Monitoring of crystallization processes by using infrared spectroscopy and multivariate methods

Väitöstutkimuksessa on tarkasteltuinfrapunaspektroskopian ja monimuuttujaisten aineistonkäsittelymenetelmien soveltamista kiteytysprosessin monitoroinnissa ja kidemäisen tuotteen analysoinnissa. Parhaillaan kiteytysprosessitutkimuksessa maailmanlaajuisesti tutkitaan intensiivisesti erilaisten mittausmenetelmien soveltamista kiteytysprosessin ilmiöidenjatkuvaan mittaamiseen niin nestefaasista kuin syntyvistä kiteistäkin. Lisäksi tuotteen karakterisointi on välttämätöntä tuotteen laadun varmistamiseksi. Erityisesti lääkeaineiden valmistuksessa kiinnostusta tämäntyyppiseen tutkimukseen edistää Yhdysvaltain elintarvike- ja lääkeaineviraston (FDA) prosessianalyyttisiintekniikoihin (PAT) liittyvä ohjeistus, jossa määritellään laajasti vaatimukset lääkeaineiden valmistuksessa ja tuotteen karakterisoinnissa tarvittaville mittauksille turvallisten valmistusprosessien takaamiseksi. Jäähdytyskiteytyson erityisesti lääketeollisuudessa paljon käytetty erotusmenetelmä kiinteän raakatuotteen puhdistuksessa. Menetelmässä puhdistettava kiinteä raaka-aine liuotetaan sopivaan liuottimeen suhteellisen korkeassa lämpötilassa. Puhdistettavan aineen liukoisuus käytettävään liuottimeen laskee lämpötilan laskiessa, joten systeemiä jäähdytettäessä liuenneen aineen konsentraatio prosessissa ylittää liukoisuuskonsentraation. Tällaiseen ylikylläiseen systeemiin pyrkii muodostumaan uusia kiteitä tai olemassa olevat kiteet kasvavat. Ylikylläisyys on yksi tärkeimmistä kidetuotteen laatuun vaikuttavista tekijöistä. Jäähdytyskiteytyksessä syntyvän tuotteen ominaisuuksiin voidaan vaikuttaa mm. liuottimen valinnalla, jäähdytyprofiililla ja sekoituksella. Lisäksi kiteytysprosessin käynnistymisvaihe eli ensimmäisten kiteiden muodostumishetki vaikuttaa tuotteen ominaisuuksiin. Kidemäisen tuotteen laatu määritellään kiteiden keskimääräisen koon, koko- ja muotojakaumansekä puhtauden perusteella. Lääketeollisuudessa on usein vaatimuksena, että tuote edustaa tiettyä polymorfimuotoa, mikä tarkoittaa molekyylien kykyä järjestäytyä kidehilassa usealla eri tavalla. Edellä mainitut ominaisuudet vaikuttavat tuotteen jatkokäsiteltävyyteen, kuten mm. suodattuvuuteen, jauhautuvuuteen ja tabletoitavuuteen. Lisäksi polymorfiamuodolla on vaikutusta moniin tuotteen käytettävyysominaisuuksiin, kuten esim. lääkeaineen liukenemisnopeuteen elimistössä. Väitöstyössä on tutkittu sulfatiatsolin jäähdytyskiteytystä käyttäen useita eri liuotinseoksia ja jäähdytysprofiileja sekä tarkasteltu näiden tekijöiden vaikutustatuotteen laatuominaisuuksiin. Infrapunaspektroskopia on laajalti kemian alan tutkimuksissa sovellettava menetelmä. Siinä mitataan tutkittavan näytteenmolekyylien värähtelyjen aiheuttamia spektrimuutoksia IR alueella. Tutkimuksessa prosessinaikaiset mittaukset toteutettiin in-situ reaktoriin sijoitettavalla uppoanturilla käyttäen vaimennettuun kokonaisheijastukseen (ATR) perustuvaa Fourier muunnettua infrapuna (FTIR) spektroskopiaa. Jauhemaiset näytteet mitattiin off-line diffuusioheijastukseen (DRIFT) perustuvalla FTIR spektroskopialla. Monimuuttujamenetelmillä (kemometria) voidaan useita satoja, jopa tuhansia muuttujia käsittävä spektridata jalostaa kvalitatiiviseksi (laadulliseksi) tai kvantitatiiviseksi (määrälliseksi) prosessia kuvaavaksi informaatioksi. Väitöstyössä tarkasteltiin laajasti erilaisten monimuuttujamenetelmien soveltamista mahdollisimman monipuolisen prosessia kuvaavan informaation saamiseksi mitatusta spektriaineistosta. Väitöstyön tuloksena on ehdotettu kalibrointirutiini liuenneen aineen konsentraation ja edelleen ylikylläisyystason mittaamiseksi kiteytysprosessin aikana. Kalibrointirutiinin kehittämiseen kuuluivat aineiston hyvyyden tarkastelumenetelmät, aineiston esikäsittelymenetelmät, varsinainen kalibrointimallinnus sekä mallin validointi. Näin saadaan reaaliaikaista informaatiota kiteytysprosessin ajavasta voimasta, mikä edelleen parantaa kyseisen prosessin tuntemusta ja hallittavuutta. Ylikylläisyystason vaikutuksia syntyvän kidetuotteen laatuun seurattiin usein kiteytyskokein. Työssä on esitetty myös monimuuttujaiseen tilastolliseen prosessinseurantaan perustuva menetelmä, jolla voidaan ennustaa spontaania primääristä ytimenmuodostumishetkeä mitatusta spektriaineistosta sekä mahdollisesti päätellä ydintymisessä syntyvä polymorfimuoto. Ehdotettua menetelmää hyödyntäen voidaan paitsi ennakoida kideytimien muodostumista myös havaita mahdolliset häiriötilanteet kiteytysprosessin alkuhetkillä. Syntyvää polymorfimuotoa ennustamalla voidaan havaita ei-toivotun polymorfin ydintyminen,ja mahdollisesti muuttaa kiteytyksen ohjausta halutun polymorfimuodon saavuttamiseksi. Monimuuttujamenetelmiä sovellettiin myös kiteytyspanosten välisen vaihtelun määrittämiseen mitatusta spektriaineistosta. Tämäntyyppisestä analyysistä saatua informaatiota voidaan hyödyntää kiteytysprosessien suunnittelussa ja optimoinnissa. Väitöstyössä testattiin IR spektroskopian ja erilaisten monimuuttujamenetelmien soveltuvuutta kidetuotteen polymorfikoostumuksen nopeaan määritykseen. Jauhemaisten näytteiden luokittelu eri polymorfeja sisältäviin näytteisiin voitiin tehdä käyttäen tarkoitukseen soveltuvia monimuuttujaisia luokittelumenetelmiä. Tämä tarjoaa nopean menetelmän jauhemaisen näytteen polymorfikoostumuksen karkeaan arviointiin, eli siihen mitä yksittäistä polymorfia kyseinen näyte pääasiassa sisältää. Varsinainen kvantitatiivinen analyysi, eli sen selvittäminen paljonko esim. painoprosentteina näyte sisältää eri polymorfeja, vaatii kaikki polymorfit kattavan fysikaalisen kalibrointisarjan, mikä voi olla puhtaiden polymorfien huonon saatavuuden takia hankalaa.

