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Departamento de Ciencias Farmacéuticas Biofarmacia
Permeación de Cafeína a Través de Membrana
Artificial
Fecha de entrega: 18/06/ Introducción La vía transdérmica de administración de fármacos ha recibido mayor atención en los últimos años debido a sus numerosas ventajas sobre las vías oral e inyectable, como la evitación del metabolismo hepático, la protección de los fármacos contra el tracto gastrointestinal, la administración sostenida del fármaco y la buena adherencia al tratamiento por parte del paciente. La evaluación de la permeación ex vivo durante el proceso de desarrollo farmacéutico ayuda a comprender la calidad del producto y el rendimiento de un sistema de administración transdérmica. Generalmente, se recomienda utilizar piel humana extirpada relevante para el sitio de aplicación o piel animal para estudios de permeación ex vivo. Sin embargo, la disponibilidad limitada de piel humana y las cuestiones éticas en torno al uso de piel animal
Departamento de Ciencias Farmacéuticas Biofarmacia hicieron que estos modelos fueran menos atractivos para el estudio de la permeación. En las últimas tres décadas, se han realizado enormes esfuerzos en el desarrollo de membranas artificiales y modelos tridimensionales de piel humana cultivada como sustitutos de la piel humana [1]. Las celdas de Franz representan uno de los principales métodos utilizados para evaluar la liberación de fármacos y su penetración a través de barreras biológicas. Constituyen un sistema compuesto por dos cámaras, una donante y otra aceptora, separadas por una membrana de origen animal, humana o sintética que permite evaluar la difusión de moléculas biológicamente activas de una cámara a otra. En el compartimento superior se añade una solución o dispersión que contiene el compuesto activo y en el inferior se toman las muestras correspondientes, que posteriormente son cuantificadas mediante técnicas analíticas como UV y HPLC [2]. Entre los parámetros que influyen en la difusión de dicho compuesto está la temperatura, la velocidad de agitación, el tipo, la naturaleza de la membrana y el medio del compartimento receptor. Las celdas de Franz permiten evaluar la cinética de liberación a partir de diferentes sistemas farmacéuticos, especialmente aquellos de cesión controlada de moléculas biológicamente activas [2]. Los procesos de difusión a través de barreras biológicas son relevantes para el estudio de absorción, siendo fundamentales para estos las leyes de Fick, pues estas ecuaciones diferenciales parciales, establecen que la velocidad de transferencia por unidad de área es equivalente al flujo, el cual es proporcional a la gradiente de concentración de esa dirección (Primer ley de Fick) y a su vez, predicen que el cambio de concentración de un compartimento tras un proceso de difusión [3]. Objetivo General ● Evaluar la permeación de cafeína a través de membranas artificiales utilizando celdas de Franz. Objetivos específicos ● Cuantificar la concentración de cafeína permeada en distintos intervalos de tiempo mediante espectrofotometría UV-Visible. ● Determinar el flujo de permeación (J) de la cafeína a través de la membrana artificial, a partir de los datos obtenidos experimentalmente.
