СПИСОК УСЛОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.
1.1 Ингаляционная система доставки лекарственных препаратов 6
1.2 Твердые дисперсии лекарственных средств с полимерами 7
1.3 ПВП и его использование в доставке лекарственных препаратов 8
1.4 Применение метода распылительной сушки для получения
микрочастиц 9
ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ 12
2.1 Материалы
2.2 Приготовление физической смеси 12
2.3 Совмещенная термогравиметрия, дифференциальная сканирующая
калориметрия и масс-спектроскопия (ТГ/ДСК/МС) 12
2.4 Дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК) 13
2.5 Рентгеновская порошковая дифракция.
2.6 Предельная растворимость фенацетина 13
2.7 Исследование вязкостных характеристик растворов ПВП 14
2.8 Проведение распылительной сушки.
2.9 Инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье (FTIR) анализ
твердых образцов 15
2.10 Морфологии микрочастиц 15
2.11 Содержание лекарственного препарата в микрочастицах 15
2.12 Кинетика высвобождения фенацетина из композитов 16
З.1 Результаты термоанализа исходных соединений и их физических смесей
3.2 PXRD исходных соединений и их физических смесей
3.3. Термодинамика растворения фенацетина 23
3.4 Исследование вязкости раствора ПВП 24
3.5 Физико-химические свойства твердой дисперсии фенацетина,
высушенной распылением 25
3.5.1 Содержание растворителя в микрочастицах 26
3.5.2 Дифференциальная сканирующая калориметрия 27
3.5.3 PXRD микрочастиц 28
3.5.4 FT1R спектроскопия микрочастиц 30
3.5.5 Форма и распределение микрочастиц по размерам 31
3.5.6 Содержание лекарственного препарата 34
3.6. Кинетика растворения лекарственного препарата 35
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 37
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 39
Ингаляционное введение является перспективной альтернативой инвазивным способам введения лекарственных препаратов. Для получения идеального лекарственного аэрозоля его частицы должны иметь диаметр в диапазоне от 1 до 3 мкм. Использование микросферических частиц твердых дисперсий позволяет обеспечить повышенную биодоступность плохо растворимых в воде лекарственных препаратов за счет солюбилизации. В настоящей работе на основании данных, полученных с помощью методов ДСК, PXRD, вискозиметрии, оптимизированы параметры проведения распылительной сушки для получения микросферических частиц твердых дисперсий поливинилпирролидона К29-32 с модельным гидрофобным лекарственным препаратом - фенацетином. Диаметр полученных частиц находится в диапазоне 1-3 мкм. Установлено, что при массовом соотношении полимер: фенацетин 5:1 энергия Гиббса растворения смеси в воде становится отрицательной. Показано что оптимальным распределением по размеру для использования в ингаляционной доставке обладают микросферические частицы твердых дисперсий, полученные с применением распылительного колпачка с размером отверстий 7.0 мкм. Обнаружено, что время высвобождения фенацетина из полученных микросферических частиц твердых дисперсий значительно меньше, чем для лекарственного препарата. С помощью метода порошковой дифрактометрии показано, что фенацетин сохраняет аморфное состояние в микросферических частицах в течение 4 месяцев. В результате стратегическое применение процесса распылительной сушки может быть выгодным для фенацетина и других слаборастворимых лекарственных средств для улучшения их фармацевтических свойств.
На основании данных ДСК и PXRD было установлено, что оптимальное соотношение ПВП:РНЕ составляет 5:1 по массе. При этом соотношении не фиксируется кристаллическая фаза лекарственного препарата, температура стеклования полимера значительно превышает температуру проведения распылительной сушки и энергия Гиббса растворения фенацетина в воде имеет отрицательное значение. На основании данных по вязкости раствора поливинилпирролидона К29-32 в этаноле была оптимизирована его концентрация, которая составила 2.5% w/v.
