Elaboración y caracterización de una suspensión farmacéutica

OBJETIVOS

·         Preparar varias formulaciones de suspensiones.

·         Determinar las propiedades físicas, velocidad de sedimentación, densidad relativa y pH.

·         Discutir el efecto de los componentes en las propiedades de las suspensiones.

INTRODUCCIÓN

Las suspensiones son preparados líquidos constituidos por partículas sólidas dispersadas en una fase líquida en la cual las partículas no son solubles. Éstos productos se diseñana para administrarse por diferentes vías como: suspensiones orales, suspensiones inyectables y suspensiones tópicas. Algunas suspensiones están preparadas y listas para su uso, mientras que otras se presentan como mezclas de polvos para reconstituirse antes de su uso, con el vehículo que corresponda. Algunas suspensiones se preparan asépticamente y se emplean como inyectables o colirios. Las suspensiones se deben agitar antes de emplearse para asegurar la uniformidad del sólido en el vehículo y así asegurar la dosificación uniforme y apropiada, además requieren conservación en envases de cierre perfecto (Botella, 2004).

DESARROLLO EXPERIMENTAL

·         Elaborar las siguientes formulaciones:

·         Para los componentes de la fórmula:

—  Determinar para cada formulación:

a)      Velocidad de sedimentación

b)      Viscosidad

c)       Densidad relativa

d)      pH

e)      Control microbiológico (* no se realiza)

f)       Cuando proceda, completar con exigencias de la farmacopea

RESULTADOS

Tabla 1. Composición de cada una de las formulaciones de suspensión preparadas.

COMPOSICIÓN (%w/v)	A	B	C	D	E
Avicel	-	0.2	0.2	0.15	0.2
Carboximetil celulosa	-	-	-	0.04	-
Cloruro de aluminio	-	-	0.1	0.1	-
Fosfato disódico	-	-	-	-	0.1
Sulfadiazina	2	2	2	2	2
Alcohol etílico	5	5	5	5	5
Agua	20 ml	20 ml	20 ml	20 ml	20 ml

Tabla 2. Tiempos de sedimentación obtenidos para cada una de las formulaciones. El experimento se hizo por duplicado y se muestra el promedio obtenido.

Formulación	ts (s)	ts (s)	Tprom (s)
A	68	82	75
B	80	100	90
C	72	71	71.5
D	90	30	60
E	71	60	65.5

Tabla 3. Densidad medida de cada formulación (véase Memoria de cálculos)

Formulación	Densidad g/cm3
A	1.00551
B	1.02262
C	0.98876
D	0.97176
E	0.99623

Tabla 4. pH medido en cada una de las formulaciones. pH_i se refiere al pH inicial medido inmediatamente después de preparadas las suspensiones, y pH_f se refiere al pH después de 7 días de mantener las formulaciones en reposo a temperatura ambiente.

Formulación	pHi	pHf
A	6.02	6.64
B	5.9	6.4
C	3.43	3.58
D	3.53	3.22
E	7.33	7.42

Figura 1. pH medido inmediatamente después de preparar la formulación (pH incial) y pH medido a los 7 días de dejar en reposo a temperatura ambiente.

Tabla 5. Descripción macroscópica de cada una de las formulaciones.

Formulación	DESCRIPCIÓN
A	Poca espuma, parcialmente sedimentada
B	Totalmente sedimentada
C	Mucha espuma, parcialmente sedimentada
D	Totalmente sedimentada, sin espuma
E	Mucha espuma, totalmente sedimentada

Figura 2. Fotografías de las suspensiones A-E, donde se puede apreciar el nivel de espuma.

Figura 3. Tiempos de sedimentación medidos para cada una de las formulaciones de la Tabla 2.

Figura 4. Densidades medidas de cada una de las formulaciones A-E.

Figura 5. Gráfico pentagonal donde se aprecia el cambio de pH en las formulaciones A-E. Se observa que para todas excepto para D, el pH aumenta ligeramente.

