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.