Síntesis y caracterización de líquidos iónicos y evaluación de su aplicabilidad en nuevas formulaciones farmacéuticas
- Autores: Rita Alexandra Mourato Dos Reis Caparica
- Directores de la Tesis: Tânia Almeida (dir. tes.), João Guilherme Feliciano Da Costa (codir. tes.), Fidel Ortega Ortiz-Apodaca (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Alcalá ( España ) en 2023
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Sofía Teresa Coimbra Antunes Costa Lima (presid.), Jesús Molpeceres García del Pozo (secret.), Nuno Filipe da Rocha Guerreiro de Oliveira (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ciencias de la Salud por la Universidad de Alcalá
- Materias:
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- Resumen
- español
Los líquidos iónicos (LIs) han ido despertando interés hacia el estudio de su aplicabilidad en diferentes campos, especialmente debido a su gran versatilidad. La posibilidad de diseñar correctamente LIs para mostrar diferentes funcionalidades puede ser una estrategia prometedora para optimizar su aplicabilidad y resolver una variedad de desafíos en el área farmacéutica.
La baja solubilidad en agua se ha señalado como una de las dificultades más comunes y, por lo tanto, una de las principales preocupaciones de la industria farmacéutica, ya que la baja solubilidad puede comprometer la biodisponibilidad, la eficacia terapéutica y la incorporación de fármacos en los sistemas de administración. A la luz de esto, esta tesis aborda cómo diferentes combinaciones de LIs catión-anión pueden influir en la capacidad de los LIs para mejorar la solubilidad y la carga de compuestos poco solubles en agua con interés farmacológico, considerando su seguridad y evaluando si el uso de LIs permite la mantenimiento de los efectos biológicos de esos compuestos.
En este contexto, en primer lugar, se sintetizaron ocho LIs combinando diferentes cationes (colinio o imidazolio) y aniones (bromuro o aminoácidos). Teniendo en cuenta su aplicabilidad potencial como potenciadores de la solubilidad para la administración tópica, la citotoxicidad de los LIs sintetizadas en las células HaCaT y el impacto de sus diferentes combinaciones de cationes y aniones en la solubilidad de cuatro compuestos fenólicos poco solubles en agua (ácidos ferúlico, cafeico y p-cumárico y rutina) fueron evaluados. El grupo de cabeza catiónica, la longitud de la cadena lateral catiónica y el anión influyeron en la toxicidad de los LIs. Por otro lado, en términos de solubilidad del fármaco, parecían ser los aniones los que tenían el mayor impacto en esta propiedad, con todos los LIs basados en aminoácidos aumentando la solubilidad de los compuestos estudiados. Posteriormente se estudió la capacidad de los LIs basados en aminoácidos de colina para permitir una mayor carga de fármaco en formulaciones tópicas y su influencia en la toxicidad potencial para las células MDA-MB-231 y la actividad de eliminación de radicales del ácido ferúlico y la rutina. La exposición al ácido ferúlico y la rutina no causó efectos citotóxicos en las células de cáncer de mama. Los LIs basados en aminoácidos de colina, en concentraciones no tóxicas, mejoraron considerablemente la carga del fármaco en las emulsiones O/W desarrolladas combinadas con LIs, sin influir en la actividad de eliminación de radicales de los compuestos estudiados, la viabilidad celular o la estabilidad de las formulaciones desarrolladas.
Luego, dado que no se observaron efectos citotóxicos en células MDA-MB-231, se estudió la citotoxicidad de los ácidos ferúlico, cafeico y p-cumárico en células 786-O. El tratamiento con ácidos cafeico y p-cumárico indujo, a mayores concentraciones, una disminución significativa de la viabilidad celular. También se evaluaron los posibles efectos citotóxicos de la rutina en las células 786-O, considerando su seguridad en las células Vero normales. La rutina provocó una disminución dependiente de la concentración de la viabilidad celular en ambas líneas celulares, sin embargo, se observó un efecto más significativo en las células de cáncer renal. Estos resultados prometedores llevaron a explorar más a fondo el impacto de la rutina, individualmente y en combinación, con LIs a base de aminoácidos de colina en la viabilidad celular y la progresión del ciclo celular de las células renales, así como la aplicabilidad de estos LIs para mejorar el suministro de rutina. La exposición a la rutina provocó un aumento significativo en la población sub-G1 de células 786-O.
