Multifunctional nanocarriers encapsulating anti-Alzheimer drug for nasal delivery to central nervous system

Alzheimer's disease (AD) is a fatal neurodegenerative condition characterized clinically by progressive memory loss and irreversible cognitive deterioration. It has been shown that there is a progressive degeneration of the brain cholinergic neurons which leads to the appearance of cognitive symptoms of the disease. The aim of this work was the formulation of multifunctional nanocarriers for nasal administration of tacrine-HCl (THA). This route has many advantages; in particular is possible to convey the drug directly to the Central Nervous System, through the olfactory bulb. In particular, were prepared Albumin nanoparticles carrying beta cyclodextrin and two different beta cyclodextrin derivatives (hydroxypropyl beta cyclodextrin and sulphobutylether beta cyclodextrin), and Multifunctional liposomes, prepared using traditional excipients (cholesterol and phosphatidylcholine), partly enriched with α-tocopherol (Toc) and/or polyunsaturated fatty acids (eicosapentaenoic acid and docosahexaenoic acid) (Ω3). Both nanosystems were characterized in terms of size, Zeta potential and encapsulation efficiency. Were also evaluated their functional properties such as mucoadhesion and permeability, using an ex-vivo assay based on nasal sheep mucosa. On Liposomes were also assessed drug neuronal uptake, cell toxicity, antioxidant and, cytoprotective activity in the human neuronal cell line SH-SY5Y and finally tocopherol trans-membrane diffusion. Both the nanocarriers produced presented excellent properties and a high potential as new systems for CNS-delivery of anti-Alzheimer drugs via the nasal route.

Generierung leicht dispergierbarer Inhalationspulver mittels Sprühtrocknung

Das Ziel dieser Arbeit besteht darin, die Möglichkeiten der Sprühtrocknung für die Generierung von Inhalationspulvern zur Therapie von Lungenkrankheiten zu nutzen. Die Erzeugung von physikalisch stabilen und leicht dispergierbaren Partikeln steht hierbei im Vordergrund. Aufgrund von physiko-chemischen Untersuchungen (Glasübergangstemperatur, Fragilität, Relaxationsverhalten, Hygroskopizität) unterschiedlicher amorpher Hilfsstoffe (Lactose, Raffinose, Dextrane, Cyclodextrine) ist für Hydroxypropyl-β-Cyclodextrin das größte Potential für die Stabilisierung eines Wirkstoffes innerhalb einer amorphen Matrix erkennbar. Sprühgetrocknete Partikel weisen im Vergleich zu strahlgemahlenen Partikeln günstigere Dispergier- und Depositionseigenschaften auf. Dies ist vorrangig auf größere Berührungsflächen zwischen strahlgemahlenen Partikeln zurückzuführen. Kugelförmige sprühgetrocknete Partikel besitzen dagegen aufgrund einer punktförmigen Berührung geringere Haftkräfte. Versuche mit unterschiedlich stark gefalteten Partikeloberflächen weisen auf geringere Haftkräfte hin, wenn sich die Partikel an Stellen geringerer Krümmungsradien berühren. Dispergierversuche in einer definierten Rohrströmung (Deagglomerator) lassen auf einen kaskadenartigen Agglomeratzerfall schließen. Durch Sprüheinbettung unterschiedlicher Modellwirkstoffe (Salbutamolsulfat, Ipratropiumbromid, Budesonid) in Hydroxypropyl-β-Cyclodextrin konnten sowohl Einzelformulierungen als auch eine Kombinationsformulierung mit allen drei Wirkstoffen erzeugt werden. Diese weisen bei einem Wirkstoffgehalt bis max. 14% selbst nach vierwöchiger Offenlagerung bei 40°C und 75% r.F. keine bzw. nur geringfügige Veränderungen in der „Fine Particle Dose“ (FPD) auf. Die „Fine Particle Fraction“ (FPF) liegt bei diesen Formulierungen im Bereich von 40% bis 75%. In Verbindung mit einem geeigneten Pack- bzw. Trockenmittel, ist hierbei mit einer physikalischen Stabilität zu rechnen, die eine sinnvolle Produktlaufzeit eines Inhalationspulvers ermöglicht. Formulierungen mit höheren Wirkstoffkonzentrationen zeigen dagegen stärkere Veränderungen nach Stresslagerung. Als Beispiel einer kristallinen Sprühtrocknungsformulierung konnte ein Pulver bestehend aus Mannitol und Budesonid erzeugt werden.

