Search

Clays are frequently used in complementary and alternative medicine, including balneotherapy. Therapeutic muds are used for topical administration of mineral medicinal waters in the treatment of illnesses of the locomotor apparatus, including osteoarthritis and rheumatologic diseases. Clays are used in muds as vehicles of the mineral medicinal water, to obtain inorganic gels with rheological and thermal properties suitable to be topically applied. Despite their demonstrated longevity, the use of clays in therapeutic muds greatly requires comprehension of the attributes that sustain their use. Whit these premises, clay samples currently used in several spa centers of southern European/Mediterranean countries were studied to asses their identity, purity, richness and safety. Two of the studied samples were selected for posterior studies because of their superior quality. Preparation procedures of therapeutic muds have been orally transmitted since ancient times, being accepted that muds require a “maturation” process to achieve the desired therapeutic results. As a first step in the comprehension of this procedure, the influence of “maturation” on the structure and properties of concentrated suspensions prepared with pharmaceutical grade clays (selected as model materials because of their known quality attributes) was studied. Rheological properties of the studied systems were related to aggregation states and networking mechanisms. These behaviour patterns found during maturation were used in subsequent steps of the thesis. In particular, the two selected clays from spa centers were used to prepare thermal muds with mineral medicinal water from thermal spring of Graena (Cortes y Graena, Granada, Spain). Muds were matured for three months and characterized over time for those properties considered relevant in view of their topical administration and possible mechanisms of action. It is accepted that heat plays a fundamental role in the beneficial effects of thermal mud therapy together with the possible transfer across the skin barrier of chemical elements presented in muds. In the studied case, maturation increased the release of cations from therapeutic muds but did not improve their thermal properties. Accordingly, the therapeutic effects associated with thermophysical mechanisms would not require mud maturation. Maturation would be only relevant to improve chemical effects of the muds., Tesis Univ. Granada. Programa Oficial de Doctorado en: Medicina Clínica y Salud Pública, La presente Tesis Doctoral ha sido financiada por el proyecto del Plan Nacional de I+D+i CGL2010-16369 y por el Grupo de Investigación CTS-946 de la Junta de Andalucía. La doctoranda ha disfrutado de una beca del Programa JAE Predoctoral.

Tesis Univ. Granada. Programa Oficial de Doctorado en: Medicina Clínica y Salud Pública, La presente tesis doctoral ha sido financiada por el proyecto del Plan Nacional de I+D+i CGL2010-16369 y por el Grupo de Investigación CTS-946 de la Junta de Andalucía. La doctoranda ha disfrutado de una beca de Formación de Personal Docente e Investigador de la Junta de Andalucía.

Los aluminosilicatos son un amplio grupo de materiales mesoporosos en los que se incluyen tanto sustancias naturales como sintéticas y que presentan numerosas aplicaciones, muchas de ellas derivadas de sus características superficiales, y en particular de su porosidad y elevada superficie específica. Entre estos materiales, ocupan un lugar relevante los de origen natural, incluyendo, entre otros, las zeolitas naturales y algunos minerales de la arcilla. En nuestro caso, los aluminosilicatos de estudio pertenecen a las denominadas “arcillas especiales”, concretamente a las arcillas fibrosas, que son usadas como excipientes. En concreto, estas arcillas fibrosas son usadas en la formulación de hidrogeles de administración tópica empleados en distintos tratamientos. Un tipo particular de estos hidrogeles inorgánicos son aquellos en que el agua es mineromedicinal. Las acciones bioquímicas de estos hidrogeles con aguas mineromedicinales dependerán de la cantidad y velocidad con que los componentes disueltos penetran y/o permean a través de la piel. Los estudios centrados en la presencia de iones metálicos susceptibles de tener efectos biológicos (positivos o negativos) cuando se aplican estos geles son escasos y hasta la fecha poco concluyentes. Paralelamente, los materiales inorgánicos han demostrado ser útiles en el tratamiento de heridas de difícil curación. Con estas premisas, el objetivo general de la tesis fue diseñar sistemas de tipo hidrogel constituidos por arcillas fibrosas y agua mineromedicinal destinados a su aplicación en heridas de difícil curación. En primer lugar, se hizo una profunda revisión del empleo de las arcillas especiales en sistemas de liberación modificada, con especial atención en formas farmacéuticas tópicas. Asimismo, se revisó el potencial de estos materiales inorgánicos en la curación de heridas. Se puso a punto la metodología específica necesaria para establecer la estabilidad, seguridad y eficacia de hidrogeles inorgánicos, así como para evaluar específicamente los efectos en heridas. De esta forma, se diseñaron hidrogeles preparados con dos aguas mineromedicinales y dos arcillas fibrosas (sepiolita y palygorskita). Tanto los excipientes como los hidrogeles fueron ampliamente caracterizados empleando difracción de rayos X, fluorescencia de rayos X, análisis térmicos, espectroscopía infrarroja, microscopia electrónica, estudios reológicos y ensayos específicos de velocidad de enfriamiento. Especial atención se prestó a la pureza de las arcillas (identidad, pureza y riqueza del excipiente empleado) y al comportamiento reológico y estabilidad de las formulaciones semisólidas. Conocidos estos parámetros técnicos, se estudió la biocompatibilidad in vitro de los hidrogeles, así como la actividad in vitro de los hidrogeles en la curación de heridas empleando cultivos celulares de fibroblastos y ensayos de cierre de heridas. Algunas formulaciones demostraron una alta eficacia terapéutica, por lo que se profundizó en el estudio de los mecanismos implicados en estos efectos. En concreto se llevaron a cabo estudios de liberación de