Liberação transdérmica de fármacos apresenta várias vantagens na terapêutica quando comparada com administração oral ou parenteral. Não existe até o momento nenhum método previsto na Farmacopéia Brasileira para realizar testes de liberação de fármacos em adesivos transdérmicos, outros compêndios oficiais como Farmacopéia Americana, Britânica e Européia, descrevem o aparato de pás sobre disco, o cilindro rotatório e o suporte recíproco. Atualmente a literatura descreve diversos tipos de células de difusão para liberação transdérmica das quais a célula de difusão de Franz tem sido a mais empregada tanto para adesivos transdérmicos como formas semi-sólidas, utilizada no desenvolvimento farmacotécnico, caracterização biofarmacêutica e controle de qualidade. A proposta deste estudo tem por objetivo estipular critérios para a escolha mais adequada do equipamento e metodologias in vitro na avaliação da liberação transdérmicas de fármacos, utilizando a nicotina como fármaco modelo. Para tal, foram empregados ensaios in vitro de liberação e retenção cutânea utilizando métodos de pás sobre disco e método de célula de difusão de Franz modificada em sistema estático e fluxo contínuo. A validação dos fatores que influenciam a taxa de liberação in vitro da nicotina foram fundamentais para escolha do meio receptor, escolha da velocidade de agitação que promoveu mais semelhança no perfil de liberação em diferentes equipamentos assim como a escolha da membrana biológica mais adequada para o método proposto. Os resultados mais promissores foram selecionados para os ensaios in vitro de liberação, permeação e retenção cutânea. Os dados de liberação, tanto em quantidades de nicotina liberada como seu fluxo, demonstraram semelhança no uso de diferentes equipamentos, indicando possíveis intercambialidades entre os métodos propostos para liberação de nicotina transdérmica. Ensaios in vitro de permeação cutânea em célula de difusão vertical de Franz não demonstraram diferenças significativas em diferentes modelos de membranas biológicas utilizadas, as quais foram pele de orelha de porco, pele de camundongo sem pelo e pele de cobra cascavel hidratada por 24 horas. A quantidade de nicotina permeada em até 8 horas, assim como o fluxo de permeação foram significativamente menor para o método de pás sobre disco (FDA) quando comparado com os resultados obtidos utilizando célula de difusão vertical de Franz tanto em sistema estático com em fluxo contínuo. Estes resultados podem estar relacionados com a estrutura física do equipamento de célula de difusão vertical de Franz, uma vez que oferece um sistema oclusivo, dificultando o contato do adesivo com o meio receptor. Desta forma, os resultados deste projeto podem indicar o uso da célula de difusão vertical de Franz para ensaios in vitro de liberação e permeação cutânea da nicotina em formas farmacêuticas transdérmicas, podendo ser aplicado em pesquisas de desenvolvimento de formulações, controle da qualidade e testes de Equivalência Farmacêutica para produtos genéricos. Os resultados desta pesquisa apresentam-se podem ter importante influência nas discussões em torno dos medicamentos genéricos no Brasil, bem como na elaboração de diretrizes para testes de Equivalência Farmacêutica e Controle de Qualidade de medicamentos transdérmicos. Poderão ainda fornecer dados para indicações de protocolos para Farmacopéia Brasileira e pesquisa científica em torno dos sistemas de liberação transdérmicas de fármacos. / The aim of this work was to compare in vitro release and permeation of nicotine from transdermal patch (TDS) using three different methods such as, FDA paddle method and both Vertical Diffusion Cell (VCD) static and continuous flux. We evaluated different kinds of membrane (hairless mouse, porcine ear skin and snake skin), different composition and pH of acceptor phases (0.01N isotonic phosphate buffer pH 7.4 (± 0.2), water, and HCL 