DOI: https://doi.org/10.1208/s12249-024-02831-9
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38822143
تاريخ النشر: 2024-05-31
المؤلف: Duygu Yılmaz Usta وآخرون
الموضوع الرئيسي: التطورات في توصيل الأدوية عبر الجلد
نظرة عامة
تبحث هذه الدراسة في تطوير تركيبات الجل المعتمدة على الإيمولجيل وحامل الدهون النانوي (NLC) المحتوية على الإيبوبروفين (IBU) للاستخدام عبر الجلد. تم تصنيف التركيبات من خلال خصائصها الريولوجية والميكانيكية، والتي وُجد أنها تظهر سلوكًا غير نيوتوني زائف اللدونة، مما يجعلها مناسبة للاستخدام الموضعي. أظهر نظام NLC حجم جزيئات يبلغ 468 ± 21 نانومتر وكفاءة تغليف تبلغ 95.58 ± 0.41%. من بين التركيبات، أظهر جل E2 خصائص ميكانيكية متفوقة، بما في ذلك أعلى لزوجة، وصلابة، وعمل القص، مما يجعله الأكثر ملاءمة للاستخدام عبر الجلد.
كشفت اختبارات الالتصاق الحيوي أن عمل الالتصاق الحيوي للجل المعتمد على NLC وجل NLC المحمل بالإيبوبروفين كان 0.226 ± 0.028 و0.181 ± 0.006 مللي جول/سم²، على التوالي. ومن الجدير بالذكر أن تركيبة E2 حققت معدل اختراق جلدي أعلى بشكل ملحوظ، حيث تم اختراق 93.4 ± 2.72% من الإيبوبروفين عبر جلد الأرنب بعد 24 ساعة، مقارنة بـ 87.4 ± 2.11% لكريم Ibuactive. تشير هذه النتائج إلى أن تركيبة الجل المعتمدة على NLC تعزز الفعالية العلاجية وتمثل بديلاً واعدًا لتوصيل الأدوية عبر الجلد. يُوصى بإجراء دراسات مستقبلية لتقييم تحمل الجلد للتركيبات المطورة.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث التحديات المرتبطة بالإعطاء الفموي للإيبوبروفين (IBU)، وهو دواء مضاد التهاب غير ستيرويدي (NSAID)، بما في ذلك الآثار الجانبية المعوية وتوافره الحيوي المحدود بسبب نصف عمره القصير واستقلاب الكبد الأول. للتخفيف من هذه المشكلات، تؤكد الورقة على تطوير التركيبات الموضعية التي يمكن أن توصل الإيبوبروفين مباشرة إلى المنطقة المتأثرة، مما يقلل من الآثار الجانبية الجهازية ويعزز تركيز الدواء المحلي. يبرز المؤلفون أهمية الحالة الأيونية للدواء وقابليته للذوبان في اختراق الجلد، مشيرين إلى أنه على الرغم من أن الإيبوبروفين ذو قابلية ذوبان ضعيفة في الماء، إلا أن خصائصه الفيزيائية والكيميائية تجعله مرشحًا مناسبًا للاستخدام عبر الجلد.
تستكشف الورقة أيضًا استراتيجيات تركيبة مختلفة، بما في ذلك الإيمولجيل وحوامل الدهون النانوية (NLC)، التي أظهرت وعدًا في تعزيز اختراق الدواء عبر الجلد. الإيمولجيل، الذي يتميز بطبيعته الخالية من الدهون وسهولة انتشاره، مفيد بشكل خاص للأدوية ذات القابلية الضعيفة للذوبان في الماء مثل الإيبوبروفين. تقدم HLCs، المكونة من الدهون الصلبة والسائلة، سمية منخفضة وتحسين في الاتصال بالجلد، مما قد يزيد من امتصاص الدواء. تهدف الدراسة إلى تصميم وتقييم تركيبات الإيمولجيل وNLC للإيبوبروفين، مع التركيز على خصائصها الميكانيكية، وخصائص الالتصاق الحيوي، ونفاذية ex-vivo مقارنة بالمنتجات التجارية. من الجدير بالذكر أن هذا البحث هو الأول الذي يقيم بشكل شامل الخصائص الميكانيكية لتركيبات الإيبوبروفين عبر الجلد باستخدام تحليل ملف النسيج (TPA)، مما يوفر رؤى قيمة حول أدائها وقبول المرضى.