Chitosan based hydrogels for transmucosal drug delivery

The aim of this thesis was the formulation of new chitosan based delivery systems for transmucosal drug administration. Transmucosal routes, such as buccal, vaginal and nasal routes, allow the circumvention of the hepatic first pass metabolism and avoid the gastrointestinal chemical and enzymatic degradations. Moreover, transmucosal drug administration can allow to avoid pain or discomfort caused by injections, when drugs are administered through parenteral routes, thus increasing patient compliance. On the other side, the major disadvantage of transmucosal drug administration is represented by the presence of biological fluids and mucus that can remove drug systems from the application site, thus reducing the contact time between drug and mucosa and consequently, decreasing drug bioavailability. For this reason, in this study, the investigation of chitosan delivery systems as mucoadhesive formulations able to increase drugs residence time and to improve their bioavailability, was taken into account. In the paper 1, buccal films based on chitosan-gelatin complexes were prepared and loaded with propranolol hydrochloride. The complexes were characterized and studied in order to evaluate their physical- chemical properties and their ability to release the drug and to allow its permeation through buccal mucosa. In the paper 2, vaginal inserts based on chitosan/alginate complexes were formulated for local delivery of chlorhexidine digluconate. Tests to evaluate the interaction between the polymers and to study drug release properties were performed, as well as the determination of antimicrobial activity against the patogens responsible of vaginitis and candidosis. In the project 3, chitosan based nanoparticles containing cyclodextrin and other excipients, with the capacity to modify insulin bioavailabity were formulated for insulin nasal delivery. Nanoparticles were characterized in terms of size, stability and drug release. Moreover, in vivo tests were performed in order to study the hypoglycemic reduction in rats blood samples.

Einfluss von Hilfsstoffen auf die Bioverfügbarkeit von Substanzen der BCS Klasse III

In dieser Arbeit wurde der Effekt verschiedener Hilfsstoffe auf die Permeabilität von Substanzen der BCS Klasse III untersucht. Drei pharmazeutische Hilfsstoffe wurden hinsichtlich der Möglichkeit ihres Einsatzes als Permeationsverbesserer in Arzneistoffformulierungen untersucht. Außerdem wurde die Beteiligung von Gallensalzen an der Nahrungsmittel-Interaktion von Trospium untersucht.rnEs wurden Komplexe aus Trospium und λ-Carrageen hergestellt. Eine verbesserte Permeation, die höchstwahrscheinlich durch Mukoadhäsion zustande kam, war im Ussing-Kammer-Modell sehr gut reproduzierbar. In vivo war der Effekt nur bei einigen Tieren zu sehen und es kam zu hohen Standardabweichungen.rnTrospium bildet Ionenpaare mit Gallensalzen, welche zu einer besseren Permeabilität des Wirkstoffes führten. In Gegenwart von Nahrungsfetten blieb dieser Effekt aus. Eine Beteiligung der Interaktion von Trospium und Gallensalzen am Food-Effekt kann auf Basis dieser Ergebnisse als wahrscheinlich gelten.rnIm Caco-2-Modell konnte bereits eine Verbesserung der Permeabilität von Trospium durch Zusatz von Eudragit E gezeigt werden. Nun konnte gezeigt werden, dass durch den Hilfsstoff auch in vivo in Ratten eine verbesserte Permeation erreicht werden kann.rnDie Permeationsverbesserung von Aciclovir durch Zusatz von Chitosan-HCl sollte untersucht werden. Im Caco-2-Modell kam es zu einer signifikanten Permeationsverbesserung. Im Ussing-Kammer-Modell wurde die Permeation nicht verbessert. In Loop-Studien konnte nur bei hohen Hilfsstoff-Konzentrationen eine Tendenz zur Permeationsverbesserung erkannt werden.rn

