la

misma condición de trabajo del equipo. Al término de esta etapa, se alimentó la

tableteadora con el material (tableteadora rotativa multipunzón Protón®) ajustando la

fuerza de compresión de modo tal que permitiera la obtención de tabletas con una dureza

entre 30 y 50 N (durómetro KRAEMER ELEKTRONIK HC 6.2).



Tabla 5-2: Composición de los granulados en las distintas formulaciones empleando Starlac® y Retalac® para la incorporación de micropartículas a base de alginato conteniendo quercetina dentro de matrices sólidas.

Tabla 5-3: Composición de la tableta a partir de granulados de Starlac®, Starlac® - Retalac® y Retalac®, para la incorporación de micropartículas a base de alginato conteniendo quercetina.

Caracterización de las matrices sólidas conteniendo micropartículas a base de alginato y

quercetina:

Las tabletas fueron caracterizadas en cuanto a sus dimensiones, peso, dureza, contenido

de activo y liberación del activo. Como primera medida, sobre una muestra de 12

unidades por cada formulación estudiada, se tomaron medidas del diámetro y altura de

las tabletas utilizando un calibrador digital (Red Line Mechanics®). A continuación dichas

tabletas se pesaron (balanza analítica PA214 OHAUS®, sensibilidad 0.1 mg). Los

resultados se expresaron como el promedio de las determinaciones con su coeficiente de

variación.


La prueba de dureza se efectuó a partir de seis unidades, a cada una de las cuales se

aplicó un estrés mecánico hasta lograr su fractura (durómetro KRAEMER ELEKTRONIK

HC 6.2). Los resultados se expresaron como el promedio de las determinaciones con su


La cuantificación del activo en las tabletas se realizó mediante el método

espectrofotométrico descrito previamente. Para ello se tomaron tres unidades de cada

formulación, las que fueron trituradas en un mortero y posteriormente maceradas

añadiendo 10 ml de etanol al 96 %. La suspensión obtenida fue filtrada empleando un

embudo y papel filtro Boeco No 3. Se tomó una alícuota de 1.0 ml del filtrado, sobre la

que se añadieron 2.0 ml de etanol al 96 %, 2.5 ml de solución reguladora de acetatos de

pH 4.2 y agua destilada para un volumen total de 10 ml. Los resultados se expresaron

como contenido de quercetina en mg con su coeficiente de variación.

La liberación de quercetina contenida en las micropartículas e incorporadas en las

tabletas se determinó empleando como medios de disolución solución reguladora de

fosfatos de pH 6.8 y pH 7.4, los que fueron preparados como se indicó previamente. Para

la ejecución del ensayo, se ubicaron en un baño termostatado a temperatura de 37 °C ±

2 °C (plancha de agitación IKA® C-MAG HS 7 IKAMAG®) frascos tipo vial de 25 ml que

contenían 10 ml del medio de disolución. Una vez alcanzada la temperatura de equilibrio

en el sistema, a cada frasco vial bajo agitación constante (50 rpm) se adicionó la tableta

correspondiente, momento que fue definido como tiempo cero del estudio. Se tomaron

alícuotas de 0.5 ml de la muestra durante cada hora, las que se centrifugaron (centrífuga

WiseSpin CF-10) a una velocidad de 10000 rpm durante un tiempo de 5 min. El volumen

de alícuota tomado del vial fue reemplazado con un volumen equivalente del medio de

disolución mantenido a la misma temperatura. Un volumen conocido del sobrenadante

obtenido posterior a la etapa de centrifugación, se adicionó a una mezcla de 1.0 ml de

etanol al 96 %, 1.25 ml de solución reguladora de acetatos pH 4.2, y agua destilada en

cantidad suficiente para un volumen final de 5 ml. Las muestras se filtraron por papel filtro

convencional (Boeco No. 3) empleando un portafiltro Swinnex® y se realizó la medición

de absorbancia en un espectrofotómetro (Espectrofotómetro UV SHIMADZU® UV-1800).

El blanco empleado correspondió a una tableta que contenía en su interior

micropartículas a base de alginato sin quercetina, la que fue tratada bajo las mismas

condiciones expuestas anteriormente. Se efectuaron seis réplicas para cada formulación



y la duración del ensayo fue aquella que permitiera determinar la máxima liberación del

activo desde la matriz sólida, sin exceder un tiempo límite de 24 h. Los resultados fueron

expresados como porcentaje de quercetina liberado en cada tiempo de muestreo con su

intervalo de confianza.



6. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Como se ha mencionado, la presente tesis explora una estrategia para modular el

comportamiento de liberación de moléculas activas a través de la incorporación en

matrices sólidas tipo tableta, de micropartículas elaboradas con alginato conteniendo

quercetina. Trabajos anteriores desarrollados en el mismo grupo de investigación

reportaron la obtención de partículas de tamaños entre 0.63 mm ± 0.07 mm (Montenegro,

2014). Sobre esta base, una primera parte de la investigación se orientó a lograr

partículas de menor tamaño que fuesen más adecuadas para la incorporación dentro de

las matrices sólidas. Una vez se cumplió este propósito, se procedió al desarrollo de

matrices sólidas tipo tableta cuya composición permitiese conocer el efecto de los

excipientes sobre la liberación del activo.

6.1 Preparación de las micropartículas a base de alginato

Para reducir el tamaño de las micropartículas a base de alginato preparadas por la

técnica de gelificación iónica, se evaluó la influencia de algunas condiciones

estrechamente relacionadas con la formulación y con el proceso de obtención, entre

ellas, la naturaleza del alginato utilizado, su concentración, el calibre de la aguja

empleada para la extrusión de la dispersión de polímero, la temperatura y el tiempo de

secado, el volumen adicionado de la dispersión de alginato, el pH de la solución

entrecruzante y la concentración disponible de iones Ca2+. Otros parámetros que se

consideran críticos, tales como la temperatura de la solución entrecruzante y de la

dispersión polimérica, el tiempo de curado y la concentración de la solución



entrecruzante, no fueron incluidos en la presente investigación. Esto debido a que los

trabajos previamente desarrollados en el grupo de investigación (Orozco, 2014;

Montenegro, 2014) permitieron definir los valores para dichos parámetros (Tabla 6-1),

garantizando tanto el tamaño de partícula más pequeño, como los menores valores de

dispersión. Al preparar las partículas el rendimiento del proceso fue 49.2 %, obtenido a

partir del balance de materiales realizado desde el momento en que se pesa cada uno de

los materiales, hasta la obtención de las micropartículas secas.

Tabla 6-1: Resultados obtenidos en el estudio sistemático del método de gelificación iónica utilizado para la preparación de micropartículas a base de alginato de sodio.

Efecto de la naturaleza y la concentración del alginato y del calibre de aguja utilizado

para la extrusión de las gotas: En la presente investigación se estudiaron cinco

referencias de alginato que variaban tanto en su naturaleza química (ácido carboxílico o

sal de sodio), como en la proporción de monómeros G y M (Tabla 6-2).

Resultados y Discusión 41

Como se mencionó en la metodología, el diseño experimental empleado involucró el

estudio a dos niveles, de la concentración de la dispersión del polímero y del calibre de la

aguja utilizada para la extrusión de la dispersión de alginato. Así, se seleccionaron

concentraciones de 1.5 % y de 2.5 % para la dispersión de polímero y calibres 27 G y 30

G para la aguja de extrusión.

Tabla 6-2: Proporción monomérica, naturaleza y viscosidad de las dispersiones de las diferentes referencias de alginato y ácido algínico evaluadas.

Como se presenta en las Figuras 6-1 y 6-2, en donde se observa la morfología de las

micropartículas obtenidas antes y después del proceso de secado, independiente de la

naturaleza y la concentración del material empleado, estas presentan una tenue

coloración amarillenta. La forma de las partículas parece estar relacionada con la

viscosidad de las dispersiones de polímero. Como lo reportan Caballero y col. (2014) y

Fundueanu y col. (1999), la viscosidad aumenta en relación directa con el incremento de

su concentración.

En términos generales, trabajando con Manucol LKX®, Protanal® LF y alginato calidad

farmacéutica se lograron partículas de forma esférica a las dos concentraciones

ensayadas. Para el caso del Protanal® HF a concentración de 2.5 % y Protacid® F a



concentraciones de 1.5 % y 2.5 %, empleando cualquiera de los calibres de aguja de

extrusión, no se lograron obtener partículas de forma esférica. Para el Protanal® HF, en

el ensayo con la aguja calibre 27 G se obtuvieron micropartículas de forma irregular

debido a la elevada viscosidad de la dispersión del polímero. Lo anterior puede

explicarse debido a que al ser la viscosidad tan elevada, la distancia entre la aguja y la

solución entrecruzante suele ser muy corta para formar una esfera perfecta (Bhujbal y

col., 2014). Por otra parte, al emplear el calibre de extrusión 30 G (de menor diámetro

interno que el calibre 27 G) no fue posible efectuar el ensayo debido a la dificultad de

hacer pasar la dispersión del polímero a través de la aguja para dar lugar a la formación

de las micropartículas.

De otro lado, el Protacid® F fue el único material que se trabajó a una concentración de

5.0 % debido a que a concentraciones de 1.5 % y 2.5 % las partículas obtenidas no son

del aspecto y la consistencia esperadas. Este efecto podría atribuirse principalmente a

que la viscosidad de las dispersiones de Protacid® F a dichas concentraciones no era lo

suficientemente elevada para favorecer la formación de las micropartículas.

Estudios llevados a cabo por Sankalia y col. (2004) acerca del efecto de la concentración

del alginato de sodio y de la solución entrecruzante, y el tiempo de curado sobre el

tamaño de partículas de alginato, evidenciaron que aunque las tres variables ejercen

influencia sobre este parámetro, la concentración de alginato resultó ser el más

relevante; un aumento en la concentración del polímero incrementa la viscosidad de sus

dispersiones, lo que a su vez promueve la obtención de partículas con mayor tamaño. De

acuerdo con los resultados de la Tabla 6-3 y las Figuras 6-3 a 6-7, lo anterior es

coherente cuando se utilizan Protacid® F y Protanal® LF como polímeros. Para el caso

del alginato calidad farmacéutica y del Manucol® LKX, el tamaño de partícula no varía

considerablemente en términos de la viscosidad de las dispersiones acuosas; sobre el

Protanal® HF no puede hacerse ninguna afirmación dado que únicamente se trabaja un

nivel de concentración por las razones previamente descritas.



Figura 6-1: Morfología de las micropartículas a base de alginato y ácido algínico previa al proceso de secado.



Figura 6-2: Morfología de las micropartículas a base de alginato y ácido algínico posterior al proceso de secado a 25 °C ± 0.7 °C.



Tabla 6-3: Tamaño de las micropartículas a base de alginato y ácido algínico en mm, obtenidas al evaluar diferentes referencias y concentraciones de los materiales, y diferentes calibres de aguja de extrusión.

Respecto al calibre de la aguja de extrusión, existe una relación inversa entre el tamaño

de partícula y el calibre de aguja cuando se emplearon alginato calidad farmacéutica y

Protanal® LF como polímeros. Por el contrario, se observa una relación directa para

Manucol® LKX. Para el Protacid® F aparentemente el calibre de aguja de extrusión no

ejerce mayor influencia en el tamaño de partícula, exceptuando el caso del Protacid® F

1.5 %. Nuevamente, sobre el Protanal® HF no puede hacerse ninguna afirmación dado

que únicamente se trabajó un nivel de concentración.

En términos generales, los diámetros de partícula más grandes se logran con el ácido

algínico referencia Protacid® F a una concentración de 5.0 % y calibre de extrusión 27 G,

y los más pequeños se obtienen a partir de la referencia de alginato Protanal® LF a

concentración 1.5 % y calibre de extrusión 27 G. El análisis de los valores de span indica

que la amplitud de la distribución del tamaño de partícula es similar.

De acuerdo con lo anterior, para definir la concentración óptima de la dispersión de

alginato a emplear en la obtención de micropartículas esféricas, es de vital importancia



tener en cuenta la influencia de la viscosidad. Es claro que a medida que aumenta la

concentración de alginato, aumenta también su valor de viscosidad (Caballero y col.,

2014). Sin embargo, no sólo está relacionada con la concentración del polímero, sino

también con su distribución monomérica y como consecuencia, con su peso molecular;

alginatos con peso molecular bajo podrán requerir una dispersión más concentrada, en

tanto que aquellos con peso molecular elevado podrían tener buenos resultados

empleando concentraciones más bajas (Fundueanu y col., 1999; Gombotz y col., 2012).

Figura 6-3: Distribución de tamaño de partícula obtenida al evaluar diferentes referencias de alginato y ácido algínico a concentración 1.5 % y calibre de aguja de extrusión 27G.


Figura 6-4: Distribución de tamaño de partícula obtenida al evaluar diferentes referencias de alginato y ácido algínico a concentración 1.5 % y calibre de aguja de extrusión 30 G.





Figura 6-7: Distribución de tamaño de partícula obtenida al evaluar la referencia de ácido algínico Protacid® F a concentración 5.0 % y calibres de aguja de extrusión 27 G y 30G.


Efecto de la temperatura y del tiempo de secado sobre la morfología, el tamaño, el span,

la dureza y el contenido de humedad de las micropartículas a base de alginato: Para ello,

se ensayaron dos condiciones de temperatura (30 °C ± 1.0 °C y 40 °C ± 0.7 °C), y se

efectuaron seis muestreos, donde el t0 correspondió al momento en el que las partículas

a simple vista se veían secas, y a partir de allí el muestreo se efectuó cada 24 h. Para

este estudio se empleó como alginato el Protanal® LF a una concentración de 1.5 % y un

calibre de aguja de extrusión 27 G, condiciones que se identificaron como las más

adecuadas según los ensayos previos. Los resultados se reportan en la Tabla 6-4.

