PT1590077E

PT1590077E - Sistemas para microencapsulaão e suas aplicaães

Info

Publication number: PT1590077E
Application number: PT04703414T
Authority: PT
Inventors: Dominique Duchene; Amelie Bochot; Huguette Alphandary; Elias Fattal
Original assignee: Centre Nat Rech Scient; Universit Paris Xi
Priority date: 2003-01-20
Filing date: 2004-01-20
Publication date: 2010-07-22
Also published as: AU2004208524A1; JP4982178B2; FR2850040B1; WO2004066906A2; EP1590077A2; CY1110227T1; ATE466656T1; DK1590077T3; CA2513781A1; US20060188464A1; EP1590077B1; WO2004066906A3; AU2009213074A1; CA2513781C; JP2006519779A; ES2345550T3; DE602004026997D1; AU2004208524B2; FR2850040A1; US20090047314A1

Description

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DESCRIÇÃO "SISTEMAS PARA MICROENCAPSULAÇÃO E SUAS APLICAÇÕES" A presente invenção tem por objecto sistemas para encapsulação de substâncias de interesse, e as suas aplicações. A microencapsulação agrupa o conjunto de tecnologias que permitem a preparação de microesferas individualizadas, constituídas por um material de revestimento contendo uma matéria activa. As microesferas, também chamadas microparticulas, apresentam um tamanho compreendido entre 1 ym e vários mm e contêm tipicamente entre 5 e 90 % (em peso) de matéria activa. As matérias activas são de origem muito variada: princípios activos farmacêuticos, activos cosméticos, aditivos alimentares, produtos fitossanitários, essências perfumadas, microrganismos, células, ou ainda catalisadores de reacções químicas. Os materiais de revestimento são polímeros de origem natural ou sintética, hidrófobos ou hidrófilos, ou lípidos.

As microesferas preparadas a partir de materiais poliméricos hidrófobos são geralmente preparadas por técnicas de separação de fase (coacervação ou extracção-evaporação de solvente), ou por polimerização, ou por policondensação. As técnicas de separação de fase utilizam geralmente solventes orgânicos que apresentam um certo número de inconvenientes: eliminação para a atmosfera, remanescência no seio de sistemas galénicos, desnaturação de certas moléculas microencapsuladas. Os métodos por polimerização ou policondensação, embora possuam a vantagem de não utilizar solventes, apresentam o inconveniente de utilizar materiais muito reactivos, capazes de reagir com 2 as substâncias encapsuladas no seio das microesferas. Por fim, a maior parte dos materiais que compõem estas matérias-primas são substâncias sintéticas, cuja nocividade para o ambiente ou o organismo nem sempre é conhecida.

As microesferas formadas a partir de materiais poliméricos hidrófilos são geralmente preparadas por técnicas de gelificação ou de coacervação. Esta técnica, que permite encapsular moléculas sob a forma liquida ou sólida, é baseada na dessolvatação de macromoléculas, que conduz a uma separação de fases no seio de uma solução. Em geral, com os polímeros hidrófilos, procede-se a uma coacervação complexa, em que a dessolvatação se efectua em dois polímeros. Pode efectuar-se, por exemplo, por ajustamento do pH da solução que contém os polímeros, de maneira a que as cargas positivas do primeiro polimero equilibrem as cargas negativas do segundo, formando uma precipitação e um revestimento dos materiais a encapsular. A membrana gelifiçada é em seguida reticulada pelo glutaraldeido. Esta técnica é dirigida, sobretudo, a materiais lipófilos (óleos vegetais ou minerais, ou óleos essenciais). As microesferas podem ser preparadas por gelificação iónica. Neste caso, uma solução de alginato ou de pectinato de sódio é injectada (por "prilling") numa solução de cloreto de cálcio. Em contacto com esta solução, as gotas gelificam, formando microesferas.

No que se refere à utilização de materiais lipídicos, a microencapsulação é efectuada por gelificação térmica. Este processo, chamado «hot melt», assenta na fusão do material de revestimento. A matéria activa a encapsular é dissolvida ou dispersa neste material fundido. 0 conjunto é emulsionado numa fase dispersante, cuja temperatura é mantida superior à temperatura de fusão do revestimento. A 3 solidificação dos glóbulos dispersos é obtida arrefecendo-se brutalmente o meio. A par deste tipo particular de microencapsulação, distinguem-se as fases moles (micelas, liposomas, esferulites, microemulsões, emulsões, etc.) e a encapsulação molecular (ciclodextrinas).