0.025N), agitation of acceptor phase and batches of the transdermal patches. Profiles of release and permeation from all methods evaluated were linked statistically using linear regression and one-way ANOVA nonparametric assay. The 0.01N isotonic phosphate buffer pH 7.4 (± 0.2) improved greater release rate of nicotine than those obtained using HCL and water as acceptor phase. Cumulative released and permeated amounts of nicotine were almost equal for all methods evaluated and there is not significantly different (one-way ANOVA p 0.05) were observed after 8 h. However nicotine permeated fluxes (J) after 8 h were significantly higher using VDC than those obtained using FDA paddle method. Cumulative permeated amounts (reported to the effective surface area of the cells) were overestimated when skin permeation experiments were prolonged to 12 h, indicating that the actual diffusion surface area of NiQuitinTM exceeded the effective diffusion surface area of the cells. Reducing the trimmed TDS surface area led not only to a reduction of the cumulative permeated amounts, but also to a reduction of the flux at 12 h. In order to evaluate the edge effect on drug release flux studies were performed using static VDC. In vitro penetration studies using different membranes showed not significantly difference for ear pig skin, hairless mouse and snake skin at 8 h. However data obtained without membrane were about 1.25 times smaller than those obtained with biological membranes. These results demonstrated that NiQuitinTM TDS had dependent release of membrane at 8 h of permeation. In conclusion there is not significantly different for in vitro release and permeation amounts of nicotine from NiQuitinTM using VDC and FDA method. In term of release efficiency all methods released up to 80% of nicotine after 8 h. The results suggested the use of VDC as potential method to evaluate both in vitro release and skin permeation of nicotine in transdermal patches.

Liberação transdérmica de fármacos apresenta várias vantagens na terapêutica quando comparada com administração oral ou parenteral. Não existe até o momento nenhum método previsto na Farmacopéia Brasileira para realizar testes de liberação de fármacos em adesivos transdérmicos, outros compêndios oficiais como Farmacopéia Americana, Britânica e Européia, descrevem o aparato de pás sobre disco, o cilindro rotatório e o suporte recíproco. Atualmente a literatura descreve diversos tipos de células de difusão para liberação transdérmica das quais a célula de difusão de Franz tem sido a mais empregada tanto para adesivos transdérmicos como formas semi-sólidas, utilizada no desenvolvimento farmacotécnico, caracterização biofarmacêutica e controle de qualidade. A proposta deste estudo tem por objetivo estipular critérios para a escolha mais adequada do equipamento e metodologias in vitro na avaliação da liberação transdérmicas de fármacos, utilizando a nicotina como fármaco modelo. Para tal, foram empregados ensaios in vitro de liberação e retenção cutânea utilizando métodos de pás sobre disco e método de célula de difusão de Franz modificada em sistema estático e fluxo contínuo. A validação dos fatores que influenciam a taxa de liberação in vitro da nicotina foram fundamentais para escolha do meio receptor, escolha da velocidade de agitação que promoveu mais semelhança no perfil de liberação em diferentes equipamentos assim como a escolha da membrana biológica mais adequada para o método proposto. Os resultados mais promissores foram selecionados para os ensaios in vitro de liberação, permeação e retenção cutânea. Os dados de liberação, tanto em quantidades de nicotina liberada como seu fluxo, demonstraram semelhança no uso de diferentes equipamentos, indicando possíveis intercambialidades entre os métodos propostos para liberação de nicotina transdérmica. Ensaios in vitro de permeação cutânea em célula de difusão vertical de Franz não