Teniendo en cuenta los valores de span obtenidos así como el comportamiento gráfico

observado en las Figuras 6-8 y 6-9, las distribuciones de tamaño de partícula son

estrechas. Al comparar estadísticamente los resultados de la distribución del tamaño de

las partículas a las dos condiciones de secado, no se detectaron diferencias

estadísticamente significativas entre ellas (𝟀2 calculado 0.04 < 𝟀2 tabulado 0.05, 5 11.07).

Tabla 6-4: Influencia de la temperatura y del tiempo de secado sobre el tamaño, la dureza y el contenido de humedad de las micropartículas a base de Protanal® LF.

Según Arshia y col. (2007), posterior al proceso de secado, las micropartículas reducen

hasta un tercio su tamaño original. Esto sugiere que a menor humedad, menor tamaño.

Teniendo en cuenta los resultados reportados en la Tabla 6-4, se observa que la



disminución del tamaño de partícula no sigue un patrón definido. Aun cuando es evidente

la diferencia entre las humedades de las partículas preparadas a base de Protanal® LF

para las dos condiciones de secado, el no detectar diferencias en el tamaño una vez se

observó que las partículas estaban aparentemente secas, sugiere que continuar con el

proceso de secado solamente afectó su contenido de humedad. Esto podría deberse a

que existe un límite en la consolidación de la estructura de la partícula durante el secado

(endurecimiento) el que una vez es alcanzado sólo ocurre la pérdida de agua. En efecto,

como se observa en la Figura 6-10, en la superficie de las partículas bajo estudio es

evidente la presencia de grietas y poros. En particular, las grietas podrían reflejar cierto

estrés en la estructura de la partícula a causa de la temperatura, la pérdida de agua y la

imposibilidad de deformación adicional de la estructura de las partículas una vez se ha

alcanzado el valor límite.

Figura 6-8: Distribución de tamaño de partícula obtenida al secar las micropartículas elaboradas con Protanal® LF a temperatura de 30 °C ± 1.0 °C.



Figura 6-9: Distribución de tamaño de partícula obtenida al secar las micropartículas elaboradas con Protanal® LF a temperatura de 40 °C ± 0.7 °C.

Por otra parte, se pudo observar que las micropartículas húmedas poseen una forma

esférica. Sin embargo, se encontró que posterior al proceso de secado para las dos

temperaturas evaluadas, las micropartículas presentaron una forma lenticular (Figura 6-

11). Lo anterior podría explicarse teniendo en cuenta el estudio reportado por Skja°k-

Bræk y col. (1989), donde muestra que el alginato tiene un mecanismo de gelación

ionotrópica heterogéneo. Así, en el proceso de formación de las partículas, los iones Ca2+

de la solución entrecruzante entran por difusión a la gota de polímero uniéndose de

manera irreversible a los bloques G que conforman la estructura del alginato formando el

gel. De esta manera, al interior de la gota de polímero se forman interfases sol/gel en las

que tiende a predominar el gel a medida que nuevos iones Ca2+ se unen al alginato. No

obstante, este proceso de gelificación gradual es limitado por la dificultad de los iones

Ca2+ para acceder al alginato disponible para ser gelificado pero que se encuentra al



interior de la gota. Como resultado, la estructura de la micropartícula no es homogénea

en su interior lo que se manifiesta en formas de partícula no regulares una vez se realiza

el secado.

Figura 6-10: Micropartículas a base de Protanal® LF 1.5 % secadas a 30 °C ± 1.0 °C y a 40 °C ± 0.7 °C, observadas en microscopio electrónico de barrido: a. Morfología y b. Acercamiento a los detalles de la superficie.



Figura 6-11: Apariencia de las micropartículas a base de Protanal® LF posterior al proceso de secado a 30 °C ± 1.0 °C y a 40 °C ± 0.7 °C.



En la presente investigación también se determinó cómo la temperatura y el tiempo de

secado influían sobre las propiedades de dureza de las micropartículas. Esta propiedad

es de fundamental importancia en esta investigación dado que se busca incorporar las

micropartículas en una matriz sólida, lo que exige que dichas partículas tengan la

capacidad de soportar las presiones empleadas en el proceso de compresión sin

comprometer su integridad. A partir de los resultados presentados en la Figura 6-12

puede afirmarse que la dureza de las micropartículas es mayor cuando estas se secan a

40 °C, lo que a su vez puede relacionarse con los resultados del contenido de humedad.

Así, las micropartículas con menor contenido de humedad en su estructura requerirán

una fuerza mayor para lograr su deformación (serán más duras). Sin embargo, se puede

observar que a partir del tercer día de ensayo la dureza de las partículas de Protanal® LF

es similar para las dos condiciones de secado trabajadas. Estos resultados estarían

acordes con lo anteriormente expuesto, acerca de la existencia de un límite en la

consolidación de la estructura de la partícula durante el secado y a partir de allí no habría

más endurecimiento de la estructura.

Figura 6-12: Dureza de las micropartículas a base de Protanal® LF para los intervalos de muestreo estudiados.


Efecto del volumen adicionado de la dispersión de alginato, del pH de la solución

entrecruzante y de la concentración disponible de iones Ca2+: Durante la presente

investigación se evaluó la influencia que ejercía el pH de la solución entrecruzante sobre

el tamaño de las micropartículas obtenidas. Como se describió en la metodología, para

ello fue necesario hacer el ajuste del pH de la solución entrecruzante, que inicialmente

estaba alrededor de 10, hasta un pH comprendido entre 2 – 3. Se emplearon los

alginatos de sodio de las referencias Protanal® LF y Manucol® LKX, cuya composición

monomérica de bloques G:M es 60 - 70 %: 30 - 40 % y 30 - 40 %: 60 - 70 %,

respectivamente. Para la preparación de las micropartículas con los dos tipos de alginato,

se empleó la misma concentración de polímero (1.5 %) e igual calibre de aguja (27 G).

De otro lado, para investigar la influencia de la concentración disponible de iones Ca2+ en

la formación y tamaño de las partículas, fue determinada cuantitativamente la cantidad de

iones Ca2+ residuales a medida que avanzaba la adición de la dispersión de alginato

sobre la solución entrecruzante.

En términos generales, los resultados obtenidos evidencian que a medida que se

incrementa la cantidad de alginato adicionada, el pH de la solución entrecruzante y el

tamaño de las partículas formadas incrementan (Tabla 6-5). Entender estos hallazgos

requiere considerar la naturaleza química de los polímeros, el efecto de la fuerza iónica

en pHs francamente ácidos debido a los iones H+, la concentración progresivamente

disminuída de iones Ca2+, y el comportamiento de hinchamiento de las cadenas

poliméricas de alginato.

Así, el incremento del pH de la solución entrecruzante (Figura 6-13) podría explicarse

por la naturaleza química del alginato. En la presente investigación, el pH de

dispersiones al 1.5 % de Protanal® LF es de 8.42 0.17 y para el Manucol® LKX, de 7.9

0.25. El alginato es un polímero aniónico, con dos grupos carboxilo en cada una de las

dos unidades monoméricas que conforman su estructura. Debido a que se encuentra en

su forma de sal sódica, disocia en contacto con el agua y los iones carboxilato se

comportan como una base débil reaccionando con este solvente. Como uno de los



productos de esta reacción se generan iones hidroxilo (OH-) en el medio en el que se

forman las partículas, los que serían responsables del incremento del pH.

Tabla 6-5: Comportamiento del pH de la solución entrecruzante y del tamaño y humedad de las micropartículas en función de la cantidad de Protanal® LF y Manucol® LKX adicionada.

Respecto al incremento del tamaño de partícula al aumentar la cantidad de alginato

adicionada (Figura 6-14), es importante notar que tanto para el Manucol® LKX como para

el Protanal® LF, los tamaños de las partículas a pHs menores a 3.5 fueron los más

pequeños. Esto pudo ser debido a un efecto combinado de la fuerza iónica ejercida por

los iones H+ presentes en el medio de formación de las micropartículas debido a la

condición de pH, así como a la fuerza iónica debida a los iones Ca2+, los que al comienzo

del estudio se encontraban en exceso. Según Golmohamadi y col. (2014), el

hinchamiento de geles de alginato disminuye al aumentar la fuerza iónica y por lo tanto,

es predecible una partícula con una estructura más compacta.


Figura 6-13: Comportamiento del pH de la solución entrecruzante respecto a la adición de Protanal® LF y Manucol® LKX.

Figura 6-14: Comportamiento del tamaño de partícula de las micropartículas en función de la cantidad de dispersión de Protanal® LF y Manucol® LKX adicionada a la solución entrecruzante.



De otro lado, como se evidencia en la Figura 6-15, a medida que aumenta la cantidad

adicionada de alginato sobre la solución entrecruzante, la disponibilidad de iones Ca2+ en

el medio de formación de las micropartículas disminuye en forma proporcional. Este

fenómeno podría conducir paulatinamente a la obtención de geles con mayor grado de

hinchamiento, es decir, con mayor capacidad de captación de agua dentro de su

estructura. En efecto, tal hinchamiento gradual podría explicar el comportamiento

observado en las Figuras 6-16 y 6-17. Así, al tener un medio para la formación de las

partículas con elevada cantidad de iones carboxilato pero poca disponibilidad de iones

Ca2+ para lograr el entrecruzamiento, además de los puentes de hidrógeno formados con

los grupos hidroxilo propios de la estructura de los monómeros gulurónico y manurónico,

se favorecería la formación de puentes de hidrógeno entre los iones carboxilato con el

agua provocando el aumento de la captación de ésta en el interior de la estructura de la

micropartícula. Finalmente, una vez se ha consumido la totalidad de iones Ca2+, no es

posible lograr la formación de las partículas. Como resultado, se podría predecir un

tamaño de partícula también gradualmente mayor a medida que disminuye la

concentración de iones calcio y por tanto, la estructura de la partícula sería menos

consolidada. Lo anterior concuerda con lo reportado por Golmohamadi y col. (2014), en

donde se observó que el efecto de la protonación a pH ácido que conlleva a la

disminución de la densidad de carga del alginato tiene menor influencia en el grado de

hinchamiento de los geles, respecto a la disponibilidad de iones calcio en el medio de

formación de las partículas. Por tanto, una disminución en la concentración de iones Ca2+

lleva a un mayor grado de hinchamiento de las partículas.

Desde el punto de vista de la proporción de los monómeros de los alginatos aquí

evaluados, y teniendo en cuenta la disminución gradual de iones Ca2+ a medida que

avanza la adición de dispersión de polímero sobre la solución entrecruzante, el Manucol®

LKX pese a estar compuesto de una menor proporción de ácido gulurónico (30 – 40 %)

respecto al Protanal® LF (60 – 70 %), incorpora en su estructura una mayor cantidad de

iones Ca2+ (Figura 6-15). Estos resultados podrían sugerir quizás que el Manucol® LKX

tiene un peso molecular mayor que el Protanal® LF, lo que podría estar relacionado a su

vez con su valor de viscosidad más elevado (Tabla 6-2). Como consecuencia, el proceso

de captación de agua en el interior de la micropartícula empezó a darse más temprano


respecto al Protanal® LF y el hinchamiento de las partículas de Manucol® LKX en la

solución entrecruzante fue de tal magnitud que no hizo posible su formación a partir de la

adición de 50 ml de la dispersión del polímero. Para el Protanal® LF este fenómeno no se

observa sino hasta la adición de 70 ml de dispersión de polímero sobre la solución

entrecruzante (Figuras 6-16 y 6-17).

Figura 6-15: Disponibilidad de iones Ca2+ en la solución entrecruzante a medida que aumenta la cantidad de alginato adicionada.



Figura 6-16: Apariencia de las micropartículas en función de la adición de Manucol® LKX sobre la solución entrecruzante: a. Previo proceso de secado y b. Posterior al proceso de secado.


Figura 6-17: Apariencia de las micropartículas en función de la adición de Protanal® LF sobre la solución entrecruzante: a. Previo proceso de secado y b. Posterior al proceso de secado.

Así mismo, es importante tener en cuenta que en el rango de pH estudiado, con

Manucol® LKX se obtuvieron micropartículas más grandes que aquellas preparadas con

Protanal® LF (Figura 6-14). En adición, a partir de los valores de span (Tabla 6-5) y el

comportamiento de distribución de tamaño de partícula en función del volumen de

dispersión de alginato adicionada a la solución de cloruro de calcio (Figura 6-18 a. y b.),

se deduce una tendencia monomodal en la distribución de tamaño de partícula,

caracterizada por valores de span menores de 0.71.



Figura 6-18: Distribución de tamaño de partícula de las micropartículas en función de la adición de diferentes volúmenes de alginato sobre la solución entrecruzante: a. Manucol®

LKX y b. Protanal® LF.


