Development and optimization of methodologies to assess buccal permeation

Abstract

The development and characterization of formulations for administration in the oral cavity requires an appropriate and robust methodology for assessing permeability through the oral mucosa.The present dissertation aimed the development of an in vitro buccal permeation method based on a biomimetic commercial membrane - Permeapad® Barrier membrane, following an analytical Quality by Design (aQbD) approach. The experimental work initiated with the development of a chromatographic method (Reverse Phase High Resolution Liquid Chromatography) for the analysis of the content and permeation profile of the active pharmaceutical ingredient (API). This process consisted in optimizing the chromatographic conditions, based on the performance parameters, by modifying the initial conditions of the analytical method. Then, the method was validated considering the parameters of selectivity, precision, accuracy, linearity and stability, presenting as detection and quantification limits 0.0001 mg/mL and 0.001 mg/mL, respectively.The development of the in vitro permeation set-up was based on the use of a Permeapad® Barrier membrane placed in a Franz diffusion Cell apparatus. aQbD elements were applied to optimize the procedure based on analytical parameters previously identified as critical, specifically temperature, filling, bubble removal, and sampling. Permeation studies were then performed to evaluate the permeation profile and the determination of permeation coefficients through membranes with different properties, including the Permeapad® barrier membrane. Considering the successfully obtained permeation profiles, studies were performed to evaluate the influence of the applied dose - finite dose vs. infinite dose - using the previously optimized operating conditions. The permeation profiles showed no significant changes in the permeation coefficients obtained under the different conditions of applied dose. Finally, the discriminatory power of the Permeapad® barrier membrane was evaluated considering the inclusion of a permeation enhancer in the formulation. It resulted in significant permeation improvement under infinite dose conditions, supporting the ability of the developed method to discriminate regarding the inclusion of permeation enhancers. Moreover, further studies employing enhancers that act by other mechanisms of action with varying concentrations will provide a more robust evaluation of the method response to this permeation improvement strategy.This work enabled the successful development of a reproducible and sensitive in vitro method for assessing buccal permeation, which could be a useful tool for the screening and characterization of Bluepharma formulations.

O desenvolvimento e caracterização de formulações para administração na cavidade bucal requer uma metodologia apropriada e robusta para avaliação da permeabilidade através da mucosa bucal.A presente dissertação teve como objetivo o desenvolvimento de um método de permeação bucal in vitro baseado numa membrana comercial biomimética - Permeapad® Barrier, segundo uma abordagem Analytical quality by design (aQbD). O trabalho experimental iniciou-se com o desenvolvimento de um método cromatográfico (cromatografia líquida de alta resolução em fase reversa) para análise do teor e perfil de permeação do composto ativo. Este processo consistiu na otimização das condições cromatográficas, com base nos parâmetros de desempenho, por meio de alterações nas condições iniciais do método analítico. Posteriormente, o método foi validado, considerando como parâmetros a seletividade, precisão, exatidão, linearidade e estabilidade, apresentando como limites de deteção e quantificação 0,0001 mg/mL e 0,001 mg/mL, respectivamente. O desenvolvimento das condições operacionais para os ensaios de permeação bucal in vitro foi baseado no uso de uma membrana Permeapad® Barrier, colocada numa célula de difusão de Franz. Foram aplicados elementos aQbD com o objetivo de otimizar o procedimento, com base nos parâmetros analíticos previamente identificados como críticos, especificamente, temperatura, enchimento, remoção de bolhas e colheita de amostras. Posteriormente, foram efetuados estudos de permeação para avaliação do perfil de permeação e determinação dos coeficientes de permeação através de membranas com diferentes características, incluindo a membrana de Permeapad® Barrier. Perante os perfis de permeação obtidos de forma bem-sucedida, foram realizados estudos para avaliação do impacto da dose aplicada – dose finita vs dose infinita – usando as condições operacionais previamente otimizadas. Os perfis de permeação não evidenciaram alterações significativas dos coeficientes de permeação obtidos em diferentes condições de dose aplicada. Por fim, foi avaliado o poder discriminatório da membrana Permeapad® Barrier, considerando a inclusão de um promotor de permeação na formulação. Tal conduziu a uma significativa potenciação de permeação em condições de dose infinita, o que suporta o poder discriminatório do método desenvolvido. No entanto, serão necessários mais estudos, incluindo promotores químicos que atuem segundo diferentes mecanismos de ação e variações na sua concentração de modo a possibilitar uma avaliação mais robusta da resposta do método relativamente a esta estratégia de melhoria de permeação.Este trabalho permitiu o desenvolvimento bem-sucedido de um método de permeação bucal in vitro reprodutível, o qual poderá ser uma ferramenta útil a implementar na avaliação de formulações da Bluepharma.