Συστήματα μορφοποίησης δυσδιάλυτων φαρμακευτικών ουσιών για per os χορήγηση με τη χρήση άμορφων στερεών διασπορών
Authors: Καπουράνη Αφροδίτη 
Published: November 2023

Η παρούσα διδακτορική διατριβή εστιάζει στην παρασκευή και την αξιολόγηση άμορφων στερεών διασπορών (ΑΣΔ) για την από του στόματος (per os) χορήγηση φαρμάκων που εμφανίζουν χαμηλή διαλυτότητα στα γαστρεντερικά υγρά. Η τεχνική των ΑΣΔ αναδεικνύεται ως μία πολλά υποσχόμενη λύση, λόγω των πλεονεκτημάτων που παρουσιάζει, ως προς την αύξηση της διαλυτότητας και του ρυθμού διάλυσης των φαρμάκων. Παρ' όλα αυτά, η φυσική σταθερότητα των ΑΣΔ αποτελεί σημαντική πρόκληση, καθώς δύναται να σημειωθεί ανακρυστάλλωση της άμορφης φαρμακευτικής ουσίας τόσο κατά τη διαδικασία της παρασκευής και την αποθήκευση των συστημάτων αυτών, όσο και κατά τη διαλυτοποίηση τους στα γαστρεντερικά υγρά. Για το λόγο αυτό, άλλωστε, προκειμένου να αποφευχθούν προβλήματα που συνδέονται με τη φυσική σταθερότητα των ΑΣΔ, και κατά συνέπεια με τη μειωμένη αποτελεσματικότητά τους, συνήθως χρησιμοποιούνται υψηλές ποσότητες του εκάστοτε φορέα. Η συγκεκριμένη προσέγγιση οδηγεί σε ποσότητες φαρμάκου που είναι πολύ χαμηλές για να καλύψουν πρακτικά την απαιτούμενη θεραπευτική δόση. Κατά συνέπεια, σε αυτές τις περιπτώσεις απαιτείται συχνά η μορφοποίηση per os χορηγούμενων φαρμακομορφών (όπως δισκία, καψάκια κ.λπ.) τα οποία είτε έχουν μεγάλο βάρος ή χορηγούνται σε πολλαπλές δόσεις, γεγονός που οδηγεί σε προβλήματα που σχετίζονται με τη μη-συμμόρφωση των ασθενών στη θεραπεία. Επομένως, όπως γίνεται εύκολα αντιληπτό, η χρήση ενός φαρμάκου σε υψηλές περιεκτικότητες εντός των ΑΣΔ (δηλαδή ≥ 50% w/w) αποτελεί σημείο αιχμής και υψηλού ενδιαφέροντος, δεδομένου ότι στην περίπτωση των ΑΣΔ η ανομοιογένεια και η πιθανότητα διαχωρισμού των φάσεων όταν υπάρχει υψηλή ποσότητα της δραστικής ουσίας έχει αποδειχθεί ότι επηρεάζουν τόσο την ποιότητα, όσο και την αποτελεσματικότητα του τελικού προϊόντος. Από τις μεθόδους αύξησης της περιεκτικότητας της φαρμακευτικής ουσίας στις ΑΣΔ που έχουν μελετηθεί, η χρήση της θερμικής διασταύρωσης πολυμερικών φορέων είναι μια πολλά υποσχόμενη προσέγγιση, δεδομένου ότι με τη συγκεκριμένη μέθοδο έχει αναφερθεί η ανάπτυξη ΑΣΔ με εξαιρετικά υψηλή περιεκτικότητα φαρμάκου (έως 95 % w/w), που παρουσιάζουν ταυτόχρονα υψηλή φυσική σταθερότητα. Σημαντικά επιπρόσθετα πλεονεκτήματα της τεχνικής αυτής είναι η αποφυγή χρήσης επιπρόσθετου διασταυρωτή, το καλύτερο προφίλ τοξικότητας, το χαμηλό κόστος παραγωγής και η εύκολη μεταφορά της από εργαστηριακό σε βιομηχανικό επίπεδο.Ως σκοπός, επομένως, της παρούσας διδακτορικής διατριβής ήταν η ανάπτυξη ΑΣΔ με υψηλή περιεκτικότητα σε φαρμακευτική ουσία μέσω της in situ θερμικής διασταύρωσης του πολύ(ακρυλικού οξέος) (poly(acrylic acid) PAA) και της πολυβινυλαλκοόλης (poly(vinyl alcohol)-PVA) και η εις βάθος αξιολόγηση των συστημάτων αυτών. Ως πρότυπη φαρμακευτική ουσία χρησιμοποιήθηκε η Ινδομεθακίνη (Indomethacin, IND) λόγω της χαμηλής υδατικής διαλυτότητας που παρουσιάζει (είναι BSC II φάρμακο), των ιδιαίτερων θερμοφυσικών χαρακτηριστικών της, καθώς και της συχνής χρήσης της ως πρότυπη ουσία στην παρασκευή συμβατικών ΑΣΔ που περιέχουν χαμηλή δόση φαρμάκου. Στο πρώτο στάδιο της διδακτορικής διατριβής ΑΣΔ IND με περιεκτικότητα φαρμακευτικής ουσίας 90 % w/w παρασκευάστηκαν μέσω ενός συνδυασμού της μεθόδου διάλυσης με εξάτμιση διαλύτη και της in situ θερμικής διασταύρωσης του PAA και του PVA, και μελετήθηκε διεξοδικά η επίδραση των συνθηκών διασταύρωσης (δηλαδή της θερμοκρασίας και του χρόνου), των φυσικοχημικών ιδιοτήτων του φαρμάκου και του επιπέδου υδρόλυσης