Os trabalhos dos inventores neste dominio mostraram que era possível formar novos sistemas utilizáveis para capturar substâncias de interesse por simples agitação orbital, à temperatura ambiente ou próxima da ambiente, a partir de compostos capazes de interagir com substâncias oleosas. A invenção tem, portanto, por objectivo, fornecer novos sistemas para a microencapsulação de grande estabilidade à armazenagem, possuindo nomeadamente uma sensibilidade elevada ao cisalhamento, o que permite libertar facilmente o seu conteúdo. A invenção tem igualmente por objectivo as aplicações destes sistemas, em particular em terapêutica, em cosmética e no domínio alimentar.

Os sistemas para microencapsulação da invenção são caracterizados por serem elaborados a partir de substâncias oleosas e de açúcares, e formarem um conjunto essencialmente organizado.

Esta organização corresponde mais particularmente aos empilhamentos de estruturas cristalinas. Sistemas deste tipo apresentam, por exemplo, uma organização em estruturas cristalinas de tipo hexagonal ou pseudo-hexagonal. 4 0 termo «açúcar», tal como é utilizado na descrição e nas reivindicações, designa polissacarideos e/ou oligos-sacarídeos, e/ou amidos, e/ou os seus derivados.

Num modo preferido de realização da invenção, os referidos açúcares são oligossacarideos e, em particular, ciclodextrinas e os seus derivados. A ciclodextrina a é particularmente vantajosa, tendo em conta a sua aptidão para formar complexos de inclusão com substâncias oleosas.

Noutros modos de realização da invenção, os referidos açúcares são polissacarideos, como o amido.

Os diferentes açúcares e substâncias oleosas acima citadas correspondem a moléculas naturais ou sintéticas.

As substâncias oleosas que entram na composição dos sistemas da invenção são liquidas ou semissólidas e são capazes de formar a fase oleosa de uma emulsão. Citam-se mais especialmente os óleos ou os seus componentes. Trata-se, nomeadamente, de ácidos gordos, de mono-, di- ou triglicéridos.

Os óleos apropriados compreendem óleos vegetais, como o óleo de soja, de gérmen de trigo, de abacate ou amêndoa doce, ou óleos animais, como o óleo de onagro, óleos sintéticos ou minerais como o óleo de parafina.

Nos sistemas definidos acima, as substâncias oleosas podem estar em estado disperso e/ou sob a forma de complexos de inclusão, por exemplo, com as ciclodextrinas e, em particular, a ciclodextrina a. 5

Podem ser capturadas substâncias de interesse nas referidas substâncias oleosas. A invenção visa, portanto, os sistemas que encerram, além disso, uma ou várias substâncias de interesse escolhidas entre substâncias que não afectam a organização do conjunto e a sua estabilidade.

Estas substâncias de interesse são substâncias solúveis em água ou substâncias lipossolúveis. A invenção permite, vantajosamente, formular moléculas frágeis, sensíveis à oxidação ou à luz, ou que podem ser desnaturadas pelos métodos de encapsulação clássicos, que recorrem a solventes orgânicos, e/ou meios tensioactivos, cuja extracção total é difícil ou mesmo impossível, a uma temperatura elevada, ou ainda a forças de cisalhamento demasiado elevadas.

De acordo com um modo de realização da invenção, os sistemas da invenção apresentam-se nomeadamente sob a forma de esferas sólidas, de estrutura cheia. Tais esferas apresentam, de maneira geral, uma granulometria de mícrons a vários centímetros, nomeadamente de 0,1 a 8 mm, ou ainda de 0,1 a 5 mm, em particular de 0,5 a 3 mm.

Num outro modo de realização da invenção, os sistemas apresentam-se sob a forma de uma fase compacta ou fluida.

Estes diferentes sistemas podem ser igualmente secos, liofilizados, postos em suspensão num meio aquoso ou não aquoso, liquido ou gelifiçado. 6

Sob a forma de esferas secas, liofilizadas ou não, os sistemas da invenção podem ser introduzidos em cápsulas. A invenção visa igualmente um processo de preparação dos sistemas definidos acima.

