Revista de Ciencias Tecnológicas (RECIT). Volumen 3 (1): 10-22
Revista de Ciencias Tecnológicas (RECIT). Universidad Autónoma de Baja California ISSN 2594-1925
Volumen 4 (1): 1-18. Enero-Marzo 2021 https://doi.org/10.37636/recit.v41118.
1
ISSN: 2594-1925
Películas mucoadhesivas de quitosano para la liberación
sostenida de nistatina en la cavidad bucal
Chitosan mucoadhesive films as controlled release system of
nystatin for buccal application
Efraín Armenta Rojas
1
, José Manuel Cornejo Bravo
1
, Aracely Serrano Medina
2
, Eduardo
Alberto López Maldonado
1
, Amelia Olivas Sarabia
3
, Nydia Alejandra Castillo Martínez
4
, Ayla
Carolina Vea Barragán
1
1
Facultad de Ciencias Químicas e Ingeniería, Universidad Autónoma de Baja California, Unidad Otay,
Tijuana, Baja California, México
2
Facultad de Medicina y Psicología, Universidad Autónoma de Baja California, Unidad Otay, Tijuana,
Baja California, México
3
Centro de Nanociencias y Nanotecnología, Universidad Nacional Autónoma de México, Ensenada,
Baja California, México
4
Facultad de Ciencias de la Salud, Universidad Autónoma de Baja California, Unidad Valle de las
Palmas, Tijuana, Baja California, México
Autor de correspondencia: Dr. José Manuel Cornejo Bravo, Facultad de Ciencias Químicas e Ingeniería, Universidad
Autónoma de Baja California, Unidad Otay, Tijuana, Baja California, México. E-mail: jmcornejo@uabc.edu.mx. ORCID:
0000-0002-0013-8937.
Recibido: 12 de Noviembre del 2020 Aceptado: 12 de Enero del 2021 Publicado: 15 de Enero del 2021
Resumen. – La candidiasis de orofaringe es la enfermedad micótica más prevalente a nivel mundial. Las
formulaciones del fármaco de elección para su tratamiento cuentan con un tiempo de residencia y
biodisponibilidad bajos en el sitio de la infección. El objetivo de este trabajo fue preparar y caracterizar
films con capacidad mucoadhesiva de quitosano y ácido poligalacturónico por la técnica “evaporación
del disolvente” conteniendo nistatina como un sistema de liberación sostenida en la cavidad bucal. Las
películas obtenidas fueron caracterizadas para determinar sus características morfológicas, capacidad
de adherencia, grado de hinchamiento y perfil de liberación del fármaco. La morfología de los films fue
determinada por microscopía electrónica de barrido y la interacción entre los polímeros fue determinada
por espectroscopía infrarroja, análisis termogravimétrico y calorimetría de escaneo diferencial,
adicionalmente se determinó su actividad antimicrobiana contra dos especies de Candida. Las películas
obtenidas mostraron capacidad de mucoadhesión y una liberación sostenida del fármaco explicada por
el modelo de Korsemeyer-Peppas, también mostraron una actividad antimicrobiana significativa. Estos
hallazgos sugieren que las películas con base en quitosano son un posible sistema de liberación de
nistatina para la cavidad bucal.
Palabras clave: Quitosano, Acido Poligalacturónico, Polielectrolitos, Nistatina, Películas, Mucoadhesivos, Candidiasis
Orofaríngea, Liberación Sostenida.
Abstract. - Oropharyngeal candidiasis is the most prevalent fungal disease in the world. The formulations
of the drug of choice for its treatment have a low residence time and bioavailability at the site of infection.
The aim of this study was to prepare and characterize mucoadhesive films of chitosan and
polygalacturonic acid by the “Solvent-Casting” technique loaded with nystatin as a sustained release
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system for the oral cavity. The films obtained were characterized to determine their morphological
characteristics, adhesion capacity, and degree of swelling and release profile of the drug. The morphology
of the films was determined by scanning electron microscopy, the interaction between the polymers was
determined by infrared spectroscopy, thermogravimetric analysis, and differential scanning calorimetry,
additionally its antimicrobial activity against two Candida species was tested. The obtained films showed
mucoadhesion capacity and a sustained release of the drug explained by the Korsemeyer-Peppas model,
also a significant antimicrobial activity was found. These findings suggest that chitosan-based films are
a possible nystatin release system for the oral cavity.
Keywords: Chitosan, Polygalacturonic acid, Polyelectrolytes, Mucoadhesive, Films, Nystatin, Oropharyngeal Candidiasis,
Sustained release.
