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Ars Pharmaceutica (Internet)

On-line version ISSN 2340-9894

Ars Pharm vol.61 n.3 Granada Jul./Sep. 2020  Epub Aug 17, 2020

http://dx.doi.org/10.30827/ars.v61i3.10268 

Artículos Originales

Caracterización de cristales líquidos con Miconazol en sistemas bifásicos por microscopía de polarización

Characterization of liquid crystals with Miconazole in biphasic systems by polarized microscopy

Susana Lavaselli1  , José Ignacio Mangiameli1  , Bibiana D. Riquelme2  3 

1Universidad Nacional de Rosario, Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas, Departamento de Farmacia, Rosario, Argentina.

2Universidad Nacional de Rosario, Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas, Departamento de Química-Física, Rosario, Argentina.

3Instituto de Física Rosario (CONICET-UNR), Grupo de Física Biomédica, Rosario, Argentina.

Resumen

Introducción:

las emulsiones son un tipo de preparado farmacéutico muy utilizado en aplicación tópica consistentes en sistemas bifásicos de aceite-agua o agua-aceite, donde el principio activo deseado se incorpora en una de las fases dependiendo de su solubilidad. Diversos estudios demuestran que la estabilidad es mayor en emulsiones con estructuras líquido-cristalinas. El principio activo liposoluble Miconazol, que actúa como antimicótico, se solubiliza en la fase oleosa de la emulsión y en la fracción de la cadena hidrocarbonada de los cristales líquidos.

Método:

se utilizaron técnicas microscópicas para analizar las características de una emulsión convencional y de otra con cristales líquidos, a las que se les incorporó el principio activo Miconazol. Se determinaron las dimensiones de las gotas de la fase interna y mediante microscopía de polarización se caracterizaron los cristales líquidos.

Resultados:

el análisis de las imágenes microscópicas permitió determinar que en las formulaciones con cristales líquidos con y sin Miconazol, aproximadamente el 80 % de las gotas tienen dimensiones en el intervalo 0,5µm - 1µm. Las observaciones microscópicas con luz polarizada nos permitieron determinar que los cristales líquidos tienen birrefringencia con la formación de cruces de extinción uniáxicas negativas, las cuales son características de las fases liotrópicas laminares con texturas cónicas focales.

Conclusiones:

los resultados muestran que el agregado de Miconazol, no interfiere con la formación de la estructura de los cristales líquidos, por lo que estas dependen de los componentes de la formulación y de la técnica de preparación.

Palabras clave: Miconazol; emulsiones; cristales líquidos

Abstract

Introduction:

emulsions are a type of pharmaceutical preparation widely used in topical applications consisting of two-phase systems of oil-in-water or water-in-oil, where the desired active ingredient is incorporated into one of the phases depending on its solubility. Several studies show that stability is greater in emulsions with liquid-crystalline structures. The liposoluble active substance Miconazole, which acts as an antifungal agent, is solubilized in the oil phase of the emulsion as well as in the fraction of the hydrocarbon chain in liquid crystals.

Method:

microscopic techniques were used to analyze the characteristics of both a conventional emulsion and another one containing the liquid crystals. Miconazole was incorporated into both emulsions; drop dimensions in the internal phase were determined and the liquid crystals were characterized by polarization microscopy.

Results:

through the analysis of the microscopic images of the formulation with liquid crystals with Miconazole and without Miconazole, it was possible to determine that approximately 80% of the drops have dimensions ranging from 0.5µm - 1µm. Microscopic observations with polarized light allowed us to determine that liquid crystals have birefringence with the formation of negative uniaxial extinction crosses, which are characteristic of laminar lyotropic phases with focal conical textures.

Conclusions:

the results show that the addition of Miconazole does not interfere with the formation of the structure of the liquid crystals. Therefore, the formation of liquid crystals depends both on the components of the formulation and the preparation technique.

Keywords: Miconazole; emulsions; liquid crystals

Introducción

La aplicación de productos farmacéuticos sobre la piel es un método terapéutico utilizado desde los inicios de la medicina1. La piel debido a sus características particulares, permite la administración de fármacos de manera local o regional, minimizando potenciales efectos secundarios sistémicos2. En la farmacoterapia es fundamental lograr la adhesión del paciente al tratamiento para que cumpla con la posología, dado que está directamente relacionada con la biodisponibilidad3.