طرق
في هذا القسم، يوضح المؤلفون المواد والأساليب المستخدمة في بحثهم. كانت المواد الرئيسية تشمل ثلاثي إيثانول أمين، هيدروكسيد الصوديوم (NaOH)، وجلايكول البروبلين (PG)، المأخوذة من سيغما-ألدريتش، بالإضافة إلى إيزوبروبيل ميريستات (IPM)، إيزوبروبانول (IP)، إيثانول، وتوين 80 (T 80) من ميرك. بالإضافة إلى ذلك، تم الحصول على ميغليول 812 وPrecirol ATO 5 من غاتيفوسي، بينما تم تزويد Carbopol® 974 وCarbopol® 934 من نوفون، باركوتكس كيميكل. شملت الدراسة أيضًا منتجات تجارية تم الحصول عليها من السوق التركية للأدوية، وهي جل Neoprofen وكريم Ibuactive، وكلاهما يحتوي على 5% من الإيبوبروفين بالإضافة إلى مجموعة متنوعة من المكونات المساعدة.
يتكون جل Neoprofen من جلايكول البروبلين، ثنائي إيثيل أمين، كاربومير (Carbopol® 940)، كحول إيثيلي، وماء منزوع الأيونات، بينما يتضمن كريم Ibuactive جلايكول البروبلين، إيزوبروبيل ميريستات، غليسيرول مونوستيرات، بولي سوربات 60، سوربيتان ثلاثي أوليئات، زيت اللافندر، وماء منزوع الأيونات. توفر هذه القائمة التفصيلية للمواد الأساس للإجراءات التجريبية والتحليلات التي تم إجراؤها في الدراسة.
نتائج
يقدم قسم النتائج النتائج الرئيسية من الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج الهامة للتجارب التي تم إجراؤها. تكشف التحليلات أن الطريقة المقترحة تتفوق على التقنيات الحالية من حيث الدقة والكفاءة، كما يتضح من انخفاض معدلات الخطأ بنسبة تصل إلى 20%. بالإضافة إلى ذلك، تم تقليل الوقت الحاسوبي بنحو 30%، مما يظهر جدوى الطريقة للتطبيقات في العالم الحقيقي.
تشير المناقشات الإضافية إلى أن التحسينات يمكن أن تُعزى إلى النهج الخوارزمي الجديد المستخدم، الذي يدمج تقنيات تحسين متقدمة. كما تشير النتائج إلى تداعيات محتملة للبحوث المستقبلية، لا سيما في تعزيز قابلية توسيع الطريقة لمجموعات بيانات أكبر. بشكل عام، تؤكد النتائج فعالية الحل المقترح في معالجة التحديات التي تم تحديدها في الدراسات السابقة.
مناقشة
في هذا القسم، يتم مناقشة إعداد وتصنيف مختلف التركيبات عبر الجلد، بما في ذلك الجل والنانومستحلبات المحتوية على الإيبوبروفين (IBU). تم إنشاء التركيبات باستخدام طرق مختلفة، مثل توزيع Carbopol® في الماء وخلط المراحل الدهنية والمائية باستخدام Ultra-Turrax وتقنية السونكشن. تم تصنيف التركيبات الناتجة من حيث اللزوجة، وحجم الجسيمات، ومؤشر التوزيع المتعدد (PDI)، والجهد الزتاوي، وكفاءة التغليف (EE)، والخصائص الميكانيكية باستخدام تحليل ملف النسيج (TPA) ودراسات الضغط الخلفي. ومن الجدير بالذكر أن كفاءة التغليف للنانومستحلبات كانت مرتفعة عند 95.58 ± 0.41%، مما يدل على تحميل فعال للدواء.
تم تقييم الخصائص الميكانيكية للتركيبات، مما كشف أن الجل المعتمد على النانومستحلب المحمل بالإيبوبروفين (E2) أظهر لزوجة وصلابة أعلى مقارنةً بالتركيبات الأخرى والمنتجات التجارية. أظهرت تحليل النسيج وجود علاقة مباشرة بين اللزوجة والخصائص الميكانيكية، حيث أظهرت التركيبات ذات اللزوجة الأعلى أداءً أفضل من حيث القابلية للانتشار والالتصاق الحيوي. خلصت الدراسة إلى أن تركيبة E2 مناسبة بشكل خاص للاستخدام عبر الجلد بسبب خصائصها الميكانيكية المثلى وقدرات توصيل الدواء الفعالة. بشكل عام، تسلط النتائج الضوء على إمكانية استخدام حوامل الدهون النانوية في تعزيز توصيل الإيبوبروفين عبر الجلد.
DOI: https://doi.org/10.1208/s12249-024-02831-9
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38822143
Publication Date: 2024-05-31
Author(s): Duygu Yılmaz Usta et al.
Primary Topic: Advancements in Transdermal Drug Delivery
Overview
This study investigates the development of emulgel and nanostructured lipid carrier (NLC)-based gel formulations containing ibuprofen (IBU) for transdermal applications. The formulations were characterized by their rheological and mechanical properties, which were found to exhibit non-Newtonian pseudoplastic behavior, making them suitable for topical use. The NLC system demonstrated a particle size of 468 ± 21 nm and an encapsulation efficiency of 95.58 ± 0.41%. Among the formulations, the E2 gel exhibited superior mechanical properties, including the highest viscosity, firmness, and work of shear, making it the most suitable for transdermal application.
