Fabrication and characterization of nanostructured lipid carrier system for effective delivery of poorly water-soluble drug quetiapine fumarate

The aim of present study is to investigate the potential of nanostructured lipid carriers (NLCs) in improving the oral bioavailability of quetiapine fumarate, a second-generation antipsychotic drug. Quetiapine Fumarate (QF) loaded NLC were prepared by hot homogenization followed by an ultrasonication method. Response surface methodology - central composite design (CCD) was used to systemically examine the influence of concentration of capmul MCM EP, concentration of poloxamer 188 and concentration of egg lecithin on particle size (PS) and % entrapment efficiency (% EE) and to optimize the NLC formulation. The CCD consists of three factored design with five levels, plus and minus alpha (axial points), plus and minus 1 (factorial points) and the centre point. A mathematical relationship between variables was created by using Design Expert software Version 12. The statistical evaluations revealed that three independent variables were the important factors that affected the PS and % EE of QF loaded NLC. The best fitted mathematical model was linear and quadratic for PS and % EE respectively. The optimized formulations found with 218.1±0.14nm of PS and 93±0.16% of % EE. Results illustrated the superiority of developed QF loaded NLC formulation as a stable drug delivery system, providing better bioavailability with the possibility of better treatment for psychological disorders.

Formulation and Optimization of Self Emulsifying Drug Delivery System For Effective Anthelmintic Therapy

The present study aims to develop and optimize a self-emulsifying drug delivery system for paediatric patients to improve the oral bioavailability of the anthelmintic drug, Praziquantel (PZQ) and to perform it’s in-vitro dissolution study. The solubility of PZQ was estimated in various vehicles to select proper component combination. Capmul MCM (oil), Cremophore RH40 (surfactant) and PEG400 (co-surfactant) were employed to construct pseudo-ternary phase diagrams. Eight formulations composed of Capmul MCM, at Smix ratios (1:1, 2:1 & 3:1) were selected. The optimized formulation F7 has a mean globule size 14.73 nm with a negative zeta potential -44.43 mV. The results indicated that PZQ loaded SEDDS, showed enhanced solubilization and nanosizing potential to improve the absorption of the drug.

Ανάπτυξη καινοτόμων νανομορφών για στοχευμένη μεταφορά θεραπευτικών ή/και απεικονιστικών ουσιών στον εγκέφαλο