A modo de conclusión de esta primera fase de la investigación dedicada a la preparación

de las micropartículas a base de alginato, se plantean como las mejores condiciones

para la preparación de micropartículas elaboradas con alginato que contengan

quercetina, aquellas que empleen como alginato de sodio la referencia Protanal® LF, a

una concentración de 1.5 % y calibre de aguja de extrusión 27 G. En conjunto dichas

variables permiten la obtención de los tamaños de partícula más pequeños (dvs 0.40 y

span 0.73). En cuanto a la temperatura de secado, al no observarse diferencia en el

tamaño de partícula ni en su dureza se elige la menor condición de temperatura de

secado 30 °C ± 1 °C. Respecto a la solución de agente entrecruzante, se emplea la

concentración habitual de 1.5 % que según estudios previos efectuados dentro del grupo

de investigación permite obtener el menor rango de tamaño de partícula, y con una

relación 1:2 para el alginato: cloruro de calcio como se especifica en la metodología

general, para garantizar la disponibilidad suficiente de iones Ca2+ en el medio para la

formación de las micropartículas. No se ajusta su valor de pH, dado que el

comportamiento de hinchamiento de las micropartículas se ve mayormente influenciado

por la presencia de iones Ca2+ y no por este parámetro.

6.2 Desarrollo de matrices sólidas conteniendo micropartículas a base de alginato y quercetina

Los ensayos de caracterización farmacotécnica de los materiales empleados para el

desarrollo de matrices sólidas conteniendo micropartículas a base de alginato y

quercetina, son de fundamental importancia para realizar la adecuada selección de la

formulación. Por tal razón, se realizó la evaluación de la morfología y del tamaño y la

distribución del tamaño de las micropartículas y de los excipientes seleccionados.

Igualmente se realizó la caracterización de las densidades aparente y apisonada, de la

fluidez expresada como ángulo de reposo y velocidad de flujo, de la voluminosidad, de la

compresibilidad, del comportamiento del material frente a la humedad ambiental y de la

capacidad de sorción de agua. El criterio de elección para los excipientes se fundamentó

en la capacidad de estos materiales para modular la liberación de la quercetina

encapsulada en las micropartículas elaboradas con alginato, teniendo en cuenta las



propiedades de sus componentes constitutivos. De esta forma, como excipientes fueron

investigados materiales coprocesados a base de almidón, lactosa, celulosa

microcristalina e hipromelosa (Starlac®: coprocesado a base de almidón – lactosa;

Microcelac®: coprocesado a base de celulosa microcristalina – lactosa, y Retalac®:

coprocesado a base de hipromelosa – lactosa).

6.2.1 Caracterización farmacotécnica de las micropartículas a base de alginato

Evaluación de la morfología

Como se observa en la Figura 6-19 las micropartículas a base de alginato son

lenticulares. La observación en microscopio de luz transmitida permite visualizar detalles

generales de la estructura de la partícula como la presencia de inclusiones; en

microscopio de luz polarizada se observa un patrón de birrefringencia característico de la

orientación radial de las moléculas del polímero en la partícula (Maki y col., 2009) y en

microscopía electrónica de barrido se evidencian grietas, inclusiones y arrugas en la

superficie de la partícula.

Evaluación del tamaño y la distribución de tamaño de las partículas

Se obtuvieron partículas preparadas a partir de Protanal® LF con dvs 678.7 µm,

diámetros de Feret en el rango de 0.3 mm a 1.0 mm (Figura 6-20), y distribución

monomodal caracterizada por un valor de span de 0.45, indicativo de una distribución de

tamaño estrecha.



Figura 6-19: Morfología de las micropartículas preparadas a partir de Protanal® LF: a. Observación en microscopio de luz transmitida y polarizada (4X), y b. Observación en microscopio electrónico de barrido.

Las fotografías de las micropartículas elaboradas con Protanal® LF en microscopio de luz transmitida y luz polarizada fueron tomadas con objetivo (4X).



Figura 6-20: Distribución de tamaño de partícula de las micropartículas preparadas a partir de Protanal® LF.

Comportamiento de las densidades aparente y apisonada

Se estudiaron las propiedades de empaquetamiento de las micropartículas, mediante la

determinación de la densidad aparente y la densidad apisonada (Burguess y Hickey,

1992b). La densidad aparente se define como la masa de un polvo dividida por su

volumen. Este parámetro depende primariamente de la distribución del tamaño de

partícula, la forma de las partículas, y la tendencia a cohesionar (Sinko y Singh, 2011a).

De acuerdo con los resultados reportados en la Tabla 6-6, la forma de las partículas les

facilita un rearreglo intermedio entre uno romboédrico y uno cúbico y la distribución

unimodal que las caracteriza, permite un empaquetamiento que deja muy pocos espacios

vacíos, y por tanto una mayor cantidad de material se acomoda en el volumen definido.


Tabla 6-6: Resultados de la caracterización de algunas de las propiedades farmacotécnicas de las micropartículas preparadas a partir de Protanal® LF.

De otro lado, según la USP, la densidad apisonada es el aumento de la densidad

aparente obtenida después de promover el acomodamiento del material (USP 38, 2015).

Los resultados presentados en la Tabla 6-6, permiten evidenciar que las micropartículas

a base de alginato se empaquetan fácilmente al ser sometidas a vibración y golpes

mecánicos durante la prueba. Del mismo modo que para la densidad aparente, tanto la

morfología como la distribución de tamaño de partícula, sumado a la buena fluidez de las

partículas explican el comportamiento obtenido.

Índices de Carr y Hausner

Comparando los resultados reportados en la Tabla 6-6 con la escala de fluidez reportada

por la USP (USP 38, 2015), las micropartículas a base de Protanal® LF presentan buenas

características de flujo con un índice de Carr ≤ 10 %, y un índice de Hausner entre 1.00 -

1.11. El índice de Carr y el índice de Hausner son medidas que evalúan la importancia de

las interacciones interpartícula. Así, en un material que fluye libremente como es el caso

de las micropartículas preparadas a partir de Protanal® LF, esas interacciones son menos

significativas y las densidades apisonada y aparente son más cercanas en valor, como

puede observarse en la Tabla 6-6 (USP 38, 2015; Peleg, 1977; Burguess y Hickey,

1992b).



Comportamiento de flujo

Entre los métodos más comunes para caracterizar la fluidez de polvos se encuentran el

ángulo de reposo, la velocidad de flujo a través de un orificio, y los índices de Carr y de

Hausner que fueron discutidos previamente (USP 38, 2015). Los resultados se presentan

en la Tabla 6-6.

La USP describe el ángulo de reposo como una característica relacionada con la fricción

interpartícula o la resistencia al movimiento que existe entre las partículas (USP 38,

2015) y corresponde al ángulo formado entre la superficie de una pila de polvo al dejarlo

caer libremente respecto a una superficie horizontal (Burguess y Hickey, 1992c). De

acuerdo con la USP, materiales que poseen un índice de Carr ≤ 10 y ángulos de reposo

por debajo de 30°, se les considera que poseen buenas propiedades de flujo. Por tanto,

las micropartículas preparadas a partir de Protanal® LF estarían dentro de esta categoría.

Es de esperarse que por su gran tamaño presenten ángulos de reposo bajos, debido a

que tienden a exhibir fenómenos de cohesión y de adhesión en menor proporción que las

partículas pequeñas.

De otro lado, la fluidez intrínseca se define como la capacidad del polvo para caer

libremente a través de un disco con un diámetro definido. Se encontró que las

micropartículas a base de alginato fluían libremente a través del orificio de 5 mm de

diámetro. Adicionalmente se determinó el coeficiente de fricción, que es un indicativo de

la fuerza requerida para hacer que las partículas se muevan o deslicen unas con otras. El

resultado indica que las micropartículas preparadas a partir de Protanal® LF requerirán la

aplicación de una fuerza igual o superior a 223.93 Pa/s para lograr su movimiento, valor

que resulta alto si se compara con otros materiales como los excipientes que se

evaluaron en este mismo trabajo y cuyos resultados se reportan y discuten más adelante

(Tabla 6-10). Como se ha mencionado, las micropartículas elaboradas con Protanal® LF

son lenticulares, densas y grandes lo que podría explicar el resultado de coeficiente de

fricción. En este sentido, como se observa a partir de la ecuación para su estimación


(Ecuación 5.9), el coeficiente de fricción y la densidad aparente son directamente

proporcionales, por tanto valores elevados de densidad aparente originan elevados

coeficientes de fricción. En adición, es importante considerar que en la fórmula de cálculo

también se encuentra involucrado el diámetro del disco del equipo que define el valor de

fluidez intrínseca con una influencia directamente proporcional. En este caso, es posible

que la forma y el tamaño de las partículas dificulten su flujo a través de un orificio

requiriendo un espacio de mayor dimensión para cruzar a través de él. De acuerdo con

esto se descartan efectos cohesivos o electrostáticos que expliquen el coeficiente de

fricción del material.

Complementando los resultados presentados anteriormente, se esperaba un valor de

velocidad de flujo más elevado para las micropartículas preparadas a partir de Protanal®

LF, debido a que estas presentan buenas características de flujo (ángulo de reposo

pequeño). Como se ha explicado, la forma y el tamaño de las partículas podrían causar

el resultado de velocidad de flujo de 0.81 g/s. No obstante, es posible afirmar que en

términos generales las micropartículas elaboradas con Protanal® LF reúnen en conjunto

las características de un material con buenas propiedades de flujo, lo que en un proceso

de fabricación de comprimidos facilita su manipulación, especialmente en los procesos

de mezclado y compresión (Burguess y Hickey, 1992b).

Comportamiento frente a la humedad ambiental

Se denomina contenido de humedad de equilibrio (EMC por sus siglas en inglés) al

contenido de humedad de un sólido húmedo en equilibrio con el aire, a una humedad y

temperatura dada (Baker, 1997). Un sólido alcanza el equilibrio perdiendo humedad si la

presión de vapor de agua del sólido es mayor que la presión de vapor parcial del aire

(desorción), o ganando humedad cuando la presión de vapor de agua del sólido es

menor que la presión de vapor parcial del aire (sorción) (Jayas, 2003). La captura de

humedad o sorción de agua es un fenómeno relacionado con la naturaleza química del

material y es de gran interés en el estudio del comportamiento farmacotécnico de



materiales sólidos empleados en la fabricación de productos en la industria farmacéutica.

Sorción es el término que se emplea de modo general para referirse bien sea al proceso

de adsorción o de absorción, dado que la distinción entre estos dos fenómenos no

siempre es clara. En una interface sólido-líquido, el término adsorción es esencialmente

un efecto de superficie, en tanto que la absorción implica la penetración de un

componente a lo largo de la estructura del segundo (Florence y Attwood, 2011).

Como se observa en la Figura 6-22, las micropartículas preparadas a partir de Protanal®

LF presentan procesos de sorción, que van en aumento a medida que la humedad

relativa del medio es mayor. Según la clasificación hecha por Callahan y col. (1982) para

la higroscopicidad de materiales sólidos, las partículas de alginato se catalogan como un

material Clase IV – muy higroscópico (Tabla 6-7 y Figura 6-21). Lo anterior puede

explicarse teniendo en cuenta que el alginato es un polisacárido hidrofílico, de carácter

aniónico debido a los grupos carboxilo que componen su estructura. En un medio donde

haya disponibilidad de agua, se verá favorecida su unión mediante puentes de hidrógeno

tanto con los iones carboxilato libres, así como con los grupos hidroxilo presentes en la

estructura polimérica; por tanto, a medida que la cantidad de agua en el medio aumenta,

la captación de la misma en la estructura de la micropartícula será mayor.

Tabla 6-7: Clasificación del grado de higroscopicidad, contenido de humedad de equilibrio (EMC) y velocidad de sorción – desorción de agua de las micropartículas preparadas a partir de Protanal® LF.


Figura 6-21: Clasificación del grado de higroscopicidad de las micropartículas preparadas a partir de Protanal® LF.

(Callahan y col., 1982)

Los valores de EMC obtenidos para cada condición de HR ambiente se ubican en color azul sobre

la figura.

En la Tabla 6-7 y en la Figura 6-23 se presentan los resultados de velocidad a la que

ocurren los procesos de sorción de agua por parte de las micropartículas elaboradas con

Protanal® LF. Como se puede observar, la velocidad a la que ocurre el proceso de

captación de agua aumenta a medida que el contenido de humedad del ambiente es

mayor, alcanzando una velocidad máxima de 0.0129 g agua/h a una humedad relativa de

83 ± 2.3 %.Con base en lo anterior, se deducen restricciones en el manejo tecnológico de

las micropartículas de alginato. En este sentido, es necesario garantizar su

almacenamiento en envases herméticos. Igualmente, debe garantizarse esta condición

de envase para los productos que las incorporen en su formulación.



Figura 6-22: Comportamiento de las micropartículas preparadas a partir de Protanal® LF frente a la humedad relativa: a. Ganancia de agua y b. Contenido de humedad de equilibrio (EMC) de las micropartículas a distintas condiciones de humedad relativa.


Figura 6-23: Velocidad de ganancia de agua por parte de las micropartículas preparadas a partir de Protanal® LF a distintas condiciones de humedad relativa.

Evaluación de la capacidad de sorción de agua

A partir de los resultados presentados en la Figura 6-24, se evidencia que cuando las

micropartículas preparadas a partir de Protanal® LF entran en contacto con el agua,

presentan una elevada y rápida capacidad de sorción de este solvente, logrando una

cantidad de 1.57 ml de agua absorbida en el equilibrio, en un proceso que se caracteriza

por una primera fase en la que a una velocidad de 2.21 ml/s se incorpora

aproximadamente el 50 % de agua en la estructura de la partícula, seguido por una

segunda fase que ocurre a una menor velocidad (0.29 ml/s). Como se ha mencionado

anteriormente, esto puede ser debido a la capacidad del alginato de formar puentes de

hidrógeno con el agua, gracias a la gran cantidad de grupos carboxilo e hidroxilo que

conforman su estructura. El proceso de absorción bifásico, sugiere que podría ocurrir una

rápida hidratación del polímero ubicado en la superficie de la partícula, generando una

barrera que ralentiza la posterior captación de agua en su interior.