elementos presentes en los hidrogeles mediante celdas de Franz, evaluando tanto los potenciales efectos adversos asociados a determinados componentes como aquellos que permiten explicar la actividad terapéutica sobre la piel, y más concretamente sobre la curación de heridas. La cuantificación de los elementos liberados se hizo mediante espectrometría de plasma de acoplamiento inductivo (ICP), tanto óptico como de masas, alcanzando sensibilidades de partes por trillón. Los resultados del estudio realizado permiten concluir que formulaciones de tipo hidrogel constituidas por arcillas de elevada pureza y agua mineromedicinal muestran efectos terapéuticos relevantes en la curación de heridas, determinados por la presencia de elementos químicos que son liberados desde el hidrogel a la piel. En particular, el calcio, sodio, potasio y magnesio en determinadas concentraciones favorecen la proliferación y movilidad de fibroblastos. Otros elementos como el zinc en determinada proporción con el calcio presentaban efectos proliferativos. La seguridad de las formulaciones fue evaluada para asegurar la ausencia de liberación de elementos que pueden comprometer el empleo, tales como metales pesados, que están de forma natural en los componentes de los hidrogeles inorgánicos estudiados., Aluminosilicates are a wide group of mesoporous materials of natural or synthetic origin. Aluminosilicates have numerous uses and applications mainly due to their surface properties such as porosity and high specific surface. Natural ones are those with higher relevance, such as natural zeolites and clay minerals. In the present study, “special clays” and, more particularly, fibrous clays (sepiolite and palygorskite) are used as excipients of topical hydrogels. A particular case of clay hydrogels are those prepared with natural spring water (mineromedicinal water). Biochemical activity depends on the amount and rate of release and permeation of the dissolved components. Studies dealing with therapeutic effects (either positive or negatives) ascribed to chemical elements in the formulation are currently scarce and inconclusive. Nonetheless, inorganic materials have proven to be useful in wound healing treatments. All that being said, the general objective of this PhD thesis was the design of hydrogels made of fibrous clays and spring waters as wound healing formulations. Firstly, a deep and detailed review of clay minerals as drug delivery systems, both in general and for topical formulations specifically, was performed. Moreover, the roles and uses of natural inorganic ingredients have also been reviewed. Secondly, the specific methodology for the study of stability, safety, hydrogel efficacy and wound healing activity were optimized. Therefore, fibrous clays/spring water hydrogels were prepared. Both clays, sepiolite and palygorskite, were deeply characterised by means of X-ray diffraction, X-ray fluorescence, thermal analysis, infrared spectroscopy, electronic microscopy, rheology and cooling kinetics. Special attention was paid to the purity of clay minerals (identity, purity and richness) and to the rheology and stability of the semisolid formulations. All the previous known and optimized, the in vitro biocompatibility was assessed together with the activity of hydrogels during in vitro wound closure (often known as “scratch assay”), all of the studies performed with fibroblasts cultures. Some systems demonstrated to have a high therapeutic activity, which incited to delve into the possible mechanisms of action. More particularly, release studies of elements present in the hydrogels were performed by means of Franz cells. Potential effects, either positive (elements potentially involved in wound healing) or negative (evaluation of the release of hazardous elements), were addressed. To do so, released elements were quantified by means of inductively coupled plasma spectrometry (ICP-OES and ICP-MS), which allowed a sensitivity of parts per trillion. The results of the present study led to conclude that hydrogels semisolid formulations made of high purity clay minerals and spring waters shown relevant wound healing therapeutic effects. Those effects have been ascribed to the presence and release of certain chemical elements. In particular, calcium, sodium, potassium and magnesium are released in concentrations able to improve wound healing. Other elements such as zinc, released in a certain amount and with a certain Zn:Ca ratio, enhanced fibroblasts proliferation. The safety of the hydrogels was also confirmed due to the low or absent release of hazardous elements (such as heavy metals), even if most of them are naturally present in the pristine ingredients., Tesis Univ. Granada., Plan Nacional de I+D+i CGL2016-80833-R, Junta de Andalucía P18-RT-3786, Grupo de Investigación CTS-946, FPU15/01577

As zeólitas são aluminossilicatos formados pela união de unidades TO4 onde o átomo T geralmente é Si e Al. Estes sólidos apresentam como uma de suas principais características poros e cavidades de dimensões bem definidas, elevadas áreas específicas e capacidade de troca catiônica, conferindo habilidade de peneiramento e armazenamento de moléculas. Estas propriedades fazem que estes materiais sejam recentemente amplamente aplicados e estudados para diversas finalidades, dentre elas se destacam aplicações que visam o melhoramento de medicamentos, tratamentos e diagnóstico de doenças. Considerando essas premissas essa tese tem como objetivo central estudar a aplicação das zeólitas sintéticas Beta, Mordenita e Faujasita, já consolidadas industrialmente, como ferramentas na melhora tecnológica dos fármacos isoniazida e olanzapina. A ioniazida é um dos fármacos utilizados para o tratamento de turbeculose, doença infectocontagiosas que possui um alto índice de mortalidade mundial. A isoniazida é um bactericida que apresenta elevada solubilidade em água e baixa permeabilidade. Por outro lado, a olanzapina é um agente antipisicótico usado para o tratamento de esquizofrenia e doenças de desordem mental, apresentando baixa solubilidade e pouca biodisponibilidade oral. Na busca de um uso mais eficiente destes fármacos, esta tese estuda o desenvolvimento de novos carreadores a base