Thesis (M.Sc)-Cairo University, 2025.

Bibliography: pages 119-128.

Objective of this study was to design, optimize, and evaluate microneedle (MN)-
based transdermal delivery systems for the management of gouty arthritis using febuxostat
(FBX), either alone or in combination with lornoxicam (LRX). The study aimed to overcome
the key limitations of conventional oral formulations of FBX and LRX, including poor
aqueous solubility, moderate bioavailability, and systemic adverse effects. This combination
enhances the bioavailability of drugs and improves patient compliance compared to
traditional tables and gels. Furthermore, it ensures the optimal release kinetics of the drugs.
The bioavailability of the Microneedle was evaluated In-Vivo.
Chapter I Fabrication of Dissolving PVP/Eudragit Microneedles Loaded with
Febuxostat-Chitosan Nanoparticles
Gouty arthritis is characterized by an initial inflammatory reaction caused by
monosodium urate (MSU) crystals formed in the joints and periarticular tissues. Febuxostat
(FBX) is a BCS class II selective xanthine oxidase inhibitor that has a moderate F value
(<49%), high permeability, and low solubility. This work created and tested a transdermal
delivery system for FBX using chitosan nanoparticles (FBX-Ch NPs) embedded in
PVP/Eudragit microneedles (MNs) for the treatment of gout. The optimized MN
formulation (M1) displayed good mechanical strength, penetration depth (up to 7 layers of
Parafilm), and controlled disintegration after 48 hrs. In vitro release was nearly 100% within
48 Hrs, compared to 55% for pure FBX.
Chapter II Innovative Microneedle Patch for dual drugs Febuxostat and Lornoxicam: A
Sustained Release System
Gouty arthritis is defined by an acute inflammatory response triggered by
monosodium urate (MSU) crystals deposited in the joints and periarticular tissues. Febuxostat (Feb), a selective xanthine oxidase inhibitor, belongs to BCS class II, showing
low solubility and high permeability with a moderate F value (<49%). Lornoxicam (LRX)
is a potent nonsteroidal anti-inflammatory drug (NSAID) used extensively to manage pain
and inflammatory conditions. However, the drug possesses poor aqueous solubility (i.e.,
BCS class II). This study presents a microneedle (MN) patch for the co-delivery of
Febuxostat and Lornoxicam to tackle the challenges associated with gouty arthritis
treatment. The optimized microneedle patch with a biodegradable polyvinyl alcohol
(PVA)/polyvinylpyrrolidone(PVP), polyethylene glycol (PEG 400) matrix and chitosan
backing worked well both in vitro and in vivo. Lornoxicam and Febuxostat were released at
99% and 100%, respectively, in vitro, within 48 Hrs. The microneedles were strong enough
to withstand 1000 g but disintegrated within Min of skin contact
Chapter III In-Vivo Study of a PVP/Eudragit Microneedles Loaded with Febuxostat-
Chitosan Nanoparticles and Combination of Lornoxicam and Febuxostat Microneedles
for promoting Gouty Arthritis with Hyperuricemia
In this chapter, In vivo evaluation in hyperuricemia-induced rat models revealed
effective normalization of serum uric acid levels, restoration of xanthine oxidase activity,
and marked suppression of inflammatory mediators including NF-κB, TNF-α, IL-1β, and
VEGF. Histopathological examinations further confirmed substantial recovery of joint and
hepatic architecture, characterized by reduced inflammation, fibrosis, and vascularization.
Collectively, these findings establish microneedle technology as a non-invasive, patient-
friendly, and superior alternative to conventional oral and topical formulations, offering
enhanced bioavailability, sustained therapeutic action, and reduced systemic side effects in
the management of gouty arthritis.
Ex vivo permeation approached 110 µg/cm² versus 20 µg/cm² for pure FBX. Kinetic
modeling revealed non-Fickian diffusion (n = 0.62, R² = 0.991), implying drug diffusion and polymer relaxation. In vivo, microneedle technology effectively normalized blood uric acid
levels (****p < 0.0001), reinstated xanthine oxidase activity to baseline, and significantly
reduced inflammatory indicators such as NF-κB, IL-1β, TNF-α, and VEGF.
Histopathological examinations of the joints and liver revealed nearly full recovery,
characterized by little fibrosis, inflammation, and vascularization. This surpassed the effects
of oral FBX and FBX-Ch NPs.
In vivo studies utilizing a hyperuricemia rat model demonstrated that the microneedle
patch decreased serum uric acid levels by 85.4% and inhibited xanthine oxidase activity in
the serum and liver by 72.4% and 68.3%, respectively. The patch significantly reduced
inflammatory markers like MMP-3, CRP, TNF-α, and IL-1β, demonstrating its anti-
inflammatory properties. Histopathological analysis showed greater joint and hepatic
architecture restoration and inflammation reduction than conventional formulations.