Η μεταφορά θεραπευτικών και απεικονιστικών ουσιών στον εγκέφαλο, είναι σε αρκετές περιπτώσεις αδύνατη, λόγω της ύπαρξης του αιματοεγκεφαλικού φραγμού (ΑΕΦ). Η εφαρμογή της νανοτεχνολογίας για την αντιμετώπιση αυτού του προβλήματος έχει αρχίσει προσφάτως να δείχνει σημάδια επιτυχίας. Λόγω της δυσκολίας αντιμετώπισης των νευροεκφυλιστικών νόσων και της επιτακτικής ιατρικής ανάγκης που δεν έχει ως σήμερα αντιμετωπιστεί επιτυχώς, γίνεται μεγάλη προσπάθεια προς αυτή την κατεύθυνση.Πρόσφατα έχει αναδειχτεί η εξαιρετική ικανότητα ορισμένων κυστιδίων που παράγονται από τα κύτταρα (εξωκυτταρικά κυστίδια ή εξωσώματα) να μεταφέρουν επιλεκτικά το φορτίο τους σε άλλα κύτταρα που βρίσκονται πολύ μακριά από τα κύτταρα προέλευσης. Ειδικά τα καρκινικά κύτταρα παράγουν εξωσώματα με πολύ καλό οργανοτροπισμό, ο οποίος έχει αναδειχτεί ότι παίζει σημαντικό ρόλο στη μετάσταση.Στόχος αυτής της διατριβής ήταν η διερεύνηση των μηχανισμών μεταφοράς καθώς και των σημαντικών συστατικών που καθορίζουν την οργανοτροπική δράση κυτταρικών κυστιδίων, ώστε να αποτελέσουν τη βάση για τη μελλοντική ανάπτυξη καινοτόμων μορφών λιποσωμάτων με αυξημένη ικανότητα στόχευσης του εγκεφάλου.Στην παρούσα διατριβή έγινε μελέτη της ικανότητας στόχευσης του εγκεφάλου από κυτταρικά κυστίδια (CVs) που προέρχονται από διαφορετικούς τύπους κυττάρων (φυσιολογικά και καρκινικά) και έχουν διαφορετική ιστική προέλευση, ώστε να εντοπιστούν οι βέλτιστες συστάσεις για στόχευση του εγκεφάλου.Αρχικά, δοκιμάστηκε η απομόνωση κυτταρικών κυστιδίων από φυσιολογικά ανθρώπινα επιθηλιακά κύτταρα εγκεφάλου hCMEC/D3 και από καρκινικά κύτταρα μελανώματος ποντικού B16F10. Τα κυστίδια αυτά χαρακτηρίστηκαν ως προς το μέγεθος, το δείκτη πολυδιασποράς και το ζ-δυναμικό, μελετήθηκε ο ρόλος των κυττάρων προέλευσης των CVs στη δυνατότητά τους να διευκολύνουν τη μεταφορά του περιεχομένου τους σε κύτταρα καθώς και η δυνατότητα τροποποίησής τους για βελτίωση της φαρμακοκινητικής τους. Τα κυστίδια αυτά είναι μη τοξικά και έχουν μέγεθος 100-200nm με αρνητικό επιφανειακό φορτίο. Απ' τα αποτελέσματα είναι εμφανής η αυξημένη αλληλεπίδραση των ομόλογων CVs με τα κύτταρα εγκεφάλου (hCMEC/D3) in vitro αλλά και in vivo επιτυγχάνοντας συσσώρευση μεγαλύτερωνποσότητων στον εγκέφαλο ποντικών. Επιπλέον, μελετήθηκε η επίδραση των μέσων καλλιέργειας στη ικανότητα στόχευσης των CVs και αποδείχτηκε ότι το ειδικό θρεπτικό μέσο για τα hCMEC/D3 (EndoGRO) οδηγεί στη δημιουργία CVs με μεγαλύτερη ικανότητα στόχευσης του εγκεφάλου, σε σύγκριση με CVs μεγαλωμένα στο κοινό θρεπτικό μέσο κυττάρων RPMI. Ο εμπλουτισμός των CVs με χοληστερόλη για αύξηση της ακεραιότητας των κυστιδίων, ήταν δυνατός μόνο σε μεμβράνες με χαμηλή περιεκτικότητα χοληστερόλης (hCMEC/D3 CVs). Η προσθήκη PEG και χοληστερόλης στην επιφάνεια των CVs