de zeólitas para serem empregados na liberação modificada dos mesmos. Para tal, as zeólitas e fármacos foram previamente caracterizados e os parâmetros relacionados a adsorção e liberação avaliados. Para o estudo conduzido com a isoniazida foram realizadas cinéticas de adsorção a diferentes pH’s, resultados que foram ajustados aos modelos matemáticos de Langergren, a equação de pseudo-segunda ordem e a difusão intrapartículas do modelo de Weber e Morris. Tendo-se como base os resultados cinéticos, foram construídas isotermas de adsorção, considerando o pH mais favorável e o tempo em que o equilíbrio de adsorção é atingido, pH 3 e 4 horas para a Faujasita e pH 6 e 10 horas para a Beta, os resultados obtidos foram ajustados a modelos matemáticos de Langmuir e Freündlich. Materiais híbridos compostos por cada tipo de zeólita e a isoniazida foram formulados e caracterizados por diversas técnicas e os híbridos compostos com as zeólitas Faujasita e Beta estudados quanto a liberação da isoniazida em dois meios de liberação, meio ácido e tampão fosfato, com a finalidade de avaliar se esses híbridos conseguem proporcionar ou não um controle na liberação da isoniazida nesses meios. Esses resultados da cinética de liberação foram ajustados aos modelos matermáticos de Korsmeyer-Peppas e Higuchi. Em paralelo, como uma forma de melhor compreender as interações entre zeólita e isoniazida, foram realizados estudos de modelagem molecular, explorando a mecânica molecular clássica, aplicando campo de força baseado em potenciais interatômicos empíricos com melhor ajuste para o sistema zeólita fármaco, o COMPASS27. Estudos de adsorção também foram conduzidos com a olanzapina onde foi avaliado a influência do pH, do tempo de contato e da concentração inicial da solução de fármaco, assim como estudo de liberação. Os resultados mostraram que as zeólitas Beta e Faujasita foram as que apresentaram melhor capacidade de retenção, em que para a Faujasita só é observado uma adsorção considerável de olanzapina com mudança do pH do meio para 6. Para o estudo com a olanzapina também foi observado maior proteção frente a degradação térmica e liberação em meio ácido do fármaco retino da zeólita., Zeolites are aluminosilicates formed by the union of TO4 units where the T atom is usually Si and Al. These solids have, as one of their main characteristics, well-defined pores and cavities, high specific areas and cation exchange capacity, conferring sieving ability and storage of molecules. These properties mean that these materials have recently been widely applied and studied for several purposes, among them applications that aim to improve medicines, treatments and diagnosis of diseases. Considering these premises, this thesis has the central objective of studying the application of the synthetic zeolites Beta, Mordenite and Faujasita, already industrially consolidated, as tools in the technological improvement of the drugs isoniazid and olanzapine. Isoniazid is one of the drugs used to treat tuberculosis, an infectious disease that has a high worldwide mortality rate. Isoniazid is a bactericide that has high water solubility and low permeability. On the other hand, olanzapine is an antiphysical agent used for the treatment of schizophrenia and diseases of mental disorder, presenting low solubility and little oral bioavailability. In the search for a more efficient use of these drugs, this thesis studies the development of new carriers based on zeolites to be used in their modified release. For that, the zeolites and drugs were previously characterized and the parameters related to adsorption and release were evaluated. For the study conducted with isoniazid, adsorption kinetics were performed at different pH's, results that were adjusted to the Langergren mathematical models, the pseudo-second order equation and the intraparticle diffusion of the Weber and Morris model. Based on the kinetic results, adsorption isotherms were constructed, considering the most favorable pH and the time in which the adsorption balance is reached, pH 3 and 4 hours for Faujasita and pH 6 and 10 hours for Beta, the results obtained were adjusted to mathematical models by Langmuir and Freündlich. Hybrid materials composed of each type of zeolite and isoniazid were formulated and characterized by several techniques and the hybrids composed with zeolites Faujasita and Beta studied regarding the release of isoniazid in two release media, acid medium and phosphate buffer, in order to to evaluate whether or not these hybrids can provide control over the release of isoniazid in these media. These results of the release kinetics were adjusted to the Korsmeyer-Peppas and Higuchi mathematical models. In parallel, as a way to better understand the interactions between zeolite and isoniazid, molecular modeling studies were carried out, exploring classical molecular mechanics, applying force fields based on empirical interatomic potentials with better adjustment for the drug zeolite system, COMPASS27. Adsorption studies were also conducted with olanzapine where the influence of pH, contact time and initial concentration of the drug solution was evaluated, as well as a release study. The results showed that Beta and Faujasita zeolites showed the best retention capacity, where for Faujasita only a considerable adsorption of olanzapine is observed with a change in the pH of the medium to 6. For the study with olanzapine, it was also observed greater protection against thermal degradation and release in acid medium., Las zeolitas son aluminosilicatos formados por la unión de unidades TO4 donde suele ser Si y Al. Estos sólidos tienen como una de sus principales características poros y cavidades bien definidos, áreas específicas elevadas y capacidad de intercambio catiónico, lo que les confiere capacidad de tamización y carga de moléculas. Estas propiedades hacen que en los últimos tiempos estos materiales hayan sido ampliamente aplicados y estudiados con diversos fines, entre los que destacan las aplicaciones que tienen como objetivo el diseño de medicamentos, tratamientos y diagnóstico de enfermedades. Teniendo en cuenta estas premisas, esta tesis tiene como objetivo central estudiar la aplicación de las