Due to the immuncompromised status of AIDS patients, secondary infections and malignancies are common. Conditions secondary to AIDS for which patients require treatment include Karposi's sarcoma (treated with methotrexate), varicella-zoster (treated with antivirals such as acyclovir) and herpes simplex (also treated with antivirals like acyclovir or idoxuridme). However the clinical efficacy of these drugs is limited by poor skin permeability. Few reports, however, have dealt with the delivery of low molecular weight hydrophilic drugs from these vesicles (El Maghraby et al, 2000). The aim of our study was to investigate in vitro permeation of methotrexate, acyclovir and idoxuridine across human epidermal membrane from elastic liposomes. The intent was to establish whether formulation of these hydrophilic drugs into elastic liposomes would enhance their skin permeation parameters. We developed and validated high-performance liquid chromatographic techniques for quantitative analysis of methotrexate, idoxuridine and acyclovir. Elastic liposomes were prepared from various phospholipids- phosphatidylcholine 78.6%; phosphatidylcholine 50%; hydrogenated phosphatidylcholine 90%; phosphatidylcholine 95% and surfactants - sodium cholate, sodium deoxycholate, Span 20, 40, 60, 80. These vesicles were characterised by transmission electron microscopy. The solubilities of methotrexate, acyclovir and idoxuridine were determined. Phospholipon G (95% phosphatidylcholine) was chosen for the preparation of the liposomes with different surfactants. Permeation of methotrexate, acyclovir and idoxuridme from these vesicles across human epidermal membrane was investigated. Flux values for methotrexate, acyclovir and idoxuridine values (J) obtained by curve-fitting of data using Easyplot were compared to those obtained by linear regression. We used Student's t-test to determine statistically significant differences in the flux values of the formulations. A computer program http://www.physics.csbsju.edu/stats/ttest- bulk-form.html was used for this purpose. Our results indicate that there are no statistically significant differences between flux values from elastic liposomes and saturated aqueous solutions. / Thesis (Ph.D. (Pharmaceutics))--North-West University, Potchefstroom Campus, 2004.

Due to the immuncompromised status of AIDS patients, secondary infections and malignancies are common. Conditions secondary to AIDS for which patients require treatment include Karposi's sarcoma (treated with methotrexate), varicella-zoster (treated with antivirals such as acyclovir) and herpes simplex (also treated with antivirals like acyclovir or idoxuridme). However the clinical efficacy of these drugs is limited by poor skin permeability. Few reports, however, have dealt with the delivery of low molecular weight hydrophilic drugs from these vesicles (El Maghraby et al, 2000). The aim of our study was to investigate in vitro permeation of methotrexate, acyclovir and idoxuridine across human epidermal membrane from elastic liposomes. The intent was to establish whether formulation of these hydrophilic drugs into elastic liposomes would enhance their skin permeation parameters. We developed and validated high-performance liquid chromatographic techniques for quantitative analysis of methotrexate, idoxuridine and acyclovir. Elastic liposomes were prepared from various phospholipids- phosphatidylcholine 78.6%; phosphatidylcholine 50%; hydrogenated phosphatidylcholine 90%; phosphatidylcholine 95% and surfactants - sodium cholate, sodium deoxycholate, Span 20, 40, 60, 80. These vesicles were characterised by transmission electron microscopy. The solubilities of methotrexate, acyclovir and idoxuridine were determined. Phospholipon G (95% phosphatidylcholine) was chosen for the preparation of the liposomes with different surfactants. Permeation of methotrexate, acyclovir and idoxuridme from these vesicles across human epidermal membrane was investigated. Flux values for methotrexate, acyclovir and idoxuridine values (J) obtained by curve-fitting of data using Easyplot were compared to those obtained by linear regression. We used Student's t-test to determine statistically significant differences in the flux values of the formulations. A computer program http://www.physics.csbsju.edu/stats/ttest- bulk-form.html was used for this purpose. Our results indicate that there are no statistically significant differences between flux values from elastic liposomes and saturated aqueous solutions. / Thesis (Ph.D. (Pharmaceutics))--North-West University, Potchefstroom Campus, 2004.