διευκόλυνε τη μεταφορά των ομόλογων CVs στον εγκέφαλο. Στο πλαίσιο της τροποποίησης των κυτταρικών κυστιδίων, μελετήθηκε και η σύντηξη των CVs με PEG-λιποσώματα. Η τεχνική της σύντηξης δοκιμάστηκε με διαφορετικούς τύπους λιποσωμάτων και κυτταρικών κυστιδίων ώστε να επιβεβαιωθεί η λειτουργικότητά της. Τα υβρίδια μεταξύ PEG-λιποσωμάτων και hCMEC CVs, παρόλο που εμφάνισαν μια ελαφρώς βελτιωμένη φαρμακοκινητική σε σχέση με τα αντίστοιχα CVs, δεν κατάφεραν να επαναλάβουν την ίδια στόχευση εγκεφάλου που πραγματοποιήθηκε από τροποποιημένα Chol/PEG CVs. Στη μελέτη του μηχανισμού δράσης των διάφορων τύπων κυστιδίων που χρησιμοποιήθηκαν σε αυτή τη μελέτη, φαίνεται πως τα CVs και τα υβρίδια αλληλεπιδρούν με τα κύτταρα κυρίως μέσω του μονοπατιού της καβεολίνης, σε αντίθεση με τα τροποποιημένα Chol/PEG CVs που χρησιμοποιούν κυρίως το μονοπάτι της κλαθρίνης.Παράλληλα, μελετήθηκε η ικανότητα εγκλωβισμού καινοτόμων νευροπροστατευτικών και νευροαναγεννητικών συνθετικών μικρονευροτροφινών σε λιποσώματα. Τα μόρια αυτά είναι αρκετά λιπόφιλα και διαπερνούν τον ΑΕΦ. Παρόλα αυτά, η χαμηλή υδατοδιαλυτότητά τους και ο τρόπος χορήγησής τους, περιορίζει τη χρήση τους στη θεραπευτική. Αρχικά, με βάση τα πειράματα προμορφοποίησης προσδιορίστηκαν οι βέλτιστες συστάσεις και μέθοδοι παρασκευής των λιποσωμικών μικρονευροτροφινών (ΒΝΝ27 και ΒΝΝ237). Στη συνέχεια, έγιναν προσπάθειες παρασκευής νανομορφών για ενδορρινική χορήγηση του ΒΝΝ27, με σκοπό την άμεση χορήγησή του στον εγκέφαλο και την αντιμετώπιση των μειονεκτημάτων που εμφανίζονται απ’ τη στόχευση του εγκεφάλου μέσω της ενδοφλέβιας οδού χορήγησης. Μελετήθηκε η επικάλυψη των λιποσωμάτων με χιτοζάνη, ένα παράγοντα με βλεννοσυγκολλητικές ιδιότητες, και προσδιορίστηκε η βέλτιστη σύσταση BNN27 λιποσωμάτων PC/PG (9/1) επικαλυμμένα με 0,1 w/w χιτοζάνη/ λιπίδιο, χρησιμοποιώντας τη χιτοζάνη μεσαίου μοριακού βάρους ως πολυμερές βλεννοπροσκόλλησης. Ακόμα, αναπτύχθηκαν νανογαλακτώματα ΒΝΝ27 με βλεννοσυγκολλητικούς παράγοντες (χιτοζάνη ή Carbopol), ως εναλλακτικοί φορείς ενδορρινικής χορήγησης ΒΝΝ27. Μετά τις κατάλληλες μελέτες προμορφοποίησης, προσδιορίστηκαν οι βέλτιστες συστάσεις ΒΝΝ27 νανογαλακτώματος. Τα νανογαλακτώματα με 8% ή 10% w/w Capmul MCM και χιτοζάνη σε ποσοστό 0,3% w/w εμφάνισαν τα βέλτιστα χαρακτηριστικά σταθερότητας και βλεννοπροσκόλλησης. Ως μίγμα επιφανειοδραστικών χρησιμοποιήθηκαν τα έκδοχα Tween 80 / Transcutol / Propylene glycol σε αναλογία 4/1/1. Οι νανομορφές αυτές αφού χαρακτηρίστηκαν ως προς το μέγεθος των σταγονιδίων, το δείκτη πολυδιασποράς, το ζ-δυναμικό και τη μορφολογία τους, μελετήθηκαν ως προς τη σταθερότητα των φυσικοχημικών τους ιδιοτήτων, την κυτταροτοξικότητα, την ικανότητα διαπέρασης ενός in vitro μοντέλου ΑΕΦ και την in vivo συμπεριφορά μετά από ενδορρινική χορήγηση.

