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I INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE BIOTECNOLOGÍA TESIS Presentada para obtener el grado de MAESTRA EN CIENCIAS EN BIOPROCESOS por Flor Noemi Bañales Torres Ingeniera Bioquímica PRODUCCIÓN DE CÁPSULAS DE EXTRACTOS DE Ibervillea sonorae (wereke) COMO HIPOGLUCEMIANTE Dirigida por Dra. María Guadalupe Ramírez Sotelo Dra. Ana Belem Piña Guzmán México, D.F. 13 de Enero del 2013 II V Resumen En menos de cuatro décadas, la diabetes se ha convertido en el problema de salud más importante en México. Es la principal causa de muerte en mujeres y la segunda entre los hombres desde el año 2000 se espera que por el año 2025, cerca de 11.7 millones de mexicanos tengan diabetes. Una alternativa a los tratamientos farmacológicos para el control de la diabetes mellitus (DM) es la utilización de las plantas medicinales, y que en México, se han reportado más de 306 plantas para este fin. Dentro de las plantas identificadas por su actividad hipoglucemiante se encuentra Ibervillea sonorae. Esta planta que pertenece a la familia de las cucurbitácea y es nativa del desierto de Sonora, ha sido utilizada por algunos grupos indígenas del noroeste de México por sus propiedades curativas entre las que destacan: antirreumático, antiinflamatorio, analgésico, enfermedades cardiacas y anticancerígeno. El presente trabajo se enfoca al estudio de formulación para el desarrollo de una forma farmacéutica que funcione como fitofármaco en el tratamiento de la diabetes mellitus, utilizando un extracto natural obtenido a partir de la raíz de I. sonorae que sea efectivo y organolépticamente aceptable. Se evaluó el efecto hipoglucemiante producido por la administración de extractos acuosos de I. sonorae obtenidos por secado por aspersión con el objetivo de encontrar la dosis adecuada que produzca el efecto hipoglucemiante. La administración del extracto se realizó por via intraperitonal a un modelo de ratas Wistar sanas y diabéticas, probando con dosis de 100, 200 y 400 mg de extracto/kg de peso corporal. La administración del extracto a una dosis de 200 mg/kg mostró un efecto hipoglucémico similar al de la glimepirida, el cual fue utilizado como control para el diseño. A partir de la dosis seleccionada se propusieron cinco formulaciones distintas con excipientes como celulosa microcristalina, almidón, y alginato de sodio. Se evaluaron los perfiles de disolución encontrando que las formulaciones con alginato de sodio y celulosa microcristalina son una buena opción para el desarrollo del fitofármaco. VI Abstract In less than four decades, diabetes has become the most important health problem in Mexico. It is the leading cause of death in women and the second among men since 2000 it is expected that by 2025, about 11.7 million Mexicans have diabetes. An alternative drug treatment for diabetes mellitus (DM) is the use of medicinal plants, and in Mexico, has reported more than 306 plants for this purpose. Among the plants identified by its hypoglycemic activity is I. sonorae. This plant belonging to the gourd family and is native to the Sonoran Desert, has been used by some indigenous groups in northwestern Mexico for its healing properties among which are: antirheumatic, anti-inflammatory, analgesic, anti-cancer and heart disease. This paper focuses on the formulation study for development of a dosage form that functions as phytomedicine in the treatment of diabetes mellitus, using a natural extract obtained from the root of Ibervillea sonorae. We evaluated the hypoglycemic effect produced by the administration of aqueous extracts obtained by spray drying of I. sonorae in order to find the right dose that produces the hypoglycaemic effect. The extract administration was performed by intraperitoneal via to a healthy and diabetic model of Wistar rats, tested at doses of 100, 200 and 400 mg extract / kg body weight. The administration of the extract to a dose of 200 mg / kg showed a hypoglycemic effect similar to glimepiride, which was used as a control for the design. With the selected dose is proposed five different formulations with excipients such as microcrystalline cellulose, starch, and sodium alginate. Dissolution profiles were evaluated and we found that formulations with sodium alginate and microcrystalline cellulose are a good choice for the development of phytomedicine. . VII Dedicatoria A mi ESPOSO y mi HIJO, que han estado a mi lado dándome cariño, confianza y apoyo incondicional para seguir adelante y cumplir otra etapa en mi vida. Además de ser es el motivo y la razón que me ha llevado a seguir superándome día a día, para alcanzar mis ideales de superación. Agradecimientos Primero que todo quiero dar las gracias a Dios, por darme la oportunidad de vivir y por estar conmigo en cada paso que doy, por fortalecer mi corazón e iluminar mi mente y por haber puesto en mi camino a aquellas personas que han sido mi soporte y compañía durante todo el periodo de estudio. A mi madre Por haberme apoyado en todo momento, por sus consejos, sus valores, por la motivación constante que me ha permitido ser una persona de bien, pero más que nada, por su amor. A mi esposo Por su gran apoyo y por creer en mí, impulsando siempre mis sueños hasta lograr alcanzarlos. A la Dra. Guadalupe Ramírez Sotelo Por su gran apoyo y motivación para la culminación de esta etapa de mi vida, por creer y confiar en mi, pero sobre todo por ser un gran ejemplo. A la Dra. Ana Belem Piña Guzmán Por su gran apoyo durante el proceso de investigación y experimentación, por sus consejos y ayuda para concluir mi tesis. VIII Contenido 1. INTRODUCCIÓN ................................................................................................ - 1 - 2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ................................................................. - 2 - 3. ANTECEDENTES .................................................................................................. - 4 - 3.1. Diabetes mellitus (DM) ................................................................................. - 4 - 3.2. Impacto de la DM en México ........................................................................ - 4 - 3.3. Clasificación de DM .................................................................................... - 5 - 3.4.4 Tratamientos farmacológicos actuales de la DM tipo 2 ............................. - 6 - 3.5. Tratamientos con plantas medicinales ......................................................... - 7 - 3.6. Fitomedicamentos ........................................................................................ - 8 - 3.7. Productos milagro ........................................................................................ - 9 - 3.8. Generalidades de I. sonorae ..................................................................... - 10 - 3.9. La cápsula como fórmula farmacéutica sólida ............................................ - 11 - 4. JUSTIFICACIÓN .................................................................................................. - 14 - 5. OBJETIVOS ......................................................................................................... - 15 - 5.1. Objetivo general ......................................................................................... - 15 - 5.2. Objetivos particulares ................................................................................. - 15 - 6. MATERIALES Y MÉTODOS ............................................................................. - 16 - 6.1. Protocolo experimental ................................................................................. - 16 - 6.2. Obtención de extracto ....................................................................................- 17 - 6.2.1. Material biológico .................................................................................... - 17 - 6.2.2. Extracción por maceración ...................................................................... - 17 - 6.2.3 Deshidratación (secado por aspersión y liofilización)................................ - 17 - 6.3. Estudios de preformulación ............................................................................ - 18 - 6.3.2 Determinación polimorfismo, tamaño y distribución de partícula .................. - 19 - 6.3.3 Índice de compresibilidad de Carr y el cociente de Hausner ........................ - 20 - 6.3.4 Determinación de las propiedades de flujo (velocidad de flujo y ángulo de reposo) ................................................................................................................. - 22 - 3.5 Determinación de la solubilidad de los extractos del wereke ........................... - 23 - 6.3.6. Porcentaje de humedad .............................................................................. - 24 - 6.3.7. Porcentaje de cenizas ................................................................................. - 24 - 6.11. Estandarización de extracto ......................................................................... - 25 - IX 6.11.1. Análisis fitoquímico para estandarizado ................................................. - 26 - 6.12. Evaluación de la capacidad hipoglucemiante del extracto de wereke .......... - 27 - 6.12.1. Animales de experimentación ................................................................ - 27 - 6.12.2. Ensayo para comprobación de la presencia de diabetes ....................... - 28 - 6.12.3. Efecto hipoglucemiante ......................................................................... - 28 - 6.12.4. Cinéticas de la valoración hipoglucemiante ........................................... - 29 - 6.12.5. Efecto hipoglucemiante con extracto centrifugado ................................. - 29 - 6.13. Formulación ................................................................................................. - 29 - 6.13.2. Metodología de llenado manual de cápsulas con ingredientes secos .... - 30 - 6.13.3. Método para pesar cápsulas con una balanza electrónica..................... - 31 - 6.13.4. Verificación de uniformidad y dosis ....................................................... - 31 - 6.14. Evaluación del perfil de disolución .............................................................. - 32 - 6.15. Evaluación del efecto hipoglucemiante de las formulaciones propuestas . - 33 - 7. RESULTADOS Y DISCUSIONES ........................................................................... - 34 - 7.1. Estudios de preformulación ............................................................................ - 34 - 7.1.1. Propiedades organolépticas del extracto ................................................. - 34 - 7.1.2. Determinación del Tamaño de partícula, distribución y polimorfismo ...... - 35 - 7.1.3. Densidades del extracto .......................................................................... - 40 - 7.1.4. Velocidad de flujo y ángulo de reposo ..................................................... - 41 - 7.1.5. Determinación de la solubilidad ............................................................... - 41 - 7.1.6. Contenido de humedad, higroscopicidad y cenizas totales ...................... - 43 - 7.2. Difracción de rayos x ..................................................................................... - 44 - 7.3. Estandarización del extracto .......................................................................... - 45 - 7.3.2. Cuantificación de fenoles, flavonoides y alcaloides ................................. - 45 - 7.4. Evaluación hipoglucemiante .......................................................................... - 48 - 7.4.1. Animales de experimentación .................................................................. - 48 - 7.4.2. Ensayo de comprobación de presencia de diabetes ................................ - 49 - 7.4.3. Cinéticas de valoración hipoglucemiante ................................................. - 50 - 7.4.4. Efecto hipoglucemiante con extracto centrifugado ................................... - 52 - 7.5. Formulación ................................................................................................... - 54 - 7.5.1 Evaluación de la manufactura de cápsulas de extractos de I. sonorae ..... - 54 - 7.5.2. Verificación de uniformidad y dosis ......................................................... - 55 - 7.5.3. Evaluación del efecto hipoglucemiante de las formulaciones propuestas - 57 - X 7.6. Prueba de disolución ..................................................................................... - 58 - 8. CONCLUSIONES .................................................................................................. - 61 - 9. PERSPECTIVAS .................................................................................................... - 63 - 10. REFERENCIAS .................................................................................................... - 64 - 11. ANEXOS ............................................................................................................. - 67 - XI Índice de tablas Tabla 1. Resumen de los resultados de las pruebas del estudio de preformulación .... - 34 - Tabla 2. Tamaño de partícula del extracto ................................................................... - 36 - Tabla 3. Densidades del extracto ................................................................................. - 40 - Tabla 4. Solubilidad de los extractos a diferentes temperaturas .................................. - 43 - Tabla 5. Contenido de compuestos fenólicos en extracto y pruebas comerciales ........ - 46 - Tabla 6. Contenido de flavonoides en extracto y pruebas comerciales ........................ - 46 - Tabla 7. ANOVA de la evaluación hipoglucemiante .................................................... - 50 - Tabla 8. Contenido de compuestos fenólicos en el extracto......................................... - 52 - Tabla 9. Contenido de compuestos fenólicos en el extracto......................................... - 53 - Tabla 10. Características de la cápsula ...................................................................... - 54 - Tabla 11. Formulación de cápsulas ............................................................................. - 55 - Tabla 12. Parámetros de calidad de la cápsula............................................................ - 55 - Tabla 13. Estandarizado de cápsulas .......................................................................... - 56 - Tabla 14. Contenido de proteína en formulaciones ...................................................... - 57 - Tabla 15. ANOVA de evaluación hipoglucemiante en fórmulas desarrolladas ............. - 57 - Tabla 16. Descripción de los perfiles de disolución de las formulaciones propuestas .. - 58 - Tabla 17. Parámetros de disolución de las formulaciones propuestas ......................... - 60 - XII Índice de figuras Figura 1. Diagrama de proceso del protocolo experimental ......................................... - 16 - Figura 2. Equipo BÜCHI Mini spray dryer B-290 y condiciones de secado. ................ - 18 - Figura 3. Determinación del grado de esfericidad ........................................................ - 20 - Figura 4. Curvas de distribución de frecuencia correspondientes a: (a) una distribución normal, (b) una distribución con asimetría positiva y (c) una distribución binomial. ...... - 20 - Figura 5. Método gráfico de la determinación del ángulo dinámico en reposo, en uncilindro rotatorio ........................................................................................................... - 22 - Figura 6. Animales de experimentación, ratas Wistar (Ratus norvegicus) .................... - 27 - Figura 7. Extracto de I. sonorae obtenido por maceración y un secado por aspersión. ........ Figura 8. Tamaño de partícula del extracto obtenido por maceración y secado por aspersión ..................................................................................................................... - 37 - Figura 9. Grado de esfericidad de EWMSA ................................................................ - 37 - Figura 10. Análisis elemental del extracto. ................................................................... - 39 - Figura 11. Efecto de la disolución y temperatura sobre la solubilidad .......................... - 42 - Figura 12. Difractograma de los extractos .................................................................... - 44 - Figura 13. Identificación del Cloruro de Potasio (KCl) ................................................. - 45 - Figura 14.Comprobación de presencia de diabetes en ratas diabéticas....................... - 49 - Figura 15. Comprobación de presencia de diabetes en ratas sanas ............................ - 49 - Figura 16. Análisis de las diferencias entre el control y la dosis de extracto de 200 mg/kg.. - 51 - Figura 17. Análisis de la evaluación hipoglucemiante con extracto centrifugado.. ........ - 52 - Figura 18. Efecto cicatrizante con extracto centrifugado. . ........................................... - 53 - Figura 19. Contenido de alcaloides presentes en el extracto centrifugado.. ................. - 54 - Figura 20. Prueba de disolución en buffer de HCl pH 1.2. ........................................... - 59 - Figura 21. Prueba de disolución de las formulaciones en buffer de fosfatos a un pH de 6.8, simulando el fluido gástrico. ......................................................................................... - 59 - XIII Índice de cuadros Cuadro 1. Estudios de preformulación: determinaciones fisicoquímicas y granulométricas - 18 - Cuadro 2. Determinación de la densidad aparente. Nota. *Se considera el volumen constante cuando en tres ocasiones no cambie en más de un cm3. ........................... - 21 - Cuadro 3. Muestras comerciales de suplementos alimenticios de Wereke donde la etiqueta muestra las características del producto ....................................................... - 26 - Cuadro 4. Diseño experimental para evaluación de la capacidad hipoglucemiante ..... - 28 - Cuadro 5. Propuesta de excipientes ............................................................................ - 30 - Cuadro 6. Propiedades organolépticas del extracto. .................................................... - 35 - Cuadro 7. Clasificación de los polvos por su tamaño de partícula, FEUM octava edición .. - 36 - Cuadro 8. Exposición del Polimorfismo de los diferentes extractos .............................. - 38 - Cuadro 9. Flujo de polvo como indicación del índice de Carr (Wells, 2002) ................ - 40 - Cuadro 10. Indicaciones de la capacidad de flujo del polvo como indicación del ángulo de reposo (Wells, 2002) .................................................................................................... - 41 - Cuadro 11. Términos utilizados para expresar la solubilidad (Aulton, 2004) ................ - 42 - Cuadro 12. Determinación de Alcaloides de muestras comerciales y de EWMSA ....... - 47 - Cuadro 13. Resultados de la evaluación hipoglucemiante del EWMSA ..................... - 48 - Abreviaturas DM Diabetes mellitus EWMSA Extracto de Wereke obtenido por maceración y un secado por aspersión EWISA Extracto de Wereke obtenido por infusión y un secado por aspersión SSI Solución salina isotónica SZT Estreptozotocina SE Electrones secundarios HV Alto vacío LV Bajo vacio ESEM Electrones secundarios modo ambiental CNMN Centro de Nanociencias y Micro y Nanotecnologías TGI Tracto gastrointestinal CMC Celulosa microcristalina - 1 - 1. INTRODUCCIÓN La diabetes mellitus (DM) es una enfermedad metabólica ampliamente distribuida en el mundo, que se debe a una deficiencia absoluta o relativa de insulina. Es una de las principales causas de incapacidad prematura, ceguera, insuficiencia renal terminal y amputaciones no traumáticas. Se trata de una de las 10 causas más frecuentes de hospitalización en adultos. Según datos de la Organización Mundial de la Salud, se estima que el número de diabéticos se incrementará de 171 millones en el año 2000 a 366 en los próximos 30 años. México es uno de los principales países afectados por la DM tipo 2; en el año 2000 se consideró la primera causa de muerte en mujeres y la segunda en hombres (Salud, 2002). Se estima que en el año 2025 cerca de 11.7 millones de mexicanos serán diabéticos (King, Aubert, & Herman, 1998). Dicho incremento deberá su razón a los malos hábitos alimenticios, reducción de actividad física y algunas otras conductas relacionadas a la modernización y urbanización. En México la gran dimensión de datos epidemiológicos explica la imposibilidad de las instituciones públicas de salud de atender cabalmente a toda la población afectada por enfermedades crónicas como la DM, y por ello resulta significativo observar que los propios grupos sociales, principalmente a través de la familia llevan a cabo acciones encaminadas a atender los padecimientos que atacan a sus miembros. Dichas estrategias de atención están basadas en el uso del conocimiento de propiedades medicinales de plantas y suplementos alimenticios, permitiéndole así al paciente sobrellevar la enfermedad. Sin embargo muchas veces este tipo de tratamientos resultan perjudiciales a la salud, por qué no se tiene el conocimiento sobre los riesgos asociados a su consumo. Hoy en día estos productos son considerados como productos milagro debido a la falta de regulación en la producción, comercialización, normas sanitarias y publicidad. El presente trabajo se enfoca al estudio de la producción de una fórmula farmacéutica a partir de un extracto natural de I. sonorae; el cual mediante investigaciones previas ha demostrado poseer actividad hipoglucemiante y que tradicionalmente entre la población mexicana es utilizado en el control de la DM a través de infusiones, aunque también se le han atribuido otras actividades terapéuticas como antirreumático, antiinflamatorio, analgésico, enfermedades cardiacas y anticancerígeno (López & Hinojosa, 1988). Asimismo, se pretende llevar a cabo el estudio de la actividad biológica del producto obtenido modelos in vivo (Ratas Wistar) e in vitro con el fin de obtener un producto seguro, documentado y que beneficie a la población mexicana. - 2 - 2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Las condiciones sociales y el proceso de urbanización de los últimos 50 años, han condicionado el incremento de la incidencia y prevalencia de las enfermedades crónicodegenerativas como lo es la DM (Kumate, 1992), Las enfermedades cronicodegenerativas, responden a la sobrepoblación, pero principalmente al proceso social y crisis económica, hábitos y costumbres, déficit de conocimientos que denotan desviaciones en la salud. La pobreza también es un factor predisponente, que puede favorecer el desarrollo de la diabetes; a menor nivel adquisitivo, se compensa con cantidad de alimentos, no de calidad, aumentando el riesgo de desarrollar diabetes mellitus (Zárate, 1993). Una estrategia para la disminución de la incidencia es incrementando la calidad de atención de los programas de cobertura para la prevención y el tratamiento médico de la DM; sin embargo en la mayoría de los casos y en algunos sectores de la población los tratamientos utilizados en este tipo deenfermedades se encuentran basados en el uso tradicional de plantas medicinales, alternativa que puede ser eficiente pero no lo suficientemente segura, ya que los pacientes que son tratados con estas infusiones o remedios herbales llegan a adquirir severas complicaciones indeseables o contraproducentes, porque no existe un respaldo científico que ampare el tratamiento y sustente las dosis específicas que el paciente requiere. México cuenta con una tradición milenaria en el aprovechamiento del conocimiento empírico de plantas medicinales para el tratamiento de la DM. Según la información del mundo etnobotánico existen alrededor de 800 plantas utilizadas para el control de esta enfermedad de las cuales en México existen aproximadamente 150 especies (Alarcón, Román, & Flores, 1993). Dentro de estas especies se encuentra la conocida como I. sonorae o “wereke”, de la cual son utilizadas las raíces para la preparación de una infusión usada tradicionalmente como tratamiento de la enfermedad. En el mercado existen cientos de productos naturales como suplementos alimenticios o derivados de sustancias naturales, que dicen curar enfermedades crónico-degenerativas, algunos de ellos son conocidos como productos milagro y representan un riesgo para la salud; debido a que son una serie de productos, sustancias, energías o métodos que se anuncian con pretendida finalidad sanitaria (para la prevención y tratamiento de ciertas - 3 - enfermedades y trastornos, modificación del estado físico, etc.), sin haberse sometido a ensayos clínicos ni controles, y que suponen en algunos casos un fraude para los consumidores. Suelen acompañarse de abusivas campañas publicitarias con mensajes engañosos, especialmente en radio y revistas (Ortega, Mc Phai, & Vegal, 2011). En México se pueden encontrar varios productos que se comercializan como suplementos alimenticios para el control de la DM, y algunos de ellos presumen contener wereke en mayor o menor proporción. A este respecto, mediante análisis fitoquímicos de una serie de productos comerciales que presumiblemente contienen el extracto de wereke, el grupo de estudio de la Dra. Ramírez Sotelo en el 2011 demostró que los productos comerciales analizados no contienen los mismos metabolitos secundarios que se encuentran en el extracto de wereke obtenido de forma natural. Por lo que surgen las siguientes preguntas a las que este proyecto pretende responder: ¿Qué metabolitos secundarios se encuentran presentes en los suplementos comerciales? ¿Qué suplementos responden un efecto hipoglucemiante? y ¿Cómo saber si el wereke funciona como hipoglucemiante? - 4 - 3. ANTECEDENTES 3.1. Diabetes mellitus (DM) La diabetes mellitus se describe como un trastorno metabólico de etiología múltiple caracterizado por hiperglucemia crónica con alteraciones en el metabolismo de hidratos de carbono, grasas y proteínas consecuencia de defectos en la secreción de insulina, la acción de insulina, o ambas. Entre los efectos de la DM a largo plazo, se encuentran la disfunción e insuficiencia de varios órganos. La DM puede presentarse con síntomas característicos tales como sed, poliuria, visión borrosa y pérdida de peso. En sus formas más graves, cetoacidosis o una cetosis, el desarrollo progresivo de complicaciones específicas de la retinopatía con ceguera potencial, nefropatía que puede conducir a insuficiencia renal y/o neuropatía con el riesgo de úlceras en los pies, amputaciones, articulaciones de Charcot y características de disfunción autonómica, incluyendo sexual disfunción. Las personas con diabetes tienen un mayor riesgo en fermedad. vascular cardiovascular, cerebrovascular y periférica. Varios procesos patogénicos están involucrados en la desarrollo de la diabetes. Estos procesos incluyen la destruccion de las células beta del páncreas por consiguiente la deficiencia de la insulina, y otros que resultan en la resistencia a la accion de la insulina. (WHO, 1999). 3.2. Impacto de la DM en México En menos de cuatro décadas, la diabetes se ha convertido en el problema de salud más importante en México. Es la principal causa de muerte en mujeres y la segunda entre los hombres desde el año 2000 (Salud, 2002). Se estima que para el año 2025, cerca a 11,7 millones de mexicanos tengan diabetes (King, Aubert, & Herman, 1998). Las perspectivas actuales de la enfermedad resultan alarmantes; su incidencia va en aumento, se presenta a edades más tempranas, el diagnostico se establece en forma tardía y el tratamiento muchas veces en forma inadecuada. Independientemente que en el primer nivel de atención medica, se atienden cerca del 90% de los pacientes, los hospitales e instituciones que brindan atención de segundo y tercer nivel están ya saturados y su infraestructura y recursos resultan insuficientes para atender las complicaciones derivadas de la misma (Rul, Aguila, & Rojas, 2004). - 5 - En resumen se necesitan con urgencia estrategias para modificar el estilo de vida de la población y aumentar su actividad física. Además será necesario realizar un enorme esfuerzo para educar a la población y mejorar el diagnóstico de los médicos para brindar un buen tratamiento a los pacientes con diabetes. 