Orientador: Maria Helena Andrade Santana / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-11T22:25:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Oliveira_LucianaLimade_M.pdf: 17691359 bytes, checksum: 5472876c66ca62d739abfabe1813f0a0 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Neste trabalho, lipossomas compostos de lecitina de ovo comercial e do tensoativo octaoxietilenoglicol-8-lauril éster (PEG-8L) foram preparados, caracterizados e estudados quanto aos aspectos de incorporação do PEG-8L, sua transição de formas, elasticidade e reologia em membranas de nanoporos. Lipossomas convencionais (sem o PEG-8L) foram usados como controle. A cafeína concentrada, extraída de sementes de guaraná, foi incorporada com eficiência de 11,0%; 41,9% e 39,9%, para os lipossomas convencionais e elásticos com 25% e 40% de PEG-8L, respectivamente. A cinética de incorporação do PEG-8L nos lipossomas, sua reologia e transição de formas foram caracterizadas através de medidas de diâmetro médio, distribuição de tamanhos, teor de fosfato, morfologia, e tensão superficial das dispersões. A reologia foi estudada em membranas de nanoporos, sintéticas e constituída de pele de orelha de porco dermatomizada. O diâmetro médio e distribuição de tamanhos foram monitorados ao longo de 24 horas para avaliação da estabilidade dos lipossomas. Os resultados mostraram a incorporação de PEG-8L, quantificada em 20,4% e 15,4% para as proporções molares iniciais lipídio: PEG-8L 75:25 e 60:40 respectivamente. A reologia de lipossomas elásticos através de membranas de nanoporos apresentou comportamento linear entre vazão e queda de pressão, na faixa de 10 a 18 atm, com permeabilidade efetiva dependente da concentração e deformação dos lipossomas. Um modelo reológico de membrana para lipossomas convencionais foi modificado para contemplar o escoamento de lipossomas elásticos e discutida a sua aplicação. A tensão superficial, deformação e imagens dos lipossomas contendo 40% de PEG-8L após a permeação, sugerem que a elasticidade e manutenção da sua integridade são devidos à compactação das cadeias de PEG-8L na sua superfície. Esses resultados contribuem para o entendimento dos mecanismos de permeação de lipossomas através da pele e para o desenvolvimento de formulações lipossomais para o transporte transdérmico de bioativos. / Abstract: In this work, liposomes prepared with comercial egg lecithin and octaoxyethylenelaurate-ester (PEG-8L) were characterized and studied in respect to PEG-8L incorporation, shape transitions, elasticity and rheology in nanopores membranes. Conventional liposomes (without PEG-8L) were used as control. The concentrated caffeine, extracted of guarana seeds, was incorporated with efficiency of 11,0%, 41,9% e 39,9%, for conventional and elastic liposomes with 25% and 40% of PEG-8L, respectively. The kinetic of PEG-8L incorporation in liposomes, its rheology and shape transitions were characterized through average diameter measurements, sizes distribution, phosphate concentration and surface tension of dispersions. The rheology was studied in synthetic nanoporous membranes and dermatomized ear pig skin. Average diameter and sistribution wre monitored during 24 hours for evaluation of liposomes stability. The results show PEG-8L incorporation in 20,4% and 15,4% for initial molar ratios lipid:PEG-8L 75:25 and 60:40. The rheology of elastic liposome across nanoporous membranes shows linear behavior between flow and pressure drop, in the range of 2,5 to 20 atm, with effect permeability dependent of liposome concentration and deformation. The rheological model of membranes for conventional liposomes was modified to contemplate the elastic liposome flow and to discuss its application. The surface tension, deformation and electron micrographs of elastic liposome with 40% of PEG-8L after permeation, suggested that the elasticity and its integrity maintenance were due to PEG-8L chains packing at its surface. This results contribute for knowledge of liposomes permeation mechanisms across skin and development of liposome formulation for drug transdermal transport. / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Biotecnologicos / Mestre em Engenharia Química