Figura 6-24: Capacidad de sorción de agua de las micropartículas preparadas a partir de Protanal® LF.

Evaluación del comportamiento bajo compresión

Para el estudio del comportamiento bajo compresión se siguió el procedimiento

propuesto por Kaplan y Wolff (1961). No obstante, las micropartículas preparadas a partir

de Protanal® LF no permitieron la formación de un compacto, aun cuando se aumentó la

presión de compactación hasta 6 Ton por un tiempo de 30 s. A medida que se aplicaba

presión sobre este material, se detectó fragmentación de las partículas produciendo una

disminución en su volumen. Sin embargo, no se formaron los enlaces partícula-partícula

requeridos para estructurar el compacto (Alderborn, 2002).

Este resultado es de fundamental importancia en la presente tesis, en la que se busca la

incorporación de las micropartículas en matrices sólidas. Son previsibles fenómenos de

fragmentación que podrían afectar la integridad de las partículas, los que podrían alterar


los patrones de liberación del activo. Por tanto, la presión de compactación deberá ser

controlada como uno de los parámetros críticos del proceso. Igualmente deben

establecerse restricciones respecto a la cantidad máxima de partículas que puede ser

incorporada dentro de la matriz.

Estudios de liberación de quercetina desde las micropartículas de alginato:

Para la ejecución de los ensayos de liberación de quercetina desde las micropartículas

de alginato, se prepararon tres lotes de micropartículas elaboradas con Protanal® LF

conteniendo quercetina. En la Tabla 6-8 se presentan los resultados para capacidad de

carga y la eficiencia de encapsulación de quercetina para cada lote de micropartículas

preparado para este ensayo. La liberación de quercetina a partir de las micropartículas se

evaluó en solución reguladora de fosfatos de pH 7.4, empleando tres concentraciones

diferentes de micropartículas en el medio. Esto permitió investigar la influencia de este

parámetro en los estudios de liberación del activo.

Tabla 6-8: Capacidad de carga y eficiencia de encapsulación de quercetina para las micropartículas empleadas en el ensayo de liberación del activo.

En este sentido, como se observa en la Figura 6-25, la liberación del activo depende de

la cantidad de micropartículas presentes en el medio de disolución. A medida que

aumenta la cantidad de partículas, la velocidad de liberación de la quercetina disminuye.

Las diferencias encontradas en los porcentajes de activo liberado para los lotes

empleados, podría deberse a que la quercetina no se encuentra uniformemente

distribuida en el interior de las micropartículas a base de alginato, como se explicará más



adelante. La velocidad de liberación es un parámetro que está gobernado por la

penetración del medio de disolución en la matriz polimérica; el fármaco embebido en el

polímero se disuelve en el solvente que penetra en la matriz formando una solución no

saturada que posteriormente difunde hacia el exterior (Kim, 2000). Comportamientos

similares al presentado en la Figura 6-25 han sido reportados por Al-Kassas y col. (2007)

para partículas a base de alginato conteniendo glicazida, y podrían atribuirse tanto al

incremento en el grado de hinchamiento y espesor de la capa de gel formada alrededor

de las partículas como a la erosión del polímero. Así, cuando la partícula entra en

contacto con el medio de disolución, la capa de gel que se forma actúa como una barrera

para la penetración del medio de disolución, impactando directamente sobre la velocidad

de liberación; esto explicaría el por qué las partículas de alginato no se comportan como

sistemas de liberación inmediata.

Sin embargo, sumado al hecho de que las micropartículas formen la mencionada capa de

gel, el hinchamiento de las micropartículas también trae como consecuencia su erosión y

el que no pueda asumirse el cumplimiento de condiciones “sink” perfectas en el estudio

de liberación. Esto debido al cambio progresivo en la relación entre el medio de

disolución realmente disponible y el volumen de medio de disolución inicial. A medida

que transcurre el tiempo del ensayo de liberación, el hinchamiento de las micropartículas

provoca que la cantidad de medio de disolución disminuya paulatinamente. Dada la baja

solubilidad de la quercetina en agua (10 mg/l a 20 °C), el volumen de medio de disolución

que logre penetrar la capa de gel formada, será insuficiente para que el activo se

disuelva y se libere de la matriz polimérica. En otras palabras, los procesos de difusión y

posterior liberación de la quercetina desde la matriz de alginato se estarían llevando a

cabo en un volumen limitado de medio de disolución (Kim, 2000). Tal como se presenta

en la Figura 6-25, este efecto es más marcado a medida que se emplea una cantidad

mayor de partículas de alginato en el estudio de liberación. De acuerdo con los

resultados presentados en la Figura 6-25, se eligió una cantidad de 10 mg de

micropartículas para el desarrollo de los ensayos de liberación a otras condiciones de pH.

Como se observa en la Figura 6-26 se logran perfiles de liberación reproducibles entre

los tres lotes estudiados a condiciones de pH 1.0, 6.8 y 7.4 respectivamente.


Figura 6-25: Efecto de la cantidad de micropartículas empleada sobre la liberación de quercetina en solución reguladora de pH 7.4: a. 10 mg de micropartículas, b. 25 mg de micropartículas y c. 50 mg de micropartículas.



En términos generales, la liberación de quercetina desde las micropartículas a una

condición de pH 1.0 fue considerablemente más baja (12 % aproximadamente), si se le

compara con los resultados obtenidos para las otras condiciones de pH estudiadas. A su

vez, la liberación del activo a condición de pH 6.8 fue menor comparada con la liberación

que se observa a pH 7.4 (60 % y 80 % respectivamente). Para interpretar estos

resultados se debe tener en cuenta el comportamiento que presentan las micropartículas

elaboradas con alginato cuando se exponen a las mencionadas condiciones de pH. Con

este propósito se efectuó un registro fotográfico en el tiempo, del comportamiento de las

micropartículas en los medios de disolución empleados (Figura 6-27 a 6-29). La duración

de este ensayo fue aquella que permitiera observar la completa desintegración de la

matriz polimérica en el medio, con la subsecuente liberación total del activo estudiado.

Como se observa, en medio ácido (pH 1.0) el espesor de la capa de gel es casi

despreciable si se le compara con el obtenido a las otras condiciones de pH. Esto puede

deberse a que a valores de pH bajos se presenta un intercambio entre los iones Ca2+ de

la estructura de las micropartículas por los protones H+ presentes en el medio, lo que

conlleva a la formación de ácido algínico, el que es prácticamente insoluble en ese medio

y por tanto, su capacidad de hinchamiento es limitada (Hodson y col., 1995; Bajpai y

Sharma, 2004).


Figura 6-26: Liberación de quercetina a partir de las micropartículas para las condiciones de pH: a. pH 1.0, b. pH 6.8 y c. pH 7.4.



Figura 6-27: Comportamiento de las micropartículas preparadas a partir de Protanal® LF conteniendo quercetina, en solución reguladora de pH 1.0.

Cuando se emplea solución reguladora de fosfatos para evaluar la liberación del activo a

partir de micropartículas a base de alginato, el hinchamiento de las partículas está

gobernado por el proceso de intercambio de iones, en este caso entre los iones K+ y Na+


presentes en la solución reguladora de fosfatos y los iones Ca2+ presentes en las

micropartículas, sumado a la posterior captura de los iones Ca2+ por parte de los iones

PO43- presentes en el medio, los que actúan como agentes secuestrantes. La

disponibilidad tanto de iones K+ y Na+ para efectuar el intercambio, como de iones PO43-

que estén en capacidad de capturar los iones Ca2+, no es lo suficientemente elevada en

un medio ajustado a pH 6.8, lo que explica que las micropartículas de alginato requieran

un tiempo de 225 min para lograr la gelificación completa (Figura 6-28). De esta forma, el

tiempo requerido para que se presenten posteriormente los procesos de erosión y

dispersión coloidal de la estructura de la micropartícula de alginato será elevado (superior

a 4 h) (Bajpai y Sharma, 2004; Tous y col., 2014).

De otro lado, en la Figura 6-29 se observa que las micropartículas expuestas a un

ambiente de disolución de pH 7.4 presentan un proceso de hinchamiento y posterior

erosión más rápido que el de las otras dos condiciones de estudio, debido a que la

concentración de iones K+, Na+ y PO43- presentes en la solución reguladora de fosfatos

es más elevada. Al final del proceso de hinchamiento ocurre entonces la erosión y la

dispersión coloidal de la estructura de la micropartícula, que para este caso tomó un

tiempo de 170 min. De acuerdo con Al-Kassas y col. (2007), el proceso de hinchamiento

es el principal parámetro que controla la velocidad de liberación del activo desde las

micropartículas a base de alginato. A la luz de este mecanismo, los resultados de la

Figura 6-26 son coherentes. El tiempo requerido para lograr la máxima liberación del

activo desde las micropartículas fue el mismo tanto a pH 6.8 como a pH 7.4. No obstante,

la cantidad de activo liberada al medio fue mayor a pH 7.4, y de acuerdo con lo

anteriormente expuesto, pudo deberse a que el proceso de hinchamiento y posterior

erosión se ve mayormente favorecido a esta condición de pH. De otro lado, la liberación

más baja del activo tuvo lugar en el medio con condición de pH ácida, debido al limitado

proceso de hinchamiento (y como consecuencia, de erosión) que tuvo lugar en la

estructura de las micropartículas.



El comportamiento de liberación de activos a partir de matrices hinchables o formadoras

de gel, se caracteriza por la formación de una capa de gel externa que lleva asociada

una transición del polímero que la conforma. El comportamiento de hinchamiento de

estas matrices se describe a su vez por la ubicación de sus frentes, entendidos como

posiciones en la matriz donde las condiciones físicas cambian drásticamente (Colombo y

col., 2000). Así, se distinguen el frente de hinchamiento que corresponde al límite entre el

estado vítreo y el estado gomoso del polímero, el frente de erosión como el límite entre la

matriz y el medio de disolución, y un tercer frente, el frente de difusión que se encuentra

entre el frente de hinchamiento y erosión, y constituye el límite que separa el fármaco

insoluble de la porción que se encuentra soluble (Colombo y col., 1996).

Desde un punto de vista práctico, la determinación del grado de hinchamiento de los

geles de alginato en función del tiempo, y por tanto de los frentes de hinchamiento,

difusión y erosión, se ha reportado mediante la aplicación de diferentes métodos, entre

los que se encuentran el cálculo de la relación del peso de las micropartículas secas y de

las micropartículas hinchadas (Bajpai y Sharma, 2004; Al-Kassas y col., 2007), y la

medición del volumen de las micropartículas hinchadas empleando microscopio óptico

acoplado a una cámara fotográfica (Del Gaudio y col., 2005). En el presente estudio, se

evaluó el comportamiento de hinchamiento de las micropartículas de alginato mediante el

método reportado por Colombo y col. (1999), con algunas modificaciones utilizando para

ello el registro fotográfico presentado en las Figuras 6-27 a 6-29. Los frentes de

hinchamiento, difusión y erosión se determinaron visualmente a partir de estas imágenes.

Los resultados presentados en la Figura 6-30 muestran un pequeño espesor del frente

de hinchamiento de las micropartículas a base de alginato a condición de pH 1.0 (aprox.

0.05 mm a las 7 h de estudio). Como se describió anteriormente, esto es debido a la

formación de ácido algínico en el medio de disolución, cuya capacidad de hinchamiento

es bastante menor que la del alginato de sodio. De acuerdo con Sriamornsak y col.

(2007), a valores de pH por debajo de 3, la capa de gel formada alrededor de la partícula

posee una consistencia poco viscosa y adhesiva, característica de la conversión del


alginato de sodio en ácido algínico. Así mismo, los autores reportan que el grado de

erosión de la matriz no supera el 30 % de la masa del alginato de partida,

comportamiento atribuido a que el gel es más resistente y gomoso. Las características

del gel previamente descritas para las partículas investigadas en esta tesis coinciden con

lo reportado por Sriamornsak y col. (2007), imposibilitando la visualización del frente de

difusión. De igual forma, a partir de las fotografías tomadas no fue posible distinguir la

aparición del frente de erosión. En conjunto, este comportamiento condujo a que la

cantidad de quercetina liberada a pH 1.0 (aprox. 12 %) fuera la más baja respecto a las

otras condiciones de pH investigadas (Figura 6-26 a).

Figura 6-30: Comportamiento del frente de hinchamiento de las micropartículas preparadas a partir de Protanal® LF a pH 1.0.



De otro lado, la Figura 6-31 muestra que a pH 6.8 las micropartículas a base de alginato

presentan un frente de hinchamiento de aproximadamente 1.50 mm. Como se ha

explicado previamente, las matrices preparadas con alginato poseen una elevada

capacidad para hincharse en medios de pH cercanos a la neutralidad (pH 6.8), si se

compara con el comportamiento exhibido a pH ácido (pH 1.0), iniciando este proceso en

tanto entra en contacto directo con el medio de disolución (Sriamornsak y col., 2007). De

otro lado, Liew y col. (2006) han reportado que la capa de gel formada por el alginato a

valores de pH 6.8 posee un grado de rigidez tal que la hace muy poco susceptible a

erosionarse, constituyéndose así en una barrera más eficiente para la liberación del

activo. Esto está de acuerdo con los resultados de la Figura 6-31, donde se observa que

el frente de erosión alcanzó un valor mucho menor respecto al frente de hinchamiento

(aprox. 0.08 mm y 1.50 mm, a 225 min de ejecución del ensayo respectivamente). Así

mismo, la capa de gel formada se caracteriza por ser más viscosa al tacto respecto a la

presentada a pH 1.0, lo que coincide con lo reportado por Sriamornsak y col. (2007). Sin

embargo, a esta condición de pH el control sobre la liberación del activo desde las

micropartículas elaboradas con alginato es bastante limitado lográndose la máxima

liberación de quercetina (aprox. 60 %) en la primera hora de ejecución del estudio

(Figura 6-26 b).