Amphotericin B nano-formulations : development, characterisation and suitability for oral administration

In der Form von Nanokapseln (AmB-HST), Nanoemulsion beziehungsweise multilamellaren Vesikeln (MLV) wurden drei Amphotericin-B-Formulierungen für die orale Applikation entwickelt, charakterisiert und verglichen. Die neuartige homogene Nanokapsel-Formulierung des hydrophoben Polyen-Antimykotikums Amphotericin B wurde in Analogie zu einem für Simvastatin und andere Arzneistoffe etablierten Prozess aus der Reinsubstanz, Lezithin und Gelatine mit Hilfe des HST-Verfahrens hergestellt. Photometrische Untersuchungen zeigten, dass das Endprodukt aus Monomeren aufgebaut ist. Mittels Mikroskopie ließen sich die Aggregate vor der Umhüllung mit Lezithin und Gelatine im Ausgangsmaterial als individuelle kugelförmige Arzneistoffpartikel darstellen. Strukturuntersuchungen mit dynamischer licht streuung (DLS) zeigten eine enge Größenverteilung der verkapselten Partikel von ca. 1 µm. Die Struktur der Hülle der HST-Partikel wurde erstmalig mit Neutronenstreuung unter Verwendung der Deuterium-basierten Lösungsmittel kontrastmethode aufgeklärt. Durch die teilweise Kontrastmaskierung des Partikelkerns bei der Neutronenstreuung konnte die Lezithin-Gelatine-Hülle als eine dünne, 5,64 ± 0.18 nm dicke Schicht aufgelöst werden, welche der biologischen Lipidmembran ähnlich, im Vergleich aber geringfügig größer ist. Dieses Resultat eröffnet Wege für die Optimierung der Formulierung von pharmazeutischen Nanopartikeln, z.B. durch Oberflächenmodifizierungen. Weitere Untersuchungen mittels Kleinwinkelneutronenstreuung unter Verwendung der D-Kontrastvariation deuten darauf hin, dass die Komponenten der Nanokapseln nicht den gleichen Masseschwerpunkt haben, sondern asymmetrisch aufgebaut sind und dass die stärker streuenden Domänen weiter außen liegen. Die Partikel sind im Vergleich zu Liposomen dichter. In-Vitro Freisetzungsstudien belegen das Solubilisierungsvermögen des HST-Systems, wonach die Freisetzung des Arzneistoffes aus der Formulierung zu allen gemessenen Zeitpunkten höher als diejenige der Reinsubstanz war. rnDie Nanoemulsion-Formulierung von Amphotericin B wurde mit einem Öl und Tensid system, jedoch mit unterschiedlichen Co-Solvenzien, erfolgreich entwickelt. Gemäß der Bestimmung der Löslichkeit in verschiedenen Hilfsstoffen erwies sich der Arzneistoff Amphotericin B als nicht-lipophil, gleichzeitig aber auch als nicht-hydrophil. Die zur Ermittlung der für die Emulsionsbildung notwendigen Hilfstoffkonzentrationen erstellten ternären Diagramme veranschaulichten, dass hohe Öl- und Tensidgehalte zu keiner Emulsionsbildung führten. Dementsprechend betrug der höchste Ölgehalt 10%. Die Tröpfchengröße wuchs mit zunehmender Tensidkonzentration, wobei die Co-Solventmenge der Propylenglykol-haltigen Nanoemulsion indirekt verringert wurde. Für die Transcutol®P-haltige Nanoemulsion hingegen wurde das Gegenteil beobachtet, nämlich eine Abnahme der Tröpfchengröße bei steigenden Tensidkonzentrationen. Durch den Einschluss des Arzneistoffes wurde nicht die Viskosität der Formulierung, sondern die Tröpfchengröße beeinflusst. Der Wirkstoffeinschluss führte zu höheren Tröpfchengrößen. Mit zunehmender Propylenglykolkonzentration wurde der Wirkstoffgehalt erhöht, mit zunehmender Transcutol®P-Konzentration dagegen vermindert. UV/VIS-spektroskopische Analysen deuten darauf hin, dass in beiden Formulierungen Amphotericin B als Monomer vorliegt. Allerdings