Artificial Neural Networks to Predict the Apparent Degree of Supersaturation in Supersaturated Lipid-Based Formulations: A Pilot Study

In response to the increasing application of machine learning (ML) across many facets of pharmaceutical development, this pilot study investigated if ML, using artificial neural networks (ANNs), could predict the apparent degree of supersaturation (aDS) from two supersaturated LBFs (sLBFs). Accuracy was compared to partial least squares (PLS) regression models. Equilibrium solubility in Capmul MCM and Maisine CC was obtained for 21 poorly water-soluble drugs at ambient temperature and 60 °C to calculate the aDS ratio. These aDS ratios and drug descriptors were used to train the ML models. When compared, the ANNs outperformed PLS for both sLBFCapmulMC (r2 0.90 vs. 0.56) and sLBFMaisineLC (r2 0.83 vs. 0.62), displaying smaller root mean square errors (RMSEs) and residuals upon training and testing. Across all the models, the descriptors involving reactivity and electron density were most important for prediction. This pilot study showed that ML can be employed to predict the propensity for supersaturation in LBFs, but even larger datasets need to be evaluated to draw final conclusions.

Supersaturated Lipid-Based Formulations to Enhance the Oral Bioavailability of Venetoclax

Increasing numbers of beyond Rule-of-Five drugs are emerging from discovery pipelines, generating a need for bio-enabling formulation approaches, such as lipid-based formulations (LBF), to ensure maximal in vivo exposure. However, many drug candidates display insufficient lipid solubility, leading to dose-loading limitations in LBFs. The aim of this study was to explore the potential of supersaturated LBFs (sLBF) for the beyond Rule-of-Five drug venetoclax. Temperature-induced sLBFs of venetoclax were obtained in olive oil, Captex® 1000, Peceol® and Capmul MCM®, respectively. A Peceol®-based sLBF displayed the highest drug loading and was therefore evaluated further. In vitro lipolysis demonstrated that the Peceol®-based sLBF was able to generate higher venetoclax concentrations in the aqueous phase compared to a Peceol®-based suspension and an aqueous suspension. A subsequent bioavailability study in pigs demonstrated for sLBF a 3.8-fold and 2.1-fold higher bioavailability compared to the drug powder and Peceol®-based suspension, respectively. In conclusion, sLBF is a promising bio-enabling formulation approach to enhance in vivo exposure of beyond Rule-of-Five drugs, such as venetoclax. The in vitro lipolysis results correctly predicted a higher exposure of the sLBF in vivo. The findings of this study are of particular relevance to pre-clinical drug development, where maximum exposure is required.

Oral Administration of Artemisone for the Treatment of Schistosomiasis: Formulation Challenges and In Vivo Efficacy

Artemisone is an innovative artemisinin derivative with applications in the treatment of malaria, schistosomiasis and other diseases. However, its low aqueous solubility and tendency to degrade after solubilisation limits the translation of this drug into clinical practice. We developed a self-microemulsifying drug delivery system (SMEDDS), which is easy to produce (simple mixing) with a high drug load. In addition to known pharmaceutical excipients (Capmul MCM, Kolliphor HS15, propylene glycol), we identified Polysorb ID 46 as a beneficial new additional excipient. The physicochemical properties were characterized by dynamic light scattering, conductivity measurements, rheology and electron microscopy. High storage stability, even at 30 °C, was achieved. The orally administrated artemisone SMEDDS formulation was highly active in vivo in S. mansoni infected mice. Thorough elimination of the adult worms, their eggs and prevention of the deleterious granuloma formation in the livers of infected mice was observed even at a relatively low dose of the drug. The new formulation has a high potential to accelerate the clinical use of artemisone in schistosomiasis and malaria.

Development and Ex vivo evaluation of Rasagiline Mesylate mucoadhesive microemulsion for intranasal delivery using Box-Behnken design

Rasagiline mesylate (RM), an irreversible, selective inhibitor of MAO-B enzyme, is used in the treatment of Parkinson’s disease as oral tablets. It has low oral bioavailability (36%) due to hepatic first pass metabolism. Oral route of administration is associated with nausea and vomiting. Hence present research work was aimed to develop intranasal RM- loaded mucoadhesive microemulsions for brain targeting via olfactory pathway. The microemulsions were developed using Box Behnken design and evaluated for globule size, PDI, Zeta potential, pH, viscosity and ex vivo permeation on excised porcine nasal mucosa. Based on drug solubility, Capmul MCM, Tween 20 and Transcutol P were selected as oil, surfactant and cosurfactant respectively. Microemulsions were prepared by water titration method. Pseudoternary phase diagrams were constructed and the levels of surfactants, oil were selected. The influence of independent variables such as oil, Smix and water on responses size, zeta potential and flux were studied with the help of polynomial equations, contour plots and 3D response surface plots generated by design expert software. Optimized microemulsion formulation (ME18) was composed of oil (Capmul MCM), Smix (Tween 20: Transcutol P; 1:1), water and drug in the ratio 5:42:65:5.The globule size, zeta potential and flux of the optimized microemulsion was 150 nm, -29.6 mV and 291.7 μg/cm2/h respectively. Mucoadhesive agent (Chitosan) was added at 0.5% concentration to optimized microemulsion formulation (MME18). The size, zeta potential and flux of the MME18 was 176.4 nm, 12.1 mV and 323.1 μg/cm2/h respectively. The flux of ME18 and MME 18 was significantly higher than drug solution. The enhancement ratio of MME 18 was 4.2 times to that of drug solution, indicating potential advantage of microemulsion formulation.