demonstraram diferenças significativas em diferentes modelos de membranas biológicas utilizadas, as quais foram pele de orelha de porco, pele de camundongo sem pelo e pele de cobra cascavel hidratada por 24 horas. A quantidade de nicotina permeada em até 8 horas, assim como o fluxo de permeação foram significativamente menor para o método de pás sobre disco (FDA) quando comparado com os resultados obtidos utilizando célula de difusão vertical de Franz tanto em sistema estático com em fluxo contínuo. Estes resultados podem estar relacionados com a estrutura física do equipamento de célula de difusão vertical de Franz, uma vez que oferece um sistema oclusivo, dificultando o contato do adesivo com o meio receptor. Desta forma, os resultados deste projeto podem indicar o uso da célula de difusão vertical de Franz para ensaios in vitro de liberação e permeação cutânea da nicotina em formas farmacêuticas transdérmicas, podendo ser aplicado em pesquisas de desenvolvimento de formulações, controle da qualidade e testes de Equivalência Farmacêutica para produtos genéricos. Os resultados desta pesquisa apresentam-se podem ter importante influência nas discussões em torno dos medicamentos genéricos no Brasil, bem como na elaboração de diretrizes para testes de Equivalência Farmacêutica e Controle de Qualidade de medicamentos transdérmicos. Poderão ainda fornecer dados para indicações de protocolos para Farmacopéia Brasileira e pesquisa científica em torno dos sistemas de liberação transdérmicas de fármacos. / The aim of this work was to compare in vitro release and permeation of nicotine from transdermal patch (TDS) using three different methods such as, FDA paddle method and both Vertical Diffusion Cell (VCD) static and continuous flux. We evaluated different kinds of membrane (hairless mouse, porcine ear skin and snake skin), different composition and pH of acceptor phases (0.01N isotonic phosphate buffer pH 7.4 (± 0.2), water, and HCL 0.025N), agitation of acceptor phase and batches of the transdermal patches. Profiles of release and permeation from all methods evaluated were linked statistically using linear regression and one-way ANOVA nonparametric assay. The 0.01N isotonic phosphate buffer pH 7.4 (± 0.2) improved greater release rate of nicotine than those obtained using HCL and water as acceptor phase. Cumulative released and permeated amounts of nicotine were almost equal for all methods evaluated and there is not significantly different (one-way ANOVA p 0.05) were observed after 8 h. However nicotine permeated fluxes (J) after 8 h were significantly higher using VDC than those obtained using FDA paddle method. Cumulative permeated amounts (reported to the effective surface area of the cells) were overestimated when skin permeation experiments were prolonged to 12 h, indicating that the actual diffusion surface area of NiQuitinTM exceeded the effective diffusion surface area of the cells. Reducing the trimmed TDS surface area led not only to a reduction of the cumulative permeated amounts, but also to a reduction of the flux at 12 h. In order to evaluate the edge effect on drug release flux studies were performed using static VDC. In vitro penetration studies using different membranes showed not significantly difference for ear pig skin, hairless mouse and snake skin at 8 h. However data obtained without membrane were about 1.25 times smaller than those obtained with biological membranes. These results demonstrated that NiQuitinTM TDS had dependent release of membrane at 8 h of permeation. In conclusion there is not significantly different for in vitro release and permeation amounts of nicotine from NiQuitinTM using VDC and FDA method. In term of release efficiency all methods released up to 80% of nicotine after 8 h. The results suggested the use of VDC as potential method to evaluate both in vitro release and skin permeation of nicotine in transdermal patches.