erwiesen sich die Formulierungen Caco-2-Zellen und humanen roten Blutkörperchen gegenüber als toxisch. Da die Kontrollproben eine höhere Toxizität als die wirkstoffhaltigen Formulierungen zeigten, ist die Toxizität nicht nur auf Amphotericin, sondern auch auf die Hilfsstoffe zurückzuführen. Die solubilisierte Wirkstoffmenge ist in beiden Formulierungen nicht ausreichend im Hinblick auf die eingesetzte Menge an Hilfsstoff nach WHO-Kriterien. Gemäß diesen Untersuchungen erscheinen die Emulsions-Formulierungen für die orale Gabe nicht geeignet. Dennoch sind Tierstudien notwendig, um den Effekt bei Tieren sowie die systemisch verfügbare Wirkstoffmenge zu ermitteln. Dies wird bestandskräftige Schlussfolgerungen bezüglich der Formulierung und Aussagen über mögliche Perspektiven erlauben. Nichtsdestotrotz sind die Präkonzentrate sehr stabil und können bei Raumtemperatur gelagert werden.rnDie multilamellar-vesikulären Formulierungen von Amphotericin B mit ungesättigten und gesättigten neutralen Phospholipiden und Cholesterin wurden erfolgreich entwickelt und enthielten nicht nur Vesikel, sondern auch zusätzliche Strukturen bei zunehmender Cholesterinkonzentration. Mittels Partikelgrößenanalyse wurden bei den Formulierungen mit gesättigten Lipiden Mikropartikel detektiert, was abhängig von der Alkylkettenlänge war. Mit dem ungesättigten Lipid (DOPC) konnten hingegen Nanopartikel mit hinreichender Verkapselung und Partikelgrößenverteilung gebildet werden. Die Ergebnisse der thermischen und FTIR-spektroskopischen Analyse, welche den Einfluss des Arzneistoffes ausschließen ließen, liefern den Nachweis für die mögliche, bereits in der Literatur beschriebene Einlagerung des Wirkstoffs in lipid- und/oder cholesterinreiche Membranen. Mit Hilfe eines linearen Saccharosedichtegradienten konnte die Formulierung in Vesikel und Wirkstoff-Lipid-Komplexe nach bimodaler Verteilung aufgetrennt werden, wobei der Arzneistoff stärker mit den Komplexen als mit den Vesikeln assoziiert ist. Bei den Kleinwinkelneutronenstreu-Experimenten wurde die Methode der Kontrastvariation mit Erfolg angewendet. Dabei konnte gezeigt werden, dass Cholesterol in situ einen Komplex mit Amphotericin B bildet. Diesen Sachverhalt legt unter anderem die beobachtete Differenz in der äquivalenten Streulängendichte der Wirkstoff-Lipid- und Wirkstoff-Lipid-Cholesterin-haltigen kleinen unilamellaren Vesikeln nahe. Das Vorkommen von Bragg-Peaks im Streuprofil weist auf Domänen hin und systematische Untersuchungen zeigten, dass die Anzahl der Domänen mit steigendem Cholesteringehalt zunimmt, ab einem bestimmten Grenzwert jedoch wieder abnimmt. Die Domänen treten vor allem nahe der Außenfläche der Modellmembran auf und bestätigen, dass der Wirkstoff in den Cholesterinreichen Membranen vertikal eingelagert ist. Die Formulierung war sowohl Caco-2-Zellen als auch humanen roten Blutkörperchen gegenüber nicht toxisch und erwies sich unter Berücksichtigung der Aufnahme in Caco-2-Zellen als vielversprechend für die orale Applikation. Die Formulierung zeigt sich somit aussichtsreich und könnte in Tabletten weiterverarbeitet werden. Ein Filmüberzug würde den Wirkstoff gegen die saure Umgebung im Magen schützen. Für die Bestimmung der systemischen Verfügbarkeit der Formulierung sind Tierstudien notwendig. Die entwickelten multilamellaren Formulierungen einschließlich der Wirkstoff-Cholesterin-Komplexe bieten somit gute Aussichten auf die mögliche medizinische Anwendung. rnrn

