Chimica farmaceutica applicata

Sostanze utilizzate per la micro-

incapsulazione

Tra le sostanze più utilizzate per la micro-

incapsulazione troviamo il mentolo, la canfora, il

paracetamolo, l'acido acetilsalicilico e molte

altre. Queste sostanze vengono somministrate

principalmente per via orale, ma possono essere

utilizzate anche per via intra-arteriosa,

sottocutanea, oftalmica, cutanea, polmonare o

nasale. È importante scegliere la via di

somministrazione più adatta in base alle

caratteristiche delle microparticelle e degli effetti

desiderati.

Sistemi depot

I sistemi depot sono dei depositi sottocutanei che

rilasciano gradualmente il loro contenuto nel

tempo. Solitamente, vengono utilizzati per

somministrare sostanze a lunga durata d'azione.

Con l'utilizzo delle microparticelle, è possibile

evitare la necessità di fare una piccola incisione

per inserire il sistema depot, ma è importante

assicurarsi che non ci siano effetti collaterali

imprevisti, poiché non è facile rimuovere le

microparticelle una volta iniettate.

Polimeri biodegradabili

Nella maggior parte dei casi, le microparticelle

utilizzate per la micro-incapsulazione sono

costituite da polimeri biodegradabili, come il

PLGA e il PLA. Questi polimeri possono essere

utilizzati per tempi di rilascio più lunghi o più

brevi, a seconda delle esigenze. La scelta tra PLA

e PLGA dipende principalmente dalla durata

desiderata del rilascio.

Tecniche di micro-incapsulazione

Esistono diverse tecniche per la produzione di

microparticelle, ognuna con i propri vantaggi e

svantaggi. È importante scegliere la tecnica più

adatta in base al tipo di microparticella

desiderata, che può essere solida di tipo

matriciale o capsulare. Alcune delle tecniche più

utilizzate sono la coacervazione, la

polimerizzazione in emulsione, la

polimerizzazione in sospensione e la

polimerizzazione in gocciolamento.

Coacervazione di fase

La coacervazione di fase è un processo che si

basa sulla separazione di fasi di un polimero dalla

sua soluzione, che precipita intorno a un nucleo.

Questo processo può essere utilizzato per

ottenere microcapsule, ma le tecniche possono

variare a seconda che il core interno sia liquido o

solido. La solubilità e la reattività del core

rispetto al materiale della parete esterna devono

essere considerate, così come le dimensioni, la

velocità di rilascio e l'aspetto economico del

processo industriale.

Cambiamento della temperatura

Il cambiamento della temperatura è uno dei

fattori che possono influenzare la coacervazione

di fase. Infatti, un abbassamento della

temperatura può facilitare la precipitazione del

polimero dalla sua soluzione, poiché la solubilità

di una sostanza è legata alla temperatura.

Inoltre, l'aggiunta di un sale può favorire

ulteriormente la precipitazione del polimero,

poiché il sale coordina le molecole di acqua che

vengono sottratte al polimero, rendendolo meno

idratato e quindi più propenso a precipitare.

Addizione di non solvente

Un altro metodo per favorire la coacervazione di

fase è l'aggiunta di un non solvente, ovvero un

solvente che si solubilizza bene nella soluzione

del polimero ma in cui il polimero stesso non è

solubile. In questo caso, il polimero precipita

dalla soluzione e si deposita intorno al nucleo,

formando una membrana polimerica. Questo

metodo può essere utilizzato per ottenere

microcapsule contenenti un core solido o liquido.

Coacervazione semplice e

complessa

La coacervazione di fase può essere divisa in due

categorie: semplice e complessa. Nel primo caso,

viene utilizzato un solo polimero che precipita

dalla soluzione in virtù di alcune caratteristiche

come l'abbassamento della temperatura,

l'aggiunta di un non solvente, di un sale o

l'aggiustamento del pH. Nel secondo caso,

invece, vengono utilizzati due polimeri di carica

opposta che si legano formando delle coppie

ioniche. Questo metodo può richiedere l'utilizzo

di un processo di cross-linking per rendere più

rigida la membrana polimerica ottenuta.

Coacervati

I coacervati sono sistemi complessi formati da un

polimero anionico, come la gomma arabica, e un

polimero cationico, come la gelatina o il

chetosano. Questi sistemi possono essere

utilizzati per creare una membrana polimerica

intorno a un core di farmaco solido o solubilizzato

in un olio. La formazione dei coacervati avviene

attraverso l'aggiunta di un polimero cationico alla

soluzione contenente il polimero anionico e il

farmaco. Una volta formato il coacervato, la

membrana viene indurita e il sistema può essere

utilizzato per la somministrazione del farmaco.

Incompatibilità tra polimeri

L'incompatibilità tra polimeri è un fenomeno che

si verifica quando due polimeri differenti, di solito

non ionizzati, non possono coesistere nella stessa

soluzione. Questo può essere sfruttato per creare

una membrana polimerica intorno a un core di

farmaco. Ad esempio, se si utilizza un polimero

più solubile nella fase acquosa rispetto al

polimero di partenza, questo scalzerà il polimero

meno solubile che precipiterà e formerà la

membrana. In questo modo, uno dei due polimeri

rappresenta il polimero di coating, mentre l'altro

non necessariamente forma la membrana.