1. Introducción
De acuerdo a la Organización Mundial de la
Salud (OMS), la candidiasis orofaríngea (CO) es
la infección fúngica más prevalente del mundo
[1]. La CO ocurre cuando la levadura causal se
adhiere y penetra en el tejido oral [2]. A pesar de
que se han aislado diversas especies de Candida
como C. dubliniensis, C. glabrata, C. krusei, C.
kefyr, C. parapsilosis, C. stellatoidea, and C.
tropicalis de pacientes con CO [3], más del 80%
de los casos son causados por Candida albicans
debido a sus características de mayor adherencia
y patogenicidad [4].
Hay diversos factores que favorecen el desarrollo
de CO tales como el uso de dentaduras,
inhaladores de corticosteroides, xerostomía,
inmunosupresión causada por el Virus de la
Inmunodeficiencia Humana (VIH); leucemia;
desnutrición; diabetes; quimioterapia;
radioterapia; el uso de corticosteroides
sistémicos, medicamentos inmunomoduladores y
antibióticos de amplio espectro [5]–[7].
El tratamiento de elección para la CO es la
nistatina (NIS), un antifúngico obtenido de
Streptomyces noursei que tiene tanto actividad
fungistática como fungicida, de acuerdo a su
concentración; se ha documentado que el uso de
este fármaco disminuye o previene la adherencia
de la levadura a las células epiteliales evitando la
colonización y por lo tanto el riesgo de infección
[8]. Sin embargo, la NIS no se absorbe en el
tracto gastrointestinal y es tóxica cuando es
administrada de forma sistémica [9]. Por lo tanto,
su uso es limitado a infecciones superficiales. La
mayoría de los pacientes con CO son tratados con
suspensiones, tabletas orales o trociscos que
requieren ser administrados con una alta
frecuencia debido al corto tiempo de residencia
en la mucosa oral y por lo tanto baja
biodisponibilidad que disminuye adicionalmente
por la dilución con la saliva; otras desventajas
incluyen el mal sabor, consistencia viscosa y baja
solubilidad del fármaco en medio acuoso [10].
Para tratar de manera efectiva la CO, se requiere
una formulación que contenga el fármaco y lo
libere en el sitio de la infección, esto aunado a la
creciente resistencia antimicrobiana que ha
obligado a la búsqueda de estrategias para
asegurar el mantenimiento de niveles óptimos del
fármaco in situ. Una de las posibles soluciones a
este problema es el desarrollo de sistemas
bioadhesivos de liberación controlada a base de
polímeros naturales [11].
Los polímeros naturales son derivados de fuentes
renovables y están compuestos por cadenas de
polisacáridos, proteínas, lípidos, polifenoles,
entre otros [12]. Estos han sido considerado para
desarrollar sistemas de liberación de fármacos
debido a su disponibilidad, compatibilidad y
capacidad de degradación en condiciones
naturales y fisiológicas, permitiendo que sean
utilizados para una aplicación bioadhesiva [13],
[14].
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El fenómeno de mucoadhesión ha sido
desarrollado en décadas recientes, al ser
incorporado a formas farmacéuticas se obtiene
un aumento en el tiempo de residencia del
medicamento en el sitio de absorción,
prolongando la efectividad de fármaco. Una de
las estrategias utilizadas para el desarrollo de
estas formas farmacéuticas es el uso de
complejos de polielectrolitos (CPE) [15], [16].
Estos complejos son redes de una estructura no
permanente resultante de una disolución acuosa
de dos polielectrolitos con carga opuesta, que
puede dar lugar a una asociación espontánea al
formar interacciones electrostáticas, fuertes pero
reversible [17]. La formación y estabilidad de los
complejos de polielectrolitos depende de
diversos factores tales como el grado de
ionización de cada polímero, la densidad de
cargas, su distribución en la cadena polimérica,
la concentración de los polielectrolitos en
solución y la naturaleza de los grupos iónicos
[18], [19].
El quitosano es el policatión principalmente
utilizado para el desarrollo de estos complejos, es
obtenido de la desacetilación de la quitina y
existe con diferentes grados de desacetilación y
pesos moleculares, los grupos catiónicos amino
que posee pueden interactuar electrostáticamente
con los grupos aniónicos de otros polielectrolitos
para formar complejos de polielectrolitos.