NANOPARTICLE AGGLOMERATES FOR PULMONARY DRUG DELIVERY

The Pulmonary route has been traditionally used to treat diseases of the respiratory tract. However, important research within the last two decades have shown that in addition to treating local diseases, a wide range of systemic diseases can be treated by delivering drugs to the lungs. The recent FDA approval to market Exubera, an inhalable form of insulin developed by Pfizer, to treat Diabetes, may just be the stepping stone that the pharmaceutical industry needs to market other drugs to treat systemic diseases via the lungs. However, this technology still needs repeated drug doses to control glucose levels, as the inhaled drug is cleared rapidly. Technologies have been developed where inhaled particles are capable of controlled release of drug from the lungs. An important feature of these technologies is the large geometric size of the particles that makes it difficult for the lung macrophages to clear these particles, which results in longer residence times for the particles in the lungs. Owing to the porosity, these particles have lower densities making them deliverable to the deep lungs. However, no modulation of drug release can be achieved with these technologies when more drug release may be required. This additional requirement can only be assuaged by additional dosing of the drug formulation, which can have undesirable effects due to excess loading of excipients in the lungs. In an attempt to bring about modulation of release from long residence time particles, a novel concept was developed in our laboratory that has been termed as the Agglomerated Vesicle Technology (AVT). Liposomes with encapsulated drug were agglomerated using well known cross linking chemistries to form agglomerates in the micron sized range. The large particles exhibited aerodynamic sizes in the respirable size range with minimal damage to the particles upon nebulization. By breaking the cross links between the liposomes with a cleaving agent, it was anticipated that triggered release of drug from the AVT particles could be achieved. In vivo studies done in healthy rabbits showed that post-administration modulation of drug release is possible from the AVT particles after the introduction of the cleaving agent. This study has important implications for the future development of this technology, where the AVT particles can be made “sensitive” to the product of disease. It is envisaged that a single dose of AVT containing the appropriate drug when administered to the lungs would maintain drug levels at a controlled rate over an extended period of time. When the need for more drug arises, the product of the disease would trigger the AVT particles to release more drug as needed to control the condition, thus eliminating the need for repeated drug doses and improved compliance amongst patients.

Rauheitsmessung an pharmazeutischen tabletten mittels angularer speckle-korrelation

En este artículo se estudia la calidad del proceso de fabricación pastillas de distinto origen, entre los que se incluyen productos genéricos. El resultado fundamental es que, las marcas oficiales y sus respectivos genéricos, no son iguales desde el punto de vista de su acabado, lo cual repercute directamente en su eficacia.Eine vollsUindige Charakterisierung von pharmazeutischen Tabletten besteht nicht nur in der Analyse der chemischen Zusammensetzung, sondern auch in der Untersuchung der Fertigung der inneren Struktur und der OberfUichenstruktur. Ziel dieser Arbeit ist es, die OberfUichenrauheit von Tabletten an Originalpra• paraten und Generika mittels Angularer Speckle Korre• lation (ASK) zu bestimmen. Die Ergebnisse zeigen un terschiedliche Rauheitswerte bei Tabletten mit gleichem Wirkstoff bei verschiedenen Tragerstoffen. Berührungslose Speckle-Rauheitsmessung konnte eingesetzt werden, um die Regelung des Produktionsprozesses zu verbessern, z. B. wahrend die Tabletten aus Pulver gepresst werden. A complete characterization of pharmaceutical tablets requires not only the analysis of its chemical com• pounds, but also of its inner and surface structure manufacturing. The aim of this work is to determine the sur face roughness of original and generic tablets by means of angular speckle correlation (ASC). The results show different roughness properties between tablets with the same active ingredients, but with different excipients. Contactless speckle roughness measurements could be used to im• prove the control of the production process, e. g., when tablets are pressed from powder.