En el caso de la aplicación tópica, un tipo de preparado farmacéutico muy utilizado son las emulsiones, consistentes en sistemas bifásicos de aceite-agua o agua-aceite donde un líquido se dispersa en otro, y el principio activo deseado se incorpora en una de las fases dependiendo de su solubilidad4. Sin embargo, uno de los mayores problemas de estas formulaciones es su estabilidad, la cual puede verse alterada de manera reversible o irreversible5. La pérdida de estabilidad es reversible cuando desaparece por agitación de la emulsión e incluye al cremado, la sedimentación y la floculación. Dentro de la inestabilidad irreversible está la coalescencia y la inversión de fases. Por este motivo, para lograr un producto adecuado es necesario lograr la mayor estabilidad posible de las emulsiones utilizadas6.

De acuerdo a la definición de la IUPAC el estado líquido-cristalino es un estado mesomórfico que posee un ordenamiento de largo alcance en lo que respecta a la orientación molecular y un ordenamiento parcial, o bien un desorden total, en lo referente a la posición de las moléculas. Este estado de la materia se presenta entre el estado sólido cristalino y el líquido isotrópico al variar por ejemplo la temperatura7,8. En los últimos años se han desarrollado emulsiones con estructuras líquido-cristalinas que aumentan la estabilidad de la emulsión aumentando la resistencia mecánica de la interfase aceite-agua y la fijación de las gotitas de la emulsión a dichas estructuras9-10. Los principios activos liposolubles se alojan en las cadenas hidrocarbonadas y las hidrosolubles en la zona polar de la estructura líquido-cristalina. Estos sistemas formarían una emulsión relativamente más estable y permitirían la incorporación de los principios activos, tanto hidrosolubles como liposolubles, los cuales se irían liberando paulatinamente desde el seno de la emulsión, y más lentamente desde los cristales líquidos formados11.

Una de las características particulares que poseen los cristales líquidos es su birrefringencia, fenómeno óptico por el cual cuando un haz de luz atraviesa el material cristalino, se descompone en dos rayos polarizados. Esta particularidad de los cristales líquidos resulta ser de utilidad en la identificación y caracterización de los mismos utilizando microscopía de polarización12,13.

El objetivo del presente trabajo fue analizar las características microscópicas de emulsiones convencionales y de emulsiones con cristales líquidos preparadas mediante la técnica descrita por Suzuki9 y aplicada posteriormente por Pasquali et al.14, a la que se incorporó el principio activo liposoluble Miconazol, el cual posee actividad terapéutica antimicótica4. Además, se analizó si la formación de los cristales líquidos es afectada o no por la presencia del antimicótico.

En la Figura 1 se presenta un esquema de la emulsión convencional y de la emulsión con cristales líquidos, donde se observan las diferencias estructurales entre ellas. En la Figura 1a correspondiente a la emulsión convencional, la interfase consiste en una capa formada por las moléculas del emulgente con su parte hidrófila hacia el exterior y la fracción lipófila hacia el interior de la gota4.En cambio, la Figura 1b corresponde a una emulsión en la cual la interfase está constituida por una multicapa correspondiente a los cristales líquidos formados por el emulgente y las moléculas de alcoholes y ácidos grasos superiores8.

Figura 1.  (a) Emulsión tipo aceite en agua; (b) Emulsión con estructuras liquido cristalinas en su interfase. 

Métodos

Para el presente estudio se prepararon tres emulsiones a fin de compararlas entre sí y caracterizar los cristales líquidos formados. La primera emulsión (a) se formuló por el método convencional con el agregado de nitrato de miconazol, las otras dos se elaboraron utilizando la técnica descripta por Pasquali et al.14 para la formación de cristales líquidos: una emulsión sin principio activo (b), y otra con el agregado de nitrato de miconazol (c). Todas las formulaciones se realizaron por triplicado.

El nitrato de miconazol, tanto en la muestra (a) como en la (c), se incorporó a la fase acuosa en la cual es soluble. Como esa fase presenta pH alcalino debido a que contiene trietanolamina, y dado el coeficiente de difusión y afinidad del nitrato de miconazol, este se hidrolizó y al mezclarse la fase acuosa con la oleosa, el miconazol pasó a la fracción oleosa en la muestra (a), y a la fase oleosa y a las estructuras hidrocarbonadas de los cristales líquidos en la muestra (c).

Las fases de la emulsión estaban compuestas de la siguiente manera:

  • la fase oleosa conformada por el ácido esteárico (15,00%), la vaselina líquida (20,00%) y el propilparabeno (0,03%);

  • la fase acuosa preparada con el metilparabeno (0,07%), la trietanolamina (4,14%), el agua y en las muestras (a) y (c) además el nitrato de miconazol (1%).

