Σχεδιασμός και ανάπτυξη φαρμακευτικών συστημάτων άμεσης και τροποποιημένης αποδέσμευσης με την τεχνική της στερεής διασποράς (Solid dispersion)
Authors: Μπαρμπαλέξης Παναγιώτης 
Published: August 2021

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή μελετήθηκε η ανάπτυξη per os χορηγούμενων φαρμακευτικών δισκίων άμεσης και ελεγχόμενης αποδέσμευσης από συστήματα στερεής διασποράς. Για την παρασκευή των συστημάτων επιλέχθηκε η τεχνική της τήξης (melt mixing) του φαρμάκου μαζί με πολυμερικό φορέα (πολυαιθυλενογλυκόλη, PEG). Ως πρότυπη φαρμακευτική ουσία (model drug) χρησιμοποιήθηκε η Νιμοδιπίνη (ΝΙΜ, αναστολέας ασβεστίου 2ης γενιάς). Στο πρώτο στάδιο της διατριβής μετά την παρασκευή των συστημάτων και πριν το φυσικοχημικό χαρακτηρισμό τους, αναπτύχθηκε και βελτιστοποιήθηκε μια νέα μέθοδος ανάλυσης για τον ποσοτικό προσδιορισμό και τον έλεγχο καθαρότητας της ΝΙΜ στις διασπορές. Συγκεκριμένα, μελετήθηκε ο ποσοτικός προσδιορισμός τόσο της δραστικής ουσίας όσο και των προσμίξεών της (Α, Β και C) με τη χρήση υγρής χρωματογραφίας υψηλής απόδοσης (HPLC) αντίστροφης φάσης (RP) και τη βοήθεια στατιστικού πειραματικού σχεδιασμού. Ο πειραματικός σχεδιασμός (πλήρης παραγοντικός σχεδιασμός) περιελάμβανε πέντε ανεξάρτητους παράγοντες: είδος και αναλογία των συστατικών της κινητής φάσης, θερμοκρασία στήλης, ρυθμός ροής και pH της κινητής φάσης. Η ανάλυση των αποτελεσμάτων έδειξε ότι όλοι οι παράγοντες που εξετάστηκαν εκτός του pH είχαν σημαντική επίδραση στην ποιότητα του διαχωρισμού (εκφρασμένη από τη διαχωριστική ικανότητα της ΝΙΜ με την πρόσμιξη Α (Rs), το χρόνο που απαιτείται για την έκλουση του πρώτου και του τελευταίου συστατικού και την τιμή της συνάρτησης βελτιστοποίησης χρωματογραφήματος). Οι βέλτιστες συνθήκες διαχωρισμού, οι οποίες προσδιορίσθηκαν με τη βοήθεια ενός νέου πειραματικού σχεδιασμού (κεντρικός σύνθετος σχεδιασμός), ήταν: κινητή φάση ακετονιτρίλιο-νερό (67,5-32,5 ο/ο), θερμοκρασία στήλης 40 oC και ρυθμός ροής κινητής φάσης 0,9 ml•min-1. Η μέθοδος αξιολογήθηκε ως προς την εξειδίκευση, τη γραμμικότητα, την ακρίβεια, την επαναληψιμότητα, την ενδιάμεση επαναληπτικότητα, ενώ η αξιολόγηση της ευρωστίας και της ανθεκτικότητα έγιναν με τη βοήθεια στατιστικού πειραματικού σχεδιασμού. Η μέθοδος αξιολογήθηκε περαιτέρω σε πέντε εμπορικά δισκία Νιμοδιπίνης. Στο επόμενο στάδιο της διατριβής έγινε ο φυσικοχημικός χαρακτηρισμός των στερεών διασπορών ΝΙΜ-PEG (2000, 4000 και 6000). Αρχικά, με τη βοήθεια περίθλασης ακτίνων Χ σε κονιοποιημένα δείγματα και ηλεκτρονικής μικροσκοπίας σάρωσης (SEM) σε τομές υμενίων έδειξε πως η ουσία παραμένει κρυσταλλική, ενώ η μέτρηση της γωνίας συνεπαφής έδειξε αύξηση της διαβρεκτικότητας των συστημάτων με την αύ¬ξηση της περιεκτικότητας του πολυμερικού φορέα (PEG). Εν συνεχεία, κατασκευάστηκαν τα διαγράμματα φάσεως με τη βοήθεια DSC και στατιστικής θερμοδυναμικής. Ανάλογα με την τιμή του συντελεστή χ της εξίσωσης Flory-Huggins, προσδιορίστηκε ο σχηματισμός ευτηκτικού (για χ=0 και χ=α) και μονοτηκτικού (για χ=f(φ) και χ=f(φ,Τ)) συστήματος. Ο σχηματισμός μονοτηκτικών συστημάτων επιβεβαιώθηκε με τη χρήση οπτικής μικροσκοπίας πολωμένου φωτός με θερμαινόμενη τράπεζα. Ακολούθως, η μελέτη ισόθερμης κρυστάλλωσης της ΝΙΜ από τήγματα με PEG στους 25oC και σε περιβάλλον μηδενικής υγρασίας έδειξε αύξηση του ρυθμού κρυστάλλωσης της ουσίας (η αύξηση ήταν εντονότερη για τήγματα με PEG χαμηλού ΜΒ), σε αντίθεση με τήγματα καθαρής ΝΙΜ όπου η ουσία παρέμενε