Evaluation of the parameters of a bead milling process to produce a non-aqueous nanosuspension

Trabalho Final de Mestrado Integrado, Ciências Farmacêuticas, Universidade de Lisboa, Faculdade de Farmácia, 2017The increasing number of poorly soluble drugs requires innovative formulation approaches to reach high drug bioavailability. Nanosuspensions have many advantages, including improved solubility and bioavailability of drugs. Bead milling process is a method frequently used to produce nanosuspensions due to the simple use and wide application, independently of drug properties. Wet bead milling in aqueous medium has been extensively studied, although, bead milling process in lipophilic medium is not so common and requires further research to assess the impact on release profiles and simplification of the formulation process. This work aimed to produce nanoparticles in lipophilic medium using bead milling process, to identify the relevant parameters and understand how they influence the final nanosuspension. Medium-chain triglycerides (Miglyol® 812) were used as milling medium and diclofenac sodium as a hydrophilic drug model. In each experiment the amount of API, milling medium, beads and surfactant were varied, as well as the type of surfactant, type of API and the stirring speed. The final nanosuspensions were characterized by photon correlation spectroscopy and optical microscopy. Non-aqueous nanosuspensions of diclofenac sodium were successfully prepared during a 6-hour process. The mean particle size of the obtained nanoparticles ranged from 326.63 to 836.50 nm. The results of this research work indicate that the use of distinct drugs influences the final nanosuspension properties. The type and amount of surfactant seem not to influence particle size reduction when considered alone, although, they have played a major role in avoiding particle agglomeration. In the studied range, the API amount did not directly influence particle size reduction. However, the decrease in surfactant/drug ratio appears to increase both particle size and agglomeration of particles. Increasing speed and beads amount usually favours particle size reduction, although, an excess of energy input may also favour the development of agglomerates. Milling time is a very important factor, which decreases MPS and particle size distribution. It is crucial to evaluate all parameters together and not individually to optimise the process and obtain the best results.O crescente número de moléculas pouco solúveis em solventes aquosos exige abordagens inovadoras na formulação de modo a atingir a biodisponibilidade necessária para que se obtenha o efeito terapêutico desejado. As nanosuspensões apresentam muitas vantagens, sendo de destacar o aumento na solubilidade e biodisponibilidade das substâncias ativas, pelo que constituem uma abordagem alternativa para solucionar este problema. O processo de moagem utilizando esferas é frequentemente utilizado devido à sua simplicidade e aplicação abrangente a diversas moléculas, independentemente das suas propriedades. Este processo tem sido largamente estudado em meio aquoso. No entanto, a sua utilização em meios lipofílicos tem sido limitada, sendo necessário desenvolver mais estudos de forma a explorar o grande potencial destas formulações para o desenvolvimento de uma forma farmacêutica final tendo em vista o perfil de libertação de fármacos. Este trabalho tinha como objetivo a produção de nanopartículas em meio lipofílico, utilizando moinhos de esferas para moagem. Com esta finalidade, foram utilizados triglicéridos de cadeia média (miglyol® 812) como meio de dispersão, diclofenac sódico como fármaco modelo com propriedades hidrofílicas, tensioativo (maioritariamente span® 85) e esferas com cerca de 0,3 milímetros de diâmetro. Neste estudo, procedeu-se à variação da quantidade de substância ativa, meio de dispersão, esferas e tensioativo, assim como o tipo de tensioativo, o tipo de substância ativa e a velocidade de agitação. Após análise das propriedades das formulações preparadas, selecionou-se a melhor combinação, a qual foi posteriormente utilizada nos estudos subsequentes executados tendo em vista a identificação dos parâmetros mais relevantes e a avaliação da sua influência na redução do diâmetro médio das partículas e na suspensão final. A melhor combinação incluía o span® 85 como tensioativo e o diclofenac sódico como substância ativa, pelo que estes foram maioritariamente utilizados nas experiências subsequentes. No entanto, para testar a influência da variação do tipo de tensioativo e do tipo de substância ativa no processo, o tensioativo KF-6105 e a dexametasona foram também utilizados em algumas experiências. As nanosuspensões obtidas no final do processo foram analisadas por espectroscopia de correlação fotónica e por microscópia ótica. Foi possível obter nanosuspensões de diclofenac sódico em meio lipofílico, após um processo de moagem de 6 horas. O tamanho médio das partículas variou entre 326,63 e 836,50 nanómetros. Os resultados obtidos propõem que diferentes substâncias ativas influenciem de forma distinta a suspensão final, devido à natureza das diferentes interações da molécula com o tensioativo e com o meio de dispersão, como consequência das diversas estruturas moleculares e grupos químicos presentes. O tipo e a quantidade de tensioativo isoladamente parecem não influenciar diretamente a redução do diâmetro médio das partículas, embora ambos tenham um papel crucial na prevenção da aglomeração de partículas. Dentro dos limites estudados, a quantidade de substância ativa não mostrou afetar diretamente o processo de redução do diâmetro médio das partículas. No entanto, a diminuição da razão tensioativo/substância ativa parece aumentar o diâmetro médio das partículas e o número de aglomerados. Neste trabalho é proposto que a diminuição da razão sólido/líquido, representada maioritariamente pela razão esferas/meio de dispersão, permite o aumento da velocidade de agitação do processo, sem que resulte na instabilidade do sistema, como acontece quando esta razão é muito elevada. O aumento da velocidade de agitação e uma maior quantidade de esferas normalmente favorecem a diminuição de tamanho das partículas. No entanto, é igualmente expectável que o excesso de energia, que pode ser provocado pela elevada velocidade e/ou pela menor quantidade de esferas devido à diminuição da energia necessária para as mover, possa também levar à formação de aglomerados. A duração do processo é um fator fundamental na avaliação dos parâmetros do processo, tendo o seu aumento um impacto positivo na redução do tamanho das partículas e da homogeneidade da suspensão final. Pela avaliação destes resultados entende-se que é crucial a otimização dos parâmetros em conjunto, tendo em consideração as razões entre si e não apenas a otimização individual de cada um, para que se consigam obter os melhores resultados possíveis