Στην παρούσα διατριβή, μελετήθηκε η χρήση ελαστικών λιποσωμάτων στη διαδερμική χορήγηση υδατοδιαλυτών ουσιών και πραγματοποιήθηκαν επίσης μελέτες προ-μορφοποίησης αντιϋπερτασικών βιοδραστικών ενώσεων για διαδερμική χορήγηση. Αρχικά, πραγματοποιήθηκαν μελέτες της φυσιολογίας του δέρματος με τεχνικές μικροσκοπίας και μέτρησης της απώλειας ύδατος μέσω της επιδερμίδας (TEWL) με σκοπό να διαπιστωθεί η λειτουργία του φραγμού της κεράτινης στοιβάδας, καθώς και η ορθότητα χρήσης των σχετικών τεχνικών προετοιμασίας των δειγμάτων δέρματος που χρησιμοποιήθηκαν. Η οπτική μικροσκοπία ειδικά μας έδωσε πληροφορίες ως προς τη δομή της επιδερμίδας και ως προς τον πιθανό μηχανισμό μεταφοράς ουσιών μέσω της χρήσης λιποσωμάτων. Στη συνέχεια πραγματοποιήθηκε μελέτη και σύγκριση των διαφόρων φυσικοχημικών χαρακτηριστικών ελαστικών λιποσωμάτων που μπορεί να χρησιμοποιηθούν ως πρώτοι δείκτες για πρόγνωση της διαδερμικής απορρόφησης (in vivo) των υδρόφιλων βιοδραστικών ενώσεων. Ως μοντέλα υδρόφιλων βιοδραστικών ενώσεων χρησιμοποιήθηκαν οι φθορίζουσες χρωστικές καλσεΐνη και καρβοξυφλουορεσκεΐνη. Όλες οι λιποσωμικές διασπορές (τόσο τα συμβατικά λιποσώματα-CLs, όσο και τα ελαστικά λιποσώματα τύπου transfersome-TRs και τύπου invasomes-INVs) χαρακτηρίστηκαν ως προς τα εξής φυσικοχημικά χαρακτηριστικά: Την κατανομή μεγέθους, το ζ-δυναμικό, το σφαιρικό σχήμα και τη μορφολογία τους, την ικανότητα εγκλωβισμού υδρόφιλων ουσιών, τη σταθερότητά τους (ως προς τα μορφολογικά χαρακτηριστικά, τη διασπορά μεγέθους και το φορτίο επιφανείας, και τη συγκράτηση της εγκλωβισμένης σε αυτά ουσίας) σε σχέση με το χρόνο, την ελαστικότητα και τέλος ως προς τη δυνατότητα διαπέρασης εγκλωβισμένων σε αυτές υδρόφιλων ουσιών μέσω ανθρώπινου δέρματος in vitro. Το μέγεθος των λιποσωμάτων ήταν παρόμοιο και αρκετά ομοιογενές, ενώ η προσθήκη διαφορετικών τύπων ενισχυτικών διαπέρασης στα ελαστικά λιποσώματα, στα συνήθη εύρη συγκεντρώσεων που χρησιμοποιούνται, δεν επηρεάζει καθόλου το επιφανειακό φορτίο των παραχθέντων λιποσωμάτων. Αύξηση του μεγέθους και αστάθεια ως προς τη συγκράτηση της εγκλωβισμένης ουσίας παρατηρήθηκε στην περίπτωση προσθήκης μεγαλύτερης ποσότητας ενισχυτικού διαπέρασης, η οποία αλλάζει και τα φυσικοχημικά χαρακτηριστικά των λιποσωμάτων. Τα TRs που περιείχαν χολικό νάτριο ήταν πιο ελαστικά από τα αντίστοιχα με Tween 80, τα οποία είχαν συγκριτικά χαμηλές τιμές ελαστικότητας (<40mg/s∙cm2). Οι υψηλότερες τιμές ελαστικότητας από όλους τους τύπους ελαστικών λιποσωμάτων που παρασκευάστηκαν στα πλαίσια αυτής της διατριβής, παρατηρήθηκε στην περίπτωση των INVs με 1% w/w PE και 1% w/w LIM. Επιπλέον, τα περισσότερα λιποσώματα τύπου INVs είχαν υψηλότερες τιμές ελαστικότητας σε σχέση με τα αντίστοιχα χωρίς τερπένια (INVs αναφοράς), εκτός από την περίπτωση των INVs με citral και cineol, όπου η ελαστικότητα σημείωσε μείωση σε σχέση με τα INVs χωρίς τερπένια. Οι διάφοροι τύποι λιποσωμάτων φαίνεται να μεταβάλλουν τη διαπέραση της χρωστικής με την εξής σειρά: Διάλυμα<CLs<TRs<<INVs. H διαπερατότητα (permeability), η ροή (flux) και ο λόγος προσαύξησης (ER) δείχνουν ότι τα συμβατικά λιποσώματα αύξησαν ελάχιστα τη ροή της καλσεΐνης, ενώ τα TRs και INVs κατά 1.8 και 7.2 φορές, αντίστοιχα. Τα αποτελέσματα αυτά επιβεβαιώνουν το γεγονός ότι τα συμβατικά λιποσώματα είναι ανεπαρκή συστήματα μεταφοράς υδρόφιλων μορίων μέσω του δέρματος, ενώ παράλληλα δείχνουν ότι τα ελαστικά λιποσώματα με τη μεγαλύτερη τιμή ελαστικότητας είναι