Using a modified shepards method for optimization of a nanoparticulate cyclosporine a formulation prepared by a static mixer technique

An innovative methodology has been used for the formulation development of Cyclosporine A (CyA) nanoparticles. In the present study the static mixer technique, which is a novel method for producing nanoparticles, was employed. The formulation optimum was calculated by the modified Shepard's method (MSM), an advanced data analysis technique not adopted so far in pharmaceutical applications. Controlled precipitation was achieved injecting the organic CyA solution rapidly into an aqueous protective solution by means of a static mixer. Furthermore the computer based MSM was implemented for data analysis, visualization, and application development. For the optimization studies, the gelatin/lipoid S75 amounts and the organic/aqueous phase were selected as independent variables while the obtained particle size as a dependent variable. The optimum predicted formulation was characterized by cryo-TEM microscopy, particle size measurements, stability, and in vitro release. The produced nanoparticles contain drug in amorphous state and decreased amounts of stabilizing agents. The dissolution rate of the lyophilized powder was significantly enhanced in the first 2 h. MSM was proved capable to interpret in detail and to predict with high accuracy the optimum formulation. The mixer technique was proved capable to develop CyA nanoparticulate formulations.

Influence of fill factor variation in high shear granulation on the post granulation processes: Compression and tablet properties

This paper describes an investigation of the effect of fill factor; on the compaction behaviour of the granules during tableting and hence mechanical properties of tablets formed. The fill factor; which is the ratio of volume of wet powder material to vessel volume of the granulator, was used as an indicator of batch size. It has been established previously that in high shear granulation the batch size influences the size distribution and granule mechanical properties [1]. The work reported in this paper is an extension to the work presented in [1], hence granules from the same batches were used in production of tablets. The same tabletting conditions were employed during tabletting to allow a comparison of their properties. The compaction properties of the granules are inferred from the data generated during the tabletting process. The tablet strength and dissolution properties of the tablets were also measured. The results obtained show that the granule batch size affects the strength and dissolution of the tablets formed. The tablets produced from large batches were found to be weaker and had a faster dissolution rate. The fill factor was also found to affect the tablet to tablet variation of a non-functional active pharmaceutical ingredient included in the feed powder. Tablets produced from larger batches show greater variation compared to those from smaller batches.

Polymorphism in Sulfadimidine/4-Aminosalicylic Acid Cocrystals: Solid-State Characterization and Physicochemical Properties

Polymorphism of crystalline drugs is a common phenomenon. However, the number of reported polymorphic cocrystals is very limited. In this work, the synthesis and solid-state characterization of a polymorphic cocrystal composed of sulfadimidine (SD) and 4-aminosalicylic acid (4-ASA) is reported for the first time. By liquid-assisted milling, the SD:4-ASA 1:1 form I cocrystal, the structure of which has been previously reported, was formed. By spray drying, a new polymorphic form (form II) of the SD:4-ASA 1:1 cocrystal was discovered which could also be obtained by solvent evaporation from ethanol and acetone. Structure determination of the form II cocrystal was calculated using high-resolution X-ray powder diffraction. The solubility of the SD:4-ASA 1:1 cocrystal was dependent on the pH and predicted by a model established for a two amphoteric component cocrystal. The form I cocrystal was found to be thermodynamically more stable in aqueous solution than form II, which showed transformation to form I. Dissolution studies revealed that the dissolution rate of SD from both cocrystals was enhanced when compared with a physical equimolar mixture and pure SD.

Interlaboratory studies on in vitro test methods for estimating in vivo resorption of calcium phosphate ceramics

A potential standard method for measuring the relative dissolution rate to estimate the resorbability of calcium-phosphate-based ceramics is proposed. Tricalcium phosphate (TCP), magnesium-substituted TCP (MgTCP) and zinc-substituted TCP (ZnTCP) were dissolved in a buffer solution free of calcium and phosphate ions at pH 4.0, 5.5 or 7.3 at nine research centers. Relative values of the initial dissolution rate (relative dissolution rates) were in good agreement among the centers. The relative dissolution rate coincided with the relative volume of resorption pits of ZnTCP in vitro. The relative dissolution rate coincided with the relative resorbed volume in vivo in the case of comparison between microporous MgTCPs with different Mg contents and similar porosity. However, the relative dissolution rate was in poor agreement with the relative resorbed volume in vivo in the case of comparison between microporous TCP and MgTCP due to the superimposition of the Mg-mediated decrease in TCP solubility on the Mg-mediated increase in the amount of resorption. An unambiguous conclusion could not be made as to whether the relative dissolution rate is predictive of the relative resorbed volume in vivo in the case of comparison between TCPs with different porosity. The relative dissolution rate may be useful for predicting the relative amount of resorption for calcium-phosphate-based ceramics having different solubility under the condition that the differences in the materials compared have little impact on the resorption process such as the number and activity of resorbing cells.