3.3. Clasificación de DM La Organización Mundial de la Salud reconoce tres formas de DM: tipo 1, tipo 2 y diabetes gestacional (ocurre durante el embarazo), cada una con diferentes causas y con distinta incidencia. Varios procesos patológicos están involucrados en el desarrollo de la diabetes, le confieren un carácter autoinmune, característico de la DM tipo 1, hereditario y resistencia del cuerpo a la acción de la insulina, como ocurre en la DM tipo 2. (WHO, 1999). DM tipo 1 Este tipo de diabetes corresponde a la llamada antiguamente diabetes insulino dependiente o diabetes de comienzo juvenil. Se presenta mayoritariamente en individuos jóvenes, aunque puede aparecer en cualquier etapa de la vida, y se caracteriza por la nula producción de insulina debida a la destrucción autoinmune (mediados por las células T) de las células β de los Islotes de Langerhans del páncreas. Este tipo de diabetes en México constituye del 1 al 2 % de todos los casos. Su Incidencia se aproxima a 2/100 000 habitantes. (Rother, 2007|). DM tipo 2 Se caracteriza por un complejo mecanismo fisiopatológico, cuyo rasgo principal es el déficit relativo de producción de insulina y una deficiente utilización de glucosa (resistencia a la insulina) en tejidos periféricos, esto quiere decir que los receptores de insulina de las células que se encargan de facilitar la entrada de la glucosa a la propia célula, están dañados. Se desarrolla a menudo en etapas adultas de la vida y es muy frecuente la asociación con la obesidad. La DM tipo 2 representa un 80%-90% de todos los pacientes diabéticos. En México, uno de cada cuatro individuos mayores de 50 años tiene este tipo de DM. Destaca también una elevada prevalencia de DM tipo 2 en individuos con edades que oscilan entre los 35 y 45 años (5%). Estas cifras son aún mayores en la población mexicana que emigró a Estados Unidos, donde la prevalencia de DM casi se ha duplicado (Escobedo, 1999). - 6 - DM gestacional La también llamada diabetes del embarazo aparece durante la gestación en un porcentaje de 1% a 14% de las pacientes, y casi siempre, debuta entre las semanas 24 y 28 del embarazo. Esto se debe a que en dicho estado fisiológico se estimula el páncreas y segrega abundante insulina que contribuye a incrementar su desarrollo. El embarazo constituye un esfuerzo metabólico en el cuerpo de la madre, ya que el bebé utiliza sus órganos para obtener alimento (energía), oxígeno y eliminar sus desechos. Por esta razón, la mujer que se embaraza tiene mayor posibilidad de presentar una deficiencia de la hormona (insulina) que permite que el azúcaro glucosa sea empleada por la célula, haciendo que se presente este problema (Ambriz, 2011). 3.4.4 Tratamientos farmacológicos actuales de la DM tipo 2 Es necesario entender los principios fisiopatológicos básicos de la DM para una correcta administración de los fármacos disponibles. La DM tipo 2 es un complejo trastorno metabólico en el que coexisten una disminución de la secreción pancreática de insulina y una disminución de su acción biológica (insulinorresistencia), en los tejidos muscular, hepático y adiposo. Así, la DM tipo 2 resulta de la coexistencia de alteraciones en diversos tejidos: resistencia a la acción de la insulina a nivel muscular, insuficiente secreción pancreática de insulina, producción hepática de glucosa no suprimida y finalmente un defecto en la acción de la insulina en el tejido graso. Cada una de estas alteraciones es un blanco para el tratamiento farmacológico (Trinajstic, 2011). Los fármacos que se utilizan actualmente en el control de la diabetes son los hipoglucemiantes orales como son las sulfonilureas de “primera generación” (tolbutamida, acetohexamida, tolazamida y cloropropamida), las de “segunda generación” (gliburida (C), glipizida y gliclazida), de “tercera generación (glimepirida, las biguanidas, fenformina y metformina 1) los inhibidores de la α-glucosidasa (acarbosa), meglitinidas (nateglinida y repaglinida), tiazolidinedionas (ciglitazona y pioglitazona) y una nueva clase de tratamiento, sitagliptina e insulina. Los mecanismos mediante los cuales los fármacos pueden conducir a un descenso de la glucemia son diversos; por ejemplo, estimulación de la secreción de insulina (sulfonilureas - 7 - o repaglinida), aumento de la captación de glucosa por los músculos (tiazolidinedionas y biguanidas), reducción de la producción de glucosa (biguanidas y tiazolidinedionas), retardo de la absorción intestinal de los hidratos de carbono (inhibidores de la α- glucosidasa), mejoran el control de la glucemia aumentando las concentraciones de las hormonas incretinas (sitagliptina) y corrección de la deficiencia de insulina (insulina o análogos de la insulina) (Inzucchi, 2002). 3.5. Tratamientos con plantas medicinales A demás de los tratamientos farmacológicos para el control de la DM existen también otras alternativas que ayudan al control, como lo son las plantas medicinales. En México la población utiliza más de 306 plantas en el control empírico de la DM, que se caracterizan por tener actividad hipoglucemiante, algunas de ellas están siendo ampliamente estudiadas. En el 19% de las 300 plantas estudiadas los resultados han sido negativos o contradictorios (Bailey & Day, 1989). Cabe señalar que el 90% de los estudios realizados con estas plantas ha sido a nivel experimental, y a nivel toxicológico y clínico se ha evaluado sólo el 10%. De acuerdo con el tipo de estudios realizados con las plantas, éstas fueron clasificadas en tres categorías: Plantas antidiabéticas a partir de las cuales se ha logrado aislar un agente hipoglucemiante potencial. Plantas antidiabéticas cuyo efecto hipoglucemiante ha sido estudiado a nivel experimental y/o clínico, pero a partir de las cuales no se ha logrado aislar la sustancia responsable de la actividad hipoglucemiante. Plantas antidiabéticas cuyo efecto hipoglucemiante fue estudiado experimental y/o clínicamente, pero cuyos resultados fueron negativos o contradictorios. Entre las especies vegetales conocidas y utilizadas para el control de la diabetes están: Psacalium decompositum, Cacalia decomposita, Psacalium peltatum, Psacalium sinuatum, Psaealium palmeri y Acourtia thurberi, todas ellas originarias del noroeste de Sonora y conocidos por el nombre vernáculo de Matarique (Bye, 1995). Otras Cecropia obtusifolia (Cecropiaceae), Equisetum myriochaetum (Equisetaceae), Acosmium panamense (Fabaceae), Cucurbita ficifolia (Cucurbitaceae), Agarista mexicana (Ericaeae), Brickellia veronicaefolia (Asteraceae), Parmentiera aculeata (Bignoniaceae) las cuales han sido estudiadas más ampliamente e identificado algunos de sus principales - 8 - metabolitos secundarios que pudieran intervenir en el mecanismo de acción hipoglucemiante (Andrade & Heinrich, 2005). La naturaleza química de los compuestos hipoglucemiantes que más frecuentemente se han aislado de plantas antidiabéticas son carbohidratos, alcaloides, glucopéptidos, terpenoides, péptidos, flavonoides, esteroides y compuestos de naturaleza lipídica. (Marles & Farnsworth, 1994). 3.6. Fitomedicamentos Durante muchos años, las plantas medicinales y los fitomedicamentos han formado parte de la medicina oficial de algunos países del mundo, mientras que en otros constituyen un importante recurso terapéutico, pero no habían sido adecuadamente tecnificados ni existían las normas para ponerlos a disposición de la población en forma eficaz, segura y con calidad. La creencia sobre la supuesta seguridad de las medicinas de origen natural ha ganado popularidad en los últimos años y promovido el renacimiento de un interés creciente, en todo el mundo, por las plantas medicinales y su potencial en el desarrollo de nuevos medicamentos (Bhattaram, Graefe, & Kohlert, 2002). Los fitomedicamentos difieren sustancialmente de los medicamentos químico- farmacéuticos en sus ingredientes. Mientras que el contenido de un medicamento químico-farmacéutico está integrado por compuestos químicos puros y bien definidos, la mayoría de los fitomedicamentos presentan extractos vegetales con numerosos compuestos. Por esta razón, la fuente del material vegetal, su calidad de producción, los procedimientos de manufactura y especialmente la estandarización del extracto son particularmente importantes en el desarrollo y producción de los fitomedicamentos (Allemann, Herren, & K., 2002). No existe un sistema de regulación universal para los fitomedicamentos; sin embargo, a partir de las guías propuestas por la Organización Mundial de la Salud para la regulación de los productos obtenidos de plantas, varios países han generado sus propias normas que establecen cómo deben ser tratados los fitomedicamentos (OMS, 1992). En México, los fitomedicamentos o medicamentos herbolarios, como los denomina nuestra legislación, fueron reconocidos como medicamentos y regulados por la Ley General de Salud (Salud, 2000). El uso de plantas con fines terapéuticos presupone la elaboración de diversas formas farmacéuticas que pueden abarcar desde la infusión más simple hasta las más - 9 - sofisticadas cremas, pomadas, geles, etc. Para llegar a ello se requiere un largo proceso con implicación de especialistas de diferentes ramas, pero sin lugar a dudas el punto de partida radica en la identificación y recolección correcta de la masa verde a trabajar. La participación de botánicos o personal debidamente entrenado es esencial ya que no solamente es necesario conocer cada planta sino también se hace imprescindible el dominio de otros elementos que pueden modificar sus propiedades (Rodriguez, 1998). 3.7. Productos milagro Se trata de productos que se caracterizan por exaltar una o varias cualidades terapéuticas, dirigidas a erradicar males. Son elaborados con plantas, nutrientes, productos sintéticos y otros ingredientes que generan efectos aún desconocidos y que tienen acciones farmacológicas sin ser medicamentos. Su publicidad está asociada a la promoción, distribución o venta fraudulenta de artículos que son presentados como eficaces para el diagnóstico, prevención, curación, tratamiento o erradicación de una enfermedad, sin que su eficacia y seguridad hayan sido probadas científicamente. Su circulación es considerada como un problema potencial de salud, que involucra además conflictos de carácter ético pues, a diferencia de los medicamentos certificados, los milagro no cuentan con pruebas de eficacia, no hay registros adecuados delas empresas que los producen, no tienen controles de calidad ni de su producción, además de no contar con la farmacovigilancia necesaria (Trejo, 2011) (Ortega, Mc Phail, & Vega, 2011). De acuerdo con la Comisión Federal para la Protección contra Riesgos Sanitarios COFEPRIS (Cofepris, 2012), los productos milagro constituyen un riesgo entre la población por tres causas principalmente: 1. Su uso y consumo. 