A transient expansion of the native state precedes aggregation of recombinant human interferon-γ

Aggregation of proteins, even under conditions favoring the native state, is a ubiquitous problem in biotechnology and biomedical engineering. Providing a mechanistic basis for the pathways that lead to aggregation should allow development of rational approaches for its prevention. We have chosen recombinant human interferon-γ (rhIFN-γ) as a model protein for a mechanistic study of aggregation. In the presence of 0.9 M guanidinium hydrochloride, rhIFN-γ aggregates with first order kinetics, a process that is inhibited by addition of sucrose. We describe a pathway that accounts for both the observed first-order aggregation of rhIFN-γ and the effect of sucrose. In this pathway, aggregation proceeds through a transient expansion of the native state. Sucrose shifts the equilibrium within the ensemble of rhIFN-γ native conformations to favor the most compact native species over more expanded ones, thus stabilizing rhIFN-γ against aggregation. This phenomenon is attributed to the preferential exclusion of sucrose from the protein surface. In addition, kinetic analysis combined with solution thermodynamics shows that only a small (9%) expansion surface area is needed to form the transient native state that precedes aggregation. The approaches used here link thermodynamics and aggregation kinetics to provide a powerful tool for understanding both the pathway of protein aggregation and the rational use of excipients to inhibit the process.

Stabilization of tetanus and diphtheria toxoids against moisture-induced aggregation.

The progress toward single-dose vaccines has been limited by the poor solid-state stability of vaccine antigens within controlled-release polymers, such as poly(lactide-co-glycolide). For example, herein we report that lyophilized tetanus toxoid aggregates during incubation at 37 degrees C and elevated humidity--i.e., conditions relevant to its release from such systems. The mechanism and extent of this aggregation are dependent on the moisture level in the solid protein, with maximum aggregation observed at intermediate moisture contents. The main aggregation pathway is consistent with formaldehyde-mediated cross-linking, where reactive electrophiles created and stored in the vaccine upon formalinization (exposure to formaldehyde during vaccine preparation) react with nucleophiles of a second vaccine molecule to form intermolecular cross-links. This process is inhibited by the following: (i) succinylating the vaccine to block reactive amino groups; (ii) treating the vaccine with sodium cyanoborohydride, which presumably reduces Schiff bases and some other electrophiles created upon formalinization; and (iii) addition of low-molecular-weight excipients, particularly sorbitol. The moisture-induced aggregation of another formalinized vaccine, diphtheria toxoid, is also retarded by succinylation, suggesting the generality of this mechanism for formalinized vaccines. Hence, mechanistic stability studies of the type described herein may be important for the development of effective single-dose vaccines.