DISCUSIÓN

La figura 1 muestra el pH medido después de preparar las formulaciones, inicialmente el pH de la formulación A y B es aproximadamente 6, mientras que para las formulaciones C y D el pH es mucho más bajo en comparación con el obtenido en A y B, esto se debe a la presencia de cloruro de aluminio en estas últimas formulaciones; el cloruro de aluminio es un ácido y su presencia en estas formulaciones y ausencia en las otras tres explica los resultados obtenidos en esta gráfica. Por su parte, la formulación E fue la más básica de todas, teniendo un pH de 7.4 debido a que era la única formulación con fosfato disódico.

Después de 7 días se volvió a medir el pH observándose un ligero aumento de pH en todas las formulaciones excepto en la D, en ella el pH disminuye tal y como se observa en el gráfico pentagonal de la figura 5, la única diferencia de la formulación D a las demás fue que se le añadió carboximetilcelulosa lo cual es improbable que haya afectado sobre el pH porque es un agente suspensor, esto hace pensar que tal vez su descenso en el pH se debió a una contaminación por m.o. o por una posible incompatibilidad del p.a. el fosfato disódico.

El tiempo de sedimentación fue similar en las formulaciones A, B y E, y fue mayor en la formulación B debido a que tiene Avicel, un excipiente muy utilizado en farmacia debido a su amplia gama de usos y su excelente capacidad como agente suspensor; la formulación D obtuvo el menor tiempo de sedimentación contrario a todo lo que se esperaba debido a que tiene 2 agentes suspensores (tanto Avicel como carboximetilcelulosa), cabe señalar que el experimento no fue realizado en condiciones óptimas debido a fallas en la preparación del mismo, por ello, se añade un capítulo de recomendaciones donde se muestra un estudio para medir el grado de floculación de las suspensiones con un método estandarizado.

En todas las densidades de las formulaciones se observan variaciones importantes, teniendo la formulación B la mayor densidad y la D la menor. Cabe señalar que el comportamiento que tienen las formulaciones en la variación de densidad y tiempo de sedimentación parece ser similar, siguiendo esta lógica es posible que la densidad de la suspensión sea directamente proporcional al tiempo de sedimentación que presentan, siendo los agentes suspensores los responsables de mantener por más tiempo la homogeneidad en la suspensión al aumentar su densidad, habría que también considerar al aumento de la viscosidad en cada formulación para comparar si el aumento en el tiempo de sedimentación está relacionado con una variación en la viscosidad.

El etanol agregado en todas las formulaciones tiene la función de agente conservante.

CONCLUSIONES 

Se obtuvieron diferentes suspensiones, debido a que se le agregó a cada una distintos excipientes, los cuales hicieron variar su pH, velocidad de sedimentación y su densidad.

Se observó que las suspensiones que tenían agentes suspensores, tuvieron un tiempo de sedimentación alto, y esto fue directamente  proporcional a la densidad de la suspensión.

En la mayoría de las suspensiones el pH no vario a través del tiempo, por lo que fueron estables.

CUESTIONARIO

1.      ¿Qué son las nanosuspensiones y cómo se preparan?

Consiste en un fármaco pobremente soluble en agua suspendido en una dispersión sin matriz alguna. Una nanosuspensión no sólo resuelve el problema de baja solubilidad, sino que también altera la farmacocinética del fármaco y mejora la seguridad y eficacia (Patel, 2011).

Explicaremos el método de precipitación y luego presentaremos una tabla que compara las principales ventajas y desventajas de los demás métodos.

El método de precipitación es un método generalmente usado para preparar partículas submicrónicas de fármacos poco solubles. En éste método, el fármaco se disuelve en el solvente en el que es insoluble en presencia de un surfactante. La adición rápida de la solución a tal solvente (generalmente agua) lleva a la rápida sobresaturación del fármaco en la solución y a la formación de fármacos ultra finos amorfos o cristalinos. Éste método incluye la formación del núcleo y crecimiento del cristal que dependen principalmente de la temperatura. Una alta velocidad de nucleación y un bajo crecimiento cristalino son requerimientos primarios para preparar una suspensión estable con un mínimo de tamaño de partícula (Bodmeier, 1998).