La muestra (a), se preparó por la técnica convencional: se agregó la fase acuosa con la totalidad del agua a la fase oleosa, ambas a una temperatura de 70°C con agitación manual hasta la formación de la emulsión.

Las muestras (b) y (c) fueron elaborados con la siguiente técnica que permite la formación de los cristales líquidos: una vez producidas las fases y manteniendo una temperatura media de 70ºC a baño María, se preparó la emulsión utilizando un agitador de paleta de velocidad variable (Eurostar digital, IKA Labortechnik). La fase oleosa se incorporó sobre una parte de la fase acuosa mientras se inició la agitación lenta (50 rpm), evitando la incorporación de aire. Una vez que se formó el núcleo de la emulsión, la velocidad se aumentó gradualmente hasta alcanzar 500 rpm mientras se agregaba el agua restante. Luego, la agitación se mantuvo constante durante 10 minutos mientras la temperatura bajaba progresivamente. Todas las sustancias utilizadas fueron calidad Farmacopea Argentina 7ma ed.

Observación y caracterización microscópica

La observación al microscopio de las emulsiones preparadas se realizó tanto por microscopía convencional como por microscopía con luz polarizada con objetivo 40x en todos los casos. La observación de las estructuras de cristales líquidos se realizó usando un microscopio de polarización (Carl Zeiss, modelo Axiolab) con una cámara digital (Olympus SP35) y la medición del tamaño de partículas se realizó con un microscopio convencional (Olympus CH30).

En la Figura 2 se muestran ejemplos de las imágenes obtenidas en formato JPG (2048x1536) por microscopia convencional de las emulsiones a las 48 horas de la preparación.

Figura 2.  Imágenes obtenidas por microscopia convencional a las 48 horas de preparadas de: (a) Emulsión preparada por el método convencional con Miconazol; Emulsiones con cristales líquidos (b) sin Miconazol y (c) con Miconazol

El tamaño de las gotas se midió en todas las muestras a la dilución 1:10. Para ello se registraron imágenes microscópicas digitales correspondientes a 10 campos distintos de cada muestra. Mediante una técnica comparativa con las imágenes de una regla graduada, se determinó la equivalencia entre pixeles y µm utilizando el software ImageJ. Luego, en cada imagen se contó la cantidad de gotas que tenían diámetros en los intervalos 0 - 0,5µm, 0,5µm - 1µm, 1µm - 2µm, 2µm - 3µm y 3µm - 4µm.

Resultados

Al caracterizar las imágenes microscópicas como las mostradas en el ejemplo de la Figura 2, se observó una distribución relativamente homogénea de los glóbulos de la fase oleosa con diversos tamaños de gotas, pudiéndose constatar la presencia de gotas secundarias15 tal como se aprecia en el detalle de la Figura 3.

Figura 3.  Detalle de la imagen de la muestra (c) donde se observa claramente la formación de gotas secundarias. 

En la Tabla 1 se presenta el número promedio de gotas de los distintos tamaños de las muestras analizadas. En la muestra (a) se observa que más del 50% de los glóbulos de la fase interna tienen tamaños en el intervalo de 1 a 3 µm siendo de mayor tamaño que los de las muestras (b) y (c). Se puede observar que tanto en las muestras con cristales líquidos sin Miconazol como en las que tienen Miconazol, alrededor del 80% de las gotas poseen tamaños en el intervalo 0,5 hasta 1 µm, valores similares a los obtenidos por Lavaselli et al.16 en emulsiones con cristales líquidos utilizando el principio activo Econazol.

Tabla 1.  Valores medios y porcentajes de la cantidad de los distintos tamaños de gotas en las emulsiones: (a) convencional; con cristales líquidos (b) sin Miconazol, y (c) con Miconazol

Diámetro [µm] (a) Convencional con Miconazol (b) Con cristales líquidos sin Miconazol (c) Con cristales líquidos con Miconazol
% % %
0 - 0,5 16 10,1 1 0,8 1 0,8
0,5 - 1 30 19 112 88,2 97 79,5
1 - 2 49 31 14 11,0 24 19,7
2 - 3 35 22,2 0 0 0 0
3 - 4 28 17,7 0 0 0 0

