Internship Reports and Monograph entitled “Drug Repurposing and Nanosystems for Cutaneous Melanoma Treatment: development and characterization of a miconazole oil-in-water nanoemulsion”

Abstract

Cutaneous melanoma is one of the most lethal skin cancers, with a high mortality rate and incidence. This has led to a huge demand for new more effective forms of treatment. Miconazole is a hydrophobic drug that has been shown to reduce both the proliferation of melanoma cells and the potential of these cells to metastasize into distant organs. On the other hand, nanoemulsions are widely used for topical drug delivery as a promising alternative to increase the solubility, skin permeation, and retention of hydrophobic drugs. Hence, the purpose of this work was to incorporate miconazole in an oil-in-water nanoemulsion for topical administration for the treatment of cutaneous melanoma. Seventeen O/W nanoemulsions were prepared by spontaneous emulsification, made of Plurol® Diisostearique (oil and hydrophobic surfactant), Transcutol® (cosolvent), Kolliphor® RH 40 (hydrophilic surfactant), and Milli-Q® water. Droplet size and polydispersity index (PDI) were analyzed using dynamic light scattering (Zetasizer Nano ZS apparatus). Nanoemulsions with a PDI below 0.3 and droplet size between 100 – 200nm were selected for drug incorporation. The chosen formulation was also characterized for zeta potential, pH and osmolality. Accelerated stability studies, real-time stability studies and the in vitro release profile were also conducted. After miconazole incorporation (9mg/mL) only one of the seventeen nanoemulsions maintained characteristics within the intended parameters. This formulation was selected and characterized: the zeta potential was -4.71mV (neutral, expected due to used components), and the pH was 6.97 (well tolerated for topical application). The instability index of the drug-free nanoemulsion was 0.522 and 0.542 for the drug-loaded formulation, demonstrating that drug incorporation did not affect the formulation’s stability. Moreover, real-time stability studies confirmed that the developed preparation was stable up to 6 months. In vitro drug release studies showed that the nanoemulsion exhibited controlled drug release. Therefore, the incorporation of miconazole into nanoemulsions allowed to greatly increase its solubility (up to 11795 times, compared to its water solubility), while also producing stable formulations for future studies (viscosity, in vitro drug permeation, cytotoxicity in melanoma cells).

O melanoma cutâneo é um dos cancros de pele mais letais, o que resulta em uma elevada incidência e taxa de mortalidade. Esta realidade levou a uma enorme procura por novas e eficazes formas de tratamento. O miconazol é um fármaco hidrofóbico que revelou reduzir a proliferação e o potencial metastático de células de melanoma. Por outro lado, as nanoemulsões são largamente utilizadas como veículos para a entrega de fármacos a nível tópico. Estas permitem aumentar a solubilidade e a penetração e retenção na pele de fármacos hidrofóbicos. Assim, o objetivo deste trabalho foi a incorporação do miconazol numa nanoemulsão óleo-em-água, para ser administrada topicamente para o tratamento do melanoma cutâneo. Foram preparadas 17 nanoemulsões O/A por emulsificação espontânea, constituídas por Plurol® Diisostearique (óleo e tensioativo hidrofóbico), Transcutol® (co-solvente), Kolliphor® RH 40 (tensioativo hidrofílico) e água Milli-Q®. O tamanho de gotícula e o índice de polidispersão (IPD) foram analisados utilizando a dispersão dinâmica de luz (com o aparelho Zetasizer Nano ZS). As nanoemulsões com um IPD inferior a 0,3 e um tamanho de gotícula entre 100 e 200nm foram selecionadas para incorporação do fármaco. A formulação escolhida foi também caracterizada relativamente ao potencial zeta, pH e osmolalidade. Foram também realizados estudos de estabilidade acelerada, estudos de estabilidade em tempo real e foi avaliado o perfil de libertação in vitro do fármaco. Após incorporação do miconazol (9mg/mL), apenas uma das 17 nanoemulsões manteve as características dentro dos parâmetros pretendidos. Esta formulação foi selecionada e caracterizada: o potencial zeta foi de -4,71mV (neutro, esperado devido aos componentes utilizados) e o pH foi de 6,97 (bem tolerado para aplicação tópica). O índice de instabilidade da nanoemulsão, sem fármaco, foi de 0,522 e de 0,542 para a formulação com fármaco, demonstrando que a incorporação do mesmo não afetou a estabilidade da formulação. Além disso, os estudos de estabilidade em tempo real confirmaram que, a preparação desenvolvida é estável até 6 meses. Os estudos de libertação in vitro do fármaco mostraram que, a nanoemulsão apresentava uma libertação controlada do fármaco. Desta forma, a incorporação de miconazol em nanoemulsões permitiu aumentar consideravelmente a sua solubilidade (até 11 795 vezes, em comparação com a sua solubilidade em água), sendo possível, simultaneamente, produzir formulações estáveis para estudos futuros (viscosidade, permeação do fármaco in vitro, citotoxicidade em células de melanoma).