Düşük geçirgenlik ve çözünürlük gösteren farmasötik formun kalite tasarımı ile geliştirlmesi ve in-vitro farmakokinetik çalışması
Development of a low permeability and solubility pharmaceutical form by quality design and in vitro pharmacokinetic study
Yazar: ERHAN KOÇ
Danışman: PROF. DR. RABİA ÇAKIR
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı / Biyomühendislik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Eczacılık ve Farmakoloji = Pharmacy and Pharmacology

Özet:
Metilprednizolon düşük çözünürlüğe ve geçirgenliğe sahip bir molekül olduğundan Biyofarmasötik Sınıflandırma Sistemi'nde (BCS) Sınıf II veya IV molekül olarak sınıflandırılmaktadır. Suda az çözünür olması biyoyararlanımını etkilemektedir. 
Düşük çözünürlük ve düşük geçirgenlik, farmasötik endüstrisinde sıkça karşılaşılan sorunlardır. Bu sorunlar, ilaçların etkili bir şekilde vücut tarafından emilmesini ve hedef dokulara ulaşmasını engelleyebilir. Düşük çözünürlük, ilaç moleküllerinin su veya diğer çözücülerde yetersiz çözünmesi durumunu ifade ederken, düşük geçirgenlik ise ilaçların vücut bariyerlerini geçememesi durumunu anlatır.
Bu sorunları aşmak için birkaç farklı yaklaşım mevcuttur. İlk olarak, ilaçların kimyasal yapısında değişiklikler yaparak çözünürlüğü artırmak mümkündür. Bu, ilaç moleküllerine çözünürlüğü artıracak grupların eklenmesi veya moleküler yapıdaki değişiklikleri içerebilir.
Ayrıca, düşük çözünürlük ve geçirgenlik sorunlarını çözmek için ilaç formülasyonlarının optimize edilmesi önemlidir. Üretim yöntemlerinin seçimi bu yönden önemlidir. Bu yöntemler, uygun çözücülerin seçilmesini, emülsifiye edici ajanların kullanılmasını ve ilaçların mikro ve nano boyutta partiküllere dönüştürülmesini içermektedir.
Bezelye proteini, özellikleri nedeniyle formülasyonda çözünürlüğü artırmak için değerlendirilmiştir. Bezelye proteini, ilaç moleküllerine bağlanarak onların çözünürlüğünü artırabilir. Bezelye proteini aynı zamanda ilaç aktif maddesini maskeleme ajanı olarakta kullanılmaktadır. Polisorbat ise emülsifiye edici bir ajan olarak kullanılmakta ve ilaçların suyla daha iyi karışmasını sağlayarak çözünürlüğü artırmaktadır.
Bu nedenle, metilprednisolon gibi düşük çözünürlüğe sahip bir ilacın çözünürlüğünü artırmak amacıyla, bezelye proteini ve polisorbat gibi çözünürlük artırıcı ajanlar kullanılmıştır. Bu yaklaşım, ilaçların çözünürlüğünü artırarak daha etkili bir şekilde emilmesini sağlar ve tedavi sürecini iyileştirir.
Film kaplı olmayan Metilprednisolon tabletler, ticari olarak uygulanabilir spreyleyerek kurutma teknolojisi ile formüle edilmiştir. 
Doktora tezi, hidrolize bezelye proteininin metilprednizolonu maskeleme özelliğini kullanarak farmasötik tablet formuna dönüştürme amacıyla gerçekleştirilmiştir. Sprey kurutucu ile üretilen tabletlerin fizikokimyasal özellikleri, akış kabiliyetleri ve in vitro salım davranışları incelenmiştir. Tabletlerde film kaplama yerine renk verici pigment kullanılmıştır. Belirlenen optimum formülasyon, sitotoksisite ve hücre geçirgenliği çalışmaları yapılarak referans ürüne karşı değerlendirilmiştir.	
Bezelye proteini ve Polisorbat 20 konsantrasyonunun hem in vitro salım davranışı hem de hücre geçirgenliği testleri üzerinde önemli bir etkisi olduğu görülmüştür. 