The Use of High Surface Area Silica and Supercritical Carbon Dioxide to Enhance Solubility of Poorly Water-Soluble Drugs

Purpose Poor water-solubility of BCS class II drugs can limit their commercialization because of reduced oral bioavailability. It has been reported that loading of drug by adsorption onto porous silica would enhance drug solubility due to the increased surface area available for solvent diffusion. In this work, solid dispersions are formed using supercritical carbon dioxide (scCO2). The aim of this research was to characterise the solid-state properties of scCO2 dispersion and to investigate the impact of altering scCO2 processing conditions on final amorphous product performance that could lead to enhancement of drug dissolution rate for BCS class II drugs. Methods Indomethacin (IND) was purchased from Sigma-Aldrich (Dorset, UK) and was used as a model drug with two grades of high surface area silica (average particle sizes 3&[micro] and 7&[micro]), which were obtained directly from Grace-Davison (Germany). Material crystallinity was evaluated using powder X-ray diffraction (PXRD, Rigaku™, miniflex II, Japan) and high-speed differential scanning calorimetry (Hyper-DSC 8000, Perkin Elmer, USA). Materials were placed in a high-pressure vessel consisting of a CO2 cylinder, a Thar™ Technologies P50 high-pressure pump and a 750 ml high-pressure vessel (Thar, USA). Physical mixtures were exposed to CO2 gas above its critical conditions. SEM imaging and elemental analysis were conducted using a Jeol 6500 FEGSEM (Advanced MicroBeam Inc., Austria). Drug release was examined using USP type II dissolution tester (Caleva™, UK). Results The two grades of silica were found to be amorphous using PXRD and Hyper-DSC. Using PXRD, it was shown that an increase in incubation time and pressure resulted in a decrease in the crystalline content. Drug release profiles from the two different silica formulations prepared under the same conditions are shown in Figure 1. It was found that there was a significant enhancement in drug release, which was influenced, by silica type and other experiment conditions such as temperature, pressure and exposure time. SEM imaging and elemental analysis showed drug deposited inside silica pores as well as on the outer surface. Conclusion This project has shown that silica carrier platforms may be used as an alternative approach to generating polymeric solid dispersions of amorphous drugs exhibiting enhanced solubility.