Tecnica	Ventajas	Desventajas
Precipitación	Proceso simple.       Productos estables.       Bajo requerimiento energético.       Bajo costo de equipos.       Fácil de escalar.	El crecimiento de cristales se necesita detener por medio de la adición de surfactantes.       El fármaco necesita ser soluble en al menos un solvente.       Amplio rango de distribución de tamaño y  potencial toxicidad de solventes no acuosos.
Homogenización a altas presiones	Técnica simple       Aplicabilidad general a la mayoría de los fármacos.       Formación de nanosuspensiones muy diluidas o muy concentradas.       Producción aséptica.	Alto número de ciclos de homogenización.       Pretratamiento de partículas de fármaco micronizadas y materiales antes de llevar a homogenización.       Se puede contaminar por iones metálicos que vienen de la pared del homogenizador.
Molienda	Alta flexibilidad de manejo.       Baja variación de tamaño de partícula entre lotes.       Fácil de escalar.	Posible erosión del material       Requiere procesos de molienda por horas o días       La molienda puede inducir la formación de amorfos que sean inestables
Emulsificación tibia	Se evitan solventes orgánicos.	Formación de partículas grandes       Difusión del solvente

2.      ¿Qué es un sistema floculado y un sistema defloculado?

La floculación es el proceso que sigue a la coagulación, que consiste en la agitación de la masa coagulada que sirve para permitir el crecimiento y aglomeración de los flóculos recién formados con la finalidad de aumentar el tamaño y peso necesarios para sedimentar con facilidad. Estos flóculos inicialmente pequeños, crean al juntarse aglomerados mayores que son capaces de sedimentar.

El término deflocular es la conversión un material sin fluidez, (masa pastosa de alta densidad), en un fluidosusceptible de escurrirse sin agregar líquidos adicionales (de ahí el término reología, que en griego significa escurrido).

3.      ¿Cómo se determina la viscosidad en una suspensión?

Las suspensiones, al igual que las emulsiones, pinturas, etc. se clasifican como fluidos no newtonianos, y por ello medir su viscosidad resulta hasta cierto punto complejo y su estudio pertenece al campo de la reología Usualmente se utilizan diferentes equipos como  viscosímetros de cono y plato, plato,  cilindros concéntricos o de capilar, etc.

FIGURA 6. Diagrama esquemático de un viscosímetro de cilindros concéntricos.

Para conocer el comportamiento viscoso de un líquido es necesario determinar el esfuerzo de corte y la rapidez de deformación. Estas cantidades dependen del área de contacto, de la fuerza necesaria para mover la placa superior a una velocidad constante v y del espaciamiento entre las placas a una presión, temperatura y volumen constante.

Imaginemos que se tiene un líquido entre dos placas separadas una distancia L. La placa superior se mueve a una velocidad constante v debido a la acción de una fuerza F.

FIGURA 7. Diagrama de un fluido en flujo cortante simple.

En este caso, el esfuerzo de corte τ que ejerce la placa superior al líquido está definido por la ecuación tao=F/A.

A= área de la placa superior en la cual se aplica la fuerza.

F = Las unidades del esfuerzo en el Sistema Internacional (SI) son los Pascales ó N/m2

La deformación se calcula con la ecuación:

V = velocidad de la placa superior.

X = desplazamiento del material.

L= espacio entre la placa superior y la inferior.

Y la viscosidad se define como:

Puede haber 4 casos posibles: que el fluido sea newtoniano, no newtoniano adelgazante, no newtoniano dilatante y fluido de Bingham, como se muestra en la siguiente figura:

FIGURA 8. Representación de curvas de flujo para diferentes fluidos.

1) Fluido newtoniano, 2) Fluido no newtoniano adelgazante,

3) Fluido no newtoniano dilatante, 4) Fluido de Bingham.

Para el caso específico de los fluidos no newtonianos, la fuerza de torque se expresa mediante las siguientes ecuaciones:

K y n = constantes (n<1 fluidos adelgazantes, n>1 fluidos dilatantes)

Y la viscosidad:

MEMORIA DE CÁLCULOS

A continuación se muestra la memoria de cálculos para obtener la densidad de cada formulación:

Primero se midió el peso de cada matraz vacío y con la formulación, asimismo, también se midió el peso de agua que cabía en el matraz para determinar la densidad relativa de la formulación.