Полученные с помощью распылительной сушки микросферические частицы твердых дисперсий поливинилпирролидона К29-32 с модельным гидрофобным лекарственным препаратом - фенацетином, были охарактеризованы набором физико-химических методов: СЭМ, ДСК, PXRD, FTIR. Установлено, что режим проведения распылительной сушки позволяет получать микрочастицы с относительно низким остаточным содержанием растворителя, в которых фенацетин находится в аморфном состоянии не менее 4 месяцев. Оптимальным распределением по размеру, для использования в ингаляционной доставке, обладают частицы, полученные с помощью распылительной головки с размером отверстий 7.0 мкм. Было обнаружено, что процентное содержание лекарственного препарата в микрочастицах является превосходным и приблизительно соответствует теоретическим значениям, что свидетельствует об отсутствии деградации лекарственного средства в процессе обработки.
Данные по кинетике растворения фенацетина показывают, что скорость высвобождения фенацетина из микросферических частиц твердых дисперсий позволяет использовать такие системы для ингаляционной доставки лекарственных препаратов с малым временем достижения максимальной концентрации.
Результаты проведенного исследования могут быть полезны при оптимизации проведения процесса распылительной сушки для получения микросферических частиц твердой дисперсии слаборастворимых лекарственных средств с возможностью ингаляционной доставки и повышенной биодоступностью.
[1] Loira-Pastoriza, С., Todoroff, J., Vanbever, R., 2014. Delivery strategies for sustained drug release in the lungs. Adv. Drug Deliv. Rev. 75, 81-91.
[2] Patton, J.S., Fishbum, C.S., Weers, J.G., 2004. The lungs as a portal of entry for systemic drug delivery. Proc. Am. Thorac. Soc. 1, 338-344.
[3] Patton, J.S., Byron, P.R., 2007. Inhaling medicines: delivering drugs to the body through the lungs. Nat. Rev. Drug Discov. 6, 67-74.
[4] Wearley, L.L., 1991. Recent progress in protein and peptide delivery by non-invasive routes. Crit. Rev. Ther. Drug Carrier Syst. 8, 1331-1394.
[5] Lee, W.H., Loo, C.Y., Traini, D., Paul M., 2015. Young Inhalation of nanoparticle-based drug for lung cancer treatment: Advantages and challenges. Asian J. Pharm. Sci. 10, 481-489.
[6] Patton, J.S., 1996. Mechanisms of macromolecule absorption by the lungs. Adv. Drug Deliv. Rev. 19, 3-36.
[7] Chrystyn, H., 1997. Is total particle dose more important than particle distribution? Respir. Med. 91, 17-19.
[8] Tena, A.F., Clara, P.C., 2012. Deposition of Inhaled Particles in the Lungs. Arch. Bronconeumol. 48, 240-246.
[9] Agu, R.U., Ugwoke, M.I., Armand, M., Kinget, R., Verbeke, N., 2001. The lung as a route for systemic delivery of therapeutic proteins and peptides. Respir. Res. 2, 198-209.
[10] Rudt, S., Muller, R., 1992. In vitro phagocytosis assay of nanoparticles and microparticles by chemiluminescence. 1. Effect of analytical parameters, particle size and particle concentration. J. Control. Release. 22, 263-271.
[11] Siekmeier, R., Scheuch, G., 2008. Systemic treatment by inhalation of macromolecules - principles, problems, and examples. J. Physiol. Pharmacol. 6, 53-79.
[12] Niven, R.W., 1995. Delivery of biotherapeutics by inhalation aerosol. Crit. Rev. Ther. Drug Carrier Syst. 12, 151-231.
[13] Washington, N., Washington, C., Wilson, C.G., 2001. Physiological pharmaceutics. Barriers to drug absorption, second ed. Taylor and Francis, London.
[14] Kawabata, Y., Wada, K., Nakatani, M., Yamada, S., Onoue, S., 2011. Formulation design for poorly water-soluble drugs based on biopharmaceutics classification system: basic approaches and practical applications. Int. J. Pharm.
420, 1-10.
[15] Lipinski, C.A., 2002. Poor aqueous solubility - an industry wide problem in drug discovery. Am. Pharmaceut. Rev. 5, 82-85.
[16] Baghel, S., Cathcart, H., O'Reilly, N.J., 2016. Polymeric amorphous solid dispersions: a review of amorphization, crystallization, stabilization, solid-state characterization, and aqueous solubilization of biopharmaceutical classification system class II drugs. J. Pharm. Sci. 105, 2527-2544.