Microparticelle

Le microparticelle sono particelle di dimensioni

ridotte, generalmente comprese tra 200 e 800

micron, che possono essere utilizzate per la

somministrazione di farmaci. Esistono diversi

metodi per la loro produzione, tra cui

l'evaporazione del solvente, la doppia emulsione

e lo spray drying. Le microparticelle possono

essere costituite da un solo farmaco o da una

combinazione di farmaci e polimeri. Possono

essere utilizzate per migliorare la biodisponibilità

dei farmaci e per controllare il rilascio del

principio attivo.

Evaporazione del solvente

L'evaporazione del solvente è un processo

utilizzato per la produzione di microparticelle di

farmaco. Consiste nella dispersione di un agente

emulsionante in una fase organica contenente il

polimero e il farmaco. Successivamente, il

solvente viene fatto evaporare, causando la

precipitazione del polimero intorno alle particelle

di farmaco. Questo processo è particolarmente

adatto per farmaci solubili in solventi organici,

ma può essere adattato anche per farmaci idrofili

attraverso l'utilizzo di una doppia emulsione.

Liofilizzazione

La liofilizzazione è una tecnica utilizzata per la

produzione di microparticelle solide. Consiste

nell'eliminazione del solvente attraverso il

processo di sublimazione, in cui il solvente passa

direttamente dalla fase solida alla fase gassosa.

Questo processo è particolarmente utile per la

produzione di microparticelle contenenti farmaci

idrofili, in quanto non richiede l'utilizzo di solventi

organici. Le microparticelle prodotte attraverso la

liofilizzazione possono essere utilizzate per la

somministrazione di farmaci e per la

preparazione di formulazioni solide.

Spray drying

Lo spray drying è un processo utilizzato per la

produzione di microparticelle di farmaco.

Consiste nell'atomizzazione di una soluzione

contenente il farmaco e il polimero all'interno di

una camera di essiccazione, seguita

dall'evaporazione del solvente. Le particelle di

farmaco vengono poi raccolte attraverso un

ciclone e possono essere utilizzate per la

somministrazione di farmaci. Questo processo è

particolarmente adatto per farmaci solubili in

acqua e può essere utilizzato sia a livello di

laboratorio che industriale.

Atomizzazione e nebulizzazione

L'atomizzazione e la nebulizzazione sono processi

fondamentali per la produzione di particelle

micrometriche utilizzate in diversi settori, come

ad esempio quello farmaceutico. Questi processi

consistono nel trasformare un liquido in piccole

goccioline, che vengono poi "buttate" all'interno

di una camera di essicamento dove avviene

l'evaporazione del solvente. L'atomizzazione

avviene grazie all'utilizzo di un nebulizzatore

particolare, che garantisce la formazione di

particelle tutte uguali e di dimensioni

micrometriche. Questo processo è fondamentale

per ottenere un prodotto finale costante e

riproducibile.

Evaporazione ultra-veloce

Durante il processo di essiccazione delle

particelle, avviene un fenomeno di evaporazione

ultra-veloce, che permette di ottenere un

prodotto di alta qualità. Questo processo avviene

grazie all'utilizzo di gas caldo a una temperatura

di circa 120 gradi, che crea le condizioni

necessarie per far evaporare immediatamente il

solvente dalle particelle. In questo modo, si evita

il degrado del principio attivo, poiché il processo

avviene in pochi secondi e la temperatura

all'interno delle particelle rimane costante.

Scalabilità e versatilità dello

spray drying

Lo spray drying è un processo molto versatile e

scalabile, che può essere utilizzato sia in

laboratorio che su scala industriale. Questo

metodo permette di lavorare con diversi tipi di

materiali, come farmaci, oli o sostanze

aromatiche, e di ottenere un prodotto finale

costante nelle sue caratteristiche. Inoltre, è

possibile lavorare con volumi sia piccoli che

consistenti e liofilizzare diversi tipi di soluzioni,

emulsioni o sistemi viscosi.

Limiti dello spray drying

Nonostante le sue numerose applicazioni, lo

spray drying presenta alcuni limiti. Ad esempio,

la scelta dei polimeri utilizzati è limitata e il

loading del farmaco è abbastanza basso, non

superando il 20-30%. Inoltre, durante la fase di

evaporazione, il farmaco potrebbe separarsi e

solidificare da solo, non rimanendo intrappolato

nella matrice polimerica. Tuttavia, questi limiti

possono essere superati utilizzando altri metodi,

come ad esempio il nano spray drying.

Nano spray drying

Il nano spray drying è un metodo che permette di

ottenere particelle nanometriche e di recuperare

grandi quantità di prodotto nano particellare.

Questo processo si basa sull'utilizzo di una

membrana di acciaio inossidabile forata, che

viene fatta muovere da un sistema che vibra,

rompendo le goccioline e trasformandole in

particelle nanometriche tutte uguali. Anche in

questo caso, si parte da una soluzione o

sospensione che viene vaporizzata tramite un

atomizzatore e si utilizza un