En las últimas décadas se popularizó en gran medida el uso de fluidos supercríticos (SCF) como un reemplazo de mayor eficiencia a los solventes tradicionales en procesos de extracción. Sin embargo, esta es sólo una de las diversas aplicaciones que esta tecnología puede tener. En este artículo vamos a hablar de una de las más versátiles y con mejor prospección.
Los métodos convencionales (es decir, mecánicos o químicos) para sintetizar partículas poliméricas tienen varias limitaciones, como la distribución heterogénea del tamaño de las partículas, el daño de las partículas por las fuerzas de cizallamiento, etc. De hecho, utilizando la tecnología SCF en la fabricación y el procesamiento de productos farmacéuticos, se pueden minimizar los obstáculos internos causados por los enfoques convencionales. Además, esta tecnología se ha convertido probablemente en el proceso más sostenible para abordar los problemas medioambientales.
Existen diferentes procesos de formación de partículas que se clasifican en función del comportamiento del SCF como soluto (formación de partículas a partir de soluciones saturadas de gas (PGSS)); disolvente (expansión rápida de soluciones supercríticas (RESS)); antisolvente (antisolvente supercrítico (SAS), antisolvente gaseoso (GAS), sistema de extracción con disolvente en aerosol (ASES), precipitación con antisolvente comprimido (PCA), antisolvente supercrítico con transferencia de masa mejorada (SAS-EM), dispersión mejorada en solución por fluidos supercríticos (SEDS), dispersión mejorada en suspensión por fluidos supercríticos (SpEDS)); y otros como la despresurización de una solución orgánica líquida expandida (DELOS) y el proceso de atomización asistida por supercríticos (SAA), etc.
La eficacia del rendimiento de esta tecnología se basa en la selección adecuada del disolvente y en el ajuste de los parámetros críticos (temperatura y presión) durante las operaciones. Por ende, todos los procesos mencionados tienen cabida dependiendo del objetivo final donde cada uno propicia ciertas características. No obstante, hay tres de ellos que constituyen la mayoría de aplicaciones y por ende discutiremos a continuación.
PGSS (Particles from gas saturated solutions)
El SCF actúa como soluto en el método PGSS. El dióxido de carbono supercrítico (SC-CO2) se comprime y se disuelve en un polímero fundido después del tratamiento en autoclave, donde la solución se expande y se enfría por el efecto Joule-Thomson. De esta manera se forman micropartículas cuando se opera a una presión relativamente baja. Este enfoque es ventajoso respecto a otras técnicas de SCF, ya que utiliza bajos volúmenes de SCF. Sin embargo, la aplicación de este proceso es limitada debido a la aglomeración de partículas y al bloqueo de la boquilla.
RESS (Rapid expansion of supercritical solutions)
En un proceso RESS, el SCF actúa como portador del soluto, y esta solución se expande adiabáticamente dando lugar a un rápido descenso de la temperatura y la presión y a la posterior generación de partículas de pequeño tamaño tras ser rociados a través de una boquilla. Al diseñar este proceso, la solubilidad del material desempeña un papel crucial en la formación y el procesamiento de las partículas, ya que la mayoría de las sustancias farmacéuticas, como los polímeros, los fármacos y las proteínas de alto peso molecular, son de naturaleza polar. En algunos casos, se añaden pequeñas cantidades de disolventes orgánicos para mejorar la afinidad de las moléculas polares de los fármacos.
El RESS es el método más sencillo y eficaz de la tecnología SCF, pero su aplicación es limitada debido a su costo relativamente elevado y a la escasa solubilidad de los polímeros en SC-CO2 no polar. Para solucionar este problema, se prefieren altas cantidades de SC-CO2 a escala industrial. Además, los avances en el proceso RESS se han realizado para superar ciertas limitaciones. Uno de ellos es el proceso RESS en una solución acuosa que contiene un surfactante u otros agentes reductores, conocido como proceso de expansión rápida de una solución supercrítica en un disolvente líquido (RESOLV), donde el SCF se expande en un medio líquido. Este proceso modificado inhibe la aglomeración de partículas en el chorro de expansión.
El otro proceso modificado es la expansión rápida de una solución supercrítica con co-solvente sólido (RESS-SC), que da lugar a partículas de menor tamaño. Durante la síntesis, el cosolvente añadido mejora la solubilidad de los ingredientes farmacéuticos activos en mayor medida al evitar el contacto superficial entre las partículas, lo que aumenta la superficie de exposición al SCF y, finalmente, la liofilización puede eliminar el cosolvente. A pesar de sus avances, el RESS sigue teniendo ciertas limitaciones que son superadas por el comportamiento alterado del SCF como antisolvente en el recipiente de reacción.
SAS (Supercritical anti-solvent)
El proceso SAS se propone para procesar las moléculas con poca solubilidad en SCF. Este proceso utiliza predominantemente un disolvente orgánico, como la acetona, el diclorometano (DCM) y el dimetilsulfóxido (DMSO), para disolver los materiales, donde el SCF se comporta como un no disolvente para el soluto o ingrediente farmacéutico activo. Durante el proceso, la mezcla se expande hasta la sobresaturación y da lugar a una rápida nucleación, lo que demuestra la alta relación de transferencia de masa debido a la baja viscosidad y a la alta difusividad del SCF. El resultado de este proceso depende totalmente del orden de adición del disolvente, el SCF y otros sustratos. Además, es necesario optimizar factores como la temperatura, la presión, la composición química del soluto (fármaco, polímero), así como el disolvente orgánico.
El SAS ha conseguido una mejor carga de fármaco que el proceso RESS, permitiendo la formación de partículas finas. Otros procesos SAS comprenden el GAS, que se basa en la recristalización del soluto insoluble del SCF y tiene la flexibilidad de elegir el disolvente orgánico para mejorar la solubilidad. Este proceso tiene menos problemas operativos en comparación con el método SAS convencional y es fácil de escalar en la fabricación. Los avances recientes en las técnicas de micronización SAS incluyen, por ejemplo, los métodos de antisolvente líquido expandido (ELS) y la inyección asistida por supercrítico en un antisolvente líquido (SAILA); sin embargo, aún no se han comunicado análisis profundos sobre estos procesos. El ELS funciona con SCF y un disolvente orgánico en condiciones de liquidez en expansión. Las otras técnicas de SAS modificadas incluyen ASES, extracción de emulsiones asistida por SCF (SFEE), SAS-EM, SEDS, y SpEDS.