[17] Onoue, S., Kojo, Y., Aoki, Y., Kawabata, Y., Yamauchi, Y., Yamada, S.,
2012. Physicochemical and pharmacokinetic characterization of amorphous solid dispersion of tranilast with enhanced solubility in gastric fluid and improved oral bioavailability. Drug Metab. Pharmacokinet. 27, 379-387.
[18] Biihler, V., 2005. Polyvinylpyrrolidone excipients for pharmaceuticals. Povidone, crospovidone and copovidone. Springer-Verlag, Berlin.
[19] Kadajji, V.G., Betageri, G.V., 2011. Water soluble polymers for pharmaceutical applications. Polymers. 3, 1972-2009.
[20] Ambike, A.A., Mahadik, K.R., Paradkar, A., 2005. Spray-dried amorphous solid dispersions of simvastatin, a low tg drug: in vitro and in vivo evaluations. Pharm. Res. 22, 990-998.
[21] Frizon, F., Eloy, J.O., Donaduzzi, C.M., Mitsui, M.L., Marchettia, J.M.,
2013. Dissolution rate enhancement of loratadine in polyvinylpyrrolidone K-30 solid dispersions by solvent methods. Powder Technol. 235, 532-539.
[22] Paradkar, A., Ambike, A.A., Jadhav, B.K., Mahadik, K.R., 2004. Characterization of curcumin-PVP solid dispersion obtained by spray drying. Int. J. Pharm. 271, 281-286.
[23] Patel, R.P., Patel, D.J., Bhimani, D.B., Patel, J.K, 2008. Physicochemical characterization and dissolution study of solid dispersions of furosemide with polyethylene glycol 6000 and polyvinylpyrrolidone K30. Dissolution Technol. 15, 17-25.
[24] Paudel, A., Humbeeck, J.V., Mooter, G.V., 2010. Theoretical and experimental investigation on the solid solubility and miscibility of naproxen in poly(vinylpyrrolidone). Mol. Pharm. 7, 1133-1148.
[25] Saluja, H., Mehanna, A., Panicucci, R., Atef, E., 2016. Hydrogen bonding: between strengthening the crystal packing and improving solubility of three haloperidol derivatives. Molecules. 21,719.
[26] Ng, C.L., Lee, S.E., Lee, J.K., Kim, T.H., Jang, W.S., Choi, J.S., Kim, Y.H., Kim, J.K., Park, J.S., 2016. Solubilization and formulation of Chrysosplenol C in solid dispersion with hydrophilic carriers. Int. J. Pharm. 512, 314-321.
[27] Escamilla-Rivera, V., Uribe-Ramirez, M., Gonzalez-Pozos, S., Lozano, O., Lucas, S., De Vizcaya-Ruiz, A., 2016. Protein corona acts as a protective shield against Fe304-PEG inflammation and ROS-induced toxicity in human macrophages. Toxicol. Let. 240, 172-184.
[28] Zhi, X., Fang, H., Bao, C., Shen, G., Zhang, J., Wang, K., Guo, S., Wan, T., Cui, D., 2013. The immunotoxicity of graphene oxides and the effect of PVP- coating. Biomaterials. 34, 5254-5261.
[29] Byron, P.R., Patton, J.S., 1994. Drug delivery via the respiratory tract. J. Aerosol Med. 7, 49-75.
[30] Hussain, A., Arnold, J.J., Khan, M.A., Ahsan, F., 2004. Absorption enhancers in pulmonary protein delivery. J. Control. Release. 94, 15-24.
[31] Kumar, P.R., Abraham, A., 2016. PVP - coated naringenin nanoparticles for biomedical applications - In vivo toxicological evaluations. Chem. Biol. Interact. 257, 110-118.
[32] Rebel, A., Lenz, C., Krieter, H., Waschke, K.F., VanAckern, K., Kuschinsky, W., 2001. Oxygen delivery at highblood viscosity and decreased arterial oxygen content to brains of conscious rats. Am. J. Physiol. Heart. Circ. Physiol. 280, 2591-2597.