Para las micropartículas evaluadas a la condición de pH 7.4, la determinación de los

diferentes frentes se realizó teniendo en cuenta el comportamiento observado por parte

de las micropartículas hasta los 30 min de ejecución del ensayo (Figura 6-29) debido a

que hasta este punto fue posible observar con claridad su aparición. En términos

generales, la sensación al tacto de la capa de gel formada por las micropartículas a este

pH fue similar a la presentada a pH 6.8. Como se observa en la Figura 6-32, el frente de

difusión tiene un espesor aproximado de 0.05 mm y el espesor del frente de

hinchamiento alcanza su valor más alto (aprox. 0.03 mm), que es mucho menor al

máximo valor obtenido a pH 6.8. Igualmente se tiene el menor valor del espesor del

frente de erosión (aprox. 0.07 mm). Al detectarse claramente la aparición del frente de

difusión es posible afirmar que bajo las condiciones del presente estudio, en el punto

correspondiente a los 30 min, se cuenta con la mayor cantidad de quercetina disuelta que

posteriormente estaría en capacidad de difundir hacia el exterior de la matriz polimérica.


Figura 6-31: Espesor de los frentes de hinchamiento y de erosión de las micropartículas preparadas a partir de Protanal® LF a pH 6.8.

En adición, a partir de los resultados presentados en la Figura 6-29 se observa que la

primera capa de gel formada en las micropartículas en el medio de pH 7.4, se erosionó a

los 30 min de ejecución del estudio y a partir de allí, es posible observar que la estructura

remanente de las partículas pasa nuevamente por otra etapa de hinchamiento

(claramente visible a los 45 min) donde no es posible determinar con claridad el frente de

difusión o de erosión; el hinchamiento de la partícula alcanza un punto tal en que se

desintegra totalmente (170 min) liberando agregados de quercetina al medio de

disolución. En conjunto, el hecho de que el proceso de hinchamiento, de aparición del

frente de difusión, y la posterior erosión se manifiesten en un tiempo menor cuando las

partículas se trabajan en un medio de disolución de pH 7.4, explica el por qué a esta

condición se obtuvo la máxima cantidad de quercetina liberada (aprox. 80 %) respecto a

las otras dos condiciones de pH investigadas (Figura 6-26 c).



Figura 6-32: Comportamiento de los frentes de hinchamiento, difusión y erosión de las micropartículas preparadas a partir de Protanal® LF a pH 7.4.

De forma general se puede afirmar que la estructura de las micropartículas no se hincha

de manera homogénea. Lo anterior surge de comparar visualmente las morfologías que

adoptan las partículas a pH 6.8 y 7.4 antes de que alcancen su máxima capacidad de

hinchamiento. Esto podría atribuirse a que las grietas presentes en la superficie de las

micropartículas (secas), al estar en contacto directo con el medio de disolución,

facilitarían la interacción con dicho medio en aquellas zonas en donde su presencia es

mayor. En la Figura 6-33 este comportamiento se hace evidente, mostrando zonas en

donde es posible apreciar un mayor grado de gelificación transcurridos 60 min de

ejecución del ensayo. Igualmente como se observa en la imagen correspondiente a la

micropartícula en medio de disolución pH 7.4 la erosión de la partícula ocurre en forma

de láminas de polímero. Sobre esta base es posible sugerir que la formación de la

partícula ocurre a partir de la unión de agregados de alginato de calcio o quizás, que se


logran microzonas en las que se concentran iones calcio dando a la partícula una

estructura heterogénea en cuanto a la gelificación del polímero.

Figura 6-33: Morfología observada en microscopio electrónico de barrido de las micropartículas preparadas a partir de Protanal® LF conteniendo quercetina: a. Hinchadas en solución reguladora de fosfatos pH 6.8 (izquierda) y pH 7.4 (derecha) a los 60 min de ensayo y b. Detalles de la superficie (izquierda) y de la estructura (derecha) de las micropartículas secas.

De otro lado, como se ha mencionado, los resultados obtenidos en este experimento

evidencian que la quercetina es atrapada en el interior de la estructura de la partícula en

forma de agregados (Figura 6-34) que se liberan a medida que la partícula se hincha y

erosiona. Lo anterior puede ser debido a que en el momento de adicionar la quercetina

disuelta en etanol a la dispersión de alginato, esta precipita dada su baja solubilidad en

agua que es el medio de dispersión del alginato. El activo se mantuvo en suspensión con

ayuda de agitación, en tanto que se extruía la dispersión sobre la solución entrecruzante.



De aquí que fuera difícil lograr la completa homogeneidad respecto al contenido de

activo, entre los lotes de micropartículas que se prepararon para la ejecución del estudio,

trayendo como consecuencia la variabilidad en los resultados de los ensayos efectuados.

Figura 6-34: Vista ampliada de una micropartícula preparada a partir de Protanal® LF hinchada, en solución reguladora de fosfatos de pH 7.4.

En la presente tesis no fue posible analizar el comportamiento de liberación de

quercetina desde el punto de vista cinético debido a que únicamente se dispone de dos

puntos en el estudio de cantidad de quercetina liberada vs. tiempo. Como se observa en

la Figura 6-26 el 80 % del activo fue liberado durante la primera hora del estudio

utilizando como medio de disolución solución reguladora de fosfatos pH 7.4. Debido a la

dificultad en la preparación de las muestras para hacer la lectura en el espectrofotómetro,

no se efectuaron muestreos a puntos intermedios en el estudio de liberación del activo.


A modo de síntesis de los resultados obtenidos a partir de la caracterización

farmacotécnica de las micropartículas a base de alginato conteniendo quercetina, se

puede afirmar que la liberación del activo es un proceso dependiente tanto de la cantidad

de polímero presente en el medio, como del pH que favorezca su proceso de

hinchamiento y erosión. Los mejores comportamientos en este sentido se obtuvieron a

pH 7.4, lo que sugiere una potencial aplicación de estas partículas para la entrega de

activos a nivel de colon, considerando además que la liberación se ve limitada

drásticamente a pH ácido.

Desde el punto de vista de su manipulación a nivel tecnológico las micropartículas de

alginato presentan un desafío para ser incorporadas dentro de una matriz sólida como es

el objetivo de la presente tesis. Por un lado, aunque sus buenas características de fluidez

facilitarían las etapas de mezclado propias de un proceso de fabricación de comprimidos,

su tamaño y densidad podrían dificultar su eficiente incorporación. En adición, el

comportamiento observado durante la compresión exige la selección de una adecuada

estrategia de preparación de los compactos. Finalmente, la naturaleza higroscópica de

las partículas establece restricciones respecto a su almacenamiento (recipientes

herméticos).

6.2.2 Caracterización farmacotécnica de los posibles excipientes para el desarrollo de matrices sólidas conteniendo micropartículas a base de alginato.

Teniendo en cuenta los resultados de la evaluación farmacotécnica de las

micropartículas preparadas con alginato conteniendo quercetina, especialmente los

relacionados con su tamaño, densidad y comportamiento bajo compresión, para lograr la

incorporación de las micropartículas en matrices sólidas se eligió la estrategia de

preparar un granulado a base de excipientes, el que sería posteriormente mezclado con

las micropartículas y finalmente comprimido. Conociendo que aproximadamente el 80 %

del activo era liberado al cabo de una hora en solución reguladora de fosfatos de pH 7.4,

era el interés de la presente investigación, modular dicha liberación a través de los



excipientes de la matriz. Por tal razón, como componentes del granulado de excipientes

se emplearon almidón de maíz y almidón pregelatinizado en proporciones fijas del 60 % y

10 % respectivamente. El desempeño de estos materiales en el desarrollo de formas

farmacéuticas sólidas ha sido conocido en trabajos previos como el desarrollado por

Sánchez y Zuluaga (1999), por lo que no se consideró necesaria su caracterización

farmacotécnica. El 30 % restante de la formulación del granulado de excipientes se

reservó para investigar el efecto sobre la liberación del activo de coprocesados a base de

almidón – lactosa (Starlac®), celulosa microcristalina – lactosa (Microcelac®) e

hipromelosa – lactosa (Retalac®), los que sí requirieron su caracterización

farmacotécnica debido a que son materiales que se emplean por primera vez en nuestras

investigaciones.

Evaluación de la morfología

Como se observa en la Figura 6-35 los gránulos de Starlac® y de Microcelac® son

similares en su morfología, donde sus partículas tienen forma regular y bordes

fracturados. De otro lado, las partículas de Retalac® son irregulares con bordes

fracturados y caracterizadas por la formación de agregados. La birrefringencia

manifestada por los tres materiales evaluados puede estar asociada a las contribuciones

para girar el plano de la luz polarizada incidente, de las regiones amorfa y cristalina

presentes en los componentes de los coprocesados.

Evaluación del tamaño y la distribución de tamaño de las partículas

Los resultados correspondientes a la determinación del tamaño y la distribución de

tamaño de partícula, se reportan en la Tabla 6-9 y la Figura 6-36. Para todos los casos,

el diámetro medido correspondió al diámetro de Feret.



Figura 6-35: Morfología de las partículas de los coprocesados Starlac®, Microcelac® y Retalac® observadas en microscopio de luz transmitida y polarizada con objetivo 20X.



Tabla 6-9: Tamaño de partícula de los coprocesados Starlac®, Microcelac® y Retalac®.

Figura 6-36: Distribución de tamaño de partícula para los coprocesados Starlac®, Microcelac® y Retalac®.

Teniendo en cuenta los resultados reportados en la Tabla 6-9 y en la Figura 6-36, la

distribución del tamaño de las partículas de Starlac® y de Microcelac® está en el rango de

35 µm a 272 µm, con valores de span de 1.34 y 1.18, respectivamente. Para el Retalac®

la distribución de tamaño de partícula está entre 55 µm a 272 µm, y su valor span es de

0.82. Lo anterior, junto con los resultados del diámetro medio de superficie volumen (dvs)

para el Starlac® (137.6 µm), Microcelac® (117.5 µm) y Retalac® (171.6 µm), indica que el


Retalac® es el material con el tamaño de partícula más grande, pero estadísticamente su

distribución es la más estrecha; en tamaño le sigue el Starlac®, que a su vez es el

material que presenta la distribución de tamaño más amplia. Por último se encuentra el

Microcelac® con el tamaño de partícula más pequeño y una distribución de tamaño que

se incluye en el rango formado por los valores span de los otros dos materiales

evaluados.

Comportamiento de las densidades aparente y apisonada

De acuerdo con los resultados reportados en la Tabla 6-10, la densidad aparente

obtenida para los diferentes materiales guarda la relación: Starlac® > Microcelac® >

Retalac®. Es importante considerar que la densidad aparente toma en cuenta la

contribución del volumen vacío entre las partículas, y por tanto, no depende únicamente

de la densidad de las partículas del polvo, sino además de los arreglos espaciales que

éstas adopten (USP 38, 2015).

Así, el empaquetamiento de las partículas de Starlac® deja muy pocos espacios vacíos si

se le compara con el Microcelac® y el Retalac®, permitiendo que una mayor cantidad de

material se acomode en el volumen definido. Lo anterior puede explicarse considerando

la morfología y el tamaño de las partículas. Por la forma de las partículas de Starlac®,

podría afirmarse que su rearreglo es intermedio entre uno romboédrico y uno cúbico, con

lo que los espacios interpartícula serían los más pequeños respecto a los otros dos

materiales evaluados. Adicionalmente, dada la amplitud de la distribución de tamaño de

partícula para el Starlac®, es predecible que las partículas más pequeñas (finos) se

acomoden entre los espacios interpartícula de forma eficiente, aumentando el valor de

densidad aparente (Sinko y Singh, 2011a; Staniforth, 2002). Teniendo en cuenta que la

voluminosidad aparente es el inverso del valor de la densidad aparente, podría sumarse

a lo anterior que el material más voluminoso es el Retalac®; esto se debe quizás a su

forma irregular lo que resulta en arreglos espaciales caracterizados por mayores

espacios vacíos inter particulares comparado con los demás coprocesados estudiados.



Tabla 6-10: Resultados de la caracterización de algunas de las propiedades farmacotécnicas de los coprocesados Starlac®, Microcelac® y Retalac®.



De otro lado, como se presenta en la Tabla 6-10, la densidad apisonada de los

excipientes sigue el orden Starlac® > Microcelac® > Retalac®. Estos resultados permiten

evidenciar que las partículas de Starlac® se empaquetan más fácilmente al ser sometidas

a vibración y golpes mecánicos durante la prueba. Del mismo modo que para la densidad

aparente, tanto la morfología como la distribución de tamaño de partícula, sumado a la

excelente fluidez de este material, explican los comportamientos obtenidos. También se

observa que los resultados de la densidad apisonada son mayores que los de la

densidad aparente, indicando que todos los materiales estudiados tienen la capacidad de

adoptar arreglos espaciales que les permiten ocupar un volumen más pequeño respecto

al valor de partida. Los resultados muestran una vez más que el Retalac® es el material

más voluminoso, en este caso en términos de la voluminosidad apisonada, evidenciando

nuevamente que presenta mayor dificultad para lograr el empaquetamiento de sus

partículas. Como se indicó previamente, esto último es consecuencia de la morfología de

sus partículas.

