Emulsie

De la Wikipedia, enciclopedia liberă

Emulsiile sunt sisteme constituite din apă, ulei si surfactanţi, constituind lichide unice, relativ optic isotropice şi stabile termodinamic.

În general, emulsiile (simple sau multiple) prezintă stabilitate limitată. Pentru a forma emulsii utilizate pentru eliberarea medicamentelor, trebuie încetinită/micşorată destabilizarea cinetică prin utilizarea unor agenţi activi de suprafaţă. Aceştia pot, de asemenea, să formeze ei înşişi emulsii caracterizate prin dimensiuni mici ale particulelor. Formarea sistemelor de acest gen reprezintă un proces complex, care implică generarea şi stabilizarea unei noi interfeţe ulei-apa.

Tipul de emulsie (apă/ulei sau ulei/apă) depinde de un număr de factori, incluzând surfactantul, procentul de ulei şi apă, temperatura, concentraţia de sare şi prezenţa unor cosurfactanţi şi alţi cosoluţi.

Formarea unei emulsii presupune o creştere a suprafeţei intefaciale dintre cele două faze nemiscibile, şi este însoţită de o creştere a energiei libere. S-a sugerat că în cazul micşorării tensiunii interfaciale către zero, sistemele emulsifiază spontan, creând microemulsii.

Emulsiile pot rpmâne metastabile, rezistând un timp destul de lung pentru a fi folositoare în multe aplicaţii industriale, ca vopsele, acoperiri de suprafaţă, produse alimentare şi cosmetice.

Încă nu este bine înţeles fenomenul de metastabilitate a emulsiilor. Totuşi, s-au propus numeroase reguli pentru rezultatele experimentale obţinute la formarea şi distrucţia unei emulsii simple (inverse şi directe). Prima încercare de explicare a fost dată de regula Bancroft, conceptele HBL (balanţa hidrofil-lipofil) şi PIT (temperatura inversiei de fază). Toate aceste se refereau la legătura dintre termodinamica surfactanţilor din faza continuă a emulsiei şi topologia emulsiei (ulei/apă sau apă/ulei), care se formează şi persistă.

Un interes crescut s-a arătat încă din 1925 asupra sistemelor cu structura multiplă (emulsii duble) (fig.4), întrucât au fost considerate potenţiale rezervoare de substanţă încapsulată ce poate fi eliberată în condiţii variabile. Domeniile industriale au prezentat un interes evident către dezvoltarea tehnologică a acestor complexe, precum în industria alimentară (cercetare în produsele tip „light”, îmbunătăţirea proprietăţilor organoleptice ale alimentelor, în mascarea gustului), industria cosmetică, agricultură şi produse casnice.

Cu toate acestea, o mare parte a aplicaţiilor implică domeniul farmaceutic uman: emulsiile apă/ulei/apă au fost cele mai investigate ca vehicule potenţiale ale medicamentelor hidrofile (vaccinuri, vitamine, enzime, hormoni), ce pot fi eliberate apoi progresiv. Şi în prezent se acordă o mare importanţă emulsiilor multiple. Substanţe active pot de asemenea migra din faza externă în cea internă a emulsiile multiple, funcţionând în acest caz ca un rezervor de sorbţie special, potrivit pentru detoxifiere (tratamentul supradozelor) sau, chiar şi în alt domeniu, pentru îndepărtarea materialelor toxice din apele reziduale.

Impactul emulsiilor duble realizate ca sisteme de eliberare prezintă o importanţă deosebită în domeniul eliberării controlate, pentru administrarea orală, topică sau parenterală, pe măsură ce mecanismele de stabilitate şi eliberare sunt mai bine înţelese şi monitorizate.

Problemele asociate cu emulsiile multiple sunt numeroase şi multe dintre ele sunt încă nerezolvate, deşi există multă literatură asupra acestui subiect, în special în ultimele două decade. Într-adevăr, combinaţia de emulsifiere, precum şi natura fazei uleioase, şi procentele volumice ale diferitelor medii sunt parametri esenţiali.

Emulsifierea poate fi obţinută utilizând diferite procese, precum:

• auto-emulsifierea,
• omogenizarea,
• dispersia mecanică (metodă în una sau două etape).

Emulsiile apă/ulei/apă se prepară, de preferinţă, urmând un proces de emulsificare în două etape, care permite un control mai bun atât al emulsiei simple, cât şi al celei multiple.