Departamento de Ciencias Farmacéuticas Biofarmacia Imagen 1. Curva de Calibración Solución Estándar El cual entrega los siguientes datos: Pendiente (m) = 0, Intercepto (b) = 0, Coeficiente de correlación (R^2 ) = 0, Debido al coeficiente de correlación ‘’R^2 ’’, que es un índice que mide el grado de covariación entre distintas variables relacionadas linealmente, indica una buena linealidad respecto a este parámetro, donde, cuanto más se aproxima r a cero, más débil es la relación lineal, mientras que más cercano a 1 más perfecta es la relación lineal. [4]. Esto permite que se pueda trabajar con los datos de la curva. A partir de la ecuación 1, con los datos entregados de la curva de calibración de la solución estándar, calculamos la concentración de cada muestra. Ecuación 1. Ecuación de la recta y = mx + b Donde y = 0,0484x + 0, Cabe señalar que el coeficiente de permeabilidad es una medida de la facilidad con la que la sustancia atraviesa la membrana, cuyo valor se obtiene a partir de: Kp = J Cd Tabla 2. Datos obtenidos de absorbancia y concentración. Tiempo (min) Absorbancia Concentración de cafeína(mg/L) Concentración de cafeína acumulada (mg/L) Cantidad de cafeína (mg) Cantidad de cafeína acumulada (mg) 15 0,1133 1,82 1,82 0,022 0, 30 0,1541 2,66 4,48 0,054 0,
Departamento de Ciencias Farmacéuticas Biofarmacia 45 0,2156 3,93 8,41 0,101 0, 60 0,2878 5,42 13,83 0,166 0, Imagen 2. Gráfico de c oncentración de cafeína acumulada (mg/L) frente a tiempo (minutos) A partir del grafico de concentración acumulada (mg/ L) vs tiempo (minutos), se obtuvo la siguiente ecuación de la recta:
y =0,2664 x −2,
La pendiente obtenida en la ecuación de la recta corresponde al flujo (J) el cual es 0,2664 mg/ L/ min. La concentración donadora es el valor inicial donde la cafeína comienza a difundirse a través de la membrana. En este caso se utilizó la concentración medida en el compartimiento receptor a los 60 minutos cuyo valor es 5,42 mg/L , ya que es cuando se alcanzó la mayor cantidad de fármaco permeado. Tabla 2.1. Datos de parámetros de permeabilidad Parámetros Datos Flujo 0,2664 mg/ L/min. Cd 5,42 mg/L Kp 0, Tabla 3. Datos obtenidos de absorbancia y concentración. Tiempo (min) Absorbancia Concentración de cafeína(mg/L) Concentración de cafeína acumulada (mg/L) Cantidad de cafeína (mg) Cantidad de cafeína acumulada
Departamento de Ciencias Farmacéuticas Biofarmacia 30 0,1877 3,353 4,710 0,0565 0, 45 0,2588 4,822 9,532 0,1143 0, 60 0,3159 6,002 15,534 0,1864 0, Imagen 4. Gráfico de c oncentración de cafeína acumulada (mg/L) frente a tiempo (minutos) A partir del Gráfico 4.1, se obtuvo la ecuación de la recta: Y= 0,316x + -4, Donde la pendiente corresponde al flujo (J), en este caso el flujo es de 0,316 mg/L/min, lo cual indica qué tan rápido aumenta la concentración en el líquido receptor. La concentración donadora corresponde al valor inicial desde el cual la cafeína comienza a difundirse a través de la membrana. En este experimento, se tomó como referencia la concentración medida en el compartimiento receptor a los 60 minutos (6,002 mg/L), ya que representa el punto en el que se alcanzó la mayor cantidad de fármaco que logró permear. Tabla 4.1. Datos de parámetros de permeabilidad Parámetros Datos Flujo 0,316 mg/L/min Cd 6,002 mg/L Kp 0, Tabla 5. Datos obtenidos de absorbancia y concentración. Tiempo (min) Absorbancia Concentració n de Concentración de cafeína acumulada Cantidad de cafeína Cantidad de cafeína
Departamento de Ciencias Farmacéuticas Biofarmacia cafeína(mg/L) (mg/L) (mg) acumulada (mg) 15 0,1031 1,6054 1,6054 0,0193 0, 30 0,2085 3,7831 5,3884 0,0647 0, 45 0,2705 5,0640 10,4525 0,1254 0, 60 0,3542 6,7934 17,2459 0,2070 0, Imagen 5. Gráfico de c oncentración de cafeína acumulada (mg/L) frente a tiempo (minutos) A partir del grafico de concentración acumulada (mg/ L) vs tiempo (minutos), se obtuvo la siguiente ecuación de la recta: y= 0,3466x −4, La pendiente obtenida en la ecuación de la recta corresponde al flujo (J) el cual es 0,3466 mg/ L/ min. La concentración donadora es el valor inicial donde la cafeína comienza a difundirse a través de la membrana. En este caso se utilizó la concentración medida en el compartimiento receptor a los 60 minutos cuyo valor es 6,76 mg/L , ya que es cuando se alcanzó la mayor cantidad de fármaco permeado. Tabla 5.1. Datos de parámetros de permeabilidad Parámetros Datos Flujo 0,3466 mg/L/ min. Cd 6,76 mg/L Kp 0, Tabla 6. Datos obtenidos de absorbancia y concentración. Tiempo Absorbancia Concentración Concentración de Cantidad Cantidad