Índices de Carr y de Hausner

Los resultados de índices de Carr y de Hausner presentados en la Tabla 6-10 para los

materiales investigados, guardan el orden Starlac® < Retalac® < Microcelac®, en tanto

que para el índice de Hausner es Starlac® < Retalac® y Microcelac®. No obstante,

comparando estos resultados con la escala de fluidez reportada por la USP (USP 38,

2015) todos los materiales evaluados presentan buenas características de flujo con

índices de Carr ≤ 10 % e índices de Hausner entre 1.00 - 1.11 respectivamente. La Tabla

6-10 muestra que el índice de Carr para el Microcelac® es mayor que para el Retalac®,

situación que podría deberse en gran medida a que el coeficiente de variación asociado

al índice de Carr para el Retalac® es bastante elevado en comparación con el del

Microcelac®, indicando mayor dispersión entre los datos de las réplicas.



De otro lado, es importante tener en cuenta que el índice de Carr es una consecuencia

indirecta de la densidad aparente, el tamaño y la forma de las partículas, el área

superficial, el contenido de humedad y la cohesividad de un material, ya que todos estos

factores influyen en su determinación (USP 38, 2015). Así, el índice de Carr y el índice de

Hausner son medidas que permiten evaluar la importancia de las interacciones

interpartícula. Dado que para los tres materiales estudiados la densidad apisonada y la

aparente son cercanas en valor, es posible afirmar que las interacciones interpartícula

(fuerzas atractivas y de fricción) no son significativas (USP 38, 2015; Peleg, 1977;

Burguess y Hickey, 1992b).

Comportamiento de flujo de los materiales

En cuanto a la fluidez de los coprocesados, en la Tabla 6-10 se presentan los resultados

para el ángulo de reposo y la velocidad de flujo a través de un orificio. Los resultados

indican que el ángulo de reposo sigue el orden Starlac® Microcelac® < Retalac®.

Tomando en consideración los valores de ángulo de reposo, la USP cataloga al Starlac®

y al Microcelac® como materiales de buen flujo (ángulos de reposo entre 25° y 30°) y al

Retalac® como de flujo aceptable (ángulos de reposo hasta 45°). También establece que

los materiales con un índice de Carr ≤ 10, se les cataloga como de buen flujo. De esta

forma, y teniendo en cuenta los resultados presentados para el índice de Carr de los

materiales estudiados, a todos se les consideran materiales que poseen buenas

propiedades de flujo.

De acuerdo con lo anterior, se puede afirmar que de los coprocesados para compresión

directa evaluados, para el Starlac® se presenta la menor influencia de las fuerzas

cohesivas sobre el flujo, seguido por el Microcelac®. Generalmente se espera que las

partículas de mayor tamaño presenten ángulos de reposo bajos debido a que tienden a

adherirse en menor proporción que las partículas pequeñas. Esto no se cumple para el

caso del Retalac® que es el coprocesado que presenta el tamaño de partícula más


grande, lo que pudo deberse a que en la determinación del ángulo de reposo para este

material, predominó el efecto de la morfología irregular de las partículas y no su tamaño.

Respecto a la fluidez intrínseca, se encontró que los coprocesados para compresión

directa fluían libremente por el orificio de 6 mm. Por esta razón, se empleó dicho

diámetro para efectuar la determinación de la velocidad de flujo.

Adicionalmente, en la caracterización de las propiedades de flujo de los coprocesados se

determinó el coeficiente de fricción, el que como se presenta en la Tabla 6-10 sigue el

orden Starlac® > Microcelac® > Retalac®, es decir, se requiere mayor fuerza en el

Starlac® para lograr el movimiento de sus partículas. Como se discutió previamente, a

mayor densidad aparente mayor será el valor del coeficiente de fricción, lo que está de

acuerdo con los resultados obtenidos.

Los resultados indican que el comportamiento de los materiales respecto a este

parámetro sigue el orden: Starlac® > Microcelac® > Retalac®. Estos valores guardan

relación directa con los obtenidos para el ángulo de reposo, es decir, se obtienen

velocidades de flujo mayores con los materiales que presentan mejores características

de flujo. Quizás las formas regulares de las partículas del Starlac® y del Microcelac®, les

permitieron obtener mejores propiedades de flujo respecto al Retalac® cuyas partículas

tienen forma irregular.

Comportamiento frente a la humedad ambiental

Los resultados presentados en la Figura 6-37a muestran que en un ambiente de baja

humedad relativa (e.g., 34 ± 0.4 %), los materiales a base de almidón y celulosa

microcristalina presentan una leve captación de agua, en tanto que el coprocesado a

base de hipromelosa presentó un proceso de desorción (Figura 6-38a).



Tabla 6-11: Clasificación del grado de higroscopicidad, contenido de humedad de equilibrio (EMC) y velocidad de sorción – desorción de agua de los coprocesados Starlac®, Microcelac® y Retalac®.

A medida que la humedad en el ambiente es mayor, la captación de agua por parte de

los materiales aumenta. En el caso de los coprocesados, dicho aumento es más

significativo para Retalac®. Igualmente es posible afirmar que el Starlac® y el Microcelac®

presentan procesos de sorción-desorción entre el periodo de inicio de la prueba hasta las

10 h de ensayo, y a partir de este punto, se observa una ligera captación de agua que

permanece casi constante hasta las 72 h. Adicionalmente, en las Figura 6-37 a 6-39 se

observa que la captación de agua por parte del coprocesado a base de almidón es menor

respecto a los materiales conformados por derivados de celulosa. De acuerdo con la

clasificación hecha por Callahan y col. (1982) para la higroscopicidad de materiales

sólidos, los resultados presentados en las Figura 6-37 a 6-39 y la Tabla 6-11 permiten

afirmar que el Starlac® y el Microcelac® se catalogan como materiales Clase I – No

higroscópicos, en tanto que el Retalac® es un material Clase III – Moderadamente

higroscópico.


Figura 6-37: Comportamiento del coprocesado Starlac® frente a la humedad relativa: a. Ganancia de agua y b. Contenido de humedad de equilibrio (EMC).



Figura 6-38: Comportamiento del coprocesado Microcelac® frente a la humedad relativa: a. Ganancia de agua y b. Contenido de humedad de equilibrio (EMC).


Figura 6-39: Comportamiento del coprocesado Retalac® frente a la humedad relativa: a. Ganancia de agua y b. Contenido de humedad de equilibrio (EMC).



El comportamiento de captación de agua por parte de los coprocesados puede ser

debido a que el modelo de sorción de vapor de agua para el almidón y las celulosas (en

este caso particular, para la fracción del coprocesado correspondiente a estos dos

componentes), depende de la presión de vapor presente en el sistema. A bajas presiones

de vapor, el agua se liga directamente a las unidades de anhidroglucosa disponibles en

los granos de almidón y en las regiones amorfas de las celulosas con una estequiometría

1:1 (una molécula de agua por unidad de anhidroglucosa). A presiones de vapor

intermedias (alrededor de 0.6 o más alta), los puentes de hidrógeno debidos a la

interacción polímero-polímero se rompen, lo que favorece un aumento en los sitios

primarios de unión disponibles y permite que el agua comience a unirse a otras

moléculas de agua ya ligadas a las unidades de anhidroglucosa. Finalmente, a presiones

de vapor mayores se producen incluso más sitios primarios de unión, en tanto que el

agua ahora puede unirse a otras moléculas de agua incluyendo aquellas que no se

encuentran en los sitios primarios de unión (Zografi y Kontny, 1986).

Figura 6-40: Velocidad de ganancia de agua de los coprocesados Starlac®, Microcelac® y Retalac® a distintas condiciones de humedad relativa.


En cuanto a la velocidad a la que ocurren los procesos de sorción o desorción de agua

por parte de los materiales (Tabla 6-11 y Figura 6-40), se puede observar que la

velocidad de captación del agua del ambiente aumenta a medida que el contenido de

humedad en ellos es mayor. Para todos los ambientes se evidencian diferencias

dependientes de la naturaleza del material, siendo más marcadas para el caso del

Retalac®, lo que puede explicarse dado su carácter de material moderadamente

higroscópico.

Evaluación de la capacidad de sorción de agua

A partir de los resultados presentados en la Figura 6-41c se evidencia que una vez el

Retalac® entra en contacto directo con el agua, el tiempo que requiere para alcanzar su

máxima capacidad de sorción es mayor respecto a los otros dos coprocesados

estudiados. Lo anterior podría atribuirse a que en las cadenas de la fracción del

coprocesado que corresponde a hipromelosa, debe ocurrir inicialmente un proceso de

relajación para posteriormente hincharse y así capturar el agua que las rodea (Bettini y

col., 2001). Las variaciones obtenidas en la medición podrían explicarse teniendo

presente que al estar la muestra expuesta al medio ambiente durante la ejecución del

ensayo, y dado su carácter higroscópico, la humedad relativa tendría algún efecto sobre

la capacidad de sorción del Retalac®.

Así mismo, se observa a partir de la Figura 6-41 a y b, que el Starlac® y el Microcelac®

capturan agua rápidamente, llegando a un valor máximo en un tiempo muy corto (menos

de 5 min), para posteriormente estabilizarse. Estos resultados son coherentes con la

limitada capacidad que tienen las fracciones de almidón y celulosa microcristalina

presentes en los coprocesados para captar agua, hinchándose hasta cierto grado. Este

comportamiento es lo que les permite a estos materiales actuar como agentes

desintegrantes (Rudnick y Schwartz, 2000).



Figura 6-41: Capacidad de sorción de agua de los coprocesados: a. Starlac®, b. Microcelac® y c. Retalac®.


Evaluación del comportamiento de los materiales bajo compresión

En la Tabla 6-12, se presentan los resultados al evaluar el comportamiento bajo

compresión de los diferentes materiales. Como se observa, existe una relación entre la

adherencia y la dificultad con que el compacto es expulsado de la matriz. Así, el Starlac®

que fue el material con respuesta positiva para la adherencia, presentó la mayor dificultad

de expulsión de la matriz. Cabe resaltar que aunque el Microcelac® también mostró

signos de adherencia, estos fueron menores respecto al Starlac®, lo que se vió reflejado

en una también menor dificultad de expulsión. Por su parte, en el Retalac® no se observó

adherencia, ni tampoco dificultad de expulsión.

De otro lado, según la Tabla 6-12 los coprocesados evaluados no presentaron problemas

de laminación. Desde el punto de vista del diseño de formas farmacéuticas sólidas, la

laminación es asociada con la fractura de la tableta en capas a causa de la elevada

velocidad de compresión, la elevada tensión residual en las paredes del punzón, las



propiedades mecánicas anisotrópicas, o el aire atrapado en el comprimido; varios de

estos mecanismos pueden manifestarse al mismo tiempo dando lugar a la laminación del

comprimido (Mazel y col., 2015). Considerando las condiciones bajo las que se llevó a

cabo el ensayo, podría afirmarse que para ninguno de los materiales estudiados la

cantidad de aire atrapado en el interior de los compactos formados fue lo suficientemente

elevada para llevar a su fractura al ser expulsado de la matriz. Desde el punto de vista de

la fuerza de compresión empleada (1 Ton), esta no fue lo suficientemente elevada para

crear estrés anisotrópico interparticular, que condujera a fallas en la estructura de la

tableta.

Tabla 6-12: Evaluación del comportamiento bajo compresión de los coprocesados Starlac®, Microcelac® y Retalac®.

En lo relacionado con el cambio de volumen que presentan los compactos elaborados a

partir de los materiales objeto de estudio, en la Tabla 6-12 se presenta el

comportamiento en el tiempo cero (t0: día en que se elaboraron los compactos) y en el

tiempo final (t1: día 20 posterior a la elaboración del compacto). En el proceso de

compresión cuando se aplica una fuerza de forma axial al material a comprimir, éste

ejerce una fuerza radial dirigida hacia las paredes de la matriz. Cuando la presión

ejercida es liberada completamente del comprimido al expulsarlo de la matriz, la energía

elástica residual se libera en forma de expansión de dicho compacto (Carstensen, 1977).


Los resultados obtenidos indican que el mayor cambio en el volumen lo presentaron los

compactos elaborados con Retalac®.

A partir de la Tabla 6-12 se evidencia que tanto en el Starlac® como en el Microcelac®

predominan comportamientos de tipo plástico, debido a que el cambio experimentado en

el volumen de los compactos fue poco significativo, conservando esta propiedad casi

inalterada al término de la prueba. Esto podría atribuirse a las fracciones de almidón y de

celulosa microcristalina que conforman la estructura de los coprocesados, y de los cuales

se ha reportado que exhiben este tipo de deformación (Okunlola y Odeku, 2009; Hoag y

col., 2008). Así mismo, puede afirmarse que como coprocesado, también predomina la

influencia que ejercen estos dos materiales respecto al comportamiento de la lactosa,

teniendo en cuenta que la lactosa se caracteriza por ser quebradiza (Hoag y col., 2008),

lo que no se observó en el estudio.

Igualmente, es posible afirmar que el Retalac® concentra la mayor cantidad de energía

elástica en el cuerpo del compacto, lo que produjo que su expansión (expresada en

términos del volumen) fuera mayor respecto a los otros materiales investigados. Este

comportamiento puede atribuirse a la fracción de hipromelosa presente en este

coprocesado. Se ha reportado que los compactos elaborados con hipromelosa exhiben

fenómenos de elasticidad, que dependen tanto de la fuerza de compresión utilizada

durante la elaboración (Nokhodchi y col., 1996), como del tamaño de partícula del

polímero (Nokhodchi y col., 1995).