Bottom up strategies for the morphology control of BaTiO3 particulates

As propriedades funcionais dos materiais ferroeléctricos tais como a polarização reversível, piroelectricidade, piezoelectricidade, elevada actividade óptica não linear e comportamento dieléctrico não linear são fundamentais para a sua aplicação em sensores, microactuadores, detectores de infravermelhos, filtros de fase de microondas e memórias não-voláteis. Nos últimos anos, motivado pelas necessidades industriais de redução do tamanho dos dispositivos microelectrónicos, aumentando a eficiência volumétrica, tem sido feito um grande esforço ao nível da investigação para desenvolver estruturas ferroeléctricas à escala micro- e nano- métrica. É sabido que a redução de tamanho em materiais ferroeléctricos afecta significamente as suas propriedades. Neste sentido e considerando que foi previsto teoreticamente por cálculos ab initio que estruturas do tipo nanocilindros e nanodiscos apresentariam um novo tipo de ordem ferroeléctrica e, na expectativa de alcançar conhecimento para o desenvolvimento de uma nova geração de dispositivos microelectróncos, existe um grande interesse em desenvolver métodos de fabrico de nanoestruturas ferroeléctricas unidimensionais (1D) tais como nanocilindros e nanotubos. As estratégias de fabrico de nanoestruturas 1D até agora descritas na literatura indicam claramente as dificuldades inerentes à sua preparação. Existem duas grandes vias de síntese destas nanoestruturas: i) o método “topdown” que consiste na redução de tamanho de um dado material até à obtenção duma estrutura 1D; e ii) o método “bottom-up” em que átomos, iões e moléculas são agrupados para formar um material 1D. O método “top down” envolve em geral técnicas de desgaste, como o uso do feixe de electrões, que apesar de permitirem elevada precisão no posicionamento e no controlo do tamanho, falham em termos de resolução, exigem muito tempo e causam facilmente defeitos que deterioram as propriedades físicas destes materiais. Na metodologia “bottom up” a utilização de moléculas ou estruturas “molde” tem sido a mais explorada. As estructuras 1D podem também ser preparadas sem recorrer a “moldes”. Neste caso a agregação orientada é promovida pelo recurso a aditivos que controlam o crescimento dos cristais em direcções preferenciais. Neste contexto, neste trabalho utilizaram-se duas estratégias “bottom up” de baixo custo para a preparação de nanopartículas de titanato de bário (BaTiO3) com morfologia controlada: 1) síntese química (em solução e em fase vapor) com utilização de nanotubos de titanato TiNTs) como “moldes” e precursores de titânio 2) síntese química em solução com presença de aditivos. Os nanotubos de titanato de sódio foram preparados por síntese hidrotermal. Como existiam muitas dúvidas acerca da natureza estrutural e do mecanismo de formação dos NTs, a parte inicial do trabalho foi dedicada à realização de um estudo sistemático dos parâmetros intervenientes na síntese e à caracterização da sua estrutura e microestrutura. Foi demonstrado que os NTs têm a fórmula geral A2Ti2O5 (A = H+ or Na+), e não TiO2 (anátase) com defendido por vários autores na literatura, e podem ser preparados por método hidrotermal em meio fortemente alcalino usando como fonte de titânio TiO2 comercial na forma de anátase ou rútilo. A menor reactividade do rútilo exige temperaturas de síntese superiores ou tempos de reacção mais longos. A forma tubular resulta do tratamento hidrotermal e não de processos de lavagem e neutralização subsequentes. Se os NTs forem tratados após a síntese hidrotérmica em água a 200 ºC, transformam-se em nanocilindros. Uma das partes principais desta tese consistiu na investigação do papel dos NTs de titanato no crescimento anisotrópico de BaTiO3. O potencial funcionamento dos NTs como “moldes” para