It is widely known that surfaces play an important role in numerous biological processes and technological applications. Thus, being able to modify surface properties provides an opportunity to control many phenomena occurring at interfaces. One way of controlling surface properties is to adsorb a polymer film onto the surface, for example through layer-by-layer (LbL) deposition of polyelectrolytes. This simple but versatile technique enables various polymers, proteins, colloidal particles etc. to be incorporated into the film, resulting in a multifunctional coating. Due to recent legislations and a consumer demand for more environmentally friendly products, we have chosen to use natural polymers (biopolymers) from renewable resources. The focus of this thesis has been on the adsorption of biopolymers and their layer-by-layer formation at solid-liquid interfaces; these processes have been studied by a wide range of techniques. The main method was the quartz crystal microbalance with dissipation monitoring (QCM-D), which measures the adsorbed mass, including trapped solvent and the viscoelastic properties of an adsorbed film. This technique was often complemented with an optical method, such as ellipsometry or dual polarization interferometry (DPI), which provided information about the “dry” polymer or protein adsorbed mass. From this combination, the solvent content and density of the layers was evaluated. In addition, the surface force apparatus (SFA), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), total internal reflection fluorescence (TIRF), and fluorescence resonance energy transfer (FRET) were utilized, providing further information about the film structure, chemical composition, and polymer inter-layer diffusion. Adsorption studies of the glycoprotein mucin, which has a key role in the mucousal function, showed that despite the net negative charge of mucin, it adsorbed on negatively charged substrates. The adsorbed layer was highly hydrated and the segment density on the substrate was low. We showed the importance of characterizing the mucin used, since differences in purity, such as the presence of albumin, gave rise to different adsorption behaviours in terms of both adsorbed amount and structure. The adsorbed mucin layer was to a large extent desorbed upon exposure to the anionic surfactant sodium dodecyl sulfate (SDS). In order to prevent desorption, we demonstrated that a protective layer of the cationic polysaccharide chitosan could be adsorbed onto the mucin layer and that the mucin-chitosan complexes resisted the desorption normally induced by association with SDS. Moreover, the association between chitosan and SDS was examined at the solid-liquid interface, in the bulk, and at the air-water interface. In all these environments chitosan-SDS complexes were formed and a net charge reversal of the complexes from positive to negative was observed when the concentration of SDS was increased. Furthermore, the LbL deposition method could be used to form a multilayer-like film by alternate adsorption of mucin and chitosan on silica substrates. The LbL technique was also applied to two proteins, lysozyme and β-casein with the aim of building a multilayer film consisting entirely of proteins. These proteins formed complexes at the solid-liquid interface, resulting in a proteinaceous layer, but the build-up was highly irregular with an increase in adsorbed amount per protein deposition cycle that was far less than a monolayer.Continuing with chitosan, known to have antibacterial properties we assembled multilayers with an anti-adhesive biopolymer, heparin, to evaluate the potential of this system as a coating for medical implants. Multilayers were assembled under various solution deposition conditions and the film structure and dynamics were studied in detail. The chitosan-heparin film was highly hydrated, in the range 60-80 wt-% depending on the deposition conditions. The adsorbed amount and thickness of the film increased exponential-like with the number of deposition steps, which was explained by inter-diffusion of chitosan molecules in the film during the build-up. In a novel approach, we used the distant dependent FRET technique to prove the inter-layer diffusion of fluorescent-labelled chitosan molecules within the film. The diffusion coefficient was insignificantly dependent on the deposition pH and ionic strength, and hence on the film structure. With the use of a pH sensitive dye buried under seven chitosan-heparin bilayers, we showed that the dye remained highly sensitive to the charge of the outermost layer. From complementary QCM-D data, we suggested that an increase in the energy dissipation does not