Optimizasyon çalışmaları sonucunda belirlenen Bezelye proteini ve Polisorbat 20 konsantrasyonunun, in vitro salım profilinde 5. dakikadaki çözünürlük profilini referans ürünle benzer şekilde etkilediği ve hücre geçirgenlik çalışması sonuçlarına göre referans ürüne göre daha yüksek hücre geçirgenliği sağladığı gözlenmiştir Bulgular, bezelye proteini ile kaplanmış metilprednizolonun, oral biyoyararlanım üzerinde etkisi olduğu ve film kaplama olmadan yapılan tabletlerdeki acı tadı maskelediği için farmasötik formülasyon çalışmalarında umut verici bir fonksiyonel yardımcı madde olma potansiyeline sahip olduğunu göstermiştir. Literatürde BCS II olarak sınıflandırılan Metilprednizolon'un test sonuçlarımıza göre Papp değerleri 3 x 10-6 cm/s ve Fa değerleri %30 civarında ölçülmüştür, bu veriler Metilprednizolon HCl'nin "orta derecede geçirgenliğe" sahip olduğunu ve BCS Sınıf II/IV'e ait olabileceğini göstermektedir. Sonuç olarak, bu çalışma QbD felsefesi ile formülasyonun anlaşılması ve bezelye proteininin caco2 geçirgenliği üzerindeki etkisini göstermiştir. Daha sonra, optimum formülasyon (jenerik ürün) ve referans ürün için geçirgenlik ve sitotoksisite çalışmalarında uygulanabilirlik potansiyeline sahip olduğu detaylı bir şekilde gösterilmiştir.

Abstract:
Methylprednisolone has been categorized as a Class II or IV compound within the Biopharmaceutical Classification System (BCS) owing to its limited solubility and permeability. Its poor solubility can affect its bioavailability.
Low solubility and permeability are common issues in the pharmaceutical industry. These problems can hinder the effective absorption of drugs by the body and their delivery to target tissues. Low solubility refers to the insufficient dissolution of drug molecules in water or other solvents, while low permeability means that drugs cannot pass through the body's barriers.
To overcome these issues, there are several different approaches available. Firstly, it's possible to enhance solubility by making changes to the chemical structure of drugs. This can involve adding groups that increase solubility or modifying the molecular structure.
Additionally, optimizing drug formulations is important in addressing low solubility and permeability issues. The choice of manufacturing methods is crucial, involving the selection of appropriate solvents, the use of emulsifying agents, and the transformation of drugs into micro and nano-sized particles.
Pea protein has been evaluated for its potential to improve solubility in formulations due to its properties. Pea protein can enhance solubility by binding to drug molecules and is also used as a masking agent for the active pharmaceutical ingredient. Polysorbate serves as an emulsification agent, enhancing the amalgamation of pharmaceuticals with water to augment their solubility. Therefore, to enhance the solubility of a drug like methylprednisolone with low solubility, solubility-enhancing agents like pea protein and polysorbate have been used. This approach improves the solubility of drugs, ensuring more effective absorption and enhancing the treatment process.
Non-film-coated methylprednisolone tablets have been formulated using a spray-drying technique for commercial application. The primary objective of this investigation was to convert hydrolyzed pea protein into a tablet format for pharmaceutical use, capitalizing on its ability to mask methylprednisolone.
The physicochemical properties, flowability, and in vitro release behavior of tablets produced with a spray dryer were examined. Instead of film coating, colorant pigments were used in the tablets. The refined formulation underwent assessment via cytotoxicity and cell permeability studies in comparison to a reference product.
It was observed that the concentrations of pea protein and Polysorbate 20 had a significant impact on both in vitro release behavior and cell permeability tests. The results of the optimization studies showed that the concentrations of pea protein and Polysorbate 20, when used in the tablet formulation, affected the solubility profile at the 5th minute similarly to the reference product. Moreover, they provided higher cell permeability results compared to the reference product.
The findings suggest that pea protein-coated methylprednisolone has the potential to be a promising excipient in pharmaceutical formulation studies due to its impact on oral bioavailability and its ability to mask the bitter taste in tablet formulations made without film coating. According to our test results, Methylprednisolone, classified as BCS II, showed Papp values of 3 x 10-6 cm/s and Fa values of approximately 30%, indicating that Methylprednisolone HCl has "moderate permeability" and could belong to BCS Class II/IV.
In conclusion, this study, following the Quality by Design (QbD) philosophy, shed light on the formulation's understanding and the impact of pea protein on Caco-2 permeability. Furthermore, it extensively demonstrated the applicability potential for permeability and cytotoxicity studies for the optimized formulation (generic product) and the reference product.