Instabilitatea inerentă prezentată de emulsiile multiple poate fi observată la mai multe nivele:

• între particulele mici interne
• între globulele mari
• între globule şi particulele mici dispersate în ele

„Ruperea” emulsiilor multiple determină eliberarea substanţei active din faza internă în faza externă într-un mod necontrolat. Astfel, utilizarea emulsiilor multiple ca produse comerciale este, de fapt, destul de restricţionată. Urmărindu-se emulsiile duble la microscopul optic, se pot identifica două tipuri de instabilitate care sunt responsabile de evoluţia emulsiilor multiple:

• coalescenţa particulelor mici interne cu globulele de interfaţă
• coalescenţa dintre particulele mici interne în interiorul globulelor uleioase

În ciuda stabilităţii lor finale, emulsiile şi în special cele ulei/apă prezintă câteva avantaje ca sisteme de eliberare controlată. Uleiul utilizat pentru emulsiile farmaceutice este în general de origine naturală.

În general, o dată preparate, emulsiile ar trebui să fie stabile pentru cel puţin 2 ani de stocare la temperatura camerei, fără o creştere considerabilă a mărimii particulelor sau formarea de particule mari (în special în cazul emulsiilor utilizate în eliberarea controlată parenterală).

Exemple de utilizare a emulsiilor:

1. nutriţie

emulsiile sunt surse concentrate de calorii (mai mari decât proteinele şi hidrocarburile), exercitând doar un mic efect negativ

emulsiile sunt capabile de a furniza acizii graşi esenţiali, pe care alte surse nu le pot furniza

2. diagnostic

3. vaccinuri (emulsiile pot prezenta efecte adjuvante)

4. substituenţi sangvini (emulsii de fluorocarbon)

5. eliberare controlată de medicamente

emulsiile permit încorporarea de medicamente hidrofile / hidrofobe în cantităţi mari în particulele interne

medicamentul nu este în contact direct cu fluidele şi ţesuturile organismului

se poate atinge o eliberare controlată şi susţinută

prin modificări de suprafaţă a particulelor, se poate atinge eliberarea ţintită la mai multe ţesuturi

emulsiile pot furniza stabilitate chimică (de exemplu, pentru medicamentele care hidrolizează rapid în soluţii apoase)

Ca şi lipozomii şi microemulsiile, atât emulsiile apă/ulei, cât şi cele ulei/apă, sunt de mare interes în eliberarea controlată dermică. Formulările emulsiilor utilizate în domeniul dermatologic sunt deseori foarte similare celor utilizate în produsele cosmetice, dar cu un „compus activ” diferit. Emulsiile ulei/apă sunt caracterizate de „senzaţia apoasă”, şi mai important de uşurinţa de îndepărtare cu apa. Întrucât faza apoasă continuă este în contact cu aerul după administrare, există o evaporare continuă a apei şi a altor componente volatile. Pe de altă parte, emulsiile apă/ulei prezintă de multe ori un efect de „catifelare” şi se pot încărca cu medicament într-un procent ridicat. Ca şi microemulsiile şi lipozomii, eliberarea tisulară din emulsiile administrate dermic este o chestiune complicată, care depinde nu numai de partiţia medicamentului între faza uleioasă şi cea apoasă, de concentraţia medicamentului şi de concentraţia şi mărimea particulelor, ci şi de interacţia dintre surfactanţii utilizaţi pentru stabilizarea emulsiei şi lipidele stratului cornos [6].

Tabelul 1. Exemple de emulsifianţi utilizaţi în eliberarea controlată dermică şi aplicaţii cosmetice.

Etoxilaţi neionici	Esteri de sucroză
Esterii acidului ortofosforic	Esteri de glicerină
Condensate proteice	Copolimeri bloc
Oxizi aminici	Siliconi
Fitosteroizi	Ceară de albine

Se utilizează diverşi surfactanţi pentru sistemele de eliberare dermică şi pentru aplicaţiile cosmetice (Tabel 1). Surfactanţii etoxilaţi joacă un rol special ca emulsifiant în emulsiile de acest gen. Datorită naturii lor neîncărcate, aceste emulsii sunt compatibile atât cu surfactanţi cationici, cât şi cu surfactanţi anionici, prezentând în acelaşi timp o foarte scăzută sensibilate la pH şi săruri. Un avantaj în plus îl constituie faptul că acest tip de surfactant anionic determină o sensibilizare scăzută a pielii, datorită interacţiei aproape inexistente cu proteinele pielii. Dezavantajul major al acestui tip de surfactant este prezenţa unor cantităţi mici de dioxan, ca urmare a unor reacţii secundare în procesul de etoxilare, precum şi formarea de aldehide, ca rezultat al degradării oxidative parţiale a lanţurilor polietilenoxid după expunerea la oxigen şi lumină. Din aceste motive, în ultimii ani, s-a încercat realizarea de surfactanţi alternativi la cei pe bază de etilenoxid. În acest sens, surfactanţii pe bază de zaharide sunt foarte promiţători.