[33] Robinson, B.V., Sullivan, F.M., Borzelleca, J.F., Schwartz, S.L., 1990. PVP — a critical review of the kinetics and toxicology of Polyvinylpyrrolidone (Povidone). Lewis Publishers, Chelsea.
[34] Singleton AO Jr., 1953. The use of Polyvinylpyrrolidone as a plasma volume expander in preventing or combating shock. Tex. Rep. Biol. Med. 11, 138— 143.
[35] Broadheadl, J., Edmond Rouan, S.K., Rhodes, C.T., 1992. The spray drying of pharmaceuticals. Drug Dev. Ind. Pharm. 18, 1169-1206.
[36] Tseng, Y.C., Linehan, B., Ng, K.J., Smith, D.M., Markert, M., Patel, M., Guth, B., Fryer, R.M., 2016. Cardiovascular safety pharmacology studies in dogs enabled for a poorly soluble molecule using spray-dried dispersion: impact on lead selection. Int. J. Pharm. 512, 137-146.
[37] Watanabe, M., Okada, M., Kudo, Y., Tonori, Y., Niitsuya, M., Sato, T., Aizawa, Y., Kotani, M., 2002. Differences in the effects of fibrous and particulate titanium dioxide on alveolar macrophages of Fischer 344 rats. J. Toxicol. Environ. Health A. 65, 1047-1060.
[38] Gharsallaoui, A., Roudaut, G., Chambin, O., Voilley, A., Saurel, R., 2007. Applications of spray-drying in microencapsulation of food ingredients: An overview. Food Res. Int. 40,1107-1121.
[39] Miller, D.A., Ellenberger, D., Gil, M., 2016. Spray-drying technology,
in: Williams, R.O. Ill, Watts, A.B., Miller, D.A., (Eds.), Formulating Poorly Water Soluble Drugs, second ed. Springer International Publishing AG, Cham, pp. 437521. •
[40] Beck-Broichsitter, M., Schweiger, C., Schmehl, T., Gessler, T., Seeger,
W., Kissel, T., 2012. Characterization of novel spray-dried polymeric particles for controlled pulmonary drug delivery. J. Control. Release. 158, 329-335.
[41] Jablczynska, К., Janczewska, M., Kulikowska, A., Sosnowski, T.R., 2015. Preparation and characterization of biocompatible polymer particles as potential nanocarriers for inhalation therapy. International Journal of Polymer Science. 2015, 8.
[42] Lee, S.H., Heng, D., Ng, W.K., Chan, H.K., Tan, R.B., 2011. Nano spray drying: a novel method for preparing protein nanoparticles for protein therapy. Int.
j. Pharm. 403, 192-200.
[43] Li, X., Anton, N., Arpagaus, C., Belleteix, F., Vandamme, T.F., 2010. Nanoparticles by spray drying using innovative new technology: the Btichi nano spray dryer B-90. J. Control. Release. 147, 304-310.
[44] Nandiyanto, A.B.D., Okuyama, K., 2011. Progress in developing spraydrying methods for the production of controlled morphology particles: from the nanometer to submicrometer size ranges. Adv. Powder Technol. 22, 1-19.
[45] Bonfiglio, R., King, R.C., Olah, T.V., Merkle, K., 1999. The effects of sample preparation methods on the variability of the electrospray ionization response for model drug compounds. Rapid Commun. Mass Spectrom. 13, 11751185.
[46] Gerasimov, A.V., Ziganshin, M.A., Gorbatchuk, V.V., Usmanova, L.S., 2013b. Formation of solid dispersion of PEG-1000 with phenacetin according to differential scanning calorimetry. Der Pharma Chemica. 5, 149-155.
[47] Ono, N., Hirayama, F., Arima, H., Uekama, K., Rytting, J.H., 2002. Model analysis for oral absorption of a Drug/Cyclodextrin complex involving competitive inclusion complexes. J. Inch Phenom. Macro. 44, 93-96.
[48] Gerasimov, A.V., Ziganshin, M.A., Gorbatchuk, V.V., 2013a A calorimetric study of the formation of Phenacetin solid dispersions with PEG-1400 and Pluronic F127. World Appl. Sci. J. 24, 920-927.