πιο αποτελεσματικά στη μεταφορά της ουσίας μέσω του δέρματος. Σε επόμενα πειράματα μελετήθηκε η δυνατότητα διείσδυσης τόσο υδρόφιλων όσο και λιπόφιλων μορίων στις στοιβάδες του δέρματος, σε μια προσπάθεια να διερευνηθεί ο μηχανισμός αύξησης της διαδερμικής διαπέρασης των υδρόφιλων χρωστικών από τους διάφορους τύπους ελαστικών λιποσωμάτων. Ως μοντέλο υδρόφιλης ουσίας χρησιμοποιήθηκε η φθορίζουσα χρωστική καλσεΐνη, ενώ η λιπιδική ροδαμίνη χρησιμοποιήθηκε ως μοντέλο λιπόφιλης ουσίας (που δεν φεύγει από τα λιποσώματα και ουσιαστικά μας δείχνει το βάθος εις το οποίο εισχωρούν μέσα στο δέρμα τα αντίστοιχα είδη λιποσωμάτων). Τα λιποσώματα τύπου TR φαίνεται ότι επάγουν τη διαπέραση με το να βοηθούν τη χρωστική να προχωρά (υπό μορφή λιποσωμάτων που την εγκλωβίζουν) σε βαθύτερα στρώματα της κεράτινης στιβάδας σε σχέση με τα συμβατικά λιποσώματα όπου σε μεγάλο ποσοστό διαρρηγνύονται και απελευθερώνουν την υδρόφιλη ουσία η οποία στη συνέχεια διέρχεται μόνη της, ως ελεύθερο μόριο, στις στιβάδες του χορίου. Αντίθετα, τα λιποσώματα τύπου INV αποδείχτηκε ότι εισδύουν σε βαθύτερες στιβάδες της επιδερμίδας, φθάνοντας σε αρκετά υψηλά ποσοστά σε στιβάδες του χορίου, παρασύροντας μαζί τους και τα μόρια του εγκλωβισμένου σε αυτά υδρόφιλου φαρμάκου. Τέλος, μελετήθηκε η δυνατότητα μορφοποίησης ενός πειραματικού φαρμάκου με ανάλογη δομή γνωστού φαρμάκου προκειμένου για διαδερμική αντιϋπερτασική θεραπεία. Αρχικά, μελετήσαμε το πειραματικό φάρμακο ως προς τις φυσικοχημικές του ιδιότητες (διαλυτότητα σε διάφορα μέσα, σύνδεση με πρωτεΐνες) και στη συνέχεια μελετήσαμε τη δυνατότητα χορήγησης μιας φαρμακοτεχνικής μορφής μέσω του δέρματος σε κατάλληλο σύστημα διαλυτών. Αφού βρέθηκαν οι κατάλληλες συνθήκες, χρησιμοποιήθηκαν ενισχυτικά διαπέρασης στη φαρμακοτεχνική μορφή για να επιταχυνθεί η διαδερμική απορρόφηση του φαρμάκου, όσο είναι δυνατόν, και να ευρεθεί η βέλτιστη φαρμακοτεχνική μορφή. Τέλος, πραγματοποιήθηκαν πειράματα σύγκρισης μεταξύ του πειραματικού φαρμάκου και γνωστού αντιϋπερτασικού (Los) ως προς τις φυσικοχημικές ιδιότητες και την ικανότητα μεταφοράς τους διαδερμικά. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το ΠΦ παρουσίασε μεγαλύτερη διαπέραση υπό μορφή ουδέτερου μορίου (σε σχέση με την αντίστοιχη του άλατος με TFA (όπως φάνηκε από τα αρχικά πειράματα αυτής της σειράς) ή του μετά Καλίου άλατος (όπως προκύπτει μετά από σύγκριση των σχετικών τιμών Ροής και Συντελεστή Διαπερατότητας (P). Συγκρίνοντας λοιπόν τις τιμές διαπερατότητα και ροής διαμέσου ανθρώπινης επιδερμίδας με τις αντίστοιχες τιμές του φαρμάκου Los θα πρέπει να λάβουμε υπ’ όψη και τις τιμές για το ουδέτερο μόριο. Η διαπέραση του ουδέτερου μορίου του ΠΦ είναι σημαντικά χαμηλότερη από την αντίστοιχη του μετά καλίου άλατος της los. / In this study, we investigated the use of elastic liposomes in transdermal delivery of hydrophilic substances and we studied the possibility of formulating a new antihypertensive drug for transdermal delivery. Primarily, morphological studies of human skin were conducted by the use of optical microscopy and transepidermal water loss measurements (TEWL), in order to assess the barrier function of stratum corneum (SC), and the integrity of the techniques used in this study. By optical microscopy, in particular, data concerning the skin structure and the possible mechanism by which substances can be delivered through / into the skin, were obtained. Secondly, we studied and compared various physicochemical characteristics of two different types of elastic liposomes, which could help us predict the transdermal absorption (in vivo) of hydrophilic molecules. Fluorescent markers calcein and carboxyfluorescein were used as hydrophilic model drugs. All liposomal dispersions (conventional liposomes CLs, and elastic liposomes i.e. transfersomes TRs and invasomes INVs) were evaluated