Formulările utilizate în dermatologie sunt frecvent similare celor utilizate în produsele cosmetice, dar având în plus un compus activ. Emulsiile apă/ulei prezintă un efect de ‘catifelare’, fenomen dorit în cosmetică [11].

Deşi sunt puţini autori care s-au ocupat de obţinerea emulsiilor pe bază de polizaharide, ele prezintă numeroase avantaje, dintre care se pot enumera buna biocompatibilitate, biodegradabilitate, netoxicitate, şi capacitatea de a forma reţele tridimensionale (gel), la care se adaugă, nu în ultimul rând, faptul că sunt materiale extrem de ieftine, găsindu-se în cantităţi uriaşe în natură.

S-au preparat noi tipuri de sisteme, sub forma multimicrosferelor, pe bază de acetat de celuloză/chitosan, prin metoda emulsiei apă/ulei/apă. Concentraţia de acetat de celuloză şi raportul dintre componenţi influenţează mărimea particulelor şi forma acestora. De asemenea, s-a analizat şi procesul de încărcare cu clorură de ranitidină şi eficienţa eliberării acesteia.

Dziechciarek în 2002 a obţinut microgeluri, pe bază de amidon, prin reticulare în emulsie. Acestea erau încărcate negativ (-50 mV), cu mărimea particulelor variind în funcţie de tipul de agent de reticulare (cca. 0.25-10 microni).

Un alt studiu asupra microparticulelor pe bază de acetaţi de amidon le prezintă ca noi sisteme polimere biodegradabile, care au proprietate de degradare şi umflare într-o manieră mai lentă decât amidonul nativ. Aceste microparticule au fost studiate pentru eliberarea medicamentoasă la nivelul epiteliului retinal.

De curând au fost obţinute şi caracterizate microsfere pe bază de amidon, pentru aplicaţii în ingineria tisulară [17]. Aceste microsfere au fost încărcate cu factori specifici de creştere. Ele au fost preparate prin tehnica de reticulare în emulsie la temperatura camerei, pentru a permite încărcarea de agenţi biologic activi.

Studiile realizate asupra cineticii de eliberare au demonstrat că sistemul este dependent de tăria ionică a mediului de eliberare.

Sunt studii care au arătat că proteinele sunt capabile de a îndeplini atât rol de emulsifiant, cât şi rol stabilizator. Polizaharidele de masă moleculară mare, pe de altă parte, modifică, în principal, reologia fazei disperse, afectând în acest fel flocularea şi viteza de emulsionare. Polizaharidele de masă moleculară mare formează o reţea slabă tip gel în fază continuă, care prezintă viscozităţi ridicate şi furnizează proprietăţi elastice adiţionale întregului sistem, astfel încât emulsionarea este puternic afectată. Eficienţa polizaharidelor la creşterea vâscozităţii soluţiilor apoase depinde de mărimea şi forma moleculelor sale, precum şi de conformaţia pe care o adoptă în solvent.

Emulsiile multiple prezintă deja numeroase avantaje în procesul de eliberare controlată in vitro. Puţine studii s-au făcut asupra administrării topice a acestora. De fapt, există doar un singur raport publicat de Kundu şi colab. în 1990, care arată că emulsiile multiple îşi eliberează conţinutul cu viteză inferioară decât a soluţiilor, deşi nu s-a făcut comparaţie cu emulsiile multiple [20].

Emulsiile sunt în general obţinute prin procesul de dispersare cu ajutorul ultrasunetelor sau cu ajutorul Ultraturaxului. Procesul de emulsionare cu ultrasunete este prezentat schematic în figură.

Microcapsulele pe bază de emulsii multiple pot fi obţinute cu succes şi prin metoda „spray-drying”, având în faza apoasă externă un polimer adecvat, material pentru perete, la concentraţie ridicată.

Stabilitatea microcapsulelor obţinute astfel, poate fi observată prin modificările apărute la eficienţa încapsulării de substanţe hidrofile în fază apoasă internă. Autorii care s-au ocupat de acest subiect au arătat că maltodextrina cu suprafaţă neactivă este un polimer mai potrivit pentru prepararea de microcapsule stabile decât guma arabică cu suprafaţă activă.