- English
Ionic liquids (ILs) have been attracting interest towards the study of their applicability in different fields, especially due to their great tunability. The possibility of properly designing ILs to display different functionalities can be a promising strategy to optimise their applicability and to solve a variety of challenges in the pharmaceutical area. The poor water solubility has been pointed out as one of the most common difficulties and, therefore, a major concern for the pharmaceutical industry since the low solubility can compromise the bioavailability, therapeutic efficacy and incorporation of drugs into delivery systems. In light of this, this thesis addresses how different cationanion ILs combinations can influence the ability of ILs to improve the solubility and loading of poorly water-soluble compounds with pharmacological interest, while considering their safety and assessing if the use of ILs allows the maintenance of the biological effects of those compounds. In this context, firstly, eight ILs were synthesised by combining different cations (cholinium or imidazolium) and anions (bromide or amino acids). Considering their potential applicability as solubility enhancers for topical delivery, the cytotoxicity of the synthetised ILs in HaCaT cells and the impact of their different cation-anion combinations on the solubility of four poorly water-soluble phenolic compounds (p-coumaric, ferulic and caffeic acids and rutin) were evaluated. The anion, the cation head group and the length of the cation side chain influenced the toxicity of ILs. On the other hand, in terms of drug solubility, it seemed to be the anions that had the highest impact on this property, with all the amino acid-based ILs increasing the solubility of the studied compounds. The ability of choline amino acid-based ILs to enable a higher drug loading, in topical formulations, and their influence on the potential toxicity to MDA-MB-231 cells as well as the radical scavenging activity of rutin and ferulic acid were subsequently studied. The ferulic acid and rutin exposure did not cause cytotoxic effects on breast cancer cells. Choline amino acid-based ILs, at non-toxic concentrations, considerably improved the drug loading into the developed O/W emulsions combined with ILs, without influencing the radical scavenging activity of the studied compounds, the cell viability or the stability of the developed formulations. Then, since no cytotoxic effects were observed in MDA-MB-231 cells, the cytotoxicity of p-coumaric, caffeic and ferulic acids was studied in 786-O cells. The treatment with caffeic and p-coumaric acids induced, at higher concentrations, a significant decrease in the cell viability. The potential cytotoxic effects of rutin in 786-O cells, while considering its safety in Vero normal kidney cells, were also evaluated. The rutin caused a concentration-dependent decrease of cell viability in both cell lines, however, a more significant effect was observed in renal cancer cells. These promising results led to further explore the influence of rutin, individually or when combined, with choline amino acid-based ILs on cell viability and cell cycle progression of renal cells, as well as the applicability of these ILs to improve the delivery of rutin. The rutin’s treatment caused a significant increase in the sub-G1 population of 786-O cells. The two choline amino acid-based ILs did not affect the effects of rutin and, at non-toxic concentrations, allowed to enhance the rutin’s drug solubility and loading into IL-nanosystems, without affecting the stability and performance of the prepared delivery systems. This study emphasised the importance of properly designing ILs for a particular application. Adjusting the properties of ILs, through different cation-anion combinations, can influence their cytotoxicity and ability to improve drug solubility. These are two factors extremely important when it is intended to use ILs as solubility enhancers at nontoxic concentrations. In addition, this work revealed that rutin could be potentially used in human renal cancer. Moreover, the combination of rutin with the ILs showed to be crucial by allowing to improve the solubility and incorporation of this compound into delivery systems without having an impact on its effectiveness. Overall, the ILs proved to be a versatile and valuable tool for the pharmaceutical area since they can improve the applicability of poorly-water soluble compounds with pharmacological interest.
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