Solubilization behavior of diclofenac sodium in polyethylene glycol 400/water mixtures: A solubility and thermodynamic study

Muchos medicamentos están diseñados para combatir enfermedades, pero enfrentan un obstáculo físico simple antes de poder actuar: deben disolverse en los fluidos del cuerpo. Si un fármaco no se disuelve fácilmente, no puede absorberse en el torrente sanguíneo y el paciente recibe poco o ningún beneficio. Este es un desafío común para un analgésico y antiinflamatorio ampliamente utilizado llamado diclofenaco sódico. Aunque el fármaco es eficaz para reducir el dolor y la fiebre, no se mezcla bien con el agua, que es el líquido principal en nuestros cuerpos. Para sortear esto, los científicos a menudo mezclan agua con otros líquidos que pueden contener el fármaco más fácilmente, una técnica conocida como cosolvencia. El objetivo es encontrar la mezcla perfecta de agua y otro líquido que permita la máxima cantidad de medicamento para disolverse, asegurando que el fármaco pueda administrarse de manera efectiva.

En un estudio reciente, los investigadores se propusieron explorar una mezcla líquida específica para ver qué tan bien podía disolver el diclofenaco sódico. Se centraron en combinar agua con polietilenglicol 400, un líquido claro y espeso que se utiliza a menudo en productos farmacéuticos. El equipo, con sede en la Universidad de Ciencias Médicas de Tabriz, en Irán, quería comprender exactamente cuánto se podía disolver el fármaco en esta mezcla a diferentes temperaturas. También pretendían mapear los cambios de energía que ocurren cuando el fármaco se disuelve, observando si el proceso absorbe calor o lo libera, y si el desorden de las moléculas aumenta o disminuye. Al medir estos factores, esperaban crear herramientas matemáticas fiables que pudieran predecir cómo se comporta el fármaco en este entorno sin necesidad de realizar nuevos experimentos cada vez.

Los investigadores comenzaron preparando pequeños tubos que contenían diferentes proporciones de agua y polietilenglicol 400. Añadieron más fármaco del que podría disolverse, creando una mezcla saturada donde partículas de fármaco sólido se asentaban en el fondo. Estos tubos fueron agitados durante tres días en un entorno de temperatura controlada para asegurar que el fármaco y el líquido alcanzaran un equilibrio perfecto. El equipo probó las mezclas en cuatro temperaturas específicas, que variaban desde unos frescos 298.2 Kelvin hasta unos más cálidos 313.2 Kelvin. Después de que cesó la agitación, separaron el líquido claro de las partículas sólidas y midieron cuánto fármaco se había disuelto utilizando un instrumento basado en la luz. Repitieron este proceso tres veces para cada mezcla para asegurar que sus números fueran precisos.

Los resultados revelaron un patrón claro. En agua pura, el fármaco tenía la mayor dificultad para disolverse. A medida que los investigadores añadían más polietilenglicol 400, la cantidad de fármaco que podía disolverse aumentaba de forma constante. La mayor solubilidad se encontró cuando la mezcla contenía un 60% de polietilenglicol 400 en peso. En esta proporción específica, el líquido retenía la mayor cantidad de fármaco, y esta capacidad crecía aún más a medida que la temperatura aumentaba. El equipo observó que el fármaco se disolvía mejor cuando el entorno líquido podía interactuar tanto con las partes afines al agua como con las partes afines al aceite de la molécula del fármaco. La mezcla de agua y polietilenglicol 400 parecía proporcionar el equilibrio justo para rodear las moléculas del fármaco y mantenerlas en solución.

Para dar sentido a estos hallazgos, los científicos probaron varios modelos matemáticos para ver si podían predecir los datos de solubilidad que habían recopilado. Utilizaron ecuaciones que relacionan la solubilidad con la temperatura y la composición de la mezcla líquida. Los modelos funcionaron bien, con los más precisos prediciendo los resultados experimentales con errores muy pequeños. Un modelo, que combinaba la temperatura y la composición del líquido, resultó particularmente útil para estimar la solubilidad en todo el rango de condiciones probadas. Esto significa que, en el futuro, los científicos podrían usar estas ecuaciones para estimar cuánto se disolvería el fármaco en esta mezcla sin tener que medirlo físicamente cada vez.

El estudio también analizó la termodinámica, o la historia de la energía, detrás del proceso de disolución. Los investigadores calcularon los cambios de energía involucrados y descubrieron que el proceso requería calor, lo que significa que era endotérmico. En términos más sencillos, el fármaco absorbió energía de su entorno para separarse y mezclarse con el líquido. A pesar de que los valores positivos de ΔG° sugieren que el proceso no es espontáneo en la saturación, los sustanciales valores positivos de entropía revelaron una contribución significativa impulsada por la entropía. Sin embargo, los datos finalmente mostraron que la disolución del diclofenaco sódico en estas mezclas específicas fue principalmente un proceso impulsado por la entalpía. Este equilibrio entre energía y desorden hizo que la disolución fuera favorable en estas mezclas específicas.

En última instancia, este trabajo proporciona un mapa detallado de cómo se comporta el diclofenaco sódico cuando se mezcla con agua y polietilenglicol 400. Los investigadores confirmaron que esta mezcla es altamente efectiva para disolver el fármaco, especialmente a temperaturas más altas y cuando el polietilenglicol 400 constituye aproximadamente el 60% de la mezcla. Al validar los modelos matemáticos frente a sus datos experimentales, han creado herramientas que pueden ayudar a formular mejores medicamentos. Los hallazgos sugieren que esta combinación líquida específica podría ser una opción valiosa para mejorar cómo se prepara y se administra este analgésico, asegurando que una mayor cantidad del fármaco activo llegue al cuerpo donde se necesita.