além de precursores foi testado em reacção com hidróxido de bário em síntese em solução e por reacção com um precursor orgânico de bário em fase vapor. Tendo por base os estudos cinéticos realizados, bem como as alterações estruturais e morfológicas das amostras, é possível concluir que a formação do BaTiO3 a partir de NTs de titanato de sódio, ocorre por dois mecanismos dependendo da temperatura e tempo de reacção. Assim, a baixa temperatura e curto tempo de reacção verifica-se que se formam partículas dendríticas de BaTiO3 cuja superfície é bastante irregular (“wild”) e que apresentam estrutura pseudo-cúbica. Estas partículas formam-se por reacção topotáctica na fronteira dos nanotubos de titanato de sódio. A temperaturas mais altas e/ou reacções mais longas, a reacção é controlada por um mecanismo de dissolução e precipitação com formação de dendrites de BaTiO3 tetragonais com superfície mais regular (“seaweed”). A microscopia de força piezoeléctrica mostrou que as dendrites “seaweeds“ possuem actividade piezoeléctrica superior à das dendrites “wild”, o que confirma o papel desempenhado pela estrutura e pela concentração de defeitos na rede na coerência e ordem ferroeléctrica de nanoestruturas. Os nossos resultados confirmam que os NTs de titanato não actuam facilmente como “moldes” na síntese em solução de BaTiO3 já que a velocidade de dissolução dos NTs em condições alcalinas é superior à velocidade de formação do BaTiO3. Assumindo que a velocidade de reacção dos NTs com o precursor de bário é superior em fase vapor, efectuou-se a deposição de um precursor orgânico de bário por deposição química de vapor sobre um filme de NTs de titnato de sódio depositados por deposição electroforética. Estudou-se a estabilidade dos NTs nas diferentes condições do reactor. Quando os NTs são tratados a temperaturas superiores a 700 ºC, ocorre a transformação dos NTs em nanocilindros de anatase por um mecanismo de agregação orientada. Quando se faz a deposição do precursor de bário, seguida de calcinação a 700 ºC em atmosfera oxidante de O2, verifica-se que a superficie dos NTs fica coberta com nanocristais de BaTiO3 independentemente da concentração de bário. O papel dos NTs de titanato no crescimento anisotrópico de BaTiO3 em fase vapor é assim descrito pela primeira vez. Em relação à metodologias de crescimento de partículas na ausência de “moldes” mas com aditivos fez-se um estudo sistemático utilizando 5 aditivos de natureza differente. As diferenças entre aditivos foram sistematizadas tendo em conta as diferenças estruturais e morfológicas verificadas. Está provado que os aditivos podem funcionar como modificadores de crescimento cristalino por alteração do seu padrão de crescimento ou por alteração da cinética de crescimento das faces cristalográficas do cristal. Entre os aditivos testados verificou-se que o ácido poliacrilíco adsorve em faces específicas do BaTiO3 alterando a cinética de crescimento e induzindo a agregação orientada das partículas. O polivinilpirrolidona, o docecilsulfato de sódio e hidroxipropilmetilcelulose actuam mais como inibidores de crescimento do que como modificadores do tipo de crescimento. A D-frutose aumenta a energia de activação da etapa de nucleação não ocorrendo formação de BaTiO3 para as mesmas condições dos outros aditivos. Esta tese clarifica o papel dos NTs de titanato de sódio enquanto precursores e “moldes” no crescimento anisotrópico de BaTiO3 em solução e em fase vapor. É feita também a abordagem do controlo morfológico do BaTiO3 através do uso de aditivos. As estratégias de preparação de BaTiO3 propostas são de baixo custo, reprodutíveis e fáceis de efectuar. Os resultados contribuem para uma melhor compreensão da relação tamanho – morfologia – propriedade em materiais ferroeléctricos nanométricos com vista à sua potencial aplicação.