Departamento de Ciencias Farmacéuticas Biofarmacia Tiempo (min) Absorbancia Concentración de cafeína(mg/L) Concentración de cafeína acumulada (mg/L) Cantidad de cafeína (mg) Cantidad de cafeína acumulada (mg) 15 0,1010 1,561 1,561 0,019 0, 30 0,1915 3,431 4,992 0,060 0, 45 0,2598 4,843 9,835 0,118 0, 60 0,2976 5,671 15,51 0,186 0, Imagen 7. Gráfico de c oncentración de cafeína acumulada (mg/L) frente a tiempo (minutos) A partir del grafico de concentración acumulada (mg/ L) vs tiempo (minutos), se obtuvo la siguiente ecuación de la recta: Y = 0,3113x – 3, La pendiente obtenida en la ecuación de la recta corresponde al flujo (J) el cual es 0,3113 mg/L/ min. La concentración donadora es el valor inicial donde la cafeína comienza a difundirse a través de la membrana. En este caso se utilizó la concentración medida en el compartimiento receptor a los 60 minutos cuyo valor es 5,671 mg/L. Tabla 7.1. Datos de parámetros de permeabilidad Parámetros Datos Flujo 0,3113 mg/ L/min Cd 5,671 mg/L Kp 0, Discusión Los resultados obtenidos en este laboratorio demuestran la capacidad de la cafeína para permear a través de una membrana artificial bajo condiciones controladas que simulan el entorno fisiológico (37 °C, agitación constante). La variación observada en los valores de flujo
Departamento de Ciencias Farmacéuticas Biofarmacia (J) y coeficiente de permeabilidad (Kp) entre los distintos integrantes del grupo puede atribuirse a diferencias técnicas durante el procedimiento experimental, tales como la colocación de la membrana, precisión en la extracción de muestras o reposición del buffer. El valor de flujo más alto se registró en el experimento de la Tabla 3.1 con 0,347 mg/L/min, seguido de los ensayos de las Tablas 5.1 (0,3466 mg/L/min), 4.1 (0,316 mg/L/min) y 7. (0,3113 mg/L/min). Estos resultados reflejan una permeación eficiente, probablemente debido a un montaje correcto del sistema, buena adherencia de la membrana y manipulación precisa durante el procedimiento. En contraste, el flujo más bajo fue el de la Tabla 6.1, con un valor de 0,2441 mg/L/min, lo cual podría deberse a factores experimentales como presencia de burbujas de aire o una membrana mal adherida. Respecto al coeficiente de permeabilidad (Kp), los valores se mantuvieron en un rango relativamente estrecho, entre 0,05 y 0,0548. Esta consistencia general entre valores sugiere que, pese a pequeñas diferencias individuales, la membrana artificial utilizada permitió una permeación reproducible y confiable para la cafeína. La linealidad de las curvas obtenidas en los gráficos de concentración acumulada versus tiempo, evidenciada por las ecuaciones de las rectas y sus pendientes definidas, sugiere que la cafeína siguió una cinética de permeación de primer orden, acorde con la Primera Ley de Fick, donde el flujo es proporcional al gradiente de concentración. [3] A pesar de las variaciones observadas, la metodología permitió evaluar de manera eficaz la permeación transmembrana de la cafeína, validando el uso de celdas de Franz como herramienta experimental para estudios biofarmacéuticos. Conclusión La simulación permitió evaluar la permeación de cafeína a través de membranas artificiales utilizando celdas de Franz, bajo condiciones controladas que simulan el ambiente fisiológico, como temperatura corporal y agitación constante. A lo largo del experimento, se prepararon soluciones estándar y se aplicaron técnicas de muestreo, reposición y cuantificación mediante espectrofotometría UV-VIS, lo que permitió calcular parámetros clave como el flujo y el coeficiente de permeabilidad. En conjunto, la experiencia resultó valiosa para afianzar los conceptos teóricos relacionados con la permeación de fármacos, permitiendo visualizar de forma práctica cómo interactúan distintas variables en el proceso de difusión a través de una barrera, lo cual es fundamental para el diseño de sistemas de liberación transdérmica. Bibliografía