2. Su composición. 3. Su publicidad sobre los resultados milagrosos no comprobables que no advierte sobre los riesgos que pueden ocasionar, exageran sus características y propiedades e inducen al error. Los riesgos asociados al consumo apuntan al problema detonado por el uso que se hace de estos productos como medicamentos, cuando no lo son, y que lejos de curar pueden - 10 - ocultar síntomas y generar efectos adversos. Los riesgos asociados a su composición tienen que ver con el empleo de ingredientes con efectos desconocidos, sin que sean sometidos a las pruebas clínicas necesarias establecidas por el reglamento sanitario. Finalmente, los riesgos asociados a su publicidad involucran una larga lista de problemas: Las empresas que los producen se saltan a la autoridad sanitaria y negocian directamente con los medios de comunicación los contratos de publicidad. Los ofertan como satisfactores inmediatos. No mencionan los riesgos asociados a su consumo. Los anuncian como productos “naturales”. Los ofrecen como productos innovadores. Utilizan elementos persuasivos, como sugerir que hay una investigación previa que respalda el producto, presentan testimonios de consumidores (fotografías con el “antes” y el “después”), apelan a la opinión de supuestos especialistas y a personajes del espectáculo. Cofepris junto con la Ley General de Salud reconoce como medicamentos herbolarios a aquellos productos que cumplan con las características de un fitomedicamento. 3.8. Generalidades de I. sonorae I. sonorae es una planta dioica perenne, perteneciente a la familia Cucurbitaceae; se conoce popularmente como “wareque” o “guereque” y “wereke”; se localiza en zonas semiáridas de los estados de Sinaloa, Sonora y Baja California. Algunos grupos étnicos, tales como los indígenas Mayo, Opata, Seri y Yaqui, usan la raíz para múltiples propósitos: antireumático, antinflamatorio, analgésico, enfermedades cardiacas, afecciones de la piel, en tratamiento de cáncer y como antidiabético (López & Hinojosa, 1988). En algunas ciudades, el wereke es utilizado en cápsulas y extractos líquidos a pesar que aún se desconocen los principios activos. En un estudio realizado por Emerson y Welter (1908) se determinó la composición química de I. sonorae en el extracto en distintos solventes como agua, alcohol 95%, éter, glicerol y cloruro sódico, demostrando que la raíz de esta planta contiene representantes de los grupos siguientes como son: proteínas, carbohidratos, grasas, lecitinas, ácidos orgánicos y sales inorgánicas (Emerson & Welter, 1908). Sin embargo aún no se ha determinado si la planta pueda tener un efecto - 11 - tóxico y lo que se sabe empíricamente es que tiene un efecto abortivo. El grupo de estudio de Alarcón (2002) reporta que mientras que la administración del extracto por vía oral no ha probado tener efecto hipoglucemiante en ratas y ratones sanos y diabéticos (inducidos por alloxan), la administración por vía intraperitoneal sí causa una disminución significativa de la glucemia. En un extracto orgánico de I. sonorae redujo la glucemia de manera significativa en ratas con diabetes moderada, pero no en ratas con diabetes severa y se ha detectado que la planta requiere la presencia de insulina para ejercer su acción (Alarcon, Campos, & Xolalpa, 2002). En el trabajo de Hernandez, 2011, se obtuvieron 4 extractos acuosos a partir de Ibervillea sonorae, obtenidos mediante dos métodos (maceración e infusión) y la deshidratación de los extractos se llevó a cabo por dos diferentes procesos, secado por aspersión y liofilización y se realizó el análisis fitoquímico de los cuatro extractos. Por otro lado, se determinaron las constantes cinéticas (Km y Vmax) del transporte de glucosa en un modelo in vitro (Células Gliales de Bergmann, BGC), así como el efecto del extracto en el transporte de glucosa en BGC. Como resultado del análisis fitoquímico preliminar los metabolitos secundarios encontrados en los extractos nos indican un gran potencial de esta planta para fines medicinales, además que los compuestos activos presentes en los extractos tienen un bajo perfil toxicológico. También se caracterizó el transporte de glucosa basal en el modelo in vitro. El estudio del transporte de glucosa resulta en el desarrollo de nuevas líneas de investigación y los desarrollos recientes pueden aportar conocimientos cruciales sobre el impacto funcional del metabolismo de la glucosa en el transporte y la utilización de las funciones neuronales o tal vez la función que desempeña este transporte en diversas enfermedades crónico-degenerativas como lo es la DM. (Hernandez, 2011). 3.9. La cápsula como fórmula farmacéutica sólida Las cápsulas constituyen la segunda forma farmacéutica sólida de administración oral más frecuentemente utilizada, después de las tabletas. Estas dos formulaciones sólidas comparten diversas ventajas, como son: Gran estabilidad física, química y biológica Dosificación exacta Liberación fácilmente controlable - 12 - Bajo costo Son preparaciones sólidas conformadas de dos piezas de consistencia dura o suave compuesta de gelatina, que usualmente contienen una dosis del ó los ingredientes activos. Están diseñadas principalmente para uso oral, pero este uso no es exclusivo. Pueden contener polvos, gránulos, esferas, líquidos o geles (Vila, 1997). Formulación de Cápsulas de Gelatina Dura Las cápsulas de gelatina dura suelen contener productos en polvo, microgránulos, gránulos o comprimidos; así como coadyuvantes. La única exigencia es que no reaccionen con la gelatina o dañen la integridad de la cubierta capsular. Para asegurar el buen deslizamiento del polvo, se suelen incorporar al principio activo diversas sustancias auxiliares: Diluentes. Se incluyen lactosa, almidón, fosfato dicálcico, manitol y almidón de maíz pregelatinizado. Deslizantes. Como el dióxido de silicio coloidal con una concentración optima generalmente < 1.0%. Lubricantes. Como estearatos metálicos, talco, polietilenglicoles 4000 y 6000 y ácido esteárico. Humectantes. Sólo cuando en la formulación aparece una sustancia hidrófoba, se agregan humectantes adecuados tales como lauril sulfonatos, compuestos de amonio cuaternario, polisorbato 80, etc., en pequeñas cantidades. Influencia de la cápsula en la velocidad de disolución de la forma farmacéutica en el lugar de absorción. Las cápsulas son sustancias fisiológicamente indiferentes, el principio activo se va a comportar igual en presencia de la cápsula o sin esta, este es el modo ideal del comportamiento. La cápsula al desintegrarse puede ligar o aglomerar el polvo y retardar la disolución o la absorción. Este fenómeno se ha constatado en el caso de coloides con carga opuesta a la gelatina, para sustancias con afinidad a las proteínas, dando complejos que pueden ser poco solubles y por lo tanto poco absorbentes. Compuesto por dos elementos fundamentales: el principio activo y los coadyuvantes que pueden actuar - 13 - como excipientes en cantidad suficiente. Los coadyuvantes normalmente pertenecen al grupo de diluentes, humectantes, absorbentes o aditivos. Los adsorbentes son usados para retener algo que pueda perjudicar al principio activo, los absorbentes son sustancias que favorecen la absorción de una tercera, los coadyuvantes serán utilizados solo cuando sea necesaria su presencia. El principio activo es el eje de la formulación, conuna acción terapéutica definida, acción que no debe ser modificada, así la solubilidad no variará la acción pero modificará el tiempo en que se pone en manifiesto. Hay que asegurar la eficacia, estabilidad y seguridad del principio activo en la forma que lo preparemos (Vila, 1997). En los diluentes aparece la dificultad de dosificación debido a la dificultad del llenado, para evitar estas dificultadas recomendamos los siguientes puntos (Vila, 1997): Hay que determinar el volumen total de la formulación completa de la cápsula: principio activo y coadyuvante. Realizar las determinaciones reológicas de la mezcla de polvos como son: Tamaño y Distribución de Partícula Forma del polvo o granulado Fluidez (Determinado por el ángulo de reposo) Densidad Verdadera y Aparente Velocidad de flujo - 14 - 4. JUSTIFICACIÓN La DM a nivel mundial y nacional ocupa el tercer y primer lugar, respectivamente, como causa de muerte, siendo el DF la entidad que ocupa el primer lugar, de tal manera que el estudio de esta patología se ha convertido en una de las prioridades para los sistemas de salud. En el año 2008 según datos oficiales del Instituto Mexicano del Seguro Social el presupuesto destinado a la atención de la enfermedad fue de 310 millones de pesos. El tratamiento farmacológico de esta enfermedad trae asociados efectos colaterales que incluso pueden poner en riesgo la vida del paciente. Por otro lado, cada vez existe mayor evidencia del poder terapéutico de la medicina tradicional en el tratamiento de dicha enfermedad. Una de las plantas más utilizadas es la raíz de I. sonorae. Sin pretender que un fitofármaco reemplace a un medicamento convencional utilizado por los pacientes diabéticos, es necesario encontrar un producto fitofarmacéutico que funcione como una alternativa de control de la enfermedad cuando la situación económica del paciente le impida contar con el medicamento. Este proyecto pretende diseñar una forma farmacéutica sólida a partir de los extractos de wereke, que funcione como un fitofármaco para el tratamiento de la DM tipo 2 y que además se encuentre respaldado por estudios que avalen el efecto hipoglucemiante del extracto, la dosis adecuada y que pueda ser aceptable oralmente. - 15 - 5. OBJETIVOS 5.1. Objetivo general Obtención de una formula farmacéutica de extracto de wereke (I. sonorae) para el tratamiento de la Diabetes Mellitus. 