της PVA στη φυσική σταθερότητα των ΑΣΔ. Επιπροσθέτως, εξετάσθηκε η επίδραση της θερμικής διασταύρωσης στη μοριακή κινητικότητα της δραστικής ουσίας εντός των διασταυρούμενων πολυμερικών δικτύων με χρήση της διηλεκτρικής φασματοσκοπίας ευρείας ζώνης (broad dielectric spectroscopy-BDS), δεδομένου ότι η μοριακή κινητικότητα του φαρμάκου είναι ένας από τους σημαντικότερους παράγοντες για την σταθεροποίηση της άμορφης κατάστασής του. Ακόμη, μελετήθηκε το αν οι παράμετροι της θερμικής επεξεργασίας (δηλαδή θερμοκρασία και ο χρόνος θέρμανσης) και ο βαθμός υδρόλυσης της PVA επηρεάζουν τη μορφολογία των συστημάτων, αλλά και το κατά πόσο ο βαθμός υδρόλυσης της PVA καθορίζει τη πυκνότητα διασταύρωσης των συστημάτων. Τέλος, επιχειρήθηκε μια θεωρητική αξιολόγηση, μέσω προσομοιώσεων μοριακής δυναμικής, των μηχανισμών που εμπλέκονται κατά το σχηματισμό και τη σταθεροποίηση των IND ΑΣΔ με υψηλή περιεκτικότητα φαρμακευτικής ουσίας. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα που ελήφθησαν, η φυσική κατάσταση των διασταυρούμενων ΑΣΔ και η φυσική σταθερότητα τους εξαρτώνται σε σημαντικό βαθμό από τις συνθήκες θερμικής διασταύρωσης που χρησιμοποιούνται και την περιεκτικότητα της PVA. Επιπλέον, η αξιολόγηση της μορφολογίας των IND HDL ΑΣΔ μέσω της ηλεκτρονικής μικροσκοπίας σάρωσης (SEM) ανέδειξε το βαθμό υδρόλυσης της PVA και τη θερμοκρασίας διασταύρωσης ως τους βασικότερους παράγοντες για το σχηματισμό πορώδους ή μη πορώδους δομής. Στο επόμενο στάδιο της διδακτορικής διατριβής, μελετήθηκαν λεπτομερώς οι διεργασίες και οι μηχανισμοί που εμπλέκονται στην παρασκευή των ΑΣΔ με υψηλή περιεκτικότητα φαρμακευτικής ουσίας μέσω της in situ θερμικής διασταύρωσης των πολυμερών, και κυρίως η επίδραση των συνθηκών της παραγωγικής διαδικασίας στον σχηματισμό των ΑΣΔ. Ειδικότερα, χρησιμοποιήθηκε η φασματοφωτομετρία υπερύθρου με αποσβένουσα ολική ανάκλαση (ATR-FTIR) σε συνδυασμό με τη θερμοσταθμική ανάλυση (TGA) για την μελέτη της θερμικής διασταύρωσης των πολυμερών (PAA και PVA) κατά τον σχηματισμό των IND ΑΣΔ με υψηλή περιεκτικότητα φαρμάκου. Επιπροσθέτως, διεξήχθη η μελέτη του ιξώδους των συστημάτων σε ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασιών και χρησιμοποιήθηκαν οι προσομοιώσεις μοριακής δυναμικής για τον προσδιορισμό των μηχανικών ιδιοτήτων των συστημάτων. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα που ελήφθησαν, η θερμοκρασία στην οποία λαμβάνει χώρα η θερμική επεξεργασία επηρεάζει τον μηχανισμό της δημιουργίας σταυροδεσμών και το ιξώδες των συστημάτων. Στο τελευταίο στάδιο της διατριβής διερευνήθηκε διεξοδικά η in vitro διάλυση (σε υπερκορεσμένη κατάσταση) των in situ θερμικά διασταυρούμενων IND ΑΣΔ, καθώς και η επίδραση των συνθηκών της θερμικής διασταύρωσης (θερμοκρασία και ο χρόνος θέρμανσης) και ο βαθμός υδρόλυσης της PVA στην απελευθέρωση της δραστικής ουσίας από τα υπό μελέτη συστήματα. Οι συνθήκες διασταύρωσης και ο βαθμός υδρόλυσης της PVA έχουν σημαντική επίδραση Επιπλέον, μελετήθηκε μέχρι ποιο σημείο οι συνθήκες που επικρατούν κατά τη διάρκεια των in vitro μελετών επηρεάζουν το προφίλ και τη συμπεριφορά διάλυσης των συστημάτων. Τέλος, προσδιορίστηκε το προφίλ ασφάλειας αυτών των νέων διασταυρούμενων συστημάτων μέσω της αξιολόγησης της κυτταροτοξικότητάς τους σε κυτταρική σειρά Caco-2 που αποτελείται από ανθρώπινα κύτταρα εντερικού επιθηλίου, ενώ μελετήθηκε, επίσης, η ex-vivo εντερική διαπερατότητά τους μέσω της μεθόδου του μη ανεστραμμένου εντερικού σάκου. Οι διασταυρούμενοι φορείς παρουσίασαν καλή in vitro βιοσυμβατότητα, ενώ σημειώθηκε και αυξημένη ex vivo εντερική διαπερατότητα του φαρμάκου.