Synthesis and preliminary functional characterization of mucoadhesive alginate/iron encapsulates as food supplements

Abstract

Según la Organización Mundial de la Salud, la deficiencia de hierro sigue siendo un problema importante en todo el mundo con alrededor del 22% de las mujeres embarazadas afectadas en el mundo desarrollado y el 35% en las economías emergentes. La deficiencia de hierro tiene graves consecuencias para el embarazo y el desarrollo de los niños lo cual se ha abordado mediante la administración oral de suplementos a base de hierro, como cápsulas o tabletas masticables, donde el hierro está presente con frecuencia en forma de sales ferrosas y férricas. Sin embargo, la biodisponibilidad de estos compuestos es bastante limitada porque sólo el 20% puede penetrar la capa mucosa del lumen del intestino delgado para alcanzar la circulación sistémica. Por tanto, se han realizado varios estudios para incrementar la biodisponibilidad del hierro ingerido, donde la utilización de cápsulas poliméricas es una de las técnicas más ampliamente implementadas. Esto permite que los componentes activos se carguen y protejan en tales matrices poliméricas. No obstante, la retención de las cápsulas a nivel intestinal a menudo se ve perjudicada por el movimiento natural y el tráfico en las mismas. Como resultado, sólo una fracción del material ingerido pasa suficiente tiempo en contacto con el lumen intestinal para que finalmente se absorba. Debido a lo anterior, este estudio tiene como objetivo formular encapsulados esféricos de hierro en alginato multicapa embebidos en quitosano metacrilado (MeChi) y encapsulados adicionalmente en hidrogeles de gelatina. El propósito de MeChi era proporcionar un medio mucoadhesivo tal que aumentara la retención intestinal. Además, la rigidez de MeChi se puede ajustar mediante la exposición a luz azul visible en presencia de un fotoiniciador. Una vez que los encapsulados de alginato se dispersaron en MeChi, se protegieron en una matriz de gelatina que tolera las condiciones de los medios simulados tanto bucales como estomacales.

According to the World Health Organization, iron deficiency is still a major issue worldwide, with around 22% of pregnant women affected in the developed world and 35% in emerging economies. Iron deficiency has severe consequences on pregnancy and children's development. Typically, this has been addressed by oral administration of iron-based supplements such as capsules or chewable tablets where iron is present frequently in the form of ferrous and ferric iron salts.However, the bioavailability of these compounds is quite limited because only 20% can penetrate the mucus layer on the small intestine lumen to reach the systemic circulation. Therefore, several studies have been carried out to increase the bioavailability of ingested iron, where encapsulation in polymeric capsules is one of the most widely implemented techniques. This allows the active components to be loaded and protected in such polymeric matrices. Nevertheless, retaining the capsules at the intestinal level is often impaired by the natural movement and traffic therein. As a result, only a fraction of the ingested material spends enough time in contact with the intestinal lumen to eventually be absorbed. Therefore, this study aims to formulate multilayer iron/alginate spherical encapsulates embedded in methacrylated chitosan (MeChi) and further encapsulated into gelatin hydrogels. The purpose of MeChi was to provide a mucoadhesive medium such that intestinal retention is increased. Also, MeChi's rigidity can be tuned via exposure to visible blue light in the presence of a photoinitiator. Once the alginate encapsulates were dispersed in MeChi, they were protected in a gelatin matrix that tolerates the conditions of both buccal and stomach simulated media. The alginate spheres' properties were characterized by mechanical, thermal and microscopy techniques. Additionally, the amount of iron released by each formulation was determined using UV-vis spectrophotometry.