Algunos de los polianiones que pueden
interactuar con el quitosano incluyen al ácido
poligalacturónico, alginato de sodio, carragenina,
carboximetilcelulosa entre otros [20]. Estos han
sido utilizados recientemente para el desarrollo
de sistemas de liberación de fármacos específicos
de acuerdo a las propiedades requeridas por el
sistema, tales como nanopartículas para
liberación de fármacos anticancerígenos [21].
El objetivo de este estudio fue desarrollar y
evaluar un sistema mucoadhesivo de un
complejo de polielectrolitos basado en quitosano
y ácido poligalacturónico, para la liberación
sostenida de nistatina en la cavidad oral que sea
de aplicación cómoda, y mejore el tiempo de
residencia y concentraciones del fármaco en el
sitio de acción.
2. Metodología
2.1 Materiales
Quitosano de bajo peso molecular 75-85%
desacetilado (Sigma-Aldrich), ácido
poligalacturónico (Sigma-Aldrich), Nistatina
+85% (Acros Organics BVBA), fosfato de
potasio monobásico (Fermont), fosfato de
potasio dibásico (Mallinckrodt), agar nutritivo
(BBL); Candida albicans ATCC 14053, ATCC
90028 y Candida krusei obtenida de una muestra
clínica, fueron suministrados por el Laboratorio
de Análisis Microbiológico de la Facultad de
Ciencias de la Salud, Universidad Autónoma de
Baja California. Todos los demás reactivos
utilizados fueron de grado analítico o
farmacéutico.
2.2 Preparación de películas de CPE cargadas
con nistatina
Las películas de CPE se prepararon utilizando la
técnica de evaporación del disolvente [22]. Se
preparó una solución de quitosano (QUI)
añadiendo lentamente 750mg del polímero a 15
mL de ácido acético al 0,1% en agitación
constante hasta que se disolvió por completo; La
misma cantidad de ácido poligalacturónico
(APG) también se disolvió en 15 mL de agua
destilada. El CPE se obtuvo mediante la adición
gradual de la solución de APG a la solución de
QUI con agitación continua, utilizando un
homogeneizador a 5000 rpm durante 10 min.
Para la obtención de las películas conteniendo
nistatina (NIS) se añadió la solución del fármaco,
preparada a partir de 25 mg del fármaco en 20
mLde mL de etanol. La mezcla se vertió en
placas de vidrio silanizado mediante el método
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descrito por Seed [23], niveladas
horizontalmente (10 x 10 cm), secándose en un
horno a 40°C durante 48h. Las películas secas
fueron cuidadosamente retiradas de las placas y
verificadas visualmente en busca de
imperfecciones o burbujas de aire. Las películas
fueron almacenadas a temperatura ambiente.
2.3 Estudios de hinchamiento
El grado de hinchamiento de las películas CPE
fue evaluado gravimétricamente. Se obtuvieron
secciones de 2x2cm de las películas placebo y de
NIS. 3 cuadrados de cada película se pesaron
individualmente y se les permitió hincharse en
una solución buffer de fosfatos pH 6,75 a 37 °C.
El peso de las películas se determinó en
diferentes intervalos de tiempo (0.25, 0.5, 1, 2, 3,
5 y 6 h). La captación de agua se calculó
utilizando la siguiente ecuación:
𝑄 =
𝑃
𝑡
−𝑃
0
𝑃
0
(1)
donde Q es la capacidad de absorción de agua de
la película, P
t
es el peso de la muestra hinchado
después del tiempo t y P
0
es el peso original. Las
mediciones se llevaron a cabo por triplicado y se
determinó la media y desviación estándar de los
grados de hinchamiento.
2.4 Contenido de fármaco
Se tomaron secciones de la película de 2x2cm de
diferentes áreas. Los cortes se disolvieron en 100
ml de pH 6,75 tampón de fosfato. Las soluciones
obtenidas se analizaron para el contenido de NIS
espectrofotométricamente a una longitud de onda
predeterminada (406nm) y la concentración del
fármaco se calculó en función de la curva de
calibración adecuada construida en el mismo
buffer.
2.5 Espectroscopia FT-IR
Se obtuvieron los espectros FT-IR (FT-IR
Nicolet™ iS™ 5, 650–4000 cm-1) de QUI, APG,
sus mezclas físicas y de las películas obtenidas.