تميز مرض النقرس بحدوث استجابة التهابية نتيجة ترسيب بلورات أحادي يورات الصوديوم (MSU) في المفاصل والأنسجة المحيطة. يعد فيبوكسوستات (FBX) مثبطًا انتقائيًا لإنزيم الزانثين أوكسيديز (XOD)، وهو من أدوية التصنيف الثاني وفق نظام التصنيف البيوفارماسي (BCS II)، ذو نفاذية عالية وذوبانية منخفضة وتوافر حيوي متوسط (<49%). في هذا العمل تم تطوير نظام توصيل عبر الجلد قائم على جسيمات نانوية من فيبوكسوستات-كيتوزان (FBX-Ch NPs) مدمجة في إبر مجهرية من PVP/Eudragit. أظهرت التركيبة المثلى (M1) قوة ميكانيكية جيدة، وعمق اختراق حتى 7 طبقات من شريط البارافيلم، وتفكك متحكم خلال 48 ساعة. سجلت دراسات الإطلاق في المختبر تحررًا يقارب 100% خلال 48 ساعة مقارنة بـ 55% فقط للعقار النقي.
الفصل الثاني: تطوير لصقة إبر مجهرية ثنائية الدواء محملة بفيبوكسوستات ولورنوكسيكام
لورنوكسيكام (LRX) هو دواء مضاد للالتهاب غير ستيرويدي (NSAID) يُستخدم على نطاق واسع لعلاج الألم والالتهاب، لكنه أيضًا يعاني من ضعف الذوبانية (BCS II). لذلك، تم ابتكار رقعة إبر مجهرية للتوصيل المزدوج لكل من FBX و LRX، وذلك باستخدام مصفوفة قابلة للتحلل مكونة من PVA/PVP و PEG400 مع دعامة خلفية من الكيتوزان. أظهرت الإبر خصائص ميكانيكية قوية (تحمل 1000 جم) مع سرعة تفكك عند ملامسة الجلد. وصلت نسب التحرر في المختبر إلى 99% و100% للورنوكسيكام والفيبوكسوستات على التوالي خلال 48 ساعة.
الفصل الثالث: التقييم في الجسم الحي (In-VIVO) لعلاج النقرس المفصلي باستخدام الإبر المجهرية
أظهرت الدراسات على نموذج الفئران المحفزة بفرط حمض اليوريك انخفاضًا كبيرًا في مستويات حمض اليوريك في الدم (بنسبة 85.4%) وتثبيط نشاط إنزيم الزانثين أوكسيديز في المصل والكبد (72.4% و68.3% على التوالي). كما تم تسجيل انخفاض واضح في مؤشرات الالتهاب مثل NF-κB وTNF-α وIL-1β وVEGF وCRP وMMP-3. أظهرت الفحوص النسيجية للمفاصل والكبد تحسنًا ملحوظًا في البنية النسيجية مع تقليل الالتهاب والتليف والتوعية الدموية، متفوقةً بذلك على التأثيرات التي حققها كل من FBX الفموي أو FBX-Ch NPs. أظهرت نماذج الإطلاق الدوائي توافقًا مع آلية الانتشار غير الفكي (n=0.62، R²=0.991) مما يشير إلى أن التحرر يعتمد على الانتشار واسترخاء البوليمر.
تؤكد هذه النتائج أن تقنية الإبر المجهرية توفر بديلًا غير جراحي وصديقًا للمريض، بفعالية أعلى مقارنة بالمستحضرات الفموية والموضعية التقليدية، حيث تقدم توافرًا حيويًا محسنًا، وعملًا دوائيًا مستدامًا، وتقليلًا للآثار الجانبية الجهازية في علاج النقرس.تؤكد هذه النتائج أن تقنية الإبر المجهرية توفر وسيلة مبتكرة وواعدة، غير جراحية، وأكثر قبولًا من المرضى لعلاج النقرس المفصلي، مع تحسين التوافر الحيوي، وضمان تحكم أفضل في تحرير الدواء، وتقليل الأعراض الجانبية الجهازية.

Issues also as CD.

Text in English and abstract in Arabic & English.