[49] Ziganshin, M.A., Bikmukhametova, A.A., Gerasimov, A.V., Gorbatchuk, V.V., Ziganshina, S.A., Bukharaev, A.A., 2014. The effect of substrate and air humidity on morphology of films of L-leucyl-L-leucine dipeptide. Prot. Met. Phys. Chem. Surf. 50, 49-54.
[50] Galukhin, A.V., Khelkhal, М.А., Gerasimov, A.V., Biktagirov, T.,
Gafurov, M.R., Rodionov, A., 2016. Mn-catalyzed oxydation of heavy oil in
porous media: kinetics and some aspects of mechanism. Energy Fuels. 30, 7731-7737.
[51] Ziganshin, M.A., Gerasimov, A.V., Ziganshina, S.A., Gubina, N.S.
Abdullina, G.R., Klimovitskii, A.E., 2016. Thermally induced diphenylalanine
cyclization in solid phase. J. Therm. Anal. Calorim. 125, 905-912.
[52] Gerasimov, A.V., Varfolomeev, M.A., Ziganshin, M.A., Gorbatchuk,
V.V., Rakipov, I.T., Klimovitskii, A.E., Usmanova, L.S., 2016. Thermodynamics
of dissolution and infrared spectroscopy of solid dispersions of Phenacetin. J. Adv.
Pharm. Technol. Res. 7, 6-12.
[53] Varfolomeev, M.A., Zaitseva, K.V., Rakipov, I.T., Solomonov, B.N.,
Marczak, W., 2014. Speed of sound, density, and related thermodynamic excess
properties of binary mixtures of Butan-2-one with C1-C4 n-Alkanols and Chloroform. J. Chem. Eng. Data. 59, 4118—4132,
[54] Sollohub, K., Cal, K., 2010. Spray Drying Technique: II. Current
Applications in Pharmaceutical Technology. J. Pharm. Sci. 99, 587-597. 3
[55] Adamson, A.W., 1990. Physical Chemistry of Surfaces, fifth ed. John I
Wiley & Sons, New York. |
[56] Zhang, G., David, A., Wiedmann, T.S., 2007. Performance of the I
vibrating membrane aerosol generation device: Aeroneb micropump nebulizer. J. I
Aerosol Med. 20, 408—416.
[57] Wen, H., Morris, K.R., Park, K., 2005. Study on the Interactions between Polyvinylpyrrolidone (PVP) and Acetaminophen Crystals: Partial Dissolution Pattern Change. J. Pharm. Sci. 94, 2166-2174.
[58] Zafarani-Moattar, M.T., Khoshsima, Zh., 2008. Measurement and
correlation of density and viscosity of polyvinylpyrrolidone solutions in alcohols at j
different temperatures. J. Chem. Thermodynamics. 40, 1569-1574.
[59] Callahan, J.C., Cleary, G.W., Elefant, M., Kaplan, G., Kensler, T., Nash, R.A., 1982. Equilibrium moisture content of pharmaceutical excipients. Drug. Dev. Ind. Pharm. 8, 355-369.
[60] Hancock, B.C.; Shamblin, S.L.; Zografi, G., 1995. Molecular mobility of amorphous pharmaceutical solids below their glass transition temperatures. Pharm. Res. 12, 799-806.
[61] Kim, Y.B., Song, H.J., Park, I.Y., 1987. Refinement of the structure of naproxen, (+)-6-methoxy-a-methyl-2-naphthaleneacetic acid. Arch. Pharm. Res. 10, 232-238.
[62] Yuan, X., Xiang, T.-X., Anderson, B.D., Munson, E.J., 2015. Hydrogen Bonding Interactions in Amorphous Indomethacin and Its Amorphous Solid Dispersions with Poly(vinylpyrrolidone) and Polyvinylpyrrolidone- со -vinyl acetate) Studied Using 13 C Solid-State NMR. Mol. Pharmaceutics. 12, 4518— 4528.
[63] Houston, M.C., 1987. Pleural fluid pH: diagnostic, therapeutic, and prognostic value. Am. J. Surg. 154, 333-337.
[64] Potts, D.E., Levin, D.C., Sahn, S.A., 1976. Pleural fluid pH in parapneumonic effusions. Chest. 70, 328-331.