Otro de los ensayos efectuados a los compactos obtenidos durante la evaluación del

comportamiento bajo compresión de los materiales fue la determinación del tiempo de

desintegración. La desintegración se define como el estado en el cual cualquier residuo

de los compactos puestos en el estudio permanece en la rejilla o disco inferior del

aparato utilizado, y corresponde a una masa suave que no presenta un núcleo firme

palpable. La desintegración no implica la completa disolución de los compactos puestos

en el estudio (USP 38, 2015). Los resultados obtenidos evidenciaron que tanto el



Starlac® como el Microcelac® se desintegraron en un tiempo inferior a los 3 min, mientras

que el Retalac® necesitó un tiempo cercano a las 7 h (Figura 6-42). Esto puede

explicarse desde el punto de vista de los componentes de cada uno de los coprocesados

estudiados. Los tres materiales tienen en común que incorporan lactosa dentro de su

estructura, encontrándose en las siguientes proporciones, de acuerdo a lo reportado en

la ficha técnica del fabricante: Starlac®: 85 %, Microcelac®: 75 %, Retalac®: 50%. Los

otros componentes corresponden a almidón para el Starlac®, celulosa microcristalina

para el Microcelac® e hipromelosa para el caso del Retalac®.

La hipromelosa presente en el Retalac® es un éter de celulosa hidrofílico, ampliamente

utilizado en formulaciones orales como agente de liberación controlada (Rowe y col.,

2009). Una vez en contacto con agua o con fluidos biológicos, comienza la relajación de

sus cadenas poliméricas con la consecuente expansión del volumen e hinchamiento.

Luego, las cadenas relajadas se hidratan y gelifican (Bettini y col., 2001). En conjunto,

esto explica los comportamientos observados en la Figura 6-42, en donde a medida que

transcurre el tiempo, la capa de gel formada alrededor del compacto, aumenta

progresivamente su espesor, retrasando la desintegración hasta tanto dicha capa no se

erosione, proceso que toma cerca de 7 h.

Por su parte, como se ha mencionado, el Starlac® y el Microcelac® contienen almidón y

celulosa microcristalina en proporciones del 15 % y 25 %, respectivamente. Estos dos

componentes son reconocidos por su capacidad desintegrante, actuando como tal en

proporciones que varían desde del 3 % al 25 % para el almidón, y entre el 5 % y el 15 %

para la celulosa microcristalina (Rowe y col., 2009). En concentraciones superiores al 20

% como en este caso, la celulosa microcristalina exhibe además propiedades como

agente aglutinante. (Rowe y col., 2009). Los compactos elaborados con estos dos

componentes requirieron un tiempo de 3 min para desintegrarse, lo que se explica por su

mecanismo como agentes desintegrantes. Estos materiales permiten el aumento de la

porosidad del compacto, promoviendo la entrada del agua mediante acción capilar, lo

que conlleva a una rápida desintegración (Rudnick y Schwartz, 2000). En estos casos la


capacidad de hinchamiento del material parece no tener mayor influencia en la

desintegración del compacto.

Como se indicó previamente, el objetivo de la caracterización farmacotécnica de los

excipientes coprocesados es tener elementos de juicio para su selección como parte de

una formulación para una tableta en la que se incorporen las micropartículas a base de

alginato conteniendo quercetina. De acuerdo con los resultados reportados hasta este

punto, en términos generales los coprocesados estudiados poseen buena fluidez. No

obstante, las dificultades de flujo de las micropartículas, sumado a su elevada densidad,

son factores que podrían generar problemas durante la etapa de mezcla, y su flujo desde

la tolva hacia las matrices de la tableteadora durante la compresión. De otro lado, la

elevada voluminosidad del Retalac® es un factor a tener en cuenta durante los procesos

de mezcla y compresión. Para el primer caso, se debe garantizar que este proceso se

lleve a cabo en un equipo con suficiente capacidad que permita el adecuado movimiento

del material, y durante el proceso de compresión se debe asegurar que las matrices sean

del tamaño adecuado y que la velocidad ajustada para la tableteadora sea la correcta. La

higroscopicidad del Retalac® y de las micropartículas podría eventualmente representar

una dificultad durante la etapa de compresión, provocando que la humedad ambiental

captada altere el comportamiento del material, sea por modificación de su balance

plasticidad/elasticidad o por la aparición de fenómenos de adherencia. En lo relacionado

con el Starlac® y el Microcelac®, estos son materiales que presentan un comportamiento

bastante similar, encontrándose solamente pequeñas diferencias en cuanto a sus valores

de densidad, lo que no representa un factor crítico. Así mismo, es claro que las

micropartículas de alginato constituyen un reto para la elaboración de compactos debido

a que no se deforman durante la compresión, y al fracturarse, permiten la formación de la

tableta. Por su parte, los coprocesados son materiales que presentan buen

comportamiento bajo compresión, con los que no se evidencian defectos tales como

laminación de los compactos o dificultad de expulsión desde la matriz. Sin embargo, no

conviene manejarlos solos como mezclas de polvos, dado existe una marcada diferencia

entre sus características farmacotécnicas respecto a aquellas de las micropartículas

obtenidas con Protanal® LF.



Figura 6-42: Comportamiento de hinchamiento y gelificación de los comprimidos obtenidos con Retalac® durante el ensayo de desintegración.

* No se muestra la imagen correspondiente a las 7 horas de ejecución del ensayo, debido a que gran parte del material ya estaba disperso en la canasta del

equipo.



6.3 Desarrollo de matrices sólidas conteniendo quercetina encapsulada en micropartículas a base de alginato

Para el desarrollo de las matrices sólidas formuladas con micropartículas a base de

alginato conteniendo quercetina, se consideraron las ventajas y desventajas que

presentó cada material según sus propiedades farmacotécnicas. Es así como para la

ejecución de esta etapa de la investigación, se decidió trabajar con Starlac® y Retalac®,

dado que el comportamiento del Microcelac® no evidenció una diferencia marcada

respecto al Starlac®. De igual forma, teniendo en cuenta que las micropartículas

elaboradas con alginato no cumplían las características de un material para ser

comprimido en un proceso de compresión directa, se procedió a preparar granulados con

los materiales seleccionados y posteriormente se incorporaron las micropartículas

preparadas a partir de Protanal® LF conteniendo quercetina. El supuesto al respecto es

que la granulación, que se define como el proceso de aglomeración de partículas,

permitiese mejorar el comportamiento durante la compresión (Sinko y Singh, 2011b). Las

micropartículas empleadas para estos ensayos fueron preparadas a las condiciones

previamente estipuladas, que resultaron ser las más apropiadas para obtener el tamaño

de partícula más pequeño (dvs 0.40 y span 0.73). Su eficiencia de encapsulación fue del

96.5 %, su capacidad de carga de 1.3 %, y el rendimiento del proceso de preparación fue

de 49.2 %. Como mezcla de excipientes de los granulados se ensayó la aglutinación de

Starlac® y de Retalac® de forma independiente y en una mezcla 50:50, utilizando en

adición en todas las formulaciones, almidón de maíz al 60 %, almidón pregelatinizado al

10 % y agua en cantidad suficiente para lograr una masa adecuada para granular.

Posteriormente, se efectuaron las pruebas de caracterización de los comprimidos

mediante la medición de sus dimensiones, peso y dureza, así como la evaluación de la

liberación del activo.

Caracterización de los granulados empleados para la preparación de las tabletas

Los granulados obtenidos a partir de los excipientes seleccionados se caracterizaron

respecto a su distribución de tamaño de partícula mediante el método de tamización



(USP 38, 2015). Como se observa en la Figura 6-43, el granulado preparado a partir de

Retalac® tiene la distribución de tamaño de partícula más amplia (span 1.85), lo que se

traduce en una mayor presencia de finos. De otro lado, los gránulos preparados con

Starlac®, así como con su respectiva combinación con Retalac®, presentan tamaños de

gránulo muy cercanos (d50 alrededor de 250 µm), encontrándose mayor cantidad de finos

para el granulado preparado a partir de la combinación Starlac® - Retalac®.

Figura 6-43: Distribución de tamaño de partícula de los granulados preparados a partir de Starlac®, Starlac®- Retalac® y Retalac®.

De otro lado, la humedad de los granulados fue de 1.08 % ± 0.02 % para el granulado

que contenía Starlac®, de 0.82 % ± 0.02 % para aquel que contenía Retalac® y de 1.58 %

± 0.08 % para los granulados a base de Starlac® – Retalac®. En todos los casos se

cumplió con la especificación prevista (1 – 2 %), la que según la experiencia del grupo de

investigación y del proveedor de los coprocesados, permite la compresión.


Caracterización de matrices sólidas conteniendo quercetina encapsulada en

micropartículas

A partir de los granulados preparados y su posterior mezcla con las micropartículas a

base de alginato conteniendo quercetina y con los excipientes previstos como

lubricantes, se prepararon las matrices sólidas. Como se observa en la Tabla 6-13, el

peso, la dureza y el contenido de activo de las tabletas preparadas con los granulados

estudiados son diferentes, lo que se atribuye al comportamiento de cada mezcla de

materiales durante el proceso de compresión. Aquellas tabletas obtenidas con el

granulado de Retalac® son las de menor peso, altura y dureza, comparadas con los otros

materiales estudiados, evidenciando que aún aglutinado, predomina la naturaleza

voluminosa del coprocesado. De otra parte, su contenido de quercetina es el más bajo

indicando que la cantidad de micropartículas incorporada por tableta también fue la más

pequeña respecto a los otros ensayos realizados. En adición, estos comprimidos

presentan la mayor variabilidad en la valoración del activo, lo que hace evidente la

dificultad para lograr homogeneidad en la distribución de las micropartículas en la etapa

de mezcla o que se favorece su segregación en las etapas subsecuentes del proceso,

por ejemplo en la compresión. Es de resaltar que durante el proceso de compresión, el

granulado de Retalac® tuvo dificultades tanto para fluir desde la tolva hacia los punzones

como para ajustar la fuerza de pre-compresión y compresión requeridas para formar

comprimidos de la dureza prevista (30 N a 50 N), esto debido quizás a su amplia

distribución de tamaño de partícula con una elevada cantidad de finos.

De otro lado, los resultados presentados en la Tabla 6-13 muestran que las tabletas

preparadas a partir del granulado conteniendo la mezcla de los coprocesados Starlac® -

Retalac® son las de mayor peso y contenido de activo, y su dureza se encuentra dentro

del rango estipulado. Así mismo, permite una mayor homogeneidad en la cantidad de

micropartículas presentes por tableta lo que se manifiesta en el menor valor de

coeficiente de variación en los resultados de valoración del activo. Desde el punto de

vista del desarrollo de la operación, en estos ensayos se logró un arranque de la

máquina con mayor facilidad, traduciéndose en la obtención de un mayor número de



tabletas comparado con los otros dos granulados trabajados. Por su parte, el granulado a

base de Starlac® presentó un buen desempeño en el equipo en el momento de efectuar

la compresión, obteniéndose valores intermedios para el peso, la altura, la dureza y el

contenido de activo, comparándolas con aquellas preparadas a partir de los granulados

conteniendo Retalac® y Starlac® - Retalac®.

Tabla 6-13: Resultados de la caracterización de las tabletas preparadas a partir de granulados de Starlac®, Starlac® - Retalac® y Retalac®, conteniendo quercetina encapsulada en micropartículas.

Estudios de liberación de quercetina a partir de tabletas preparadas con los granulados a

base de Starlac®, Starlac® - Retalac® y Retalac®.

Los estudios de liberación de la quercetina encapsulada en micropartículas elaboradas

con alginato incorporadas a su vez en matrices sólidas, se llevaron a cabo empleando

medios que simulaban las condiciones fisiológicas de pH que podrían encontrarse

durante su recorrido a lo largo del sistema gastrointestinal, entre ellos pH 6.8 (para las

condiciones de pH de la primera porción del intestino delgado pH 5 - 7) y pH 7.4 (para las

condiciones de pH de la segunda porción del intestino delgado pH 7 - 8). No se

efectuaron los ensayos a pH 1.0, debido a que como se discutió previamente, la

liberación del activo para este caso fue muy baja (12 % aproximadamente).

Como punto de partida para la realización de los ensayos de liberación de quercetina en

esta etapa de la investigación, se verificó la validez de la metodología analítica. Con este


propósito se llevó a cabo el estudio de la precisión en términos de la repetibilidad del

sistema instrumental (CV 0.08 %), la repetibilidad del método (CV 1.57 %, 1.08 % y 0.47

% para las concentraciones de 4 µg/ml, 10 µg/ml y 14 µg/ml de quercetina), y la precisión

intermedia (CV 2.19 % y 1.14 % para los días 1 y 2 del ensayo). La ecuación de la recta

empleada fue Y = – 0.0039 + 0.0579X con intervalos de confianza de 0.010 UA*ml*µg-1 y

0.007 UA para la pendiente y el intercepto, respectivamente.

En la Figura 6-44 se presentan los resultados obtenidos para la liberación de quercetina

a partir de las matrices sólidas. En términos generales, se evidencia que el porcentaje de

quercetina liberado desde las tabletas es menor en medio de liberación de pH 6.8, y el

tiempo que tardan las tabletas en permitir la máxima liberación de quercetina es el mismo

para las dos condiciones de pH estudiadas, a excepción de las tabletas preparadas a

partir del granulado de Retalac®.