Tabla 6. Pesos de los matraces vacíos y con formulación o agua pura para la determinación de la densidad.

Formulación	Matraz vacío (g)	Matraz con suspensión (g)	Formulación (g)	Agua (g)
A	13.0734	23.1285	10.0551	9.9319
B	12.2249	17.338	5.1131	4.9905
C	12.2069	17.1507	4.9438	4.8887
D	11.839	16.6978	4.8588	4.9474
E	13.8855	23.8478	9.9623	9.9258

Después se determinó la densidad relativa dividiendo el peso de formulación sobre el peso equivalente de agua.

Tabla 7. Densidad relativa al agua a 20ºC en cada una de las formulaciones.

Formulación	Densidad relativa
A	1.012404474
B	1.024566677
C	1.01127089
D	0.982091604
E	1.003677285

Después se determinó la densidad medida dividiendo el volumen en la etiqueta de cada matraz:

Formulación	Densidad g/cm3
A	1.00551
B	1.02262
C	0.98876
D	0.97176
E	0.99623

Finalmente, con éstas dos densidades y sabiendo que la densidad del agua a 20ºC es de 0.99829 g/cm³, se determinó el volumen real del matraz  y se comparó con el volumen reportado en la etiqueta:

Tabla 8. Variación del volumen calculado con la masa de agua respecto al volumen reportado en el matraz volumétrico.

Formulación	Volumen real del matraz (mL)	Volumen reportado en la etiqueta (mL)	% Error VOLUMEN
A	9.94891264	10	0.5134
B	4.99904837	5	0.0190
C	4.897074	5	2.1017
D	4.95587455	5	0.8903
E	9.94280219	10	0.5752

RECOMENDACIONES

Para mejorar la práctica, es necesario incluir un estudio del grado de floculación, similar al de tiempo de sedimentación pero más estandarizado; en este estudio se añaden 25 ml de cada formulación a un tubo de ensayo del mismo diámetro y con la misma altura. Debe haber un tubo patrón que en su formulación no contenga si agentes suspensores ni agentes viscosantes y que por lo tanto será la menos floculada y tendrá el sedimento más compacto.

Posteriormente se deja reposar 24 horas y se mide la altura de la sedimentación.

Se calcula el grado de floculación (también llamado factor β) para cada uno de los tubos con la siguiente expresión:

Según este método, la mejor formulación es la que tenga la altura de sedimentación más grande y por lo tanto el grado de floculación más alto. Una formulación floculada tendrá un menor tiempo de sedimentación (debido a que el sedimento ocupara gran parte del volumen de la suspensión inicial), gran volumen del sedimento y será fácil su redispersión; mientras que la formulación defloculada tendrá un largo tiempo de sedimentación con un pequeño volumen del sedimento y sea difícil su redispersión.

Ejemplo de una tabla de resultados: 

Altura en cm	Tubo I	Tubo II	Tubo III	Tubo IV
	3 cm	5 cm	4 cm	2.5 cm
Grado de floculación *	1.2	2	1.6	Patrón

 

BIBLIOGRAFÍA

·         Bodmeier R, McGinity JM. Solvent selection in the preparation of poly (DL-lactide) microspheres prepared by solvent evaporation method. Int J Pharm.1998;43:179–86

·         Botella, A. y Bermejo, M. (2004). Farmacia práctica: Manual auxiliar de farmacia (1ª ed.). España: Editorial MAD, pp. 147-149

·         Patel, V. R. y Agrawal, Y.K. Nanosuspension: an approach to enhance solubility of drugs. J. Adv. Pharm. Tech. Res., 2011, 2(2): 81-87

·         Mendez, A. Perez, L. Paniagua, A. Determinación de la viscosidad de fluidos  newtonianos y no newtonianos. UNAM, FES Cuautitlán, 2010. Consultado el dia 22/11/2013. Disponible en línea:

http://www.journal.lapen.org.mx/jan10/LAJPE_349_Mendez_Sanchez_preprint_corr_f.pdf