Este processo é caracterizado por compreender os passos: - de adição de substâncias oleosas a uma solução ou suspensão aquosa de um açúcar, capaz de interagir com as referidas substâncias oleosas formando os sistemas da invenção; - de agitação moderada do meio, a uma temperatura de 15 a 40°C, de preferência de 18 a 37°C, mais particularmente de 20 a 30°C, nomeadamente de 20 a 25°C, e de recuperação dos sistemas formados. A agitação é realizada em condições de velocidade e de duração que permitam obter esferas sólidas de estrutura cheia, sendo estas últimas recuperadas, lavadas e eventualmente secas e liofilizadas. Como variante, a agitação é parada antes da formação destas esferas, e as fases intermediárias são recuperadas, mais especialmente a fase compacta definida mais acima.

Para melhorar a solubilidade das moléculas de interesse, pode prever-se a utilização de um co-solvente.

De maneira vantajosa, este processo não exige nem a utilização de solventes orgânicos, nem de um passo de aquecimento, nem um consumo elevado de energia, o que constitui um avanço de grande interesse no domínio da encapsulação. 7 É de notar que este processo de fabricação de esferas não necessita de aparelhagens especiais para a fabricação, tais como turbinas, homogeneizadores, ou "hottes" especificas. A agitação necessária para formar as esferas consome apenas muito pouca energia. O processo de fabricação não faz intervir solventes orgânicos nem meios tensioactivos, o que representa uma vantagem em termos de segurança. Os materiais utilizados para a formação das esferas e das fases intermédias são não tóxicos e biodegradáveis (substâncias oleosas, açúcares). É possivel formar esferas com estes açúcares, nomeadamente os polissacarídeos e oligossacarideos, e em particular as ciclodextrinas sem reticulação. Os materiais utilizados estão disponíveis facilmente no mercado e a um custo moderado. A invenção fornece assim meios de grande simplicidade e de baixo custo para fabricar novos sistemas utilizáveis em numerosos sectores da indústria. A invenção visa, em particular, a sua aplicação em terapêutica, onde permitem, nomeadamente, encapsular princípios activos de medicamentos e constituem novas formas galénicas ou qualquer outra forma intermédia utilizáveis na realização de outras formas de administração (cápsulas, grânulos, compactos, etc.) para uma administração por via oral. Os princípios activos encapsulados de acordo com a invenção podem ser igualmente administrados por via cutânea e sobre as mucosas. A invenção visa também, nomeadamente, a sua aplicação em cosmética para a encapsulação de substâncias activas em cosmetologia e/ou pigmentos e/ou colorantes e/ou produtos naturais ou sintéticos que entram na composição de perfumes, aromas, ou fragrâncias. A utilização dos sistemas 8 permite assim realizar novas formulações, utilizáveis, por exemplo, como produtos de maquilhagem. Podem assim ser elaboradas formas e apresentações, tais como, compactos, barras de esferas, geles fluidos de esferas, esferas de banho ou outros.

Uma outra aplicação de interesse refere-se ao dominio alimentar. Podem ser preparadas novas formulações de produtos dietéticos, alimentos ou «alicamentos». É de notar que, nestas aplicações, os sistemas apresentam a vantagem de mascarar os odores ou os gostos desagradáveis. É de referir ainda a aplicação dos sistemas da invenção nas indústrias agronómicas, por exemplo, para a encapsulação de pesticidas, ou em pinturas que contêm pigmentos minerais ou orgânicos e que utilizam diferentes tipos de ligantes (de água, de óleo, etc.) sob a forma liquida ou de pasta, pinturas no estado seco (lápis, pastéis, pó granulado, etc.), ou revestimentos gordos.

Outras características e vantagens da invenção serão dadas nos exemplos que se seguem, que se referem a modos de realização da invenção que utilizam, a titulo ilustrativo, a ciclodextrina a, como oligossacarídeo, e óleos vegetais ou animais, como substâncias oleosas.