Figura 4.  Imágenes obtenidas por microscopia de luz polarizada a 48 horas de preparadas de: (a) Emulsión preparada por el método convencional con Miconazol; emulsiones con formación de cristales líquidos (b) sin Miconazol y (c) con Miconazol

En la Figura 4 se muestran ejemplos de las imágenes obtenidas de las emulsiones observadas con luz polarizada. En estas imágenes se puede constatar la presencia de estructuras birrefringentes sólo en las muestras (b) y (c), por lo que se verifica la presencia de estructuras líquido-cristalinas en las muestras preparadas por la técnica descripta por Pasquali et al.14. El análisis de las imágenes de los cristales líquidos formados permite caracterizarlos como birrefringentes con la formación de cruces de extinción uniáxicas negativas.

Las muestras se observaron nuevamente al microscopio óptico, tanto convencional como con luz polarizada a los 12 meses de preparadas, constatando la persistencia de las estructuras líquido-cristalinas birrefringentes en las muestras (b) y (c).

En la Figura 5 se muestran ejemplos de las imágenes obtenidas en formato JPG (2048x1536) por microscopia convencional de las emulsiones a los 12 meses de preparadas.

Figura 5.  Imágenes obtenidas por microscopia convencional a los 12 meses de preparadas de: (a) Emulsión preparada por el método convencional con Miconazol; Emulsiones con cristales líquidos (b) sin Miconazol y (c) con Miconazol

Figura 6.  Imágenes obtenidas por microscopia de luz polarizada a los 12 meses de preparadas: (a) Emulsión preparada por el método convencional con Miconazol; emulsiones con formación de cristales líquidos (b) sin Miconazol y (c) con Miconazol

En la Figura 6 se muestran ejemplos de las imágenes obtenidas de las emulsiones observadas con luz polarizada a los 12 meses de preparadas. En estas imágenes se puede constatar la presencia de estructuras birrefringentes sólo en las muestras (b) y (c), por lo que se verifica la presencia de estructuras líquido-cristalinas en las muestras a los 12 meses de su preparación utilizando la técnica descripta por Pasquali et al.14.

Discusión

Mediante el análisis de las imágenes obtenidas por microscopia convencional se observó que en la emulsión convencional los glóbulos de la fase interna son mayores a los que presentan las emulsiones con cristales líquidos. La presencia de gotas secundarias en las formulaciones con estructuras líquido-cristalinas coincidió con lo descripto por Pasquali et al.14 en este tipo de preparados.

El análisis de las imágenes obtenidas por microscopia de polarización, mostró que los cristales líquidos presentes en las emulsiones (b) y (c) poseen la estructura de cruces de extinción uniáxicas negativas características de las fases liotrópicas laminares con texturas cónicas focales17,18.

En un trabajo previo, Lavaselli et al. estudiaron emulsiones con cristales líquidos obtenidas por medio de la misma técnica con los principios activos Econazol16y Terbinafina19, las cuales presentaron cristales líquidos de similares características a los observados en el presente trabajo.

Conclusiones

En base a los resultados obtenidos en este trabajo, se comprueba que el agregado de Miconazol como principio activo no influye en la formación de las estructuras líquido-cristalinas por la técnica empleada. Además, considerando los resultados obtenidos previamente en las preparaciones con Econazol16 y Terbinafina19 se puede inferir que el agregado de estos principios activos no interfiere con la formación de los cristales líquidos, por lo que la fase laminar depende de los componentes utilizados en la formulación y de la técnica empleada para prepararla.

Dado que es fundamental determinar la estabilidad de los sistemas a lo largo del tiempo, se repetirán estos estudios a los 24 meses. También se propone para un trabajo futuro la evaluación de la estabilidad física de los sistemas emulsivos con Miconazol respecto a su comportamiento al ser sometidos a los ensayos de Test de centrifugación, Stress Térmico y Estabilidad acelerada.

Agradecimientos/Acknowledgements

Los autores desean expresar su agradecimiento al Esp. Farm. Osvaldo Di Sapio y a la Dra. Victoria Rodríguez del Área Farmacobotánica de la Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas (UNR) por su colaboración para la obtención de las imágenes microscópicas.

Este trabajo fue realizado con el financiamiento de la Universidad Nacional de Rosario mediante los subsidios Resolución 3236/2018 y Resolución 5601/2018.

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Recibido: 27 de Agosto de 2019; Aprobado: 08 de Abril de 2020

Correspondencia/Correspondence: Bibiana D. Riquelme briquel@fbioyf.unr.edu.ar

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