Circa il 60 percento dei farmaci sul mercato ha molecole idrofobe come principi attivi. Questi farmaci, che non sono solubili in acqua, possono essere difficili da formulare in compresse perché devono essere scomposte in cristalli molto piccoli per essere assorbite dal corpo umano.

Un team di ingegneri chimici del MIT ha ora ideato un processo più semplice per incorporare farmaci idrofobici in compresse o altre formulazioni di farmaci come capsule e film sottili. La loro tecnica, che comporta la creazione di un'emulsione del farmaco e poi la sua cristallizzazione, consente di caricare una dose più potente per compressa.

"Questo è molto importante perché se possiamo raggiungere un elevato carico di farmaci, significa che possiamo fare dosaggi più piccoli che ottengono comunque lo stesso effetto terapeutico. Questo può migliorare notevolmente la compliance del paziente perché hanno solo bisogno di prendere un farmaco molto piccolo ed è ancora molto efficace, "dice Liang-Hsun Chen, uno studente laureato del MIT e l'autore principale del nuovo studio.

Patrick Doyle, il professore di ingegneria chimica Robert T. Haslam, è l'autore senior del documento, che appare oggi in Materiale avanzato .

Nanoemulsioni

La maggior parte dei medicinali è costituita da un principio attivo che viene combinato con altri composti chiamati eccipienti, che aiutano a stabilizzare il farmaco e a controllare come viene rilasciato nel corpo. Le compresse risultanti, capsule, o film sono chiamati formulazioni.

Attualmente, per creare formulazioni di farmaci idrofobici, le aziende farmaceutiche utilizzano un processo che richiede la macinazione del composto fino a ottenere nanocristalli, che sono più facili da assorbire per le cellule umane. Questi cristalli vengono poi miscelati con gli eccipienti. Un eccipiente che viene spesso miscelato con farmaci idrofobici è la metilcellulosa, un composto derivato dalla cellulosa. La metilcellulosa si dissolve facilmente in acqua, che aiuta i farmaci a essere rilasciati più velocemente nel corpo.

Questo metodo è ampiamente utilizzato, ma ha molte inefficienze, secondo il team del MIT. "La fase di fresatura è molto dispendiosa in termini di tempo e di energia, e il processo abrasivo può causare cambiamenti nelle proprietà del principio attivo, che possono minare gli effetti terapeutici, " dice Chen.

Lui e Doyle hanno deciso di trovare un modo più efficiente per combinare farmaci idrofobici con metilcellulosa, formando un'emulsione. Le emulsioni sono miscele di goccioline di olio sospese in acqua, come il composto che si forma quando si scuote un condimento per insalata di olio e aceto.

Quando queste goccioline sono sulla scala dei nanometri di diametro, questo tipo di miscela è chiamata nanoemulsione. Per creare la loro nanoemulsione, i ricercatori hanno preso un farmaco idrofobo chiamato fenofibrato, che viene utilizzato per aiutare a ridurre il colesterolo, e disciolto in un olio chiamato anisolo. Quindi hanno combinato questa fase oleosa con metilcellulosa disciolta in acqua, utilizzando l'ultrasonicazione (onde sonore) per creare goccioline di olio su scala nanometrica. La metilcellulosa aiuta a impedire che le goccioline di acqua e olio si separino nuovamente perché è anfifila, il che significa che può legarsi sia alle goccioline di olio che all'acqua.

Una volta formata l'emulsione, i ricercatori possono trasformarlo in un gel facendo gocciolare il liquido in un bagno d'acqua riscaldato. Come ogni goccia colpisce l'acqua, si solidifica in millisecondi. I ricercatori possono controllare la dimensione delle particelle modificando la dimensione della punta che viene utilizzata per gocciolare il liquido nel bagnomaria.

"La formazione delle particelle è quasi istantanea, quindi tutto ciò che era nella tua goccia liquida viene convertito in una particella solida senza alcuna perdita, " dice Doyle. "Dopo essersi asciugato, abbiamo nanocristalli di fenofibrato uniformemente distribuiti nella matrice di metilcellulosa".

Pillole più piccole, più droga

Una volta formate le particelle caricate di nanocristalli, possono essere frantumati in polvere e poi compressi in compresse, utilizzando tecniche standard di produzione di farmaci. In alternativa, i ricercatori possono versare il loro gel negli stampi invece di gocciolarlo nell'acqua, consentendo loro di creare compresse di farmaci in qualsiasi forma.

Usando la loro tecnica di nanoemulsione, i ricercatori sono stati in grado di ottenere un carico di droga di circa il 60 percento. In contrasto, le formulazioni attualmente disponibili di fenofibrato hanno una concentrazione di farmaco di circa il 25%. La tecnica potrebbe essere facilmente adattata per caricare concentrazioni ancora più elevate aumentando il rapporto tra olio e acqua nell'emulsione, dicono i ricercatori.

"Questo può consentirci di realizzare farmaci più efficaci e più piccoli, più facili da ingoiare, e questo può essere molto utile per molte persone che hanno difficoltà a deglutire droghe, " dice Chen.

Questo metodo può essere utilizzato anche per realizzare film sottili, un tipo di formulazione di farmaci che è diventato più ampiamente utilizzato negli ultimi anni, ed è particolarmente utile per i bambini e gli anziani. Una volta realizzata una nanoemulsione, i ricercatori possono asciugarlo in un film sottile che contiene nanocristalli di farmaci incorporati al suo interno.

Si stima che circa il 90% dei farmaci attualmente in fase di sviluppo siano idrofobici, quindi questo approccio potrebbe essere potenzialmente utilizzato per sviluppare formulazioni per quei farmaci, così come i farmaci idrofobici che sono già in uso, dicono i ricercatori. Molti farmaci ampiamente utilizzati, compreso ibuprofene e altri farmaci antinfiammatori come ketoprofene e naprossene, sono idrofobe.

"La flessibilità del sistema è che possiamo scegliere oli diversi per caricare farmaci diversi, e poi trasformarlo in una nanoemulsione usando il nostro sistema. Non abbiamo bisogno di eseguire molte ottimizzazioni per tentativi ed errori perché il processo di emulsionamento è lo stesso, " dice Chen.