necessarily indicate that the layer structure becomes less rigid. / Det är välkänt att ytor spelar en viktig roll i många biologiska processer och tekniska tillämpningar. Att kunna modifiera en ytas egenskaper ger därför en möjlighet att kunna kontrollera många fenomen som sker på ytor. Ett sätt att kontrollera ytegenskaperna är genom att adsorbera en polymerfilm på ytan, till exempel genom att växelvis adsorbera olika polyelektrolyter (LbL-teknik). Denna enkla men mångsidiga teknik möjliggör att många olika material kan införlivas i filmen, vilket resulterar i en multifunktionell beläggning. På grund av dagens lagstiftning och konsumenters ökade efterfrågan på miljövänliga material beslutade vi oss för att använda biologiska polymerer (biopolymerer) i detta projekt. Fokus i den här avhandlingen har varit på adsorption av biopolymerer och deras LbL-formation på gränsytan vätska-fast fas, där adsorptionsförloppet och det adsorberade skiktet bestående av biopolymerer studerats med en mängd olika tekniker. Huvudtekniken var kvartskristallmikrovåg med energidissipations-registrering (QCM-D), som mäter massan inklusive inkorporerat vatten, samt de viskoelastiska egenskaperna hos ett adsorberat skikt. Som komplement till denna teknik användes ofta optiska metoder, till exempel ellipsometri och ”dubbel polarisationsinterferometri (DPI)”, två tekniker som endast mäter massan av de adsorberade biopolymererna. Genom denna kombination av metoder kunde massan av inkorporerat vatten i filmen och filmens densitet bestämmas. Dessutom användes ytkraftsapparaten (SFA), röntgenfotoelektronspektrometri (XPS), och fluorescens-spektroskopiteknikerna TIRF och FRET i några undersökningar för att erhålla information om skiktens struktur, kemiska sammansättning och polymerernas diffusion inom skiktet.Adsorptionsstudier av glycoproteinet mucin, som har en central roll i funktionen av slemhinnan, avslöjade att trots att mucinet har en negativ nettoladdning adsorberade det ändå på negativt laddade substrat. Det adsorberade lagret var väldigt hydratiserat och hade en låg andel mucin i direkt kontakt med ytan. Vi påvisade vikten av att noga undersöka mucinet som användes, eftersom olika renhet, till exempel i form av förekomsten av albumin gav upphov till olika adsorptionsbeteende gällande både adsorberad mängd och struktur. En stor andel av det adsorberade mucinlagret desorberade när det exponerades för den anjoniska tensiden natriumdodecylsulfat, SDS. Vi visade att ett skyddande lager av den katjoniska polysackariden chitosan kunde adsorberas på mucinet och att mucin-chitosan-komplexen inte desorberade när SDS tillsattes. Därtill studerades växelverkan mellan chitosan och SDS på gränsytan vätska-fast fas, i bulken och på luft-vattengränsytan. Komplex av chitosan-SDS bildades i samtliga miljöer och en nettoladdningsomsvängning från positiv till negativ observerades när koncentrationen av SDS ökades.Vidare kunde LbL-tekniken nyttjas för att skapa ett multilagerlikt skikt genom att alternerande adsorbera mucin och chitosan på kiseldioxidsubstrat. Denna teknik användes även med två proteiner, lysozym och β-kasein, med målet att skapa ett multilager bestående av endast proteiner. Dessa proteiner bildade komplex på gränsytan vätska-fast fas i form av ett blandat proteinlager, men uppbyggnaden var väldigt oregelbunden med en ökning i adsorberad mängd per proteindeponeringscykel som var avsevärt mindre än ett monolager.Inom området för biomaterial utgör de antibakteriella och antihäftande egenskaperna hos chitosan respektive heparin en lovande blandning för beläggningar av medicinska implantat. Baserat på detta konstruerade vi multilagerfilmer av chitosan och heparin med olika deponeringslösningar och undersökte dynamiken och filmens struktur i detalj. Chitosan-heparin-filmen var starkt hydratiserad, bestående av cirka 60-80 vikt-% vatten beroende på deponeringsbetingelserna. Den adsorberade mängden och tjockleken på filmen ökade nästan exponentiellt med antal deponeringar, vilket förklarades med chitosanets förmåga att diffundera genom filmen under uppbyggnaden. Med ett nytt angreppssätt använde vi FRET för att bevisa diffusionen av fluorescerande färgmärkt chitosan i filmen under uppbyggnaden. Diffusionskoefficienten var i princip oberoende av pH och jonstyrka under deponeringen och följaktligen av filmens struktur. Genom att använda ett pH-känsligt färgämne begravt under sju biskikt av chitosan-heparin visade vi att färgämnet i hög grad påverkades av laddningen på det yttersta lagret. Från QCM-D-data lade vi fram teorin om att en ökning av energidissipationen för ett lager inte nödvändigtvis indikerar att lagrets struktur har blivit mindre styvt. / QC 20100729