Nestes exemplos, será feita referência às figuras 1 a 5, que representam, respectivamente, - as figuras la a lc: fotografias em microscopia electrónica de varrimento, de esferas inteiras antes da liofilização (figura la), liofilizadas (figura lb): (Gx30) e na sua superfície (G x 625) (Figura lc)/ 9 - as figuras 2a e 2b: fotografias em microscopia electrónica de transmissão, de uma criofractura de esferas (G x 30000) (figura 2a); a parte ampliada (G x 78000) (figura 2b); - as figuras 3a a 3c: uma fotografia de cristais observados em microscopia óptica (Gx650) (Figura 3a) ; uma fotografia em microscopia óptica confocal de cortes semi-finos de esferas marcadas com vermelho do Nilo incluido em resina, imagem em transmissão (Gx64) (figura 3b), e uma fotografia em microscopia electrónica de varrimento de cristais após a extracção com isopentano (Gx4000) (figura 3c) .

Exemplo 1: formação de esferas a parti de ciclodextrina α e de óleos vegetais

Num primeiro passo, introduz-se num balão ciclodextrina (a-CD) (3 a 6% m/m) solubilizada ou não numa fase aquosa que representa 67 a 82% da massa total. É adicionada à superfície da água uma fase oleosa, formada por óleo de soja (15 a 30% m/m). O pH da fase aquosa pode ser ajustado de pH 2 a 9,3. A molécula a encapsular pode ser adicionada a uma das duas fases: uma molécula hidrossolúvel pode ser adicionada a fase aquosa e uma molécula liposolúvel pode ser adicionada à fase oleosa. O balão é então fechado, em seguida é agitado (ROTATEST, Bioblock Scientific) a uma velocidade de 200 rotações por minuto, num banho-maria termostatado (28°C). Após um período de cerca de 0,5 a 30 dias, mas mais geralmente de 2 a 3 dias, formam-se esferas de cor branca mais ou menos esféricas. Vários estados intermédios (estados fluidos, depois compactos) precedem a formação das esferas. A cinética de formação de esferas, nas condições ensaiadas, é mais lenta a pH ácidos. Para valores de pH de 9,5 a 10,3 as fases permanecem compactas. 10

Trabalhando-se com concentrações de óleo de soja de 12-24% m/m, com água desmineralizada de 70-82% m/m e de CD-α de 3,3-6% m/m, obtêm-se, em 0,5 a 5 dias, esferas de 0,5 a 3 mm, e um meio de suspensão claro, que não apresenta glóbulos oleosos, ou apresenta poucos glóbulos.

Para os ensaios a seguir foi utilizada uma mistura ternária de 2,88 mL de óleo de soja, 10 mL de água desmineralizada de pH 5,5-6, e 0,813 g de α-ciclodextrina.

As esferas obtidas são estáveis (durante pelo menos 3 anos) e em suspensão numa fase dispersante, cuja turbidez varia. Com efeito, as esferas preparadas nas condições acima apresentam uma distribuição de tamanhos homogénea e encontram-se numa fase dispersante clara. As esferas que apresentam uma distribuição de tamanhos mais heterogénea, encontram-se numa fase esbranquiçada.

As esferas em suspensão na água, secas ou liofilizadas, podem ser dispersadas no seio de hidrogeles, por exemplo, de Carbomer, de celulose ou de poloxâmero 407. É de notar que estes tratamentos, nomeadamente a sua secagem ou a sua liofilização, não alteram as suas caracteristicas, o que apresenta um interesse para a sua conservação.

As esferas são capazes de sofrer outras operações, tais como a filtração à pressão normal, a centrifugação a baixa velocidade, a secagem em estufa (as esferas tornam-se então transparentes). 11

Nas figuras la-lc apresentam-se as fotografias em microscopia electrónica de varrimento da superfície de uma esfera de acordo com a invenção antes da liofilização (figura la), de uma esfera liofilizada (figura lb), (Gx30), e uma vista da superfície (Gx625) (figura lc) . Este exame mostra uma superfície com asperezas, quer as esferas estejam ou não liofilizadas. A estrutura interna das esferas foi igualmente estudada. Para este efeito, as esferas em suspensão na água sofreram uma criofractura e as réplicas foram observadas em microscopia electrónica de transmissão. Como mostram as figuras 2a e 2b, as esferas têm uma estrutura matricial, quer dizer, cheia, apresentando estruturas globulosas e elementos regulares, angulosos, de cerca de 30 nm.