zeolitas sintéticas Beta, Mordenita y Faujasita, ya consolidadas industrialmente, como herramientas en la mejora tecnológica de los tratamientos con los fármacos isoniazida y olanzapina. La isoniazida es uno de los fármacos que se utilizan para tratar la turbeculosis, una enfermedad infecciosa que tiene una alta tasa de mortalidad en todo el mundo. La isoniazida es un bactericida que tiene alta solubilidad en agua y baja permeabilidad. Por otro lado, la olanzapina es un agente utilizado para el tratamiento de la esquizofrenia y enfermedades del trastorno mental, presentando baja solubilidad y poca biodisponibilidad oral. En la búsqueda de un uso más eficiente de estos fármacos, esta tesis estudia el desarrollo de nuevos excipientes basados en zeolitas para ser utilizados en la liberación modificada de los fármacos. Para ello, previamente se caracterizaron las zeolitas y fármacos y se evaluaron los parámetros relacionados con la adsorción y liberación. Para el estudio realizado con isoniazida, se realizaron cinéticas de adsorción a diferentes pH's; resultados que fueron ajustados a los modelos matemáticos de Langergren, la ecuación de pseudo-segundo orden y la difusión intrapartícula del modelo de Weber y Morris. Con base en los resultados cinéticos, se construyeron isotermas de adsorción, considerando el pH más favorable y el tiempo en que se alcanza el equilibrio de adsorción; pH 3 y 4 horas para Faujasita y pH 6 y 10 horas para Beta, los resultados obtenidos fueron ajustados a modelos matemáticos de Langmuir y Freündlich. Se formularon y caracterizaron materiales híbridos compuestos por cada tipo de zeolita e isoniazida mediante varias técnicas y se estudiaron los híbridos compuestos con zeolitas Faujasita y Beta respecto a la liberación de isoniazida en dos medios de liberación, medio ácido y tampón fosfato, con el fin de para evaluar si estos híbridos pueden proporcionar control sobre la liberación de isoniazida en estos medios. Los resultados de la cinética de liberación se ajustaron a los modelos matemáticos de Korsmeyer-Peppas e Higuchi. Paralelamente, como una forma de comprender mejor las interacciones entre zeolita e isoniazida, se realizaron estudios de modelado molecular, explorando la mecánica molecular clásica, aplicando campos de fuerza basados en potenciales interatómicos empíricos con mejor ajuste para el sistema de zeolita fármaco, COMPASS27. También se realizaron estudios de adsorción con olanzapina donde se evaluó la influencia del pH, el tiempo de contacto y la concentración inicial de la solución del fármaco, así como un estudio de liberación. Los resultados mostraron que las zeolitas Beta y Faujasita mostraron la mejor capacidad de retención, donde para Faujasita solo se observa una adsorción considerable de olanzapina con un cambio en el pH del medio a 6. Para el estudio con olanzapina, también se observó mayor protección contra la degradación térmica y la liberación en medio ácido del fármaco retenido en la zeolita., Tesis Univ. Granada.

Los aluminosilicatos son un amplio grupo de materiales mesoporosos en los que se incluyen tanto sustancias naturales como sintéticas y que presentan numerosas aplicaciones, muchas de ellas derivadas de sus características superficiales, y en particular de su porosidad y elevada superficie específica. Entre estos materiales, ocupan un lugar relevante los de origen natural, incluyendo, entre otros, las zeolitas naturales y algunos minerales de la arcilla. En nuestro caso, los aluminosilicatos de estudio pertenecen a las denominadas “arcillas especiales”, concretamente a las arcillas fibrosas, que son usadas como excipientes. En concreto, estas arcillas fibrosas son usadas en la formulación de hidrogeles de administración tópica empleados en distintos tratamientos. Un tipo particular de estos hidrogeles inorgánicos son aquellos en que el agua es mineromedicinal. Las acciones bioquímicas de estos hidrogeles con aguas mineromedicinales dependerán de la cantidad y velocidad con que los componentes disueltos penetran y/o permean a través de la piel. Los estudios centrados en la presencia de iones metálicos susceptibles de tener efectos biológicos (positivos o negativos) cuando se aplican estos geles son escasos y hasta la fecha poco concluyentes. Paralelamente, los materiales inorgánicos han demostrado ser útiles en el tratamiento de heridas de difícil curación. Con estas premisas, el objetivo general de la tesis fue diseñar sistemas de tipo hidrogel constituidos por arcillas fibrosas y agua mineromedicinal destinados a su aplicación en heridas de difícil curación. En primer lugar, se hizo una profunda revisión del empleo de las arcillas especiales en sistemas de liberación modificada, con especial atención en formas farmacéuticas tópicas. Asimismo, se revisó el potencial de estos materiales inorgánicos en la curación de heridas. Se puso a punto la metodología específica necesaria para establecer la estabilidad, seguridad y eficacia de hidrogeles inorgánicos, así como para evaluar específicamente los efectos en heridas. De esta forma, se diseñaron hidrogeles preparados con dos aguas mineromedicinales y dos arcillas fibrosas (sepiolita y palygorskita). Tanto los excipientes como los hidrogeles fueron ampliamente caracterizados empleando difracción de rayos X, fluorescencia de rayos X, análisis térmicos, espectroscopía infrarroja, microscopia electrónica, estudios reológicos y ensayos específicos de velocidad de enfriamiento. Especial atención se prestó a la pureza de las arcillas (identidad, pureza y riqueza del excipiente empleado) y al comportamiento reológico y estabilidad de las formulaciones semisólidas. Conocidos estos parámetros técnicos, se estudió la biocompatibilidad in vitro de los hidrogeles, así como la actividad in vitro de los hidrogeles en la curación de heridas empleando cultivos celulares de fibroblastos y ensayos de cierre de heridas. Algunas formulaciones demostraron una alta eficacia terapéutica, por lo que se profundizó en el estudio de los mecanismos implicados en estos efectos. En concreto se llevaron a cabo estudios de liberación de elementos presentes en los hidrogeles mediante celdas de Franz, evaluando tanto los potenciales efectos adversos asociados