[modifică] Bibliografie

• Malmsten, M., Surfactants and Polymers in Drug Delivery, chapter 5, Marcel Dekker, Inc, New York, 2002
• Malmsten, M., Surfactants and Polymers in Drug Delivery, chapter 6, Marcel Dekker, Inc, New York, 2002
• Piirma, I., Polymeric Surfactants, Surfactant Science Series, volume 42, chapter 11, Marcel Dekker, Inc, New York, 1992
• Tenjarla, S., Microemulsions : An overview and Pharmaceutical Applications, Crit. Rev. Ther. Drug Carrier Syst. , 2001; 16 :461-521
• Ficheux M.-F., Bonakdar L., Leal-Calderon F., Drugs and the Pharmaceutical Sciences, Marcel Dekker, Inc, New York, 2000
• Nielloud , F ., Marti-Mestres, G., Pharmaceutical Emulsions and Suspensions, Drugs and the Pharmaceutical Sciences, Marcel Dekker, Inc, New York, 2000
• Marie E., Landfester K., si Antonietti M., Synthesis of Chitosan-Stabilized Polymer Dispersions ,Germany, 2002
• Kumar, P., Mittal, K.L., Handbook of Microemulsion Science and Technology, Marcel Dekker, Inc, New York, 1999
• Zhou HY, Chen XG, Liu CS, Meng XH, Liu CG, He J, Yu le J, Cellulose acetate/chitosan multimicrospheres preparation and ranitidine hydrochloride release in vitro. Drug Deliv. 2006; 13(4):261-7
• Dziechciarek Y, van Soest JJ, Philipse AP, Preparation and properties of starch-based colloidal microgels, J Colloid Interface Sci, 2002; 246(1):48-59.
• Tuovinen L, Ruhanen E, Kinnarinen T, Ronkko S, Pelkonen J, Urtti A, Peltonen S, *Jarvinen K, Starch acetate microparticles for drug delivery into retinal pigment epithelium-in vitro study, J Control Release.,2004; 98(3):407-13.
• Malafaya PB, Stappers F, Reis RL, Starch-based microspheres produced by emulsion crosslinking with a potential media dependent responsive behavior to be used as drug delivery carriers, J Mater Sci Mater Med.,2006; (4):371-7
• McClements DJ, Food Emulsions Principles Practice and Techniques, CRC, Florida, 1999
• Miller Be, Whistler RL, Carbohydrates In: Fennema OR (ed) Food chemistry 3, Dekker, New York, 1996;157–225
• Adachia S, Imaokaa H, Ashidab H, Maedab H, Matsunoa R., Preparation of microcapsules of W/O/W emulsions containing a polysaccharide in the outer aqueous phase by spray-drying, Eur. J. Lipid Sci. Technol.,2004; 106;225–231
• Nissim G , Martin E, Emulsification properties of hydrocolloids, Polymers for Advanced Technologies, 2001;12:123-135
• Richardson S, Gorton L, Analytica Chimica Acta , 2003; 27–65 33
• Dickinson E, Food Hydrocolloids, 2003; 17 :25
• Tadros TF, Vandamme A, Booten K, Levecke B,. Stevens C.V, Colloids Surf. A 250, 2004; 133
• Tadros TF, Vandamme A,. Booten K, Levecke B, Stevens C.V, Adv. Colloid Interface Sci., 2004; 108–109; 207
• Imbert P, Sadtler VM, Dellacherie E, Colloids Surf. A 211; 2002; 157.
• Rouzes C, Durand A, Leonard M, Dellacherie E, J. Colloid Interface Sci. 253; 2002; 217
• Akiyama E, Kashimoto A, Fukuda K, Hotta H, Suzuki T, Kitsuki T, J. Colloid Interface Sci. 282; 2005;448
• Lochhead RY, Rulison CJ, Colloids Surf. A 88; 2004;27
• Karlberg M, Thuresson K, Lindmana B, Hydrophobically modified ethyl (hydroxyethyl) cellulose as stabilizer and emulsifying agent in macroemulsions, Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects 262; 2005;158–167
• Friberg SE, Larsson K (Eds.), Food Emulsions, 3rd ed., Marcel Dekker, New York, 1997
• Sj¨oblom J, (Ed.), Emulsions and Emulsion Stability, Surfactant Science Series, vol. 61, Marcel Dekker, New York, 1996
• Dickinson E, Lorient D (Eds.), Food Macromolecules and Colloids, The Royal Society of Chemistry, Cambridge, 1995