As esferas são constituídas por compartimentos lipófilos (óleo) e hidrófilos (ciclodextrina). As imagens obtidas em microscopia confocal mostram uma repartição da calceina (marcador fluorescente hidrófilo) à superfície das esferas e uma repartição esporádica do vermelho do Nilo (marcador fluorescente dos lípidos) à superfície e no interior destas últimas. A análise microscópica dos meios de suspensão das esferas não põe em evidência uma presença significativa de gotículas de óleo, mostrando que o óleo está bem capturado no sistema. A presença de numerosos cristais pseudohexagonais, de tamanho heterogéneo, compreendido entre 10 mm e alguns mícrones, no seio das esferas foi mostrada por microscopia óptica (figura 3a) , confocal (figura 3b) e electrónica de varrimento (figura 3c). Estes cristais puderam ser isolados por tratamento com isopentano e postos em evidência por microscopia electrónica de varrimento, microscopia 12 electrónica de transmissão (criofractura, coloração negativa, cortes ultrafinos, difracção dos electrões) e por difracção dos raios X em ângulos pequenos e grandes.

Estabilidade das esferas em meios biológicos

Na óptica de uma administração das esferas, por via oral, de princípios activos, foram realizados ensaios de estabilidade das esferas liofilizadas e não liofilizadas, em meios que simulam os líquidos digestivos postos sob agitação a 37°C (estômago, meio pH 1,2/ intestinos, pH 6,8: meios descritos pela Farmacopeia Americana USP XXIII).

As esferas são estáveis cerca de 5H30 no meio estomacal e cerca de 4H30 no meio intestinal. Para além destes tempos, é observada uma diminuição do número de esferas e do seu tamanho. Foram registados resultados quase semelhantes com esferas liofilizadas e não liofilizadas.

Exemplo 2: encapsulação de moléculas nas esferas Trabalha-se como foi descrito no exemplo 1, mas utilizando-se, como moléculas de interesse, moléculas activas em terapêutica ou utilizáveis em cosmética, como pigmentos ou corantes, de acetato de vitamina E, de benzofenona, de isotretinoína.

Apresenta-se no quadro seguinte o diâmetro das esferas obtidas e o tempo de formação. 13 13 Moléculas concentração Diâmetro das Tempos de esferas formação Farmácia 5-metoxi- 0,52 mg/mL de 2 mm 2 dias psoraleno óleo cosmética acetato de vitamina E 23,4 mg/mL óleo de 2 mm 3 dias acetato de vitamina E 46, 9 mg/mL óleo de 2 mm 4 dias vitamina E 23,4 mg/mL óleo de 2 mm 7 dias benzofenona 1,9 mg/mL óleo de 2 mm 3 dias Marcador fluorescente Calceina 0,3 mg/mL de 2 mm 7 dias água Vermelho do Nilo 2 mm 3 dias Corantes lipossolúveis óxido de crómio (verde) 3 dias Amarelo de metilo 5,1 mg/mL óleo de 4 dias Sal de cobalto (azul) 3 dias Mica, dióxido de titânio, Óxido de ferro 5 dias Corantes solúveis em água Azul de metileno 4 dias Diversos cacau 2,7 mg/mL óleo de 2, 5 mm 7 dias

Verifica-se que a presença das moléculas lipófilas ou hidrófilas ensaiadas não modifica as caracteristicas das esferas, qualquer que seja o seu tamanho ou o seu tempo de formação. Além disso, foi mostrado que 30% do acetato de vitamina E é encapsulado (determinação por HPLC).

Foram igualmente preparadas esferas que encerram perfumes, por exemplo, Femme® de ROCHAS.

Exemplo 3: Formação de esferas na presença de co-solvente mas

Trabalha-se como foi descrito no exemplo 1, adicionando-se ao óleo ou à água um co-solvente. 14

Co-solvente Diâmetro das esferas Tempos de formação Etanol(200 pL em 2,68 mL de óleo) 1 mm 9 dias Miglyol (200 pL em 2,68 mL de óleo) 1 mm 3 dias Glicerina 5% em água desmineralizada 3 mm 3 dias Glicerina 10% em água desmineralizada 2 mm 3 dias Glicerina 15% em água desmineralizada 1,5 mm 3 dias

Exemplο 4: Formação de esferas após a pré-emulsificação da fase aquosa com a fase oleosa.