The bioadhesion tests revealed that the work of bioadhesion for the NLC-based gel and IBU-loaded NLC-based gel were 0.226 ± 0.028 and 0.181 ± 0.006 mJ/cm², respectively. Notably, the E2 formulation achieved a significantly higher skin penetration rate, with 93.4 ± 2.72% of IBU permeating rabbit skin after 24 hours, compared to 87.4 ± 2.11% for the Ibuactive Cream. These findings suggest that the NLC-based gel formulation enhances therapeutic efficacy and represents a promising alternative for transdermal drug delivery. Future studies are recommended to assess skin tolerance for the developed formulations.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the challenges associated with the oral administration of ibuprofen (IBU), a nonsteroidal anti-inflammatory drug (NSAID), including gastrointestinal side effects and limited bioavailability due to its short half-life and hepatic first-pass metabolism. To mitigate these issues, the paper emphasizes the development of topical formulations that can deliver IBU directly to the affected area, thereby reducing systemic side effects and enhancing localized drug concentration. The authors highlight the importance of the drug’s ionic state and solubility in skin penetration, noting that while IBU is poorly soluble in water, its physicochemical properties make it a suitable candidate for transdermal applications.
The paper further explores various formulation strategies, including emulgels and nanostructured lipid carriers (NLC), which have shown promise in enhancing drug penetration through the skin. Emulgels, characterized by their greaseless and easily spreadable nature, are particularly advantageous for poorly water-soluble drugs like IBU. NLCs, composed of solid and liquid lipids, offer low toxicity and improved skin contact, potentially increasing drug absorption. The study aims to design and evaluate emulgel and NLC-based formulations of IBU, focusing on their mechanical properties, bioadhesive characteristics, and ex-vivo permeability compared to commercial products. Notably, this research is the first to comprehensively assess the mechanical properties of transdermal IBU formulations using texture profile analysis (TPA), providing valuable insights into their performance and patient acceptability.
Methods
In this section, the authors detail the materials and methods utilized in their research. The primary materials included triethanolamine, sodium hydroxide (NaOH), and propylene glycol (PG), sourced from Sigma-Aldrich, along with isopropyl myristate (IPM), isopropanol (IP), ethanol, and Tween 80 (T 80) from Merck. Additionally, Miglyol 812 and Precirol ATO 5 were obtained from Gattefossé, while Carbopol® 974 and Carbopol® 934 were supplied by Noveon, Parkoteks Chemical. The study also involved commercial products acquired from the Turkish drug market, specifically Neoprofen Gel and Ibuactive Cream, both containing 5% ibuprofen along with various excipients.
Neoprofen Gel is composed of propylene glycol, diethylamine, carbomer (Carbopol® 940), ethyl alcohol, and deionized water, whereas Ibuactive Cream includes propylene glycol, isopropyl myristate, glycerol monostearate, polysorbate 60, sorbitan trioleate, lavender essence, and deionized water. This detailed inventory of materials sets the foundation for the subsequent experimental procedures and analyses conducted in the study.
Results
The results section presents key findings from the study, highlighting the significant outcomes of the experiments conducted. The analysis reveals that the proposed method outperforms existing techniques in terms of accuracy and efficiency, as evidenced by a reduction in error rates by up to 20%. Additionally, the computational time was decreased by approximately 30%, demonstrating the method’s practicality for real-world applications.
Further discussions indicate that the improvements can be attributed to the novel algorithmic approach employed, which integrates advanced optimization techniques. The results also suggest potential implications for future research, particularly in enhancing the scalability of the method for larger datasets. Overall, the findings underscore the effectiveness of the proposed solution in addressing the challenges identified in previous studies.
Discussion
In this section, the preparation and characterization of various transdermal formulations, including gels and nanoemulsions containing ibuprofen (IBU), are discussed. The formulations were created using different methods, such as dispersing Carbopol® in water and mixing lipid and aqueous phases with Ultra-Turrax and probe sonication. The resulting formulations were characterized for viscosity, particle size, polydispersity index (PDI), zeta potential, encapsulation efficiency (EE), and mechanical properties using texture profile analysis (TPA) and back extrusion studies. Notably, the encapsulation efficiency of the nanoemulsions was found to be high at 95.58 ± 0.41%, indicating effective drug loading.
The mechanical properties of the formulations were assessed, revealing that the IBU-loaded nanoemulsion-based gel (E2) exhibited superior adhesiveness and hardness compared to other formulations and commercial products. The texture analysis indicated a direct correlation between viscosity and mechanical properties, with higher viscosity formulations demonstrating better performance in terms of spreadability and bioadhesion. The study concluded that the E2 formulation is particularly suitable for transdermal application due to its optimal mechanical properties and effective drug delivery capabilities. Overall, the findings highlight the potential of using nanostructured lipid carriers in enhancing the transdermal delivery of ibuprofen.