5.2. Objetivos particulares Determinar las propiedades granulométricas de los extractos de wereke (tamaño de partícula, densidad aparente y compactada, ángulo de reposo, solubilidad, grado de cristanilidad y polimorfismo). Evaluación de la actividad hipoglucemiante del extracto de wereke y formulaciones desarrolladas. Desarrollo de formulaciones de cápsulas de gelatina dura de los extractos de wereke. Determinación del perfil de disolución de la formula farmacéutica desarrollada. Evaluación de actividad biológica en ratas Wistar de las fórmulas farmacéuticas desarrolladas. - 16 - 6. MATERIALES Y MÉTODOS La estrategia experimental se dividió con base a tres objetivos: Estudios de preformulación del extracto. Evaluación hipoglucemiante del extracto para determinación de dosis. Formulación de la cápsula de gelatina dura. 6.1. Protocolo experimental La Figura 1 muestra el protocolo experimental de manera general del estudio. Figura 1. Diagrama de proceso del protocolo experimental - 17 - 6.2. Obtención de extracto 6.2.1. Material biológico I. sonorae se adquirió en el Mercado de Sonora de la Ciudad de México. La raíz se adquirió seca y se guardo hasta su posterior utilización. 6.2.2. Extracción por maceración La obtención del extracto se realizó por maceración del material vegetal en agua, seguido de un proceso de eliminación del agua y realizando finalmente un secado por aspersión con la finalidad de obtener el extracto total en forma de un polvo fino del que posteriormente fue evaluada su capacidad hipoglucemiante en los modelos in vivo y con el que fueron realizadas las pruebas de formulación para el diseño de la cápsula. Para la extracción se utilizaron 500 gramos de raíz de I. sonorae seca y que fue molida en un molino manual para grano, se colocaron en un recipiente de vidrio con 2 litros de agua destilada y se dejó reposar por 24 horas. El líquido obtenido fue filtrado para ser secado por aspersión (Hernández, 2011). El extracto también puede obtenerse por un proceso de infusión, colocando en ebullición el extracto durante 15 minutos y con las mismas condiciones que el extracto en maceración; sin embargo esta metodología solo es utilizada para realizar algunas comparaciones con el extracto obtenido por maceración durante la preformulación, resaltando que no es el método principal de obtención del polvo en este estudio debido a las razones que da (Hernandez, 2011) en donde demuestra una justificación económica y de rendimientos de las distintas maneras de obtención de extracto. 6.2.3 Deshidratación (secado por aspersión y liofilización) Los extractos obtenidos por maceración fueron secados mediante la metodología de secado por aspersión utilizando un secador BÜCHI Mini spray dryer B-290 (ver Figura 2) y el extracto es nombrado como EWMSA (extracto wereke maceración secado por aspersión) mientras que el extracto por infusión es nombrado como EWISA. - 18 - Figura 2. Equipo BÜCHI Mini spray dryer B-290 y condiciones de secado. 6.3. Estudios de preformulación El estudio de preformulación tiene como finalidad conocer las distintas interacciones entre los posibles componentes de la fórmula y los compuestos activos, con el objetivo de obtener la formulación adecuada. Dentro de este estudio se obtuvieron algunos datos granulométricos y propiedades fisicoquímicas las cuales se presentan en la Cuadro 1. Cuadro 1. Estudios de preformulación: determinaciones fisicoquímicas y granulométricas Medición Referencia bibliográfica Tamaño de partícula CNMN,IPN; prueba de tamices FEUM 2004 Densidad aparente y compactada (Aulton, 2004) Grado de cristalinidad y polimorfismo Microscopia CNMN,IPN Angulo de reposo (Aulton, 2004) Velocidad de flujo (Aulton, 2004) Solubilidad (Aulton, 2004) Contenido de humedad FEUM,2004 Cenizas totales FEUM,2004 6.3.1 Determinación de las propiedades organolépticas del extracto Normalmente resulta complicado medir propiedades organolépticas ya que no existen pruebas estándar de laboratorio, además de que se requiere de personal altamente capacitado y con experiencia. En este estudio las propiedades organolépticas del extracto fueron determinadas por su apariencia física, olor y sabor. El extracto fue inspeccionado y revisado utilizando nuestros sentidos (ojos, nariz y boca). - 19 - 6.3.2 Determinación polimorfismo, tamaño y distribución de partícula La determinación del polimorfismo y tamaño de partícula se realizó por medio de Microscopia de Barrido, empleando un microscopio Quanta 3D FEG de marca FEI®, que incluye tres detectores de electrones secundarios (SE) optimizados para el uso en alto vacío (HV), bajo vacío (LV) y modo ambiental (ESEM), así como un detector de electrones retrodispersados (BSE) de estado sólido, contándose 300 partículas en 15 campos diferentes. Se realizó un barrido con una resolución nominal de modo ambiental (ESEM) de 1.5 nm a 30kV (SE) por campo, para observar imágenes al alto vacío y así las estructuras y forma de las partículas, encontrando estructuras polimorfas y amorfas. Ésta metodología fue realizada en el Centro de Nanociencias y Micro y Nanotecnologías (CNMN) del Instituto Politécnico Nacional (IPN). Aprovechando las características del equipo se realizó un Análisis Elemental, procedimiento que nos dio de forma general,la aproximación porcentual de los posibles elementos que se puedan encontrar en los cristales o partículas amorfas del polvo. La forma de la partícula se refiere al perímetro que esta ocupa y que puede influir sobre la producción de formas farmacéuticas sólidas y orales. Tanto las cápsulas como las tabletas utilizan equipos que controlan la masa de las drogas por medio de llenados volumétricos. Así pues cualquier interferencia entre la uniformidad de volumen de llenado puede alterar la masa de la droga y por lo tanto reducir la uniformidad de la medicina. Normalmente estas partículas tienen una forma irregular, y son descritas con forma esféricas, piramidal, cubica, granular, fibrosa, esponjosa, etc. A excepción de la forma descrita como esférica y cubica, la forma de las partículas son normalmente difíciles de describir y medir (Cui, 1980). Con respecto a ello se puede determinar el grado de esfericidad como lo muestra la ecuación 1. Ecuación. 1 Donde: Da es el diámetro del área proyectada y Dp es el diámetro del perímetro proyectado, como lo muestra la Figura 3. - 20 - Figura 3. Determinación del grado de esfericidad La distribución de tamaño, se hace adecuando el método MGA 0891 determinando el tamaño de partículas por tamizado (FEUM, 2004). Este método se encarga de estimar mediante histogramas el diámetro aproximado del polvo ver Figura 4. Este tipo de histogramas representa una interpretación de la distribución de tamaño de los extractos (Aulton, 2004). Figura 4. Curvas de distribución de frecuencia correspondientes a: (a) una distribución normal, (b) una distribución con asimetría positiva y (c) una distribución binomial. 6.3.3 Índice de compresibilidad de Carr y el cociente de Hausner Para poder evaluar la capacidad de flujo del polvo se utilizó la prueba de Carr, una prueba simple que compara la densidad compactada y la densidad aparente. En la determinación del índice de compresibilidad de Carr y el cociente de Hausner, es necesario determinar las densidades del polvo, tanto aparente ( ) como compactada ( ). Las mediciones se realizaron en una probeta de vidrio graduada de 50 mL, utilizando un medidor de densidad compactada, para ambas pruebas. - 21 - La densidad aparente relaciona la masa de un polvo (M), que con movimientos suaves se vierte sobre una probeta, con su unidad de volumen (V). Para determinar este parámetro, se siguieron los pasos 1, 2 y 3 mostrados en el Cuadro 2, empleando la Ecuación 2: Ecuación 2. La densidad compactada, considerada como el volumen de una masa sin espacios vacíos, debido a una acción mecánica, es una relación de la masa por unidad de volumen. Esta evaluación se realizó siguiendo los pasos 4, 5 y 6 y utilizando la misma probeta y cantidad de masa. Cuadro 2. Determinación de la densidad aparente. Nota. *Se considera el volumen constante cuando en tres ocasiones no cambie en más de un cm 3 . Una vez obtenidas las densidades aparente y compactada, el índice de Carr y cociente Hausner se calcularon con las siguientes ecuaciones: Ecuación 3 - 22 - Ecuación 4. Ecuación 5. 