a determinados componentes como aquellos que permiten explicar la actividad terapéutica sobre la piel, y más concretamente sobre la curación de heridas. La cuantificación de los elementos liberados se hizo mediante espectrometría de plasma de acoplamiento inductivo (ICP), tanto óptico como de masas, alcanzando sensibilidades de partes por trillón. Los resultados del estudio realizado permiten concluir que formulaciones de tipo hidrogel constituidas por arcillas de elevada pureza y agua mineromedicinal muestran efectos terapéuticos relevantes en la curación de heridas, determinados por la presencia de elementos químicos que son liberados desde el hidrogel a la piel. En particular, el calcio, sodio, potasio y magnesio en determinadas concentraciones favorecen la proliferación y movilidad de fibroblastos. Otros elementos como el zinc en determinada proporción con el calcio presentaban efectos proliferativos. La seguridad de las formulaciones fue evaluada para asegurar la ausencia de liberación de elementos que pueden comprometer el empleo, tales como metales pesados, que están de forma natural en los componentes de los hidrogeles inorgánicos estudiados. Aluminosilicates are a wide group of mesoporous materials of natural or synthetic origin. Aluminosilicates have numerous uses and applications mainly due to their surface properties such as porosity and high specific surface. Natural ones are those with higher relevance, such as natural zeolites and clay minerals. In the present study, “special clays” and, more particularly, fibrous clays (sepiolite and palygorskite) are used as excipients of topical hydrogels. A particular case of clay hydrogels are those prepared with natural spring water (mineromedicinal water). Biochemical activity depends on the amount and rate of release and permeation of the dissolved components. Studies dealing with therapeutic effects (either positive or negatives) ascribed to chemical elements in the formulation are currently scarce and inconclusive. Nonetheless, inorganic materials have proven to be useful in wound healing treatments. All that being said, the general objective of this PhD thesis was the design of hydrogels made of fibrous clays and spring waters as wound healing formulations. Firstly, a deep and detailed review of clay minerals as drug delivery systems, both in general and for topical formulations specifically, was performed. Moreover, the roles and uses of natural inorganic ingredients have also been reviewed. Secondly, the specific methodology for the study of stability, safety, hydrogel efficacy and wound healing activity were optimized. Therefore, fibrous clays/spring water hydrogels were prepared. Both clays, sepiolite and palygorskite, were deeply characterised by means of X-ray diffraction, X-ray fluorescence, thermal analysis, infrared spectroscopy, electronic microscopy, rheology and cooling kinetics. Special attention was paid to the purity of clay minerals (identity, purity and richness) and to the rheology and stability of the semisolid formulations. All the previous known and optimized, the in vitro biocompatibility was assessed together with the activity of hydrogels during in vitro wound closure (often known as “scratch assay”), all of the studies performed with fibroblasts cultures. Some systems demonstrated to have a high therapeutic activity, which incited to delve into the possible mechanisms of action. More particularly, release studies of elements present in the hydrogels were performed by means of Franz cells. Potential effects, either positive (elements potentially involved in wound healing) or negative (evaluation of the release of hazardous elements), were addressed. To do so, released elements were quantified by means of inductively coupled plasma spectrometry (ICP-OES and ICP-MS), which allowed a sensitivity of parts per trillion. The results of the present study led to conclude that hydrogels semisolid formulations made of high purity clay minerals and spring waters shown relevant wound healing therapeutic effects. Those effects have been ascribed to the presence and release of certain chemical elements. In particular, calcium, sodium, potassium and magnesium are released in concentrations able to improve wound healing. Other elements such as zinc, released in a certain amount and with a certain Zn:Ca ratio, enhanced fibroblasts proliferation. The safety of the hydrogels was also confirmed due to the low or absent release of hazardous elements (such as heavy metals), even if most of them are naturally present in the pristine ingredients. Tesis Univ. Granada. Plan Nacional de I+D+i CGL2016-80833-R Junta de Andalucía P18-RT-3786 Grupo de Investigación CTS-946 FPU15/01577

La tuberculosis es una enfermedad infecciosa causada por Mycobacterium tuberculosis y representa una de las diez principales causas de mortalidad en el mundo. Es una enfermedad curable, pero es necesario un tratamiento de larga duración (al menos seis meses) y la administración de cuatro fármacos antituberculosos de primera línea (isoniazida, rifampicina, pirazinamida y etambutol), dando lugar a un cumplimiento terapéutico bajo, lo que propicia la aparición de resistencias, que dificultan el tratamiento al aumentar su coste y duración. La Organización Mundial de la Salud recomienda la administración conjunta de los cuatro fármacos en una misma forma farmacéutica, en las denominadas “combinaciones a dosis fíjas” (FDC: “Fixed-dose combinations”), con el objetivo de aumentar el cumplimiento del régimen terapéutico. Las FDC desarrolladas hasta ahora presentan problemas tecnológicos de inestabilidad física y química entre los fármacos, así como una elevada variabilidad interindividual en la biodisponibilidad de los fármacos incluidos. El fármaco más utilizado en la terapia antituberculosa es la isoniazida, por ser el de mayor actividad bactericida. Sin embargo, presenta una baja biodisponibilidad oral debida a su baja permeabilidad intestinal, que junto a su elevada solubilidad, determinan su inclusión en la clase III del Sistema de Clasificación Biofarmacéutica. Entre los excipientes inorgánicos naturales, determinados materiales constituidos fundamentalmente por minerales de la arcilla son usados en