in means the following physicochemical properties: size distribution, z-potential, stability upon storage, morphology by cryo-electron microscopy and membrane elasticity. Moreover, their ability to encapsulate and also to retain aqueous soluble markers, was investigated. Finally, the permeation of calcein through human skin was tested and compared by use of elastic and conventional rigid liposomes. The mean diameter was found relatively homogenous, similar for most liposomal dispersions, while the addition of different penetration enhancers during the preparation did not influence z-potential. Increase of size average and instability – as far as the retention of the encapsulated substance is concerned – was observed at higher concentrations of penetration enhancers used. Sodium cholate containing TRs were found more elastic compared to Tween 80 containing TRs, which showed relatively low elasticity values (<40mg/s∙cm2). The highest elasticity values among all types of elastic liposomes prepared, were found in the case of INVs with 1%w/w PE and 1% w/w LIM. Furthermore, most INVs showed higher elasticity values compared to the ones without terpenes (control INVs), except from citral and cineol INVs, where elasticity decreased compared to the control ones. It appears that different types of liposomes can alter fluorescent permeation in the following order: Solution<CLs<TRs<<INVs. Permeability, flux and enhancement ratio (ER) show that conventional liposomes increased slightly calcein flux, while TRs and INVs 1.8 and 7.2 times respectively. These findings confirm the fact that CLs are inefficient drug delivery systems for water soluble molecules through human skin, and show that elastic liposomes having the highest elasticity value are more efficient in delivering CF transdermally. In further experiments, the penetration of both hydrophilic and lipophilic molecules in human skin was studied, in order to investigate the mechanism of action by which liposomes could enhance the drug delivery in skin. Fluorescent marker calcein was used as a hydrophilic drug model, while lipid rhodamine-PE was used as a lipophilic model (it shows us how deeply the liposomes penetrate into the skin). Liposomes TRs seem to enhance skin permeation by helping the marker to penetrate (through liposomes) in deeper stratum corneum layers while conventional liposomes the hydrophilic substance which penetrates the skin layers as a free molecule. In contrast, INV liposomes were proved to be able to penetrate in deeper skin layers, and deliver relatively high amounts of the encapsulated substance. In the end, experiments with a new molecule with similar structure to losartan were conducted. This study aimed at discovering a new formulation for this experimental drug in order to be used as a transdermal antihypertensive. First, we studied the physicochemical properties (solubility in PBS, BSA etc, and protein binding). Secondly, we investigated the possibility of preparing a formulation to be used transdermally. After establishing the techniques and drug properties we used penetration enhancers in order to increase the transdermal absorption as possible and help find the right skin formulation. Last, we compared the experimental drug and losartan in terms of physicochemical properties and their ability to be transported through human skin. The results showed that the experimental drug had better permeation rate as a neutral molecule compared to TFA salt, (as shown in preliminary experiments) or K+ (as shown after comparing P and flux values). Therefore, the values given for the neutral molecule should be taken into consideration when comparing the two drugs. (losartan and experimental drug). The permeation of the neutral molecule nevertheless is significantly lower than the one for losartan.