INVESTIGATING THE POTENTIAL OF AN ANTIDEPRESSANT INTRANASAL MUCOADHESIVE MICROEMULSION

Objective: The main aim of this study was to formulate, develop and optimized a duloxetine hydrochloride (dlx-hcl) loaded mucoadhesive microemulsion intended for intranasal administration.Methods: Established on solubility studies capmul mcm, transcutol-p, labrasol were used as oil, co-surfactant and surfactant respectively. The optimized mucoadhesive microemulsion prepared using water titration method was further characterized for particle size, polydispersity index, zeta potential and conductivity measurements followed by drug content, nasal cilio toxicity and biochemical estimation of the selected formulation.Results: All physicochemical parameters conducted, proved that dlx-hcl microemulsion was appropriate for nasal delivery. Chitosan, used as mucoadhesive polymer demonstrated enhanced retention time of the microemulsion in nasal mucosa with no signs of toxicity and epithelial damage. The particle size and zeta potential were found to be of 200 nm and-15 mV respectively considering the formulation safe for nasal delivery.Conclusion: This formulation strategy can be used as an effective targeting technique for the drugs having low bioavailability and poor brain penetration along with an effective method for the treatment long-term disease like depression.

Development and in vivo Evaluation Lovastatin by Self-Nanoemulsifying Drug Delivery System

In the present investigation, self-nanoemulsifying drug delivery system (SNEDDS), of Lovastatin is being formulated to increase the solubility and bioavailability. The optimized Lovastatin SNEDDS formulation (F8) has a composition of Acrysol EL 135 as oil phase, Lauro glycol 90 and Capmul MCM as surfactant and co-surfactant respectively. Formulation F8 was found to be best formulation based on evaluation parameters. No drug precipitation or phase separation was observed in the optimized formulation. The particle size of the optimized formulation was found to be 4.9 nm and Z-Average of 71.5 nm indicating all the particles were in the nanometer range. The zeta potential of the optimized SNEDDS formulation was found to be -13.7 mV which comply with the requirement of the zeta potential for stability. Furthermore, pharmacokinetic studies in rats indicated that compared to the pure drug, the optimized SMEDDS formulation significantly improved the oral bioavailability of Lovastatin. Therefore, from our results the study suggests that the Lovastatin loaded self-nanoemulsifying formulation has a great potential for clinical application.

Design, Optimization and Evaluation of Repaglinide Self-Nanoemulsifying Drug Delivery for Enhanced Solubility

The aim of study was to develop self-nanoemulsifying systems of poorly water-soluble drug repaglinide, which is an antidiabetic drug in the class of medications known as meglitinides. Solubility of repaglinide in oily phases and surfactants was determined to identify components of self-nanoemulsifying drug delivery system (SNEDDS). Surfactants and oil was selected based on solubility studies were further screened for their efficiency in formulation. Acrysol K 150, Kolliphor EL and Capmul MCM were selected as oil, surfactant and co-surfactant respectively. Formulation F8 was found to be optimized formulation on the basis of in vitro dissolution studies, particle size and zeta potential. The optimized formulation was then subjected to stability studies and was found to be stable after 6 months. Thus, SNEDDS were found to be influential in improving the release performance of repaglinide, indicating their potential to improve the solubility and oral bioavailability of repaglinide.