formas farmacéuticas con distintos objetivos y han sido propuestos como nanomateriales de empleo en la elaboración de sistemas híbridos capaces de optimizar las características tecnológicas y/o biofarmacéuticas de fármacos de distinta naturaleza. En esta Tesis Doctoral se han desarrollado sistemas nanohíbridos con dos excipientes naturales constituidos por minerales de la arcilla (halloysita y palygorskita) y el fármaco más usado para el tratamiento de la tuberculosis (isoniazida). El diseño y desarrollo de estos sistemas pretendía mejorar el perfil biofarmacéutico del fármaco y paralelamente aumentar su estabilidad en presencia de los otros fármacos tuberculostáticos con los que se administra. Los sistemas se han obtenido mediante la técnica de intercalación sólidolíquido. Las materias primas y los nanohíbridos obtenidos han sido caracterizados por diversas técnicas de caracterización al estado sólido. Asimismo se ha completado un estudio teórico y experimental de las propiedades cinéticas y termodinámicas del roceso de adsorción de la isoniazida en las dos arcillas. En ambos casos, el proceso de adsorción global se produce en dos etapas: adsorción de moléculas de isoniazida en los sitios activos de los adsorbentes, seguida de la precipitación de moléculas de fármaco sobre la monocapa previamente adsorbida. Ambas etapas son espontáneas para ambos sistemas en las condiciones estudiadas. El nanohíbrido isoniazida-halloysita ha sido objeto de estudios complementarios: se han estudiado, mediante modelado computacional, las características del proceso de adsorción de moléculas de isoniazida en los nanotubos de halloysita, confirmando los resultados experimentales; se ha completado un estudio cinético y del mecanismo de liberación del fármaco desde dicho nanohíbrido, demostrando que la liberación del fármaco tiene lugar mediante un único proceso de desorción; se han realizado ensayos in-vitro de citotoxicidad y permeabilidad intestinal en la línea celular de adenocarcinoma de colon Caco-2, no obteniendo efectos citotóxicos, sino incluso resultados positivos de proliferación celular en algunos casos y un aumento significativo de la permeabilidad intestinal de la isoniazida en el nanohíbrido; por último, se ha estudiado la estabilidad de la isoniazida cargada en la halloysita en presencia de los otros tres fármacos antituberculosos de primera línea, observándose un efecto protector de los nanotubos y consiguiente disminución de la degradación de isoniazida. El doble propósito, tecnológico y biofarmacéutico, planteado se cumple de forma satisfactoria al utilizar halloysita como nanotransportador de la isoniazida., Tuberculosis is an infectious disease caused by the bacillus Mycobacterium tuberculosis and is one of the top ten causes of death worldwide. It is curable, but its treatment present severe difficulties as its long duration and need of polymedication (six- to nine month course of four drugs in combination: isoniazid, rifampicin, pyrazinamide and ethambutol) leading to poor adherence, lack of patient compliance and development of antibiotic resistances, which hamper the treatment by an increase of its length and cost. The World Health Organization recommends the administration of fixed-dose combinations (FDC) containing the four first-line tuberculostatic drugs as an attempt to increase the patient compliance. However, tuberculostatic drugs included in these FDC suffer not only from physical and chemical instability but also from high interindividual variability of bioavailability values of the drugs included. Isoniazid, which is the most widely used tuberculostatic drug, possesses high solubility and low intestinal permeability and is included in the class III of the Biopharmaceutical Classification System. Among the natural inorganic excipients, certain materials consisting mainly of clay minerals are used in pharmaceutical forms with different objectives and have been proposed as nanomaterials for use in the development of hybrid systems capable of optimizing the technological and/or biopharmaceutical characteristics of drugs of different nature. With these premises, in this Doctoral Thesis, two pharmaceutical-grade clay minerals (halloysite and palygorskite), were selected as inorganic nanocarriers of isoniazid. Clay minerals-isoniazid nanohybrids were prepared by the solid-liquid intercalation technique. Raw materials and the resulting nanohybrids were subjected to full and comprehensive solid state characterization studies. Besides, kinetic and thermodynamic assessment of the adsorption process of this drug onto the two sorbents was performed revealing that, in both cases, the global adsorption process was thermodynamically spontaneous and the sum of two steps: adsorption of isoniazid molecules onto the active sites of the clay minerals, and precipitation of drug molecules over the previously adsorbed monolayer. Halloysite-isoniazid nanohybrid was subjected to further complementary studies: a computational modeling study corroborated the experimental adsorption data; in-vitro release tests of isoniazid from the nanohybrid were performed revealing that drug release consisted on a simple desorption process; Caco-2 cell line was selected to performed in-vitro cytotoxicity and permeability tests; results showed that the nanohybrid did not exert any cytotoxic effect towards human Caco-2 cell line, and even in some cases proliferative effects were obtained; in-vitro intestinal permeability of the drug was enhanced when loaded onto the nanotubes; accelerated stability tests were carried out by means of binary and quaternary physical mixtures of pure INH or halloysite-isoniazid nanohybrid with the other first-line tuberculostatics. It was found that halloysite exerted a protective role in terms of decreasing the degradation rate of isoniazid. In basis of the results obtained, it could be stated that both technological and biopharmaceutical aims of the doctoral Thesis have been fulfilled by using halloysite nanotubes as isoniazid nanocarrier., Tesis Univ. Granada., Proyecto de Excelencia RNM-1897 de la Junta de Andalucía, el Proyecto del Plan Nacional CGL2016-80833-R y por el Grupo de Investigación CTS-946 de la Junta de Andalucía.

