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

De nombreux médicaments sont conçus pour combattre la maladie, mais ils sont confrontés à un obstacle physique simple avant de pouvoir agir : ils doivent se dissoudre dans les fluides du corps. Si un médicament ne peut pas se dissoudre facilement, il ne peut pas être absorbé dans la circulation sanguine, et le patient ne reçoit que peu ou pas de bénéfice. C'est un défi courant pour un analgésique et anti-inflammatoire largement utilisé appelé diclofénac sodique. Bien que le médicament soit efficace pour réduire la douleur et la fièvre, il ne se mélange pas bien à l'eau, qui est le liquide principal de notre corps. Pour contourner cela, les scientifiques mélangent souvent l'eau avec d'autres liquides qui peuvent contenir le médicament plus facilement, une technique appelée cosolvance. L'objectif est de trouver le mélange parfait d'eau et d'un autre liquide qui permet la quantité maximale de médicament pour se dissoudre, garantissant ainsi que le médicament puisse être administré efficacement.

Dans une étude récente, des chercheurs ont entrepris d'explorer un mélange liquide spécifique pour voir à quel point il pouvait dissoudre le diclofénac sodique. Ils se sont concentrés sur la combinaison de l'eau avec le polyéthylène glycol 400, un liquide clair et épais souvent utilisé dans les produits pharmaceutiques. L'équipe, basée à l'Université des sciences médicales de Tabriz en Iran, voulait comprendre exactement quelle quantité de médicament pouvait se dissoudre dans ce mélange à différentes températures. Ils visaient également à cartographier les changements d'énergie qui se produisent lors de la dissolution, en examinant si le processus absorbe de la chaleur ou en libère, et si le désordre des molécules augmente ou diminue. En mesurant ces facteurs, ils espéraient créer des outils mathématiques fiables capables de prédire comment le médicament se comporte dans cet environnement sans avoir besoin de mener de nouvelles expériences à chaque fois.

Les chercheurs ont commencé par préparer de petits tubes contenant différents ratios d'eau et de polyéthylène glycol 400. Ils ont ajouté plus de médicament que ce qui pourrait potentiellement se dissoudre, créant ainsi un mélange saturé où des particules de médicament solide reposaient au fond. Ces tubes ont été secoués pendant trois jours dans un environnement à température contrôlée pour s'assurer que le médicament et le liquide atteignent un équilibre parfait. L'équipe a testé les mélanges à quatre températures spécifiques, allant d'un niveau frais de 298,2 Kelvin à un niveau plus chaud de 313,2 Kelvin. Après l'arrêt de l'agitation, ils ont séparé le liquide clair des particules solides et ont mesuré la quantité de médicament dissous à l'aide d'un instrument optique. Ils ont répété ce processus trois fois pour chaque mélange afin de garantir l'exactitude de leurs chiffres.

Les résultats ont révélé un schéma clair. Dans l'eau pure, le médicament avait le plus de mal à se dissoudre. À mesure que les chercheurs ajoutaient plus de polyéthylène glycol 400, la quantité de médicament pouvant se dissoudre augmentait régulièrement. La solubilité la plus élevée a été trouvée lorsque le mélange contenait 60 % de polyéthylène glycol 400 en poids. À ce ratio spécifique, le liquide contenait le plus de médicament, et cette capacité augmentait encore davantage à mesure que la température montait. L'équipe a observé que le médicament se dissolvait mieux lorsque l'environnement liquide pouvait interagir avec les parties hydrophiles et les parties lipophiles de la molécule de médicament. Le mélange d'eau et de polyéthylène glycol 400 semblait offrir le juste équilibre pour entourer les molécules de médicament et les maintenir en solution.

Pour donner un sens à ces découvertes, les scientifiques ont testé plusieurs modèles mathématiques pour voir s'ils pouvaient prédire les données de solubilité qu'ils avaient collectées. Ils ont utilisé des équations qui relient la solubilité à la température et à la composition du mélange liquide. Les modèles ont bien performé, les plus précis prédisant les résultats expérimentaux avec des erreurs très faibles. Un modèle, qui combinait la température et la composition du liquide, s'est avéré particulièrement utile pour estimer la solubilité sur toute la gamme de conditions testées. Cela signifie qu'à l'avenir, les scientifiques pourraient utiliser ces équations pour estimer la quantité de médicament qui se dissoudrait dans ce mélange sans avoir à le mesurer physiquement à chaque fois.

L'étude a également examiné la thermodynamique, ou l'histoire énergétique, derrière le processus de dissolution. Les chercheurs ont calculé les changements d'énergie impliqués et ont constaté que le processus nécessitait de la chaleur, ce qui signifie qu'il était endothermique. En termes plus simples, le médicament a absorbé de l'énergie de son environnement pour se briser et se mélanger au liquide. Malgré des valeurs ΔG° positives suggérant que le processus est non spontané à saturation, les valeurs d'entropie positives substantielles ont révélé une contribution importante pilotée par l'entropie. Cependant, les données ont finalement montré que la dissolution du diclofénac sodique dans ces mélanges spécifiques était principalement un processus piloté par l'enthalpie. Cet équilibre entre l'énergie et le désordre a rendu la dissolution favorable dans ces mélanges spécifiques.

En fin de compte, ce travail fournit une carte détaillée du comportement du diclofénac sodique lorsqu'il est mélangé à l'eau et au polyéthylène glycol 400. Les chercheurs ont confirmé que ce mélange est hautement efficace pour dissoudre le médicament, surtout à des températures plus élevées et lorsque le polyéthylène glycol 400 représente environ 60 % du mélange. En validant les modèles mathématiques par rapport à leurs données expérimentales, ils ont créé des outils qui peuvent aider à formuler de meilleurs médicaments. Les conclusions suggèrent que cette combinaison liquide spécifique pourrait être une option précieuse pour améliorer la façon dont ce médicament analgésique est préparé et administré, garantissant qu'une plus grande partie du principe actif atteigne le corps là où il est nécessaire.