Particle engineering for the production of respirable dry powder formulations

Hyaluronan (HA) plays an important role in lung pathophysiology. For this reason it has attracted great attention both as active ingredient and as excipient in treating lung diseases by direct pulmonary HA administration. The aim was the production of highly respirable and flowable HA powders either as a potential carrier for drug delivery or for being delivered directly by inhalation. Engineered sodium hyaluronate powders were produced by spray-drying technique. All the spray-dried powders were characterised in terms of particle size distribution, drug content, morphology and in vitro respirability. HA was successfully formulated with salbutamol sulphate in combination with leucine and highlighted remarkable aerodynamic performance (emitted dose equal to 83 % and FPF % equal to 97.1%). Moreover, HA colloidal solutions were designed and they were spray-dried. In order to improve particle aerodynamic characteristics, different types of excipients were investigated. In particular, stearylamine (5% w/w) allowed to obtain the best performance throughout the experimental set. Finally, in vitro biocompatibility was carried out by MTT assay and High Content Analysis for selected dry powder formulations and starting materials. The assays demonstrated the same outcome by confirming the HA biocompatibility and by producing the same rank of toxicity for the surfactants. The general conclusion of the project is that formulation containing HA and stearyl alcohol represents the best performing formulation.

Novel formulation strategies for the fabrication of lyophilised orally disintegrating tablets

Orally disintegrating Tablets (ODTs), also known as fast-disintegrating, fast-melt or fast-dissolving tablets, are a relatively novel dosage technology that involves the rapid disintegration or dissolution of the dosage form into a solution or suspension in the mouth without the need for water. The solution containing the active ingredients is swallowed, and the active ingredients are then absorbed through the gastrointestinal epithelium to reach the target and produce the desired effect. Formulation of ODTs was originally developed to address swallowing difficulties of conventional solid oral dosage forms (tablets and capsules) experienced by wide range of patient population, especially children and elderly. The current work investigates the formulation and development of ODTs prepared by freeze drying. Initial studies focused on formulation parameters that influence the manufacturing process and performance of lyophilised tablets based on excipients used in commercial products (gelatin and saccharides). The second phase of the work was followed up by comprehensive studies to address the essential need to create saccharide free ODTs using naturally accruing amino acids individually or in combinations. Furthermore, a factorial design study was carried out to investigate the feasibility of delivering multiparticulate systems of challenging drugs using a novel formulation that exploited the electrostatic associative interaction between gelatin and carrageenan. Finally, studies aimed to replace gelatin with ethically and morally accepted components to the end users were performed and the selected binder was used in factorial design studies to investigate and optimise ODT formulations that incorporated drugs with varies physicochemical properties. Our results show that formulation of elegant lyophilised ODTs with instant disintegration and adequate mechanical strength requires carful optimisation of gelatin concentration and bloom strength in addition to saccharide type and concentration. Successful formulation of saccharides free lyophilised ODTs requires amino acids that crystallise in the frozen state or display relatively high Tg', interact and integrate completely with the binder and, also, display short wetting time with the disintegrating medium. The use of an optimised mixture of gelatin, carrageenan and alanine was able to create viscous solutions to suspend multiparticulate systems and at the same time provide tablets with short disintegration times and adequate mechanical properties. On the other hand, gum arabic showed an outstanding potential for use as a binder in the formulation of lyophilised ODTs. Compared to gelatin formulations, the use of gum arabic simplified the formulation stages, shortened the freeze drying cycles and produced tablets with superior performance in terms of the disintegration time and mechanical strength. Furthermore, formulation of lyophilised ODTs based on gum arabic showed capability to deliver diverse range of drugs with advantages over commercial products.

The development of a modified dissolution method suitable for investigating powder mixtures

A novel dissolution method was developed, suitable for powder mixtures, based on the USP basket apparatus. The baskets were modified such that the powder mixtures were retained within the baskets and not dispersed, a potential difficulty that may arise when using conventional USP basket and paddle apparatus. The advantages of this method were that the components of the mixtures were maintained in close proximity, maximizing any drug:excipient interaction and leading to more linear dissolution profiles. Two weakly acidic model drugs, ibuprofen and acetaminophen, and a selection of pharmaceutical excipients, including potential dissolution-enhancing alkalizing agents, were chosen for investigation. Dissolution profiles were obtained for simple physical mixtures. The f1 fit factor values, calculated using pure drug as the reference material, demonstrated a trend in line with expectations, with several dissolution enhancers apparent for both drugs. Also, the dissolution rates were linear over substantial parts of the profiles. For both drugs, a rank order comparison between the f1 fit factor and calculated dissolution rate, obtained from the linear section of the dissolution profile, demonstrated a correlation using a significance level of P=0.05. The method was proven to be suitable for discriminating between the effects of excipients on the dissolution of the model drugs. The method design produced dissolution profiles where the dissolution rate was linear for a substantial time, allowing determination of the dissolution rate without mathematical transformation of the data. This method may be suitable as a preliminary excipient-screening tool in the drug formulation development process.