Synthesis and functionalization of hydroxyapatite nanoparticles

Graças aos desenvolvimentos na área da síntese de nanomaterais e às potentes técnicas de caracterização à nanoescala conseguimos hoje visualizar uma nanopartícula (NP) como um dispositivo de elevado potencial terapêutico. A melhoria da sua efectividade terapêutica requer no entanto o aprofundamento e sistematização de conhecimentos, ainda muito incipientes, sobre toxicidade, selectividade, efeitos colaterais e sua dependência das próprias características físico-químicas da NP em análise. O presente trabalho, elegendo como alvo de estudo uma substância considerada biocompatível e não tóxica, a hidroxiapatite (Hap), pretende dar um contributo para esta área do conhecimento. Definiram-se como metas orientadoras deste trabalho (i) estudar a síntese de nanoparticulas de Hap (Hap NP), e a modificação das características físico-químicas e morfológicas das mesmas através da manipulação das condições de síntese; (ii) estudar a funcionalização das Hap NP com nanoestruturas de ouro e com ácido fólico, para lhes conferir capacidades acrescidas de imagiologia e terapêuticas, particularmente interessantes em aplicações como o tratamento do cancro (iii) estudar a resposta celular a materiais nanométricos, com propriedades físico-químicas diversificadas. No que se refere à síntese de Hap NP, comparam-se dois métodos de síntese química distintos, a precipitação química a temperatura fisiológica (WCS) e a síntese hidrotérmica (HS), em meios aditivados com ião citrato. A síntese WCS originou partículas de tamanho nanométrico, com uma morfologia de agulha, pouco cristalinas e elevada área superficial especifica. A síntese HS à temperatura de 180ºC permitiu obter partículas de dimensões também nanométricas mas com área específica inferior, com morfologia de bastonete prismático com secção recta hexagonal e elevada cristalinidade. Com o objectivo de aprofundar o papel de algumas variáveis experimentais na definição das características finais das partículas de hidroxiapatite, designadamente o papel do ião citrato (Cit), variou-se a razão molar [Cit/Ca] da solução reagente e o tempo de síntese. Demonstrou-se que o ião citrato e outras espécies químicas resultantes da sua decomposição nas condições térmicas (180ºC) de síntese tem um papel preponderante na velocidade de nucleação e de crescimento dessas mesmas partículas e por conseguinte nas características físico-químicas das mesmas. Elevadas razões [Cit/Ca] originam partículas de dimensão micrométrica cuja morfologia é discutida no contexto do crescimento com agregação. Com o objectivo de avaliar a citotoxicidade in vitro das nanopartículas sintetizadas procedeu-se à esterilização das mesmas. O método de esterilização escolhido foi a autoclavagem a 121º C. Avaliou-se o impacto do processo de esterilização nas características das partículas, verificando-se contrariamente às partículas WCS, que as partículas HS não sofrem alterações significativas de morfologia, o que se coaduna com as condições de síntese das mesmas, que são mais severas do que as de esterilização. As partículas WCS sofrem processos de dissolução e recristalização que se reflectem em alterações significativas de morfologia. Este estudo demonstrou que a etapa de esterilização de nanopartículas para aplicações biomédicas, por autoclavagem, pode alterar substancialmente as propriedades das mesmas, sendo pois criticamente importante caracterizar os materiais após esterilização. Os estudos citotoxicológicos para dois tipos de partículas esterilizadas (HSster e WCSster) revelaram que ambas apresentam baixa toxicidade e possuem potencial para a modelação do comportamento de células osteoblásticas. Tendo em vista a funcionalização da superfície das Hap NP para multifunções de diagnóstico e terapia exploraram-se condições experimentais que viabilizassem o acoplamento de nanopartículas de ouro à superfície das nanopartículas de Hidroxiapatite (Hap-AuNP). Tirando partido da presença de grupos carboxílicos adsorvidos na superfície das nanopartículas de Hap foi possível precipitar partículas nanométricas de ouro (1,5 a 2,5 nm) na superfície das mesmas adaptando o método descrito por Turkevich. No presente trabalho as nanopartículas de Hap funcionaram assim como um template redutor do ouro iónico de solução, propiciando localmente, na superfície das próprias nanopartículas de Hap, a sua redução a ouro metálico. A nucleação do ouro é assim contextualizada pelo papel redutor das espécies químicas adsorvidas, designadamente os grupos carboxílicos derivados de grupos citratos que presidiram à síntese das próprias nanopartículas de Hap. Estudou-se também a funcionalização das Hap NP com ácido fólico (FA), uma molécula biologicamente interessante por ser de fácil reconhecimento pelos receptores existentes em células cancerígenas. Os resultados confirmaram a ligação do ácido fólico à superfície das diferentes partículas produzidas HS e Hap-AuNPs. Graças às propriedades ópticas do ouro nanométrico (efeito plasmão) avaliadas por espectroscopia vis-UV e às potencialidades de hipertermia local por conversão fototérmica, as nanoestruturas Hap-AuNPs produzidas apresentam-se com elevado interesse enquanto nanodispositivos capazes de integrar funções de quimio e terapia térmica do cancro e imagiologia. O estudo da resposta celular aos diversos materiais sintetizados no presente trabalho foi alvo de análise na tentativa de se caracterizar a toxicidade dos mesmos bem como avaliar o seu desempenho em aplicações terapêuticas. Demonstrou-se que as Hap NP não afectam a proliferação das células para concentrações até 500 g/ml, observando-se um aumento na expressão genética da BMP-2 e da fosfatase alcalina. Verificou-se também que as Hap NP são susceptíveis de internalização por células osteoblásticas MG63, apresentando uma velocidade de dissolução intracelular relativamente reduzida. A resposta celular às Hap-AuNP confirmou a não citotoxicidade destas partículas e revelou que a presença do ouro na superfície das Hap NP aumenta a taxa proliferação celular, bem como a expressão de parâmetros osteogénicos. No seu conjunto os resultados sugerem que os vários tipos de partículas sintetizadas no presente estudo apresentam também comportamentos interessantes para aplicações em engenharia de tecido ósseo.