Epidemiology of Cytochrome P450-mediated Drug-Drug Interactions

Drug-drug interactions (DDIs) comprise an important cause of adverse drug reactions leading to excess hospitalizations. Drug metabolism is catalyzed by 75% by cytochrome P450 (CYP) enzymes and thus they are often involved in pharmacokinetic DDIs. In general, DDIs are studied in randomized controlled clinical trials in selected study populations. The overall aim of the present studies was to perform observational pharmacoepidemiological surveys on CYP-mediated DDIs in diseases important at the population level. The prevalence of co-administrations of four prodrugs (losartan, codeine, tramadol, and clopidogrel), three sulphonylureas (glibenclamide, glimepiride, and glipizide), or two statins (lovastatin and simvastatin) with well established agents altering CYP activity, as well as of statins with fibrates, was studied in Finland utilizing data from a university hospital medication database (inpatients) and the National Prescription Register of the Social Insurance Institution of Finland, Kela (outpatients). Clinical consequences of potential DDIs were estimated by reviewing laboratory data, and information from hospital care and cause-of-death registers. Concomitant use of study substrates with interacting medication was detected in up to one fifth of patients in both hospital and community settings. Potential CYP3A4 interactions in statin users did not manifest in clear adverse laboratory values but pharmacodynamic DDIs between statins and fibrates predisposed patients to muscular toxicity. Sulphonylurea DDIs with CYP2C9 inhibitors increased the risk of hypoglycaemia. CYP3A4 inhibitor use with clopidogrel was not associated with significant changes in mortality but non-fatal thrombosis and haemorrhage complications were seen less often in this group. Concomitant administration of atorvastatin with clopidogrel moderately attenuated the antithrombotic effect by clopidogrel. The overall mortality was increased in CYP3A4 inducer and clopidogrel co-users. Atorvastatin used concomitantly with prodrug clopidogrel seems to be beneficial in terms of total and LDL cholesterol concentrations, and overall mortality compared with clopidogrel use without interacting medication. In conclusion, CYP-mediated DDIs are a common and often unrecognized consequence of irrational drug prescribing.

Observations on the Pharmacokinetics and Pharmacodynamics of Dexmedetomidine. Clinical Studies on Healthy Volunteers and Intensive Care Patients

Patients treated in intensive care units require sedation and analgesia. However, sedative drugs also have potential adverse effects, and there is no single ideal sedativeanalgesic drug for these patients. Dexmedetomidine is an apha2-adrenoceptor agonist licenced for sedation of intensive care patients and patients undergoing surgery and other invasive procedures. Several routes of parenteral administration (intravenous, intramuscular, subcutaneous and intranasal) have been utilized. In the present series of studies, the pharmacokinetics and pharmacodynamics of intranasally administered dexmedetomidine as well as the gastrointestinal effects of intravenous dexmedetomidine were determined in healthy volunteers. Pharmacokinetics of dexmedetomidine during long lasting, high-dose infusions were characterized in intensive care patients. The bioavailability of intranasal dexmedetomidine was relatively good (65%), but interindividual variation was large. Dexmedetomidine significantly inhibited gastric emptying and gastrointestinal transit. In intensive care patients, the elimination half-life of dexmedetomidine was somewhat longer than reported for infusions of shorter duration and in less ill patients or healthy volunteers. Dexmedetomidine appeared to have linear pharmacokinetics up to the studied dose rate of 2.5 μg/kg/h. Dexmedetomidine clearance was decreasing with age and its volume of distribution was increased in hypoalbuminaemic patients, resulting in a longer elimination half-life and context-sensitive half-time. Intranasally administered dexmedetomidine was efficacious and well tolerated, making it appropriate for clinical situations requiring light sedation. The clinical significance of the gastrointestinal inhibitory effects of dexmedetomidine should be further evaluated in intensive care patients. The possibility of potentially altered potency and effect duration should be taken into account when administering dexmedetomidine to elderly or hypoalbuminaemic patients.