The Potential Use of Degradable Starch Microspheres as a Carrier for Nasal Drug Administration

Abstract

Intranasal drug delivery is a practical and accessible method for treating localized symptoms as well as achieving systemic drug absorption. The approach takes advantage of the permeability, vascularization, and limited enzymatic activity of nasal tissue, leading to enhanced drug absorption. Moreover, drugs can bypass the blood-brain barrier and directly reach the brain through the olfactory route. Nasal powder formulations present advantages over liquids, including improved mucosal clearance resistance, simplified composition, larger administration doses, and improved formulation stability. In this study, four different types of degradable starch microspheres (DSM), namely DSM-A, DSM-S, DSM-T, and DSM-L were evaluated for their potential use as nasal drug formulations. Furthermore, the microspheres were combined with a breath-actuated powder inhaler, ICOone Nasal. Initially, the physicochemical characteristics of the DSM batches were assessed, followed by performance testing, where they were loaded into the device to investigate their delivery performance. Additionally, nasal deposition studies were conducted using a 3D-printed nasal cavity model.

The results revealed that, among the DSM batches, DSM-A is the most favorable option for nasal drug delivery, while DSM-S is the least preferred. DSM-A consists of easily dispersible particles not prone to agglomeration, distinguishing it from the other batches, particularly DSM-S, which exhibits high cohesive properties. In dry storage conditions, all batches exhibit excellent flow properties. DSM-A demonstrates the highest flowability, while DSM-S shows the poorest resulting in lower and higher retention from the ICOone device respectively. Regarding deposition in the nasal cavity, all DSM batches display a similar pattern when used with the ICOone Nasal device. The powder primarily adheres to the nasal vestibule and atrium area, with no powder reaching the olfactory region. Notably, DSM-A exhibits an even distribution without agglomerates, whereas DSM-S shows the presence of agglomerates.

Popular Abstract (Swedish)

Nasal administrering är en administeringsmetod där läkemedel inhaleras genom näsan. Metodens huvudsakliga syfte är att snabbt och effektivt behandla lokala symtom. Men på senare tid har det även ökats intresse för att uppnå en systemisk effect, där läkemedlet når blodomloppet och därigenom påverkar hela kroppen.

Näshålan är ungefär 15-20 ml, med en yta på cirka 150 cm2 och är uppdelad i två symmetriska icke-sammanlänkade halvor. Varje halva är indelad i olika regioner med specifika funktioner. Den främre delen, vid näsborren, kallas nasal vestibul och är täckt av hud och hår. Läkemedel som når detta område filtreras bort. De återstående områdena är täckta av nässlemhinnan. I atrium är det svårt för läkemedel att sprida sig till blodomloppet, medan den respiratoriska regionen, även känd som andningsrelaterade regionen, spelar en viktig roll för att administrera läkemedel. Rik blodförsörjning i detta område underlättar absorptionen av vissa läkemedel och molekyler till blodomloppet. Det innebär att läkemedel som tas upp genom näsan, särskilt mindre stabila proteiner, har högre absorption jämfört med när de tas oralt. I den del av näsan som kallas för olfaktoriska regionen, vilket är området i näsan där luktsinnet finns, kan vissa läkemedel passera blod-hjärnbarriären (BBB), vilket möjliggör direkt leverans till centrala nervsystemet.

Majoriteten av dagens läkemedel som administreras via näsan är flytande trots nackdelarna med denna formulering. Näsmediciner i flytande form kan snabbt elimineras från näshålan, vilket minskar kontakttiden med målorganet och därmed reducerar deras effektivitet. Näspulverformuleringar erbjuder fördelar jämfört med vätskor, inklusive bättre motståndskraft mot mucociliär rening (självrensande mekanism), enklare sammansättning, högre dosering möjligheter och förbättrad stabilitet. Pulverformuleringar möjliggör användning av speciella hjälpmedel, såsom mucoadehsiva polymerer, som kan öka uppehållstiden i näsan.

I detta arbete har fyra nedbrytbara stärkelse mikrosfärer (DSM) med mucoadhesiva egenskaper, kallade DSM-A, DSM-S, DSM-T och DSM-L, utvärderats som hjälpmedel för nasal läkemedelsadministration. Deras fysiska och kemiska egenskaper har studerats och även deras prestanda som pulver har testats i kombination med den nasala enheten, ICOone Nasal. Dessutom studerades deras deponeringsprofiler genom att använda en 3D-printad modell av näshålan.

Enligt resultaten visade studien att DSM-A uppvisade de mest önskade egenskaperna för nasala läkemedelspulver och fungerade bra i kombination med nasal enheten ICOone. Detta gör DSM-A till det mest fördelaktiga pulvret som bärare för nasal läkemedelsadministrering. DSM-S hade oönskade egenskaper och visade dålig kompatibilitet med ICOone Nasal-enheten vilket gör DSM-S till den minst föredragna som bärare för nasal läkemedelsadministrering.

• author: Unal, Rojda
• supervisor: Kyrre Thalberg
• organization: Food Technology and Nutrition (M.Sc.)
• course: KLGM15 20231
• year: 2023
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Biology and Life Sciences
• keywords: Pharmaceutical technology, Nasal administration, Läkemedel, Pulverformiga bärare, Sfärer, Pulverinhalation, Bärarmaterial, Läkemedelseffektivitet, Pulverteknik, Partikelformulering, Nasal deposition
• language: English
• id: 9124060
• date added to LUP: 2023-06-15 09:14:38
• date last changed: 2023-06-15 09:14:38