Materials and concepts for CO2 lean ironmaking by pyroelectrolysis

The main purpose of this PhD thesis was to provide convincing demonstration for a breakthrough concept of pyroelectrolysis at laboratory scale. One attempted to identify fundamental objections and/or the most critical constraints, to propose workable concepts for the overall process and for feasible electrodes, and to establish the main requirements on a clearer basis. The main effort was dedicated to studying suitable anode materials to be developed for large scale industrial units with molten silicate electrolyte. This concept relies on consumable anodes based on iron oxides, and a liquid Fe cathode, separated from the refractory materials by a freeze lining (solid) layer. In addition, one assessed an alternative concept of pyroelectrolysis with electron blocking membranes, and developed a prototype at small laboratory scale. The main composition of the molten electrolyte was based on a magnesium aluminosilicate composition, with minimum liquidus temperature, and with different additions of iron oxide. One studied the dynamics of devitrification of these melts, crystallization of iron oxides or other phases, and Fe2+/Fe3+ redox changes under laser zone melting, at different pulling rates. These studies were intended to provide guidelines for dissolution of raw materials (iron oxides) in the molten electrolyte, to assess compatibility with magnetite based consumable anodes, and to account for thermal gradients or insufficient thermal management in large scale cells. Several laboratory scale prototype cells were used to demonstrate the concept of pyroelectrolysis with electron blocking, and to identify the most critical issues and challenges. Operation with and without electron blocking provided useful information on transport properties of the molten electrolyte (i.e., ionic and electronic conductivities), their expected dependence on anodic and cathodic overpotentials, limitations in faradaic efficiency, and onset of side electrochemical reactions. The concept of consumable anodes was based on magnetite and derived spinel compositions, for their expected redox stability at high temperatures, even under oxidising conditions. Spinel compositions were designed for prospective gains in refractoriness and redox stability in wider ranges of conditions (T, pO2 and anodic overpotentials), without excessive penalty for electrical conductivity, thermomechanical stability or other requirements. Composition changes were also mainly based on components of the molten aluminosilicate melt, to avoid undue contamination and to minimize the dissolution rate of consumable anodes. Additional changes in composition were intended for prospective pyroelectrolysis of Fe alloys, with additions of different elements (Cr, Mn, Ni, Ti).

Surface reactivity enhancement of silica-based glass-ceramic scaffolds

A paradigm shift is taking place from using transplanting tissue and synthetic implants to a tissue engineering approach that aims to regenerate damaged tissues by combining cells from the body with highly porous scaffold biomaterials, which act as templates, guiding the growth of new tissue. The central focus of this thesis was to produce porous glass and glass-ceramic scaffolds that exhibits a bioactive and biocompatible behaviour with specific surface reactivity in synthetic physiological fluids and cell-scaffold interactions, enhanced by composition and thermal treatments applied. Understanding the sintering behaviour and the interaction between the densification and crystallization processes of glass powders was essential for assessing the ideal sintering conditions for obtaining a glass scaffolds for tissue engineering applications. Our main goal was to carry out a comprehensive study of the bioactive glass sintering, identifying the powder size and sintering variables effect, for future design of sintered glass scaffolds with competent microstructures. The developed scaffolds prepared by the salt sintering method using a 3CaO.P2O5 - SiO2 - MgO glass system, with additions of Na2O with a salt, NaCl, exhibit high porosity, interconnectivity, pore size distribution and mechanical strength suitable for bone repair applications. The replacement of 6 % MgO by Na2O in the glass network allowed to tailor the dissolution rate and bioactivity of the glass scaffolds. Regarding the biological assessment, the incorporation of sodium to the composition resulted in an inibition cell response for small periods. Nevertheless it was demonstrated that for 21 days the cells response recovered and are similar for both glass compositions. The in vitro behaviour of the glass scaffolds was tested by introducing scaffolds to simulated body fluid for 21 days. Energy-dispersive Xray spectroscopy and SEM analyses proved the existence of CaP crystals for both compositions. Crystallization forming whitlockite was observed to affect the dissolution behaviour in simulated body fluid. By performing different heat treatments, it was possible to control the bioactivity and biocompatability of the glass scaffolds by means of a controlled crystallization. To recover and tune the bioactivity of the glass-ceramic with 82 % crystalline phase, different methods have been applied including functionalization using 3- aminopropyl-triethoxysilane (APTES). The glass ceramic modified surface exhibited an accelerated crystalline hydroxyapatite layer formation upon immersion in SBF after 21 days while the as prepared glass-ceramic had no detected formation of calcium phosphate up to 5 months. A sufficient mechanical support for bone tissue regeneration that biodegrade later at a tailorable rate was achievable with the glass–ceramic scaffold. Considering the biological assessment, scaffolds demonstrated an inductive effect on the proliferation of cells. The cells showed a normal morphology and high growth rate when compared to standard culture plates. This study opens up new possibilities for using 3CaO.P2O5–SiO2–MgO glass to manufacture various structures, while tailoring their bioactivity by controlling the content of the crystalline phase. Additionally, the in vitro behaviour of these structures suggests the high potential of these materials to be used in the field of tissue regeneration.