6.3.4 Determinación de las propiedades de flujo (velocidad de flujo y ángulo de reposo) En la determinación del ángulo de reposo se eligió un sistema cerrado, haciendo uso de un cilindro rotatorio con las siguientes dimensiones: 9 cm de diámetro y 12 cm de altura, con una capacidad de 750 cm3 y construido de material de vidrio, para evitar la energía estática. Este sistema cerrado se eligió principalmente por lo livianos que llegan a ser los extractos, ya que el polvo se suspende fácilmente en el ambiente. Este método consiste en la colocación de una muestra excesiva (50% aproximadamente) del volumen total del cilindro, por lo que se adicionaron 30 g al cilindro (cerca de 300 cm3). Se dejó en reposo, trazando una línea horizontal, como se encuentre la cara, se hizo girar hasta que polvo del extracto comenzó a caer o resbalar sobre sí mismo; se deja estático y se traza otra línea, formando un ángulo de reposo ( ) como se muestra en la Figura 5. Figura 5. Método gráfico de la determinación del ángulo dinámico en reposo, en un cilindro rotatorio - 23 - Procedimiento para calcular la velocidad de flujo: Se verificó que el equipo y el área de trabajo se encontraran limpias. Se colocó un pliego de papel manila sobre el área de trabajo y encima de éste se colocó una hoja de papel glassine. Posteriormente se fijó el anillo al soporte universal, colocando el embudo sobre el anillo de tal manera que el orificio de desalojo quedara a 10 cm de la superficie de trabajo. Se pesaron 2 g del extracto en polvo y se cubrió el orificio de desalojo del embudo con una espátula y se adiciono la muestra, resbalando por las paredes del embudo. Por último se destapó el orificio midiendo a su vez el tiempo que tarda el polvo en desalojar el embudo y se calculó la velocidad de flujo con la Ecuación 6. Tiempo granuladodelGramos flujodeVelocidad Ecuacion 6. 3.5 Determinación de la solubilidad de los extractos del wereke La solubilidad de un principio activo es un factor importante para la absorción del fármaco, ya que la disolución del principio activo en el tracto gastrointestinal debe ocurrir antes de que la absorción pueda iniciarse. Todos los medicamentos, por cualquier ruta que sean administrados, deben exhibir al menos una solubilidad acuosa limitada para la eficacia terapéutica. La transferencia de moléculas o iones de un estado sólido a la solución que se conoce como disolución (Aulton, 2004). La medida en que las ganancias de disolución bajo un conjunto dado de condiciones experimentales se refieren como la solubilidad del soluto en el disolvente. Así, la solubilidad de una sustancia es la cantidad de lo que pasa a la solución cuando se establece el equilibrio entre la solución y el exceso (no disuelto) de sustancia. La solución que se obtiene en las condiciones anteriores se dice que está saturado (Aulton, 2004). La solubilidad se ha descrito por la ecuación 7 (Noyes-Whitney). Ecuacion 7. - 24 - Donde dC/dt es la velocidad de disolución de las partículas de fármaco, D es el coeficiente de difusión del fármaco en solución del los fluidos en el tracto gastrointestinal (TGI) , A es el área de la superficie de la partícula en contacto con los fluidos del TGI. Cs es la solubilidad de saturación del fármaco en solución en la capa de difusión. C es la concentración del fármaco en solución en la mayor parte de los fluidos gastrointestinales. h1 es el espesor de la capa de difusión alrededor de cada partícula de drogas. 6.3.6. Porcentaje de humedad Debido a la influencia negativa que la humedad suele tener sobre la mayoría de los principios activos utilizados en terapéutica, es de enorme importancia conocer el porcentaje de humedad de los componentes de una formulación. Para determinar éste parámetro se empleo la metodología de pérdida de peso, para lo cual se expusieron las cápsulas de porcelana vacías (cada una con su tapa) a una temperatura de 100-105 °C durante 1 hora y hasta alcanzar un peso constante. Se pesaron exactamente 0.5 g de muestra homogenizada y para el momento de colocar la muestra en la estufa se destaparon las cápsulas. Se expuso la muestra por un periodo de tiempo de 3 a 4 hrs. Posteriormente se sacó y se colocaron en el desecador; se pesaron tan pronto alcanzaron la temperatura ambiente, 10 minutos aproximadamente. Por último se calculó el porcentaje de humedad en el producto evaluado (FEUM, 2004). 6.3.7. Porcentaje de cenizas Se Pesaron 0.3 g de muestra o el peso equivalente de muestra fresca, en un crisol a peso constante. Se calcinó la muestra hasta carbonizarla, en el mechero, cuidando de que solo la parte oxidante de la llama del mechero entreen contacto con la cápsula o crisol, o sobre una plancha de calentamiento. Se pasó la muestra a la mufla, a una temperatura de 500-550 °C para su incineración hasta obtener cenizas de color blanco o gris. Se secó el crisol y se enfrió un poco, posteriormente se colocó inmediatamente en un desecador a temperatura ambiente (FEUM, 2004). 6.4. Difracción de rayos x La difracción de rayos X es uno de los fenómenos físicos que se producen al interaccionar un haz de rayos X, de una determinada longitud de onda, con una sustancia cristalina. La difracción de rayos X se basa en la dispersión coherente del haz de rayos X por parte de - 25 - la materia (se mantiene la longitud de onda de la radiación) y en la interferencia constructiva de las ondas que están en fase y que se dispersan en determinadas direcciones del espacio. Esta técnica permite abordar la identificación de fases cristalinas (puesto que todos los sólidos cristalinos poseen un difractograma característico), tanto en su aspecto cualitativo y cuantitativo. Los estudios de polimorfismo, transición de fase, y soluciones sólidas, medición del tamaño de partícula, determinación de diagramas de fase, entre otros, se realizan habitualmente por difracción de rayos X (Aulton, 2004). Este método fue realizado en el Centro Nacional de Nanociencias y Micro y Nanotecnologías (CNMN) del Instituto Politécnico Nacional (IPN), en un Difractómetro modelo X’PERT Pro MRD de la marca PANalytical®, para la identificación de las fases cristalinas. Estas fases cristalinas se basan en el hecho de cada una de las sustancia en estado cristalino poseen un diagrama de rayos X que le es característico. El difractometro cuenta con un colección amplia en diagramas, libros y bases de datos del Joint Committee on Powder Difraction Standards y agrupados en índices de compuestos orgánicos, inorgánicos y minerales (CNMN). Con esta aplicación del equipo, se pudo dar una “identificación” de los posibles compuestos presentes en el extracto. Nota: Las muestras fueron preparadas con un pistón a una presión de una tonelada en el Laboratorio de Tecnología Farmacéutica, en la Facultad de Química, de la UNAM-CU. Ya que el difractómetro requiere una muestra sólida y no polvos. 6.11. Estandarización de extracto La estandarización es un proceso que nos permitió evaluar la calidad del extracto antes y al final de cada fórmula desarrollada mediante la cuantificación de metabolitos secundarios tales como fenoles, flavonoides y alcaloides, con el objetivo de conservar un contenido uniforme del extracto en cada formulación. Además que también se cuantificaron en muestras de productos ya comerciales con contenido de wereke y que en el mercado funcionan como hipoglucemiantes. - 26 - El Cuadro 3 muestra los nombres de las muestras de wereke comerciales y los nombres que se les asignaron para el tratamiento de datos experimentales, así como también las principales características de etiquetado que muestra el producto. Cuadro 3. Muestras comerciales de suplementos alimenticios de Wereke donde la etiqueta muestra las características del producto Marca Presentación Contenido Dosis/día Ingredientes Wereke Solanum M2 350 mg 2 -3 Wereke,Tronadora Wereke tabletas M3 700 mg 3 Wereke, fenogreco, nopal en polvo, fibra de bambú Vitawere glucosin I M4 500 mg 2 Wereke, nopal, fenogreco y harina de soya. 6.11.1. Análisis fitoquímico para estandarizado Fenoles La determinación de fenoles se realizó basándose en una reacción colorimétrica de oxido- reducción utilizando como agente oxidante el reactivo de Folin-Ciocalteu (Julkunen, 1985). Flavonoides El contenido de flavonoides se determinó mediante el ensayo de (Liu, 2002). Alcaloides - 27 - Para determinar la presencia de alcaloides se realizó la prueba de Dragendorff (Mercano & Hasegawa, 1991). Debe resaltarse que las densidades del extracto utilizadas para las cuantificaciones fueron de 25 mg/mL. 6.12. Evaluación de la capacidad hipoglucemiante del extracto de wereke 6.12.1. Animales de experimentación Se trabajó con ratas (Ratus norvegicus) cepa Wistar, adquiridas en Harlan México S.A. de C.V; hembras, adultas, de 215 a 250 g de peso corporal ver Figura 6. Figura 6. Animales de experimentación, ratas Wistar (Ratus norvegicus) Los animales de experimentación fueron alimentados con nutricubos (rat-chow Ralston Purina®) para roedores y agua, mantenidos en condiciones óptimas en la planta piloto de la Unidad Profesional Interdisciplinaria de Biotecnología (UPIBI) en cuanto a iluminación y temperatura, alojados en condiciones uniformes, clínicamente sanos siguiendo la Norma Oficial Mexicana NOM-062-ZOO-1999. El modelo utilizado para inducir la diabetes tipo 2 es mediante la destrucción química de los islotes de Langerhans utilizando estreptozotocina (STZ), la cual produce insulinismo destruyendo las células β de las ratas. Para la administración de la STZ las ratas se mantuvieron en ayuno 7 hrs antes. La STZ se disolvió en citrato de sodio 50 mM (pH 4,5) solución. La STZ se administró por vía subcutánea a la dosis de (60mg/kg de peso corporal). Cinco días después de la - 28 - administración de la STZ, se midió el nivel de glucosa en sangre y los animales con niveles de glucosa superior a 200 mg/dl fueron considerados diabéticos (Trinder, 1969). El diseño experimental para la evaluación de la capacidad hipoglucemiante, se basó en la asignación de 12 grupos de animales sanos y diabéticos con sus respectivos controles y con distintas dosis de extracto administradas, como lo muestra el Cuadro 4. Cuadro 4. Diseño experimental para evaluación de la capacidad hipoglucemiante Grupos sanos Grupos diabéticos Grupo I: control negativo SSI 0.9% (p/v) Grupo VII: control negativo SSI 0.9%(p/v) Grupo II: EWMSA 100mg/kg de peso corporal por inyección intraperitonal. Grupo VIII: EWMSA 100mg/kg de peso corporal por inyección intraperitonal. Grupo III: EWMSA 200mg/kg de peso corporal por inyección intraperitonal. Grupo IX: EWMSA 200mg/kg de peso corporal por inyección intraperitonal. Grupo IV: EWMSA 400mg/kg de peso corporal por inyección intraperitonal Grupo X: EWMSA 400mg/kg de peso corporal por inyección intraperitonal Grupo V: M2 111.95 mg/kg de peso corporal por inyección intraperitonal Grupo XI: M2 111.95 mg/kg de peso corporal por inyección intraperitonal Grupo VI: control positivo con Glimepirida 6 mg/kg peso corporal Grupo XII: control positivo con Glimepirida 6 mg/kg peso corporal 6.12.2. Ensayo para comprobación de la presencia de diabetes Se tomó un grupo al azar de animales sanos y diabéticos para comprobar que la administración de la STZ funcionó, en donde al grupo diabético se les administró una solución de glucosa con una concentración de 1 g/kg de peso corporal, mientras que al grupo sano se le administró una solución salina isotónica (SSI) al 0.9% (p/v). Se observó el comportamiento de los niveles de glucosa, realizando una cinética que fue evaluada cada 15 minutos durante 2 horas. Los niveles de glucosa fueron medidos con un glucómetro Accu-Chek Performa Blood Glucose Meter (Roche Diagnostics). 