Polymeereillä stabiloitu amorfinen formulaatio

Nowadays growing number of new active pharmaceutical ingredients (API) have large molecular weight and are hydrophobic. The energy of their crystal lattice is bigger and polarity has decreased. This leads to weakened solubility and dissolution rate of the drug. These properties can be enhanced for example by amorphization. Amorphous form has the best dissolution rate in the solid state. In the amorphous form drug molecules are randomly arranged, so the energy required to dissolve molecules is lower compared to the crystalline counterpart. The disadvantage of amorphous form is that it is unstable. Amorphous form tends to crystallize. Stability of amorphous form can be enhanced by adding an adjuvant to drug product. Adjuvant is usually a polymer. Polymers prevent crystallization both by forming bonds with API molecules and by steric hindrance. The key thing in stabilizing amorphous form is good miscibility between API and polymer. They have to be mixed in a molecular level so that the polymer is able to prevent crystallization. The aim of this work was to study miscibility of drug and polymer and stability of their dispersion with different analytical methods. Amorphous dispersions were made by rotary evaporator and freeze dryer. Amorphicity was confirmed with X-ray powder diffraction (XRPD) right after preparation. Itraconazole and theophylline were the chosen molecules to be stabilized. Itraconazole was expected to be easier and theophylline more difficult to stabilize. Itraconazole was stabilized with HPMC and theophylline was stabilized with PVP. Miscibility was studied with XRPD and differential scanning calorimetry (DSC). In addition it was studied with polarized light microscope if miscibility was possible to see visually. Dispersions were kept in stressed conditions and the crystallization was analyzed with XRPD. Stability was also examined with isothermal microcalorimetry (IMC). The dispersion of itraconazole and theophylline 40/60 (w/w) was completely miscible. It was proved by linear combination of XRPD results and single glass transition temperature in DSC. Homogenic well mixed film was observed with light microscope. Phase separation was observed with other compositions. Dispersions of theophylline and PVP mixed only partly. Stability of itraconazole dispersions were better than theophylline dispersions which were mixed poorer. So miscibility was important thing considering stability. The results from isothermal microcalorimetry were similar to results from conventional stability studies. Complementary analytical methods should be used when studying miscibility so that the results are more reliable. Light microscope is one method in addition to mostly used XRPD and DSC. Analyzing light microscope photos is quite subjective but it gives an idea of miscibility. Isothermal microcalorimetry can be one option for conventional stability studies. If right conditions can be made where the crystallization is not too fast, it may be possible to predict stability with isothermal microcalorimetry.

Nykyään yhä useampi lääkeainekandidaatti on molekyylipainoltaan suuri ja hydrofobinen. Niiden kidehilan energia on suurempi ja polaarisuus on heikentynyt. Tämä johtaa lääkeaineen huonontuneeseen liukoisuuteen ja liukenemisnopeuteen. Näitä ominaisuuksia voidaan parantaa mm. lääkeaineen amorfisella muodolla, jolla on kiinteän olomuodon paras liukenemisnopeus. Amorfisessa muodossa lääkeainemolekyylit ovat järjestyneet sattumanvaraisesti, jolloin liukenemiseen tarvittava energia on pienempi kuin kiteisellä lääkeaineella. Amorfisen muodon heikkous on sen epästabiilius. Amorfinen muoto pyrkii kiteytymään. Amorfisen muodon stabiiliutta voidaan parantaa valmisteeseen lisättävällä apuaineella, joka on usein polymeeri. Polymeeri estää kiteytymistä sekä steerisesti että muodostamalla sidoksia lääkeainemolekyylien kanssa. Tärkein tekijä amorfisen muodon stabiloimisessa on lääkeaineen ja polymeerin sekoittuminen. Niiden tulee sekoittua molekyylitasolla, jotta polymeeri pystyy estämään kiteytymisen. Tämän työn tarkoituksena olikin tutkia lääkeaineen ja polymeerin sekoittumista ja säilyvyyttä erilaisilla analyyttisillä menetelmillä. Amorfiset dispersiot valmistettiin pyöröhaihduttimella ja kylmäkuivauksella. Valmistuksen jälkeen dispersioiden amorfisuus varmistettiin jauheröntgendiffraktiolla (XRPD). Stabiloitaviksi molekyyleiksi valittiin itrakonatsoli ja teofylliini. Itrakonatsolin oletettiin olevan helpommin ja teofylliinin vaikeammin stabiloitava molekyyli. Itrakonatsolia stabiloitiin HPMC:lla ja teofylliiniä PVP:lla. Sekoittuvuutta tutkittiin XRPD:lla ja erottelevalla pyyhkäisykalorimetrilla (DSC). Lisäksi polarisoivalla valomikroskoopilla tutkittiin onko sekoittuminen mahdollista havaita visuaalisesti. Dispersioita säilytettiin rasitetuissa olosuhteissa ja kiteytymistä tutkittiin XRPD:lla. Säilyvyyttä tutkittiin myös isotermisellä mikrokalorimetrillä (IMC). Itrakonatsolin ja HPMC:n 40/60 (w/w)-dispersio sekoittui täysin. Sen osoittivat XRPD:n lineaarikombinaatio ja DSC:ssa havaittu yksi lasisiirtymälämpötila. Valomikroskoopilla havaittiin hyvin sekoittunut homogeeninen kalvo. Muilla seossuhteilla havaittiin faasien erottuminen. Teofylliinin ja PVP:n seosten havaittiin sekoittuvan vain osittain. Heikommin sekoittuneiden teofylliinin dispersioiden säilyvyys oli huonompi kuin itrakonatsolin dispersioiden. Sekoittuvuus oli siis tärkeä tekijä säilyvyyden kannalta. Isotermisellä mikrokalorimetrillä saadut tulokset olivat yhdenmukaisia perinteisistä rasituskokeista saatujen tulosten kanssa. Sekoittuvuutta tutkittaessa on syytä käyttää useita toisiaan täydentäviä analyyttisiä menetelmiä, jotta tulokset ovat luotettavampia. Valomikroskooppi on yksi tällainen menetelmä eniten käytettyjen XRPD:n ja DSC:n lisäksi. Valomikroskoopilla saatujen kuvien analysointi on melko subjektiivista, mutta antaa varmasti oikean suuntaista tietoa sekoittuvuudesta. Isoterminen mikrokalorimetri voi olla vaihtoehto perinteisille säilyvyystutkimuksille. Sillä pystytään mahdollisesti ennustamaan säilyvyyttä, jos pystytään luomaan sellaiset olosuhteet, joissa kiteytyminen ei tapahdu liian nopeasti.