Nanonization of megestrol acetate by laser fragmentation in aqueous milieu

Faculté de Pharmacie

Formulation development and characterization of liquisolid tablets containing clozapine

L’objectif de ce projet était de développer une formulation liquisolide (LS) de clozapine ayant des propriétés de dissolution améliorées et évaluer sa stabilité et ainsi que sa robustesse à la modification d’excipients. Le propylène glycol (PG), la cellulose microcrystalline (MCC) et le glycolate d’amidon sodique (SSG) ont été utilisés respectivement en tant que véhicule liquide non volatile, agent de masse et agent désintégrant pour la préparation de comprimés LS. Le dioxyde de silicium colloïdal (CSD), le silicate de calcium (CS) et l'aluminométasilicate de magnésium (MAMS) ont été choisis comme agents d’enrobage sec. La caractérisation complète des mélanges et des comprimés a été effectuée. Le taux de libération des comprimés LS était statistiquement supérieur à celui des comprimés réguliers. La surface spécifique des matériaux d’enrobage avait un effet sur les propriétés d’écoulement des mélanges et la taille des particules des matériaux d’enrobage a eu un effet sur la vitesse de dissolution. Le ratio support/enrobage du mélange de poudres (valeur de R) était un paramètre important pour les systèmes LS et devait être plus grand que 20 afin d’obtenir une meilleure libération du médicament. La formulation choisie a démontré une stabilité pour une période d’au moins 12 mois. La technique LS s’est avéré une approche efficace pour le développement de comprimés de clozapine ayant des propriétés de dissolution améliorées. Les comprimés oro-dispersibles (ODT) sont une formulation innovante qui permettent de surmonter les problèmes de déglutition et de fournir un début d'action plus rapide. Dans l’optique d’améliorer les propriétés de dissolution, un essai a été effectué pour étudier la technique LS dans la formulation des ODT de clozapine. Le PG, la MCC, le CSD et la crospovidone (CP) ont été utilisés respectivement en tant que véhicule liquide non volatile, agent de masse, agent d’enrobage sec et agent superdésintégrant pour la préparation de comprimés oro-dispersibles liquisolides (OD-LST). Le mannitol a été choisi comme agent de masse et agent édulcorant. La saccharine de sodium a été utilisée comme agent édulcorant. La caractérisation complète des comprimés a été effectuée. Le taux de libération des OD-LSTs était statisquement supérieur comparativement aux comprimés ODTs. La formulation choisie a démontré une stabilité pour une période d’au moins 6 mois. Il a été conclu que des ODT de clozapine peuvent être préparés avec succès en utilisant la technologie LS dans le but d’améliorer la désintégration et le taux de dissolution de la clozapine dans la cavité orale.

Electrochemical and sonoelectrochemical monitoring of indigo reduction by glucose

The reduction of indigo (dispersed in water) to leuco-indigo (dissolved in water) is an important industrial process and investigated here for the case of glucose as an environmentally benign reducing agent. In order to quantitatively follow the formation of leuco-indigo two approaches based on (i) rotating disk voltammetry and (ii) sonovoltammetry are developed. Leuco-indigo, once formed in alkaline solution, is readily monitored at a glassy carbon electrode in the mass transport limit employing hydrodynamic voltammetry. The presence of power ultrasound further improves the leuco-indigo determination due to additional agitation and homogenization effects. While inactive at room temperature, glucose readily reduces indigo in alkaline media at 65 degrees C. In the presence of excess glucose, a surface dissolution kinetics limited process is proposed following the rate law d eta(leuco-indigo)/dt = k x c(OH-) x S-indigo where eta(leuco-indigo) is the amount of leuco-indigo formed, k = 4.1 x 10(-9) m s(-1) (at 65 degrees C, assuming spherical particles of I gm diameter) is the heterogeneous dissolution rate constant,c(OH-) is the concentration of hydroxide, and Sindigo is the reactive surface area. The activation energy for this process in aqueous 0.2 M NaOH is E-A = 64 U mol(-1) consistent with a considerable temperature effects. The redox mediator 1,8-dihydroxyanthraquinone is shown to significantly enhance the reaction rate by catalysing the electron transfer between glucose and solid indigo particles. (c) 2006 Elsevier Ltd. All fights reserved.

