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

Molti medicinali sono progettati per combattere le malattie, ma devono affrontare un semplice ostacolo fisico prima di poter agire: devono sciogliersi nei fluidi del corpo. Se un farmaco non si scioglie facilmente, non può essere assorbito nel flusso sanguigno e il paziente riceve poco o nessun beneficio. Questa è una sfida comune per un analgesico e antinfiammatorio ampiamente utilizzato chiamato diclofenac sodico. Sebbene il farmaco sia efficace nel ridurre dolore e febbre, non si mescola bene con l'acqua, che è il liquido principale nei nostri corpi. Per aggirare questo problema, gli scienziati spesso mescolano l'acqua con altri liquidi che possono contenere il farmaco più facilmente, una tecnica nota come cosolvenza. L'obiettivo è trovare la miscela perfetta di acqua e un altro liquido che permetta la massima quantità di medicinale da sciogliere, assicurando che il farmaco possa essere somministrato efficacemente.

In uno studio recente, i ricercatori si sono posti l'obiettivo di esplorare una specifica miscela di liquidi per vedere quanto bene potesse sciogliere il diclofenac sodico. Si sono concentrati sulla combinazione di acqua con il polietilenglicole 400, un liquido limpido e denso spesso usato in ambito farmaceutico. Il team, basato sulla Università delle Scienze Mediche di Tabriz in Iran, voleva capire esattamente quanto farmaco potesse sciogliersi in questa miscela a diverse temperature. Miravano anche a mappare i cambiamenti energetici che avvengono durante lo scioglimento, osservando se il processo assorbe calore o lo rilascia, e se il disordine delle molecole aumenta o diminuisce. Misurando questi fattori, speravano di creare strumenti matematici affidabili per prevedere come il farmaco si comporta in questo ambiente senza dover eseguire nuovi esperimenti ogni volta.

I ricercatori hanno iniziato preparando piccole provette contenenti diverse proporzioni di acqua e polietilenglicole 400. Hanno aggiunto più farmaco di quanto potesse effettivamente sciogliersi, creando una miscela satura in cui particelle solide di farmaco si depositavano sul fondo. Queste provette sono state scosse per tre giorni in un ambiente a temperatura controllata per garantire che il farmaco e il liquido raggiungessero un equilibrio perfetto. Il team ha testato le miscele a quattro temperature specifiche, che variavano da un freddo 298,2 Kelvin a un caldo 313,2 Kelvin. Dopo che l'agitazione è terminata, hanno separato il liquido limpido dalle particelle solide e hanno misurato quanto farmaco fosse sciolto utilizzando uno strumento basato sulla luce. Hanno ripetuto questo processo tre volte per ogni miscela per garantire l'accuratezza dei loro numeri.

I risultati hanno rivelato un modello chiaro. In acqua pura, il farmaco aveva la maggiore difficoltà a sciogliersi. Man mano che i ricercatori aggiungevano più polietilenglicole 400, la quantità di farmaco che poteva sciogliersi aumentava costantemente. La solubilità più elevata è stata riscontrata quando la miscela conteneva il 60% di polietilenglicole 400 in peso. A questo rapporto specifico, il liquido tratteneva la maggior quantità di farmaco, e questa capacità cresceva ulteriormente al crescere della temperatura. Il team ha osservato che il farmaco si scioglieva meglio quando l'ambiente liquido poteva interagire sia con le parti idrofile (che amano l'acqua) che con quelle lipofile (che amano l'olio) della molecola del farmaco. La miscela di acqua e polietilenglicole 400 sembrava fornire il giusto equilibrio per circondare le molecole del farmaco e mantenerle in soluzione.

Per dare un senso a queste scoperte, gli scienziati hanno testato diversi modelli matematici per vedere se potevano prevedere i dati di solubilità raccolti. Hanno utilizzato equazioni che mettono in relazione la solubilità con la temperatura e la composizione della miscela liquida. I modelli hanno funzionato bene, con quelli più accurati che prevedevano i risultati sperimentali con errori molto piccoli. Un modello, che combinava temperatura e composizione del liquido, si è rivelato particolarmente utile per stimare la solubilità in tutto l'intervallo di condizioni testate. Ciò significa che in futuro, gli scienziati potrebbero usare queste equazioni per stimare quanto farmaco si scioglierebbe in questa miscela senza doverlo misurare fisicamente ogni singola volta.

Lo studio ha anche esaminato la termodinamica, ovvero la storia dell'energia, dietro il processo di scioglimento. I ricercatori hanno calcolato i cambiamenti di energia coinvolti e hanno scoperto che il processo richiedeva calore, il che significa che era endotermico. In termini più semplici, il farmaco ha assorbito energia dal suo ambiente circostante per frammentarsi e mescolarsi con il liquido. Nonostante i valori di ΔG° positivi suggerissero che il processo sia non spontaneo alla saturazione, i sostanziali valori di entropia positiva hanno rivelato un significativo contributo guidato dall'entropia. Tuttavia, i dati hanno infine mostrato che la dissoluzione del diclofenac sodico in queste specifiche miscele era principalmente un processo guidato dall'entalpia. Questo equilibrio tra energia e disordine rendeva la dissoluzione favorevole in queste miscele specifiche.

In definitiva, questo lavoro fornisce una mappa dettagliata di come il diclofenac sodico si comporta quando mescolato con acqua e polietilenglicole 400. I ricercatori hanno confermato che questa miscela è altamente efficace nel sciogliere il farmaco, specialmente ad alte temperature e quando il polietilenglicole 400 costituisce circa il 60% della miscela. Validando i modelli matematici rispetto ai loro dati sperimentali, hanno creato strumenti che possono aiutare a formulare medicinali migliori. Le scoperte suggeriscono che questa specifica combinazione di liquidi potrebbe essere un'opzione preziosa per migliorare il modo in cui questo analgesico viene preparato e somministrato, garantendo che una maggiore quantità di farmaco attivo raggiunga il corpo dove è necessario.