Behavior of contact lenses incorporating drug-loaded chitosan/hyaluronic acid nanoparticles

Abstract

Current treatments for eye disease present significant limitations, such as low drug bioavailability, adverse effects, and patient discomfort. This study aims to evaluate the potential of contact lenses (CLs) embedded with chitosan/hyaluronic acid (Ch/HA) nanoparticles (NPs) loaded with methotrexate (MTX) for use as a sustained ocular drug delivery platform. MTX-loaded NPs, obtained by the ionic gelation method, were characterized in terms of particle size zeta potential, stability, drug encapsulation efficiency, drug loading capacity, and release profile. Three different materials of silicone-hydrogel CLs were tested: Senofilcon A (Johnson & Johnson), Delefilcon A (Alcon) (daily disposable) and Lehfilcon A (Alcon) (monthly disposable). The CLs were immersed in the solution of drug-laden Ch/HA NPs for two days at a temperature at 4ºC. Before and after this procedure, the CLs’ refractive index (RI), water content (WC), and UV/visible transmittance were measured and chemically characterized by FTIR. The NPs obtained in this study were stable at 4 °C, negatively charged, with hydrodynamic diameters of 284 ± 14 nm (at pH 7.4), low polydispersity, and high MTX encapsulation efficiency (97 ± 1.34%) and drug loading capacity (60 ± 4.49%). NPs adsorption efficiency onto CLs was approximately 96%. After 24 hours, Delefilcon A and Senofilcon A released 22% and 13% of MTX, respectively, and Lehfilcon A released 64% after 30 days, showing sustained release profiles. No significant changes were observed in RI and WC for Lehfilcon A and Delefilcon A CLs, while Senofilcon A showed significant alterations (p ≤ 0.01). All CLs demonstrated UV/visible transmittance above 85%, except Delefilcon A, which reached a maximum value of 85%. No structural changes were found in the chemical composition of the CLs. In conclusion, Ch/HA NPs enable sustained MTX release from Lehfilcon A and Delefilcon A CLs. These results support the potential of NPs-loaded CLs as a promising platform for future sustained ocular drug delivery system.

Os tratamentos atuais utilizados para as doenças oculares apresentam limitações significativas, como baixa biodisponibilidade do fármaco, efeitos adversos e desconforto para o paciente. Este estudo tem como objetivo avaliar o potencial de lentes de contacto (LC) incorporando nanopartículas (NPs) de quitosano/ácido hialurónico (Ch/HA) carregadas com metotrexato (MTX) para entrega sustentada de fármacos em doenças oculares. As NPs carregadas com MTX, obtidas por gelificação iónica, foram caracterizadas em relação ao tamanho, e potencial zeta, estabilidade, eficiência de encapsulamento do fármaco, capacidade de carga do fármaco e perfil de libertação. Foram estudados três materiais de LC de silicone-hidrogel: Senofilcon A (Johnson & Johnson) e Delefilcon A (Alcon) (diárias) e Lehfilcon A (Alcon) (mensal). As LC foram imersas na solução de NPs carregadas com MTX durante dois dias a 4 ºC. Antes e depois da imersão, as lentes foram analisadas quanto ao índice de refração (IR), o conteúdo em água (CA), transmitância UV/visível e caracterização química por FTIR. Neste estudo obteve-se NPs estáveis a 4 °C, carregadas negativamente, com diâmetros hidrodinâmicos de 284 ± 14 nm (pH 7,4), baixa polidispersividade, elevada eficiência de encapsulamento de MTX (97 ± 1,34%) e capacidade de carga do fármaco (60 ± 4.49%). A eficiência de adsorção das NPs nas LC foi de cerca de 96%. Após 24 horas, as LC Delefilcon A e Senofilcon A libertaram 22% e 13% de MTX, respetivamente, enquanto Lehfilcon A libertou 64% após 30 dias, com perfis de libertação sustentada. Não foram observadas alterações significativas no IR e CA das LC Lehfilcon A e Delefilcon A, enquanto Senofilcon A revelou alterações significativas (p ≤ 0,01). Valor de transmitância UV/visível nas LC superior 85%, exceto nas Delefilcon A (valor máximo de 85%). A estrutura química das LC não foi alterada. Em conclusão, as NPs de Ch/HA permitem a libertação sustentada de MTX pelas LC Lehfilcon A e Delefilcon A. Os resultados revelam que as LC com incorporação de NPs são promissoras para um futuro sistema de administração sustentada de fármacos oculares.