6.12.3. Efecto hipoglucemiante La evaluación del efecto hipoglucemiante tuvo como objetivo demostrar el efecto del extracto en grupos de animales sanos y diabéticos, variando la concentración de extracto administrada por vía intraperitonal (100 mg/kg, 200 mg/kg y 400 mg/kg) con el propósito de encontrar la dosis óptima para el desarrollo de la formula farmacéutica. Además que se - 29 - evaluó el efecto hipoglucemiante de una de las marcas comerciales de Wereke, la muestra denominada como M2. Para la administración de los extractos fue necesario mantener a los animales durante un períodode ayuno de 7 horas, y finalizando este período inmediatamente se les tomó la primera medida de glucosa correspondiente al tiempo 0. Posteriormente se inició con la administración del extracto correspondiente a cada uno de los grupos. Para los grupos control positivos fue necesaria la administración de glimepirida 6 mg/kg de peso corporal, mientras que para los controles negativo se les administró SSI al 0.9% (p/v). 6.12.4. Cinéticas de la valoración hipoglucemiante A cada uno de los grupos se les dio un seguimiento para evaluar el efecto hipoglucemiante, en donde se obtuvieron cinéticas que evaluaron la disminución de glucosa en función del transcurso de tiempo. El período de tiempo evaluado fue de 4 horas tomando muestras a los minutos 0, 60, 120, 180 y 240. Los niveles de glucosa se midieron con un glucómetro Accu-Chek Performa Blood Glucose Meter (Roche Diagnostics). 6.12.5. Efecto hipoglucemiante con extracto centrifugado Con el objetivo de reducir la dosis de la fórmula farmacéutica se concentró el extracto, sometiéndolo a un proceso de centrifugación (1800 rpm durante 18 minutos), antes de ser secado por aspersión. Posteriormente se realizó una evaluación hipoglucemiante administrando el extracto centrifugado a una concentración de 200 mg/kg de peso corporal. 6.13. Formulación Para el desarrollo de esta etapa se utilizó un espectrofotómetro modelo Boeco Germany S-22 UV/VIS. Una vez conocida la dosis que contendrían las cápsulas, se hicieron algunas propuestas de excipientes y conservadores que complementarían la formulación. El Cuadro 5 muestra los excipientes utilizados. - 30 - Cuadro 5. Propuesta de excipientes Conservadores Parabenos, Benzoato de sodio Diluentes Almidón ,CMC y alginato de sodio Debido a las características del polvo no fue necesario realizar una granulación, únicamente los excipientes se mezclaron con el extracto y en función al tamaño de la cápsula seleccionada (cápsula de gelatina dura tamaño 0) se hicieron las pruebas de llenado. Sin embargo al utilizar el alginato de sodio como excipiente, se realizó una microencapsulación probando con soluciones de alginato al 0.5 % y al 3% (p/v), posteriormente se secó por aspersión con las mismas condiciones de secado antes mencionadas. 6.13.1. Selección de tamaño de cápsula Se determinó el peso del polvo con el que sería llenada la cápsula. Se consultó un listado de la capacidad de polvo que pueden contener las cápsulas de gelatina para fármacos y sustancias químicas representativas, ver Anexo A Cuadro 1. Si se tiene un solo ingrediente y es una sustancia representativa del Cuadro 2, anexo A, se selecciona el tamaño de la cápsula de forma directa. Como la mayor parte de las formulaciones son mezclas, la selección del tamaño de la cápsula por lo común requiere evaluar las ventajas y los inconvenientes, y algunas veces se aplica el método del ensayo y error. Se debe elegir el tamaño de cápsula que mejor se ajuste al peso del polvo (Thompson, 2004). Al seleccionar el tamaño de la cápsula, se busca la menor dimensión que produzca cápsulas llenas sin espacios vacios. Por ello, si el peso de ingrediente en cuestión se encuentra entre dos pesos del cuadro, pruebe primero el tamaño más pequeño. 6.13.2. Metodología de llenado manual de cápsulas con ingredientes secos Se colocó la mezcla de polvo con las que se llenaría todas las cápsulas sobre una lozeta para ungüentos. Con una espátula se formó una capa de polvo llana y compacta de espesor uniforme. El grosor de la cama de polvo fue ligeramente menor que la longitud del cuerpo de la cápsula. Esto permitió recoger el polvo con mayor eficiencia al presionar el cuerpo de la cápsula. Si la capa de polvo es pareja y está compactada de manera - 31 - uniforme, permite tener idea del número de veces que hay que enterrar el cuerpo de la cápsula en el polvo para obtener el peso aproximado que se desea. Aunque se permite manejar cápsulas con las manos limpias, en este caso se utilizaron guantes desechables. Se retiró la tapa del cuerpo de la cápsula y se enterró varias veces por el extremo abierto en la capa del polvo. Este proceso se conoce como ponchado de la cápsula y para llevarlo a cabo se debe considerar que si la capa de polvo es pareja y está compactada de manera uniforme, se puede tener idea del número de veces que hay que enterrar el cuerpo de la cápsula en el polvo para obtener el peso aproximado que se desea. Se volvió a colocar la tapa sobre el cuerpo, sin presionarla, y se verificó el peso de la cápsula. Se añadió o quitó polvo de la cápsula hasta obtener el peso deseado. De manera común, en el peso final de la cápsula es posible lograr una tolerancia de ± 5% sin demasiada dificultad. 6.13.3. Método para pesar cápsulas con una balanza electrónica Se colocó la balanza sobre una superficie lisa y nivelada y se oprimió el botón de tara hasta observar como se despliega 000.0 en la pantalla digital. Se colocó un papel para pesar una cápsula vacia del tamaño apropiado en el plato de la balanza y se volvió a poner en cero presionando el botón de tara. Se retiró la cápsula vacía del plato. La pantalla mostró un valor negativo que representa el peso de la cápsula. Por cada cápsula se recogió polvo con una cápsula vacía y se puso sobre el plato. Se agregó o se retiró polvo de la misma hasta que la pantalla mostró el peso deseado. El peso de la cápsula fue balanceado por el valor negativo de la cápsula vacía, al inicio de la operación. (Thompson, 2004). 6.13.4. Verificación de uniformidad y dosis Para su evaluación se puede usar una modificación de la prueba de variación de peso descrita en el capítulo 905 de la USP. Se seleccionaron 10 cápsulas y se pesaron de manera individual. Se calculó la media y la desviación estándar relativa de la muestra. Las cápsulas satisfacen la prueba si las 10 unidades están en el intervalo de 85 a 115% de la cantidad de medicamento por cápsula especificada y si la desviación estándar relativa es menor o igual al 6%. - 32 - 6.14. Evaluación del perfil de disolución Como parte de este estudio se utilizó un disolutor de canastilla de marca Técnica especializada maya y un espectrofotómetro modelo Boeco Germany S-22 UV/VIS. El estudio de disolución es indispensable para poder hacer la comparación entre las distintas formulaciones y así seleccionar la formulación optima para el desarrollo de la cápsula. El protocolo de disolución se realizó siguiendo la norma NOM-177, de la (FEUM, 2004) la cual establecen que se deben cumplir las siguientes condiciones: 12 cápsulas para muestra como mínimo. Valoración en 5 tiempos (5,10, 15, 20, 30, 45, 60 min.). Medio de disolución: Solución HCl a pH 1.2 (fluido gástrico) y solución amortiguadora de fosfatos a pH 6.8 (fluido intestinal) 500-900 ml. Aparato disolutor de canastilla. Velocidad de disolución de 100 rpm. Temperatura del medio de disolución 37° C. En la prueba de disolución no se cuantificó ningún metabolito presente en el extracto; sin embargo se cuantificó la disolución del extracto completo y se buscó conocer si existía algún cambio en la disolución a consecuencia de los excipientes agregados. Para la lectura del extracto fue necesario realizar un barrido y encontrar la longitud de onda máximo (ver Anexo D). Mientras que para la cuantificación del extracto en las disoluciones fue necesaria la construcción de cuatro curvas estándar apoyadas por la longitud de onda del extracto (ver Anexo D). Para la construcción de las curvas estándar, se disolvió la cantidad de extracto establecida en la cantidad de medio que indica la norma y con las distintas ecuaciones obtenidas se cuantificó el porcentaje de extracto disuelto a los diferentes tiempos de muestreo. Como blanco para la lectura de las muestras se utilizó una cápsula de gelatina dura vacía disuelta
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