Systems biology approach to study permeability of paracetamol and its solid dispersion

Physiological changes that take place at cellular level are usually reflective of their level of gene expression. Different formulation excipients have an impact on physiological behavior of the exposed cells and in turn affect transporter genes, enterocyte-mediated metabolism and toxicity biomarkers. The aim of this study was to prepare solid dispersion of paracetamol and evaluate genetic changes that occur in Caco-2 cell lines during the permeability of paracetamol alone and paracetamol solid dispersion formulations. Paracetamol-PEG 8000 solid dispersion was prepared by melt fusion method and the formulation was characterised using differential scanning calorimetry (DSC), scanning electron microscopy (SEM) and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). Formulation of solid dispersion resulted in the conversion of crystalline drug into an amorphous form. Permeability studies showed that paracetamol absorption was higher from the solid dispersion formulation. DNA microarrays analysis was carried out in order to investigate the involvement of any efflux/uptake transporters in paracetamol or its solid dispersion permeability. Neither transporter carriers nor efflux proteins were found to be involved in the absorption of paracetamol or its PEG solid dispersion. Gene expression analysis established that paracetamol toxicity was potentially reduced upon formulation into solid dispersion when ATP binding cassette (ABC) and solute carrier transporter (SLC) genes were analyzed.

Spray-dried powders for pulmonary drug delivery

Powders for inhalation are traditionally prepared using a destructive micronization process such as jet milling to reduce the particle size of the drug to 2-5 μm. The resultant particles are typically highly cohesive and display poor aerosolization properties, necessitating the addition of a coarse carrier particle to the micronized drug to improve powder flowability. Spray-drying technology offers an alternative, constructive particle production technique to the traditional destructive approach, which may be particularly useful when processing biotechnology products that could be adversely affected by high-energy micronization processes. Advantages of spray drying include the ability to incorporate a wide range of excipients into the spray-drying feedstock, which could modify the aerosolization and stability characterizations of the resultant powders, as well as modify the drug release and absorption profiles following inhalation. This review discusses some of the reasons why pulmonary drug delivery is becoming an increasingly popular route of administration and describes the various investigations that have been undertaken in the preparation of spray-dried powders for pulmonary drug delivery. © 2007 by Begell House, Inc.

Formulation of multiparticulate systems as lyophilised orally disintegrating tablets

The current study aimed to exploit the electrostatic associative interaction between carrageenan and gelatin to optimise a formulation of lyophilised orally disintegrating tablets (ODTs) suitable for multiparticulate delivery. A central composite face centred (CCF) design was applied to study the influence of formulation variables (gelatin, carrageenan and alanine concentrations) on the crucial responses of the formulation (disintegration time, hardness, viscosity and pH). The disintegration time and viscosity were controlled by the associative interaction between gelatin and carrageenan upon hydration which forms a strong complex that increases the viscosity of the stock solution and forms tablet with higher resistant to disintegration in aqueous medium. Therefore, the levels of carrageenan, gelatin and their interaction in the formulation were the significant factors. In terms of hardness, increasing gelatin and alanine concentration was the most effective way to improve tablet hardness. Accordingly, optimum concentrations of these excipients were needed to find the best balance that fulfilled all formulation requirements. The revised model showed high degree of predictability and optimisation reliability and therefore was successful in developing an ODT formulation with optimised properties that were able deliver enteric coated multiparticulates of omeprazole without compromising their functionality.