Lyophilized disaccharides – the effect of water during storage

Nearly one fourth of new medicinal molecules are biopharmaceutical (protein, antibody or nucleic acid derivative) based. However, the administration of these compounds is not always that straightforward due to the fragile nature of aforementioned domains in GI-tract. In addition, these molecules often exhibit poor bioavailability when administered orally. As a result, parenteral administration is commonly preferred. In addition, shelf-life of these molecules in aqueous environments is poor, unless stored in low temperatures. Another approach is to bring these molecules to anhydrous form via lyophilization resulting in enhanced stability during storage. Proteins cannot most commonly be freeze dried by themselves so some kind of excipients are nearly always necessary. Disaccharides are commonly utilized excipients in freeze-dried formulations since they provide a rigid glassy matrix to maintain the native conformation of the protein domain. They also act as "sink"-agents, which basically mean that they can absorb some moisture from the environment and still help to protect the API itself to retain its activity and therefore offer a way to robust formulation. The aim of the present study was to investigate how four amorphous disaccharides (cellobiose, melibiose, sucrose and trehalose) behave when they are brought to different relative humidity levels. At first, solutions of each disaccharide were prepared, filled into scintillation vials and freeze dried. Initial information on how the moisture induced transformations take place, the lyophilized amorphous disaccharide cakes were placed in vacuum desiccators containing different relative humidity levels for defined period, after which selected analyzing methods were utilized to further examine the occurred transformations. Affinity to crystallization, water sorption of the disaccharides, the effect of moisture on glass transition and crystallization temperature were studied. In addition FT-IR microscopy was utilized to map the moisture distribution on a piece of lyophilized cake. Observations made during the experiments backed up the data mentioned in a previous study: melibiose and trehalose were shown to be superior over sucrose and cellobiose what comes to the ability to withstand elevated humidity and temperature, and to avoid crystallization with pharmaceutically relevant moisture contents. The difference was made evident with every utilized analyzing method. In addition, melibiose showed interesting anomalies during DVS runs, which were absent with other amorphous disaccharides. Particularly fascinating was the observation made with polarized light microscope, which revealed a possible small-scale crystallization that cannot be observed with XRPD. As a result, a suggestion can safely be made that a robust formulation is most likely obtained by utilizing either melibiose or trehalose as a stabilizing agent for biopharmaceutical freeze-dried formulations. On the other hand, more experiments should be conducted to obtain more accurate information on why these disaccharides have better tolerance for elevating humidities than others.

Rihmamatolääkkeiden vaikutuskohteita. Betuliinin johdannaisia mahdollisiksi uusiksi yhdisteiksi

Jokisokeus eli onkosersiaasi on ihmisen loismatotauti, jota aiheuttaa Onchocerca volvulus -rihmamato. Tautia esiintyy trooppisilla alueilla Afrikassa ja Latinalaisessa Amerikassa. Tartunnan saaneita on noin 37 miljoonaa. Jokisokeus ilmenee iho- ja silmäoireina. Oireet johtuvat loisen nuorimmista muodoista eli mikrofilarioista. Jokisokeutta vastaan on käyty jakamalla lähinnä mikrofilarioihin tehoavaa ivermektiiniä. Tarvetta olisi lääkkeelle, joka tappaisi aikuiset madot tai steriloisi naaraat. Rokote olisi vielä parempi vaihtoehto. Antibiootit on uusi hoitokeino, sillä O. volvuluksella on elintärkeänä symbionttina Wolbachia-bakteeri. Doksisykliini tappaa vähintään 60 prosenttia aikuisista madoista ja steriloi naaraita, mutta kuuri kestää viikkoja. Yksi lupaava yhdiste on emodepsidi, jolla on loismatolääkkeille uusi vaikutusmekanismi. Rihmamatolääkkeiksi on testattu lukuisia yhdisteitä. Jotkut niistä inhiboivat entsyymejä, joilla madot kiertävät ihmisen immuunipuolustusta. Toiset häiritsevät neljä kertaa tapahtuvaa nahanvaihtoa. Hyvä lääkkeiden vaikutuskohde on loiselle välttämätön mutta puuttuu nisäkkäiltä. Betuliini on triterpeeni, jota on runsaasti koivun tuohessa. Betuliini ja monet sen johdannaiset ovat farmakologisesti aktiivisia yhdisteitä, joita tutkitaan etenkin syöpä- ja HIV-lääkkeiksi. Helsingin yliopiston lääkekemian ryhmä on syntetisoinut ja tutkinut lukuisia johdoksia. Jotkin niistä ovat lupaavia esimerkiksi Leishmania-alkueläimiin, Chlamydia pneumoniae -bakteeriin ja alfaviruksiin. Siksi yhdisteitä kannattaisi tutkia muihinkin taudinaiheuttajiin, kuten rihmamatoihin. Sekä Wolbachialla että C. pneumoniaella on sama lipidisynteesireitti, joka on kummallekin elintärkeä. Betuliinista syntetisoitiin johdoksia, joissa betuliinin alkoholeja on hapetettu karbonyyleiksi ja joihin on liitetty typpiheterorengas. Sekä Leishmania donovani että L. braziliensis -tutkimuksissa tehokkain oli formyylibetuliinin heterosykli. Vaikka valmistettuja yhdisteitä ei ole tutkittu rihmamatotesteissä, jatkossa voisi syntetisoida johdannaisia, joissa karbonyylien tilalla on typpirakenteita, koska C. pneumoniaehen hyvin tehonneessa yhdisteessä betuliinin OH-ryhmien tilalla on oksiimi.