Como se discutió en las pruebas de caracterización farmacotécnica de los coprocesados,

era de esperarse que las tabletas preparadas a partir del granulado de Starlac® que es el

que posee en su estructura la fracción de almidón (desintegrante), desintegraran

rápidamente. Como consecuencia, se produjo la salida de las micropartículas de alginato

al medio de disolución en un tiempo cercano a los 3 min (Figura 6-45). Una vez fuera de

la matriz sólida, el proceso de liberación del activo desde las micropartículas tomó 2 h

para las dos condiciones de pH estudiadas. De esta forma se puede afirmar que las

tabletas preparadas a partir del granulado de Starlac®, no permiten modular la liberación

del activo encapsulado en las micropartículas de alginato.

De otro lado, las tabletas preparadas a partir del granulado a base de Retalac® no

permitieron un control marcado sobre el tiempo de liberación de la quercetina (Figura 6-

44), comportamiento que no se esperaba teniendo en cuenta los resultados obtenidos

para este coprocesado durante las pruebas de caracterización farmacotécnica. De

hecho, podría decirse que estas tabletas presentaron un comportamiento similar al de las

tabletas preparadas a partir del granulado conteniendo Starlac®, donde las

micropartículas se vieron expuestas de forma temprana al medio de liberación. Lo



anterior podría estar asociado con la dureza de los comprimidos preparados a partir del

granulado a base de Retalac® y el grado de distribución de las micropartículas en su

interior. Las tabletas de Retalac® tienen los valores de dureza más bajos entre los

compactos estudiados (Tabla 6-13), lo que pudo comprometer la integridad del

comprimido en una magnitud tal, que una vez se encontraba en el medio de disolución

podría verse favorecida la rápida entrada de agua en el núcleo de la tableta. Sumado a lo

anterior, dada la elevada heterogeneidad en la distribución de las micropartículas al

interior de la tableta, según lo proponen Sandoval y col. (2009), quizás aquellas

partículas que se encontraban hacia la superficie del comprimido comenzaron a liberar el

activo antes de que la hipromelosa se hidratara, hinchara y formara la matriz de gel

característica de los comportamientos observados en la Figura 6-42.

Así mismo, los resultados presentados en la Figura 6-44 muestran que las tabletas

preparadas a partir del granulado a base de la mezcla de los coprocesados Starlac® -

Retalac® retardan la liberación del activo, respecto a los otros granulados estudiados. Lo

anterior podría deberse al efecto combinado de dos factores: la dureza de los

comprimidos y el contenido de almidón dentro de su formulación. Por un lado, la dureza

de las tabletas (Tabla 6-13) les permite mantener su integridad por más tiempo cuando

son sumergidas en el medio de disolución. En cuanto a los componentes presentes en la

tableta, la fracción del coprocesado correspondiente al almidón del Starlac® al estar

íntimamente mezclado con la fracción del coprocesado correspondiente a la hipromelosa

del Retalac®, podría facilitar la formación de los poros en la tableta de una forma más

homogénea en toda su estructura. De esta forma, la entrada del medio de liberación

hacia el interior de la tableta pudo verse regulada, probablemente por un mecanismo de

capilaridad predominante, provocando que el proceso de hinchamiento de la estructura

aportada por la hipromelosa ocurriera gradualmente. Como consecuencia, las

micropartículas pudieron quedar atrapadas en la estructura de gel aportada por la

hipromelosa como se observa en la Figura 6-47, produciendo de esta forma la lenta

liberación del activo desde su estructura.


Figura 6-44: Estudio de liberación in vitro de quercetina desde las matrices sólidas preparadas a partir de los granulados de Starlac®, Starlac® - Retalac® y Retalac®: a. pH 6.8 y b. pH 7.4.



Figura 6-45: Comportamiento de desintegración de las tabletas preparadas a partir del granulado de Starlac® a pHs 6.8 y 7.4.



Figura 6-46: Comportamiento de desintegración de las tabletas preparadas a partir del granulado de Retalac® a pHs 6.8 y 7.4.



Figura 6-47: Comportamiento de desintegración de las tabletas preparadas a partir del granulado de Starlac® - Retalac® a pHs 6.8 y 7.4.



De forma complementaria los datos de los perfiles de liberación obtenidos a partir de las

matrices a base de la mezcla de los coprocesados (Figura 6-44), fueron tratados

matemáticamente según los modelos cinéticos de orden cero, primer orden, Higuchi y

Korsmeyer – Peppas, con el propósito de entender mejor los procesos involucrados en la

liberación del activo. Es necesario aclarar que únicamente se emplearon los resultados

de la cantidad de activo liberada a partir de las tabletas preparadas con el granulado

conteniendo Starlac® - Retalac®, debido a que en las otras dos formulaciones estudiadas

solo se dispone de tres puntos en la gráfica de liberación de quercetina, y a que la

máxima cantidad de activo que fue posible cuantificar de forma confiable con el método

analítico empleado, fue la que se liberó a las 2 h de duración del ensayo. Por tal razón,

para estos casos no se avanzó hasta el análisis de los modelos cinéticos que podrían

explicar los comportamientos obtenidos.

Tabla 6-14: Resultados de la evaluación del ajuste algunos modelos cinéticos del perfil de liberación de activo obtenido a pH 6.8 y a pH 7.4 para tabletas conteniendo micropartículas a base de alginato y quercetina y preparadas con Starlac® - Retalac®.

Los resultados presentados en la Tabla 6-14 muestran que los datos del perfil de

liberación de la quercetina a partir de las matrices sólidas preparadas empleando el

granulado Starlac® - Retalac® y en medio de liberación pH 7.4, son explicados de mejor

forma según el modelo de Korsmeyer – Peppas, el que ha sido propuesto para aquellos

casos en los que no se conoce con exactitud el mecanismo de liberación o donde pueden

estar involucrados dos o más mecanismos de liberación (Costa y Sousa, 2001; Sandoval

y col., 2008). Teniendo en cuenta que el valor del exponente n es igual a 1.0, es posible

que la liberación de la quercetina a partir de los comprimidos ocurra principalmente



mediante un Transporte Caso II, donde se presentan procesos de relajación con posterior

erosión de la matriz. No obstante, considerando el comportamiento descrito previamente

cuando se investigó la desintegración de compactos a base de Retalac® (Figura 6-42),

podrían ocurrir además procesos de hinchamiento y erosión de dicha matriz.

De otro lado, a partir de los resultados reportados en la Tabla 6-14, no fue posible

analizar el comportamiento de la liberación de la quercetina a pH 6.8 empleando los

modelos cinéticos propuestos. Lo anterior, debido a que el coeficiente de determinación

obtenido en el análisis de datos para todos los casos es bajo, indicando que en la

presente investigación, la cinética de liberación de quercetina bajo esta condición de pH

no se ajusta a ningún modelo entre los seleccionados.

De acuerdo con todo lo anterior, de las formulaciones propuestas para la elaboración de

las matrices sólidas, aquella conformada por el granulado producto de la mezcla Starlac®

- Retalac® permitió la elaboración de tabletas de mayor peso, altura y dureza. Así mismo,

mostró el mejor comportamiento durante el proceso de compresión en la máquina

tableteadora, llevando a una más fácil incorporación de las micropartículas en los

comprimidos, obteniéndose los valores más altos para el contenido de activo dentro de la

matriz sólida. Adicionalmente, esta misma formulación permitió un mejor control sobre el

tiempo de liberación de quercetina respecto a las formulaciones a base de granulados

que contenían uno u otro coprocesado y respecto también al comportamiento de

liberación de activo obtenido a partir de las micropartículas (Figura 6-48). De esta forma,

como resultado de esta tesis se propone una estrategia para la liberación modificada,

que aunque debe ser complementada con investigaciones adicionales, podría ser de

utilidad para la industria farmacéutica local.



Figura 6-48: Comportamiento de liberación in vitro de quercetina a partir de las micropartículas a base de alginato, y desde las micropartículas incluidas en las matrices sólidas preparadas a partir de los granulados de Starlac® y Retalac®: a. pH 6.8 y b. pH7.4.

7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

7.1 Conclusiones

En el presente trabajo se estudió el comportamiento de liberación de quercetina

contenida en micropartículas a base de alginato, profundizando en la investigación de la

estrategia para incorporarlas en matrices sólidas como alternativa para modular dicha

liberación. Teniendo en cuenta que esta investigación da continuidad a trabajos previos

del mismo grupo de investigación orientados a verificar la aplicación de las

micropartículas como transportadores de liberación modificada de moléculas activas, en

la presente tesis se buscó inicialmente identificar las condiciones de trabajo asociadas a

la formulación y al procedimiento de preparación, que permitieran lograr las

micropartículas con el menor tamaño posible. Las partículas obtenidas fueron

caracterizadas farmacotécnicamente y sobre esta base se procedió a diseñar una

formulación tipo tableta en la que pudieran incorporarse.

De acuerdo con los resultados obtenidos, se puede concluir que el tamaño de partícula

es determinado por la naturaleza del alginato, su concentración y el calibre de la aguja de

extrusión. Así, los menores tamaños de partícula (dvs 0.40 y span 0.73) se logran con

alginato de sodio Protanal® LF, a una concentración de 1.5 % y calibre de aguja de

extrusión 27 G. La temperatura y el tiempo de secado no influencian el tamaño de la

partícula ni su dureza, lo que puede estar relacionado con la consolidación de la

estructura de la partícula, la que una vez lograda, no es modificada por condiciones

externas. De forma complementaria, el estudio orientado a evaluar la incidencia del

volumen adicionado de dispersión de alginato, el pH de la solución entrecruzante y la

concentración disponible de iones Ca2+ sobre el tamaño de las partículas, reveló que la



disponibilidad de iones Ca2+ en el medio de formación de las micropartículas es el factor

que determina su tamaño.

De otro lado, según los resultados de la caracterización farmacotécnica se concluye que

las micropartículas a base de alginato no permiten su incorporación en tabletas mediante

un proceso de compresión directa, debido a su tamaño de partícula grande y densidad

elevada, y a su tendencia a fracturarse durante la compresión. No obstante, su

incorporación en granulados a base de los coprocesados Starlac® - Retalac® permite un

mejor manejo a nivel tecnológico de las micropartículas, obteniendo comprimidos con

buenas características. Así mismo, esta combinación de excipientes permite ejercer un

mayor control sobre el tiempo de liberación de quercetina. En este sentido, la liberación

del activo a partir de las micropartículas al cabo de una hora, según el pH del medio,

sigue el orden: pH 1.0 <<< pH 6.8 < pH 7.4 y el 80% de liberación de activo logrado a

este último pH, es modificada a aproximadamente el 50% al cabo de cuatro horas.

Finalmente, de acuerdo con los resultados de la observación al estereoscopio del

comportamiento de las partículas en los diferentes medios de liberación, se concluye que

la liberación del activo es mediada por la difusión del solvente en la matriz de la partícula,

con posterior hinchamiento y erosión del polímero. Esto se confirma con los resultados

del procesamiento matemático de los datos para la liberación de activo a partir de

micropartículas contenidas en matrices sólidas, los que predicen una cinética de

liberación del activo que se ajusta al modelo de Korsmeyer – Peppas, siguiendo un

mecanismo de transporte Caso II.

Conclusiones 129

7.2 Perspectivas de la investigación

Como se ha mencionado, la presente tesis ha dado continuidad a las investigaciones que

se adelantan en el Grupo de Investigación en desarrollo y Calidad de Productos

Farmacéuticos y Cosméticos sobre el tema de sistemas microparticulados,

específicamente aquellos preparados con alginato de sodio. Entre los resultados

obtenidos en esta investigación, vale la pena destacar aquellos relacionados con la

observación al estereoscopio de los fenómenos de hinchamiento, difusión y erosión de

las partículas cuando éstas entraban en contacto con los medios de liberación. Llama la

atención la evidencia acerca de que el activo se encuentra atrapado en la estructura de la

partícula en forma de agregados y surge la inquietud si la presencia de dichos agregados

influencia en forma significativa el comportamiento de las micropartículas como sistemas

de liberación.

Así, es importante adelantar investigaciones en las que se varíe la cantidad de activo a

incorporar, garantizando que se encuentre en su estado molecular y también formando

agregados. El estudio desde el punto de vista de los sistemas particulados considerando

su estructura y el comportamiento de liberación de activo, aportará información de gran

utilidad para el diseño de estos sistemas.

De otro lado, es importante tener en cuenta que la formación de tales agregados de

activo y su incorporación en la partícula es una posible consecuencia del interés por

lograr una mayor capacidad de carga por parte de la partícula. Sobre esta base, es

posible pensar que existe una relación entre la capacidad de carga y el esquema de

liberación del activo y por tanto, la tendencia hacia desarrollar partículas con las mayores

eficiencias de carga podría tener un límite, definido quizás por el comportamiento de

liberación.

De acuerdo con lo anterior, se propone el desarrollo de estudios conducentes a investigar

estos supuestos que se consideran fundamentales para predecir el desempeño in vivo de

este tipo de sistemas microparticulados.



Finalmente, los resultados de esta investigación sugieren que la incorporación de las

micropartículas en matrices sólidas modifica la liberación del activo. Por tal razón, es útil

complementar estos hallazgos evaluando otros materiales para formular la matriz,

incluyendo por ejemplo, polímeros cuyo comportamiento de hinchamiento sea

dependiente del pH del medio de liberación, tal como algunos de los derivados de

metacrilato.

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