2.6 Calorimetría diferencial de barrido y
análisis termogravimétrico
Se realizaron estudios de calorimetría diferencial
de barrido (DSC) y análisis termogravimétrico
(TGA) (SDT Q600, TA Instruments, EE. UU.)
para confirmar la formación de los CPE. Se
realizaron estudios para las películas placebo,
películas cargadas con el fármaco, la mezcla
física de los polímeros en estado sólido y el
fármaco. Las muestras (1,5-3 mg) se colocaron
en celdas de aluminio y se calentaron a una
velocidad de 10 °C/min en un rango de
temperatura de 26 a 600 °C, en una atmósfera de
nitrógeno.
2.7 Características morfológicas de las
películas utilizando microscopía electrónica de
barrido
Las características superficiales de las películas
de placebo y conteniendo fármaco se estudiaron
utilizando un microscopio electrónico de barrido
(SEM) (JIB-4500, Jeol, Japón). Las muestras
fueron montadas utilizando cinta adhesiva de
doble cara y luego cubiertas con una capa de oro
[24].
2.8 Estudios de liberación in vitro de NIS de las
películas
Las películas fueron masadas y cortadas en
cuadrados de 2x2cm, el experimento se hizo por
triplicado, cada cuadrado fue masado y colocado
en un vaso de precipitados de 500 mL que
contenía 400 mL de tampón de fosfatos pH 6.75,
previamente calentado a 37 °C. En diferentes
intervalos de tiempo (5 min, 10min, 15min, 0.5,
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1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 20 y 24 h) se
tomó una muestra de 5mL del medio de
liberación y se reemplazó por un volumen igual
de solución tampón fresco. Las muestras fueron
probadas para el contenido de NIS
espectrofotométricamente como se describió
anteriormente.
2.9 Determinación in vitro de la actividad
antibacteriana
Se probó la actividad antibacteriana de las
películas placebo y conteniendo NIS utilizando
placas de Agar Müller-Hinton adicionado con
2% de glucosa y 0.5mg/ml de azul de metileno
[25] inoculado con Candida albicans y Candida
krusei de la siguiente manera: se utilizaron tres
círculos de 7mm de diámetro para cada
formulación que fueron transferidos a la
superficie de una placa de agar inoculado y
fueron incubados a 37 °C. Se midieron los
diámetros de la zona de inhibición a las 24h. Se
calcularon las medias de las zonas de inhibición
y su desviación estándar.
2.10 Propiedades de adhesión de las películas
La determinación de las propiedades
mucoadhesivas se realizó mediante un
texturómetro (CT3, Brookfield, Canadá). La
adherencia de cada película se obtuvo midiendo
la fuerza necesaria para separar cada formulación
de un disco de mucosa intestinal de conejo recién
extirpada. Un fragmento de cada película
(2x2cm) se adhirió al extremo de una sonda
cilíndrica con ayuda de cinta adhesiva doble y se
colocaron discos de mucosa de conejo
previamente hidratadas por 5 min en solución
amortiguadora de fosfatos pH 6.75 directamente
debajo utilizando el accesorio adecuado.
El tiempo de contacto entre las películas y la
mucosa fue de 1s y luego la sonda se retiró a una
velocidad de 1.0 mm/s.
La fuerza necesaria para separar la película de la
superficie de la mucosa se encontró a través del
análisis de la fuerza máxima (F; N) y el trabajo
de adhesión (Tad; (N-mm) se calculó a partir del
área bajo la curva [26].
2.11 Análisis estadístico
Todos los experimentos se realizaron por
triplicado. Los resultados se expresan como
media ± DE. Las pruebas se llevaron a cabo
utilizando el software Graphpad Prism 8 para
determinar la significancia estadística de los
estudios se consideró un P < 0,05.
3 Resultados y Discusiones
3.1 Caracterización de las películas de CPE
Características físicas de las películas CPE:
apariencia y textura
A la inspección visual, las películas placebo de
QUI/APG, muestran una coloración amarilla,
superficie irregular y textura rígida y quebradiza
(Figura 1a), mientras que las películas de la
misma formulación conteniendo NIS muestran
una superficie aparentemente más heterogénea y
un color más intenso (Figura 1b).
Resultados similares han sido publicados por
diversos autores [27]–[29], la resistencia o
fragilidad de las películas se debe a la proporción
de polielectrolito libre que no formó parte del
CPE [30]. Es deseable que las películas para
aplicación bucal cuenten con cierta flexibilidad
para adaptarse al relieve y estructuras de la boca
sin romperse o agrietarse, ya que esto modificaría
la liberación del fármaco, en este caso, a pesar de
la rigidez en seco que muestran las películas
obtenidos; al ser hidratadas con solución
amortiguadora de fosfatos, adquieren la
flexibilidad necesaria para adaptarse al relieve de