Controlled release is a field of pharmaceutical science that refers to a drug delivery system whose release properties have been varied through physical or chemical modifications to achieve a longer therapeutic effect over the time. A wide variety of materials and manufacturing techniques have been explored to obtain release matrices. One of the most powerful technique is electrospinning. That is a simple and versatile method to obtain polymer fibers at nano and micrometer scales. Those fibers are generated by the application of a strong electric field on a polymer solution. Several polymers (synthetic, natural and hybrids) have been electrospuned successfully. The advantages of the use electrospun fibers in drug delivery include: (1) high drug loading (up to 60%) and drug encapsulation efficiency (up to 100%), (2) a variety of polymers that can be processed by electrospinning mitigate the problem of non-compatibility with the drug to be encapsulated (3) ability to modulate the release, varying the composition, morphology or functionalization of the matrix and (4) simplicity of the process and low cost. Most commonly polymers used for sustained release are biodegradable, polyesters such as polylactic acid (PLA), that is a biocompatible, biologically and inert material approved by the Food and Drug Administration (FDA) has good biodegradability properties that make unnecessary to perform surgery to remove it from the body and its degradation products are not toxic. Caffeine is a methylxanthine that stimulates the central nervous system, creating a wakefulness condition and increased mental and motor activity. In addition, it is used in combination with analgesics in the treatment of some types of migraine, a disease that in severe cases cause incapacity. In this study, matrices of PLA fibers were obtained by electrospinning loaded with different concentrations of caffeine (as a model drug). Morphological and physicochemical characterization was performed using scanning electron microscopy (SEM), infrared spectroscopy with Fourier transform (FTIR), confocal Raman microscopy, X-ray diffraction (XRD) and thermogravimetric analysis (TGA). Caffeine release profile was obtained by in vitro release assays, in PBS under controlled conditions. Drug quantification was performed by UV-Visible spectroscopy at 273 nm. In addition, mathematical models proposed by Higuchi, Korsmeyer-Peppas, and ZeroOrder were evaluated to establish the kinetics and mechanisms that govern the caffeine release from the PLA matrices.
En el campo de las ciencias farmacéuticas, la liberación controlada se refiere a sistemas de administración de fármacos a los cuales se les ha variado las características de liberación, mediante modificaciones físicas o químicas, con la finalidad de lograr un efecto terapéutico más prolongado en el tiempo. Numerosos materiales y técnicas de fabricación han sido exploradas para la obtención de soportes de liberación, entre las que destacan la potente técnica del electrohilado. El electrohilado permite la fabricación de fibras de polímero a escala nano y micrométrica. Las fibras se generan mediante la aplicación de un campo eléctrico fuerte sobre una solución polimérica. Varios polímeros (sintéticos, naturales e híbridos) se han electrohilado con éxito. Las ventajas de usar fibras electrohiladas en la administración de fármacos incluyen: (1) alta carga de fármaco (hasta 60% en relación con el peso de polímero empleado) y eficiencia de encapsulación del fármaco (hasta 100%), (2) la variedad de polímeros que se pueden electrohilar disminuye el problema de compatibilidad con el fármaco a encapsular (3) capacidad para modular la liberación, variando la composición, morfología o funcionalización de la matriz y (4) simplicidad del proceso y bajo costo. Los polímeros más comúnmente utilizados para liberación sostenida son los poliésteres biodegradables como el ácido poliláctico (PLA), ya que es un material biocompatible, biológicamente inerte y aprobado por la Administración de Alimentos y Medicamentos (FDA), además de que, al ser biodegradable, no es necesario realizar cirugía para extraerlo del cuerpo y sus productos de degradación no son tóxicos. La cafeína es una metilxantina que estimula el sistema nervioso central, creando una condición de vigilia y una mayor actividad mental y motora. Además, se usa en combinación con analgésicos en el tratamiento de algunos tipos de migraña, enfermedad que en casos graves resulta incapacitante. En este estudio, se obtuvieron matrices de fibras de PLA mediante electrohilado cargadas con diferentes concentraciones de cafeína (como fármaco modelo). Para su caracterización morfológica y fisicoquímica se utilizaron las técnicas de microscopía electrónica de barrido (SEM), espectroscopía infrarroja con trasformada de Fourier (FTIR), microscopía Raman confocal, Difracción de Rayos X (DRX), resonancia magnética nuclear (RMN) y análisis termogravimétrico (TGA). El perfil de liberación de cafeína fue obtenido mediante ensayos de liberación in vitro, en PBS bajo condiciones controladas. La cuantificación del fármaco se realizó mediante espectroscopía UV-Visible a una longitud de onda de 273 nm. Además, se evaluaron los modelos matemáticos propuestos por Higuchi, Korsmeyer-Peppas y Orden 0 para establecer las cinéticas y mecanismos que rigen la liberación de cafeína desde las matrices de PLA.
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