La tuberculosis es una enfermedad infecciosa causada por Mycobacterium tuberculosis y representa una de las diez principales causas de mortalidad en el mundo. Es una enfermedad curable, pero es necesario un tratamiento de larga duración (al menos seis meses) y la administración de cuatro fármacos antituberculosos de primera línea (isoniazida, rifampicina, pirazinamida y etambutol), dando lugar a un cumplimiento terapéutico bajo, lo que propicia la aparición de resistencias, que dificultan el tratamiento al aumentar su coste y duración. La Organización Mundial de la Salud recomienda la administración conjunta de los cuatro fármacos en una misma forma farmacéutica, en las denominadas “combinaciones a dosis fíjas” (FDC: “Fixed-dose combinations”), con el objetivo de aumentar el cumplimiento del régimen terapéutico. Las FDC desarrolladas hasta ahora presentan problemas tecnológicos de inestabilidad física y química entre los fármacos, así como una elevada variabilidad interindividual en la biodisponibilidad de los fármacos incluidos. El fármaco más utilizado en la terapia antituberculosa es la isoniazida, por ser el de mayor actividad bactericida. Sin embargo, presenta una baja biodisponibilidad oral debida a su baja permeabilidad intestinal, que junto a su elevada solubilidad, determinan su inclusión en la clase III del Sistema de Clasificación Biofarmacéutica. Entre los excipientes inorgánicos naturales, determinados materiales constituidos fundamentalmente por minerales de la arcilla son usados en formas farmacéuticas con distintos objetivos y han sido propuestos como nanomateriales de empleo en la elaboración de sistemas híbridos capaces de optimizar las características tecnológicas y/o biofarmacéuticas de fármacos de distinta naturaleza. En esta Tesis Doctoral se han desarrollado sistemas nanohíbridos con dos excipientes naturales constituidos por minerales de la arcilla (halloysita y palygorskita) y el fármaco más usado para el tratamiento de la tuberculosis (isoniazida). El diseño y desarrollo de estos sistemas pretendía mejorar el perfil biofarmacéutico del fármaco y paralelamente aumentar su estabilidad en presencia de los otros fármacos tuberculostáticos con los que se administra. Los sistemas se han obtenido mediante la técnica de intercalación sólidolíquido. Las materias primas y los nanohíbridos obtenidos han sido caracterizados por diversas técnicas de caracterización al estado sólido. Asimismo se ha completado un estudio teórico y experimental de las propiedades cinéticas y termodinámicas del roceso de adsorción de la isoniazida en las dos arcillas. En ambos casos, el proceso de adsorción global se produce en dos etapas: adsorción de moléculas de isoniazida en los sitios activos de los adsorbentes, seguida de la precipitación de moléculas de fármaco sobre la monocapa previamente adsorbida. Ambas etapas son espontáneas para ambos sistemas en las condiciones estudiadas. El nanohíbrido isoniazida-halloysita ha sido objeto de estudios complementarios: se han estudiado, mediante modelado computacional, las características del proceso de adsorción de moléculas de isoniazida en los nanotubos de halloysita, confirmando los resultados experimentales; se ha completado un estudio cinético y del mecanismo de liberación del fármaco desde dicho nanohíbrido, demostrando que la liberación del fármaco tiene lugar mediante un único proceso de desorción; se han realizado ensayos in-vitro de citotoxicidad y permeabilidad intestinal en la línea celular de adenocarcinoma de colon Caco-2, no obteniendo efectos citotóxicos, sino incluso resultados positivos de proliferación celular en algunos casos y un aumento significativo de la permeabilidad intestinal de la isoniazida en el nanohíbrido; por último, se ha estudiado la estabilidad de la isoniazida cargada en la halloysita en presencia de los otros tres fármacos antituberculosos de primera línea, observándose un efecto protector de los nanotubos y consiguiente disminución de la degradación de isoniazida. El doble propósito, tecnológico y biofarmacéutico, planteado se cumple de forma satisfactoria al utilizar halloysita como nanotransportador de la isoniazida. Tuberculosis is an infectious disease caused by the bacillus Mycobacterium tuberculosis and is one of the top ten causes of death worldwide. It is curable, but its treatment present severe difficulties as its long duration and need of polymedication (six- to nine month course of four drugs in combination: isoniazid, rifampicin, pyrazinamide and ethambutol) leading to poor adherence, lack of patient compliance and development of antibiotic resistances, which hamper the treatment by an increase of its length and cost. The World Health Organization recommends the administration of fixed-dose combinations (FDC) containing the four first-line tuberculostatic drugs as an attempt to increase the patient compliance. However, tuberculostatic drugs included in these FDC suffer not only from physical and chemical instability but also from high interindividual variability of bioavailability values of the drugs included. Isoniazid, which is the most widely used tuberculostatic drug, possesses high solubility and low intestinal permeability and is included in the class III of the Biopharmaceutical Classification System. Among the natural inorganic excipients, certain materials consisting mainly of clay minerals are used in pharmaceutical forms with different objectives and have been proposed as nanomaterials for use in the development of hybrid systems capable of optimizing the technological and/or biopharmaceutical characteristics of drugs of different nature. With these premises, in this Doctoral Thesis, two pharmaceutical-grade clay minerals (halloysite and palygorskite), were selected as inorganic nanocarriers of isoniazid. Clay minerals-isoniazid nanohybrids were prepared by the solid-liquid intercalation technique. Raw materials and the resulting nanohybrids were subjected to full and comprehensive solid state characterization studies. Besides, kinetic and thermodynamic assessment of the adsorption process of this drug onto the two sorbents was performed revealing that, in both cases, the global adsorption process was thermodynamically spontaneous and the sum of two steps: adsorption of isoniazid molecules onto the active sites of the clay minerals, and precipitation of drug molecules over the previously adsorbed monolayer. Halloysite-isoniazid nanohybrid was subjected to further complementary studies: a computational modeling study corroborated the experimental adsorption data; in-vitro release tests of isoniazid from the nanohybrid were performed revealing that drug release consisted on a simple desorption process; Caco-2 cell line was selected to performed in-vitro cytotoxicity and permeability tests; results showed that the nanohybrid did not exert any cytotoxic effect towards human Caco-2 cell line, and even in some cases proliferative effects were obtained; in-vitro intestinal permeability of the drug was enhanced when loaded onto the nanotubes; accelerated stability tests were carried out by means of binary and quaternary physical mixtures of pure INH or halloysite-isoniazid nanohybrid with the other first-line tuberculostatics. It was found that halloysite exerted a protective role in terms of decreasing the degradation rate of isoniazid. In basis of the results obtained, it could be stated that both technological and biopharmaceutical aims of the doctoral Thesis have been fulfilled by using halloysite nanotubes as isoniazid nanocarrier. Tesis Univ. Granada. Proyecto de Excelencia RNM-1897 de la Junta de Andalucía, el Proyecto del Plan Nacional CGL2016-80833-R y por el Grupo de Investigación CTS-946 de la Junta de Andalucía.