άμορφη ακόμη και τρεις μήνες μετά την αποθήκευσή της. Στη συνέχεια, η ανάλυση με φασματοσκοπία FT-IR έδειξε απουσία σημαντικών αλληλεπιδράσεων μεταξύ της δραστικής ουσίας και των πολυμερικών φορέων (απουσία δεσμών υδρογόνου). Τέλος, διαπιστώθηκε ότι κατά την παρασκευή των συστημάτων, θερμοκρασίες τήξης που βρίσκονται πάνω από τη liquidus της ΝΙΜ οδηγούν σε κρυστάλλους μορφής ΙΙ, ενώ η παρουσία του PEG οδηγεί στην σταθεροποίηση κρυστάλλων μορφής Ι. Στο τελευταίο στάδιο της διατριβής μελετήθηκε η in vitro αποδέσμευση από κυλινδρικά συσσωματώματα (δισκία) κονιοποιημένης στερεής διασποράς καθώς και αντίστοιχων φυσικών μειγμάτων με δυνατότητα άμεσης (Ι) και ελεγχόμενης (ΙΙ) αποδέσμευσης: Ι) Δισκία άμεσης αποδέσμευσης Παρατηρήθηκε αύξηση του ρυθμού αποδέσμευσης της ΝΙΜ στις στερεές διασπορές σε σχέση με τα φυσικά μείγματα. Η αύξηση αυτή ήταν μεγαλύτερη καθώς αυξάνονταν η περιεκτικότητα σε φορέα (PEG 2000, 4000 και 6000) και αποδόθηκε στην αύξηση της διαβρεκτικότητας του συστήματος και στη μείωση του μεγέθους των σωματιδίων της φαρμακευτικής ουσίας και κατά συνέπεια στην αύξηση της ειδικής επιφάνειά της. ΙΙ) Δισκία ελεγχόμενης αποδέσμευσης -Δισκία μήτρας: Εκτός από την πολυαιθυλενογλυκόλη (PEG 4000) για την παρασκευή δισκίων χρησιμοποιήθηκαν PVP K30 και HPMC (K100M και Ε50LV) και μελετήθηκε η ικανότητα ελέγχου της αποδέσμευσης και η επίτευξη μηδενοταξικής κινητικής, κάνοντας χρήση πειραματικού σχεδιασμού (πλήρης παραγοντικός και κεντρικός σύνθετος σχεδιασμός) με 1) πολλαπλή γραμμική παλινδρόμηση (MLR), 2) τεχνητά νευρωνικά δίκτυα (ANN) και 3) γενετικό προγραμματισμό (GP). Βρέθηκε ότι η αποδέσμευση της ουσία ελέγχονταν από την ταυτόχρονη διόγκωση και διάβρωση της μήτρας, ενώ ο GP έδειξε αυξημένη ικανότητα πρόβλεψης σε σχέση με τις υπόλοιπες τεχνικές. Η βέλτιστη σύνθεση δισκίων βάσει του GP ήταν: βάρος δισκίων 184 mg, με σύσταση: 63 mg PEG, 11 mg PVP, 40 mg HPMC K100M, 40 mg HPMC E50LV, 30 mg NIM η οποία έδειχνε μηδενοταξική κινητική αποδέσμευσης. Η μελέτη σταθερότητας των δισκίων για έξι μήνες έδειξε ότι η δραστική ουσία παραμένει σταθερή και το προφίλ αποδέσμευσης αμετάβλητο. - Αναβράζοντα επιπλέοντα δισκία: Η ανάπτυξη και βελτιστοποίηση επιπλεόντων δισκίων ελεγχόμενης αποδέσμευσης με ικανότητα επίτευξης πολλαπλών στόχων (παρατεταμένη αποδέσμευση, επιθυμητά χαρακτηριστικά επίπλευσης και ελαχιστοποίηση της ποσότητας της ουσίας που απελευθερώνεται άμεσα στα πρώτα στάδια της αποδέσμευσης, burst effect) έγινε με τη χρήση πειραματικού σχεδιασμού (D-optimal σχεδιασμός μείγματος) σε συνδυασμό με MLR, ANN και GP. Εκτός από τα PEG 4000, PVP K30 και HPMC K100M για την παρασκευή των δισκίων χρησιμοποιήθηκαν διττανθρακικό νάτριο (SB) και κιτρικό οξύ (CA) σε αναλογία 1:1 (β/β) ως αναβράζοντες παράγοντες. Πειραματική μελέτη του μηχανισμού αποδέσμευσης της ουσίας έδειξε ταυτόχρονη διόγκωση και διάβρωση της μήτρας. Καθοριστικό ρόλο στο μηχανισμό αποδέσμευσης είχε η παραγωγή του CO2 και η ισχύς της σχηματιζόμενης στοιβάδας γέλης. Η χρήση των στερεών διασπορών είχε ως αποτέλεσμα τη μείωση της ποσότητας της ουσίας που απελευθερώνεται ανεξέλεγκτα από το σκεύασμα κατά τα αρχικά στάδια της αποδέσμευσης σε σχέση με τα φυσικά μείγματα. Ο GP και τα ANN έδειξαν αυξημένη ικανότητα πρόβλεψης σε σχέση με την MLR. Το βέλτιστο δισκίο, βάσει GP, είχε βάρος 214 mg (με σύσταση: 9% PEG, 30% PVP, 36% HPMC, 11% EFF και 14% NIM) και ικανοποιούσε όλους τους στόχους αποδέσμευσης και επίπλευσης που τέθηκαν.