Polymer-mediated disruption of drug crystallinity

Ibuprofen (IB), a BCS Class II compound, is a highly crystalline substance with poor solubility properties. Here we report on the disruption of this crystalline structure upon intimate contact with the polymeric carrier cross-linked polyvinylpyrrolidone (PVP-CL) facilitated by low energy simple mixing. Whilst strong molecular interactions between APIs and carriers within delivery systems would be expected on melting or through solvent depositions, this is not the case with less energetic mixing. Simple mixing of the two compounds resulted in a significant decrease in the differential scanning calorimetry (DSC) melting enthalpy for IB, indicating that approximately 30% of the crystalline content was disordered. This structural change was confirmed by broadening and intensity diminution of characteristic IB X-ray powder diffractometry (PXRD) peaks. Unexpectedly, the crystalline content of the drug continued to decrease upon storage under ambient conditions. The molecular environment of the mixture was further investigated using Fourier transform infrared (FT-IR) and Fourier transform Raman (FT-Raman) spectroscopy. These data suggest that the primary interaction between these components of the physical mix is hydrogen bonding, with a secondary mechanism involving electrostatic/hydrophobic interactions through the IB benzene ring. Such interactions and subsequent loss of crystallinity could confer a dissolution rate advantage for IB. (C) 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.

Stochiometrically governed molecular interactions in drug: Poloxamer solid dispersions

This study probes the molecular interactions between model drugs and poloxamers that facilitate dissolution rate improvements using solid dispersions. Ibuprofen and ketoprofen solid dispersions were prepared at different mole ratios using poloxamers 407 and 188. The carbonyl stretching vibration of the ibuprofen dimer shifted to higher wavenumber in the infrared spectra of 2:1 drug:carrier mole ratio solid dispersions, indicating disruption of the ibuprofen dimer concomitant with hydrogen bond formation between the drug and carrier. Solid dispersions with mole ratios >2:1 drug:carrier (up to 29:1) showed both ibuprofen hydrogen-bonded to the poloxamer, and excess drug present as dimers. X-ray diffraction studies confirmed these findings with no evidence of crystalline drug in 2:1 mole ratio systems whereas higher drug loadings retained crystalline ibuprofen. Similar results were found with ketoprofen-poloxamer solid dispersions. Thermal analysis of ibuprofen-poloxamer 407 solid dispersions and their resultant phase diagram suggested solid solutions and a eutectic system were formed, depending on drug loading. Dissolution studies showed fastest release from the solid solutions; dissolution rates from solid solutions were 12-fold greater than the dissolution of ibuprofen powder whereas the eutectic system gave a 6-fold improvement over the powder. When designing solid dispersions to improve the delivery of poorly-water soluble drugs, the nature of drug:carrier interactions, which are governed by the stochiometry of the composition, can affect the dissolution rate improvement.

Synthesis and characterization of glass-ceramic microspheres for thermotherapy

Glass microspheres containing radionuclides are used to treat liver cancer. A promising alternative therapy is being developed based on the magnetic hyperthermia which is related to the heat supplied by a magnetic material under an alternating current magnetic field. The advantage of this option is that most of killed cells are cancer cells which are more susceptible to the temperature raise. In the present work aluminum iron silicate glasses containing minor glass modifiers and nucleating agents were synthesized as irregular shape particles which were further transformed in microspheres by using a petrol liquefied gas-oxygen torch. The optimized processing parameters which lead to microspheres that give a response to the magnetic field were determined. The dissolution rate in water at 90 degrees C was determined to be 3 x 10(-8) g cm(-2) min(-1). The microsphere size distribution was determined by laser scattering. The crystalline phase responsible for the ferromagnetic response was identified as magnetite. Since this phase has a high saturation magnetization and high Curie temperature, it is potentially useful for biomedical applications. The hysteresis magnetic loop was measured for materials produced in different conditions, and some of them showed to be appropriated for thermotherapy. The ratio Fe(3+)/Fe(total) was determined by Mossbauer spectroscopy. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.