Optimization of mucoadhesive and mucopenetrant coatings for nanoformulations for oral delivery

Abstract

The present study aims to develop and optimize a coated nanoformulation which allows the oral administration and absorption, reaching the bloodstream with integrity and functionality, thereby allying the advantages of oral administration and targeted therapy. Chitosan and poloxamer 407 were selected as the coating polymers of bovine serum albumin nanospheres for its mucoadhesive and mucopenetrant properties, respectively. Mucoadhesion increases the contact time of the particles with the intestinal epithelium, while mucopenetrance allows the progression of the particles through the intestinal mucosa, promoting their approach to the epithelial cells. Initially, the nanospheres were produced using three different emulsification methods and then coated by incubation with polymers solution. The formulations were characterized by their size, zeta potential and morphology. After which emerged the need to analyze the deposition of coatings and optimize the formulations in terms of concentration of the coating polymers. The use of chitosan and poloxamer 407 as coating of nanospheres showed promising results. Then the nanoformulations were subjected to stability tests in simulated digestive fluids. The results obtained are promising since they showed diffusion of the coating polymers of protein nanospheres to receptors fluids, liberating the protein nanospheres to be permeated throughout the intestinal mucosa. On the other hand, bovine serum albumin conjugated with fluorescein isothiocyanate was not detected in digestive fluids, indication that the particles remained intact. However, it is necessary to develop new approaches to clarify these findings. Another of the objectives proposed for the realization of this project was the development of an analytical method which would unequivocally prove the absorption of the nanoformulations, since the very small size of the nanospheres is a limitation for the comprehension of their integrity. The results obtained with the developed capture assay are promising in the sense that occurred specific binding of the particle to the capture surface. However, the developed method still lacks coherence, and consequently emerges the need of optimization in order to clearly prove the results obtained. In conclusion, we believe that the use of chitosan and poloxamer 407 as coating polymers of nanospheres can mean a significant advance in the field of oral delivery and could have a high impact in the pharmaceutical industry.

O presente estudo tem como objetivo desenvolver e otimizar um revestimento para nanoformulações que permita a sua administração oral e absorção, chegando à corrente sanguínea com integridade e funcionalidade, aliando as vantagens da administração oral e da terapia direcionada. O quitosano e o poloxamer 407 foram seleccionados como polímeros de revestimento de nanoesferas de albumina sérica bovina pelas suas propriedades mucoadesivas e mucopenetrantes, respectivamente. A mucoadesão aumenta o tempo de contacto das partículas com o epitélio intestinal, enquanto que a mucopenetração permite a progressão das partículas através da mucosa intestinal, promovendo a sua aproximação às células epiteliais. Inicialmente, as nanoesferas foram produzidas por três métodos de emulsificação e, em seguida, foram revestidas por incubação com uma solução dos polímeros. As formulações foram caracterizadas através do seu tamanho, potencial zeta e morfologia. Seguidamente, analisou-se a deposição dos revestimentos e surgiu a necessidade de optimizar as formulações em termos de concentração dos polímeros de revestimento. A utilização do quitosano e do poloxamer 407 como revestimento de nanoesferas mostraram resultados promissores. Por fim, as nanoformulações foram submetidas a testes de estabilidade em fluidos digestivos simulados. Os resultados obtidos são promissores, uma vez que mostraram a difusão dos polímeros de revestimento das nanoesferas de proteína para os fluidos receptores, libertando as nanoesferas proteicas de forma a permitir a permeação através da mucosa intestinal. Por outro lado, a albumina sérica bovina conjugada com isotiocianato de fluoresceína não foi detectada nos fluidos digestivos, indicando que as partículas permaneceram intactas. No entanto, é necessário desenvolver novas abordagens para clarificar estas descobertas. Outro dos objectivos propostos para a realização deste projeto foi o desenvolvimento de um método analítico que inequivocamente prove a permeação das nanoformulações Os resultados obtidos com o ensaio de captura desenvolvido são promissoras no sentido em que ocorreu a ligação específica das partículas à superfiície de captura. No entanto, o método desenvolvido ainda carece de coerência e, consequentemente, surge a necessidade de optimização, a fim de clarificar os resultados obtidos. Em conclusão, acredita-se que a utilização do quitosano e do poloxamer 407 como polímeros de revestimento das nanoesferas pode significar um avanço significativo na àrea da administração oral e ter um impacto elevado na indústria farmacêutica.