El prazicuantel es el fármaco de elección en el tratamiento humano de la esquistosomiasis, una enfermedad tropical producida por el parásito Schistosoma, con una estimación de más de 700 millones de personas vulnerables y 240 millones de personas enfermas en el mundo, principalmente en las regiones tropical y subtropical. El prazicuantel se administra por vía oral y presenta una baja solubilidad acuosa y elevada permeabilidad, siendo por tanto un fármaco de Clase II del Sistema de Clasificación Biofarmacéutica (Biopharmaceutics Classification System, BCS). Dado que la disolución de un fármaco es condición necesaria para que este se absorba, la baja solubilidad del prazicuantel requiere la administración oral de dosis elevadas para obtener concentraciones plasmáticas efectivas, lo que da lugar a reacciones adversas y resistencias al fármaco. Es, por tanto, un fármaco diana para la mejora de su perfil biofarmacéutico mediante sistemas farmacéuticos novedosos que aumenten la solubilidad acuosa. Para superar estas limitaciones, en esta Tesis se han desarrollado sistemas farmacéuticos capaces de aumentar la velocidad de disolución del prazicuantel. Concretamente, las arcillas y el carbonato cálcico han sido usados en esta Tesis como excipientes capaces de interaccionar con el fármaco aumentando su solubilidad. Además, presentan la ventaja de no aumentar el coste final del medicamento, ya que son excipientes naturales abundantes y de bajo coste, lo cual es muy importante debido a que el uso de este medicamento va destinado a países en vías de desarrollo. El prazicuantel es un compuesto racémico, en el que sólo uno de sus enantiómeros presenta actividad farmacológica, por tanto, es de gran importancia estudiar la estructura atómica y molecular del prazicuantel, que está íntimamente relacionada con sus propiedades cristalinas y espectroscópicas, y en consecuencia con su perfil fisicoquímico y biofarmacéutico. Dada la importancia del estudio teórico en el futuro desarrollo de formulaciones farmacéuticas con biodisponibilidad optimizada y/o estabilidad mejorada del fármaco, el presente trabajo consiste en estudiar mediante cálculos atomísticos a nivel mecano-cuántico y con campos de fuerza clásicos las estructuras y propiedades del prazicuantel tanto como molécula como sus formas cristalinas. Los cálculos de la molécula de prazicuantel indican la presencia de dos importantes confórmeros: el anti, aquel cuyos grupos carbonilos están orientados en sentido opuesto y que es el más estable, y el syn, cuyos grupos carbonilos están orientados en el mismo sentido y que es el más polar. Esto significa que en un medio polar, como el medio fisiológico, el confórmero syn será el más probable e interaccionará con el receptor. En las formas cristalinas de prazicuantel se han encontrado que estos confórmeros no están mezclados en el cristal, es decir, que cada uno constituye una forma cristalina diferente. Se ha estudiado experimentalmente el espectro de infrarrojo y Raman encontrándose en concordancia con los valores calculados. Se han estudiado las interacciones existentes entre el fármaco y los distintos excipientes tanto teórica como experimentalmente. Se han preparado productos de interacción de prazicuantel con montmorillonita y sepiolita, se han caracterizado y se ha evaluado el aumento de la velocidad de disolución del prazicuantel como resultado de las interacciones con dichos excipientes. Se ha observado que es posible la adsorción del prazicuantel por la montmorillonita y sepiolita y que dicha interacción aumenta la velocidad de disolución del fármaco. Estos productos de interacción se han estudiado a nivel computacional reproduciendo los datos experimentales encontrando las interacciones intermoleculares que justifican el comportamiento experimental. Por otra parte, se ha llevado a cabo el estudio de preparados de prazicuantel con carbonato cálcico, tanto como mezcla física como dispersión sólida. Se ha encontrado que la preparación del producto de interacción por dispersión sólida cambia la cristalinidad del prazicuantel, debido a la interacción del carbonato con los grupos carbonilos del fármaco en presencia de moléculas de agua. Las mezclas físicas con el carbonato no modifican la cristalinidad del fármaco, pero aumentan la velocidad de disolución con respecto al prazicuantel puro. Los resultados de este estudio han servido como base fundamental para establecer correlaciones entre los valores teóricos obtenidos mediante técnicas computacionales y los resultados experimentales de retención y liberación del fármaco en diferentes soportes o excipientes, en vistas a su optimización tecnológica., Tesis Univ. Granada.

El presente estudio tiene como objetivo evaluar, por primera vez, la potencialidad de los depósitos de caolín egipcio de Abu Zenimacon una reserva estimada de 120 millones de toneladas, para su empleo en ámbito farmacéutico. El distrito del caolín estudiado cubre aproximadamente 333 Km2 de tierras cultivadas y accesibles que se encuentra en la parte oeste de la península central del Sinaí, entre la longitud 33˚ 14 00˝ y 33˚ 24 00˝ E y la latitud 28˚ 52 00˝ y 29˚ 10 00˝ N. Los objetivos del estudio se centran en conocer las características de calidad farmacéutica, que incluyen parámetros mineralógicos y tecnológicos destinados a establecer la identidad, pureza y riqueza de las muestras de caolines y sus posibilidades de empleo farmacéutico y aplicaciones biomédicas. Paralelamente al trabajo de recogida de muestras se llevó a cabo una profunda revisión bibliográfica del empleo farmacéutico de la caolinita, para comprender sus funciones, especificaciones, límites, criterios de uso y parámetros de control. Los resultados y conclusiones de estos estudios previos se consideran información y orientación importantes para las posibilidades de explotación, así como también revelan nuevas hipótesis y tendencias para las funcionalidades de los grados variados de caolín., Tesis Univ. Granada., Programa Oficial de Doctorado en Farmacia