Trabalha-se como foi descrito no exemplo 1, mas a fase aquosa, que contém a ciclodextrina (a), é emulsionada com a fase oleosa com o auxilio de uma turbina de aqitação. A mistura obtida é submetida então às condições de aqitação descritas no exemplo 1.

Lisboa, 15 de Julho de 2010

Claims

1 REIVINDICAÇÕES 1. Sistemas para microencapsulação, caracterizados por serem elaborados a partir de substâncias oleosas e de açúcares, e por formarem um conjunto essencialmente organizado, correspondente a empilhamentos de estruturas cristalinas.

2. Sistemas de acordo com a reivindicação 1, caracterizados por apresentarem uma organização em estruturas cristalinas de tipo hexagonal ou pseudo-hexagonal.

3. Sistemas de acordo com as reivindicações 1 ou 2, caracterizados por os açúcares serem polissacarídeos e/ou oligossacarídeos, e/ou amidos, e/ou os seus derivados.

4. Sistemas de acordo com a reivindicação 3, caracterizados por os oligossacarídeos serem ciclodextrinas.

5. Sistemas de acordo com a reivindicação 4, caracterizados por se tratar de ciclodextrina a.

6. Sistemas de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizados por as substâncias oleosas serem ácidos gordos, mono-, di- ou triglicéridos.

7. Sistemas de acordo com a reivindicação 6, caracterizados por as substâncias oleosas serem óleos vegetais, como os óleos de soja, de gérmen de trigo, de abacate ou de amêndoa doce, óleos animais como o óleo de onagro, ou óleos sintéticos ou minerais. 2

8. Sistemas de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizados por as referidas substâncias oleosas estarem no estado disperso e/ou sob a forma de complexos de inclusão, por exemplo, com as ciclodextrinas e, em particular, com a ciclodextrina a.

9. Sistemas de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizados por encerrarem, além disso, uma ou várias substâncias de interesse.

10. Sistemas de acordo com a reivindicação 9, caracterizados por se tratar de substâncias solúveis em água ou de substâncias lipossolúveis.

11. Sistemas de acordo com a reivindicação 10, caracterizados por a ou as referidas substâncias serem terapeuticamente activas, em particular em fraca dose.

12. Sistemas de acordo com a reivindicação 10, caracterizados por a ou as referidas substâncias serem utilizáveis em cosmética.

13. Sistemas de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizados por se apresentarem sob a forma de esferas sólidas de estrutura cheia.

14. Sistemas de acordo com a reivindicação 13, caracterizados por uma granulometria do micron a vários centímetros, nomeadamente de 0,1 a 8 mm, ou ainda de 0,1 a 5 mm, em particular de 0,5 a 3 mm. 3

15. Sistemas de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 14, caracterizados por se apresentarem sob a forma de fases compactas.

16. Sistemas de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizados por se apresentarem sob a forma de esferas em suspensão, esferas secas ou liofilizadas, redispersas ou não num liquido aquoso ou não aquoso ou num gel.

17. Processo para a preparação de sistemas de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por compreender os passos: - de adição de substâncias oleosas a uma solução ou suspensão aquosa de açúcar capaz de interagir com as referidas substâncias oleosas, formando sistemas essencialmente organizados, correspondentes a empilhamentos de estruturas cristalinas, nomeadamente de tipo hexagonal ou pseudo-hexagonal; - de agitação moderada do meio, a uma temperatura de 15 a 40°C, de preferência de 18 a 37°C, mais particularmente de 20 a 30°C, nomeadamente de 20 a 25°C, e de recuperação dos sistemas formados.

18. Processo de acordo com a reivindicação 17, caracterizado por a agitação ser realizada em condições de velocidade e de duração que permitam obter esferas sólidas de estrutura cheia, ou uma fase compacta ou fluida. Lisboa, 15 de Julho de 2010 FIGURA ΙΑ 1/4

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FIGURA 1C

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4/4 FIGURA 3A