Contribution au développement de matrices hydrophiles à base de carboxyméthylamidon sodique à haute teneur en amylose : élaboration et évaluation des performances

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Développement d'un implant solide biodégradable à base d'amidon réticulé à teneur élevée en amylose, pour la libération contrôlée d'un principe actif

Thèse diffusée initialement dans le cadre d'un projet pilote des Presses de l'Université de Montréal/Centre d'édition numérique UdeM (1997-2008) avec l'autorisation de l'auteur.

High-amylose carboxymethyl starch matrices for oral sustained drug-release : in vitro and in vivo evaluation

Les amidons non modifiées et modifiés représentent un groupe d’excipients biodégradables et abondants particulièrement intéressant. Ils ont été largement utilisés en tant qu’excipients à des fins diverses dans des formulations de comprimés, tels que liants et/ou agents de délitement. Le carboxyméthylamidon sodique à haute teneur en amylose atomisé (SD HASCA) a été récemment proposé comme un excipient hydrophile à libération prolongée innovant dans les formes posologiques orales solides. Le carboxyméthylamidon sodique à haute teneur en amylose amorphe (HASCA) a d'abord été produit par l'éthérification de l'amidon de maïs à haute teneur en amylose avec le chloroacétate. HASCA a été par la suite séché par atomisation pour obtenir le SD HASCA. Ce nouvel excipient a montré des propriétés présentant certains avantages dans la production de formes galéniques à libération prolongée. Les comprimés matriciels produits à partir de SD HASCA sont peu coûteux, simples à formuler et faciles à produire par compression directe. Le principal objectif de cette recherche était de poursuivre le développement et l'optimisation des comprimés matriciels utilisant SD HASCA comme excipient pour des formulations orales à libération prolongée. A cet effet, des tests de dissolution simulant les conditions physiologiques du tractus gastro-intestinal les plus pertinentes, en tenant compte de la nature du polymère à l’étude, ont été utilisés pour évaluer les caractéristiques à libération prolongée et démontrer la performance des formulations SD HASCA. Une étude clinique exploratoire a également été réalisée pour évaluer les propriétés de libération prolongée de cette nouvelle forme galénique dans le tractus gastro-intestinal. Le premier article présenté dans cette thèse a évalué les propriétés de libération prolongée et l'intégrité physique de formulations contenant un mélange comprimé de principe actif, de chlorure de sodium et de SD HASCA, dans des milieux de dissolution biologiquement pertinentes. L'influence de différentes valeurs de pH acide et de temps de séjour dans le milieu acide a été étudiée. Le profil de libération prolongée du principe actif à partir d'une formulation de SD HASCA optimisée n'a pas été significativement affecté ni par la valeur de pH acide ni par le temps de séjour dans le milieu acide. Ces résultats suggèrent une influence limitée de la variabilité intra et interindividuelle du pH gastrique sur la cinétique de libération à partir de matrices de SD HASCA. De plus, la formulation optimisée a gardé son intégrité pendant toute la durée des tests de dissolution. L’étude in vivo exploratoire a démontré une absorption prolongée du principe actif après administration orale des comprimés matriciels de SD HASCA et a montré que les comprimés ne se sont pas désintégrés en passant par l'estomac et qu’ils ont résisté à l’hydrolyse par les α-amylases dans l'intestin. Le deuxième article présente le développement de comprimés SD HASCA pour une administration orale une fois par jour et deux fois par jour contenant du chlorhydrate de tramadol (100 mg et 200 mg). Ces formulations à libération prolongée ont présenté des valeurs de dureté élevées sans nécessiter l'ajout de liants, ce qui facilite la production et la manipulation des comprimés au niveau industriel. La force de compression appliquée pour produire les comprimés n'a pas d'incidence significative sur les profils de libération du principe actif. Le temps de libération totale à partir de comprimés SD HASCA a augmenté de manière significative avec le poids du comprimé et peut, de ce fait, être utilisé pour moduler le temps de libération à partir de ces formulations. Lorsque les comprimés ont été exposés à un gradient de pH et à un milieu à 40% d'éthanol, un gel très rigide s’est formé progressivement sur leur surface amenant à la libération prolongée du principe actif. Ces propriétés ont indiqué que SD HASCA est un excipient robuste pour la production de formes galéniques orales à libération prolongée, pouvant réduire la probabilité d’une libération massive de principe actif et, en conséquence, des effets secondaires, même dans le cas de co-administration avec une forte dose d'alcool. Le troisième article a étudié l'effet de α-amylase sur la libération de principe actif à partir de comprimés SD HASCA contenant de l’acétaminophène et du chlorhydrate de tramadol qui ont été développés dans les premières étapes de cette recherche (Acetaminophen SR et Tramadol SR). La modélisation mathématique a montré qu'une augmentation de la concentration d’α-amylase a entraîné une augmentation de l'érosion de polymère par rapport à la diffusion de principe actif comme étant le principal mécanisme contrôlant la libération de principe actif, pour les deux formulations et les deux temps de résidence en milieu acide. Cependant, même si le mécanisme de libération peut être affecté, des concentrations d’α-amylase allant de 0 UI/L à 20000 UI/L n'ont pas eu d'incidence significative sur les profils de libération prolongée à partir de comprimés SD HASCA, indépendamment de la durée de séjour en milieu acide, le principe actif utilisé, la teneur en polymère et la différente composition de chaque formulation. Le travail présenté dans cette thèse démontre clairement l'utilité de SD HASCA en tant qu'un excipient à libération prolongée efficace.

Modeling a system of phosphated cross-linked high amylose for controlled drug release. Part 2: Physical parameters, cross-linking degrees and drug delivery relationships

High amylose cross-linked to different degrees with sodium trimetaphosphate by varying base strength (2% or 4%) and contact time (0.5-4 h) was evaluated as non-compacted systems for sodium diclophenac controlled release. The physical properties and the performance of these products for sodium diclophenac controlled release from non-compacted systems were related to the structures generated at each cross-linking degree. For samples at 2% until 2 h the swelling ability, G' and eta* values increased with the cross-linking degree, because the longer polymer chains became progressively more entangled and linked. This increases water uptake and holding, favoring the swelling and resulting in systems with higher viscosities. Additionally, the increase of cross-linking degree should contribute for a more elastic structure. The shorter chains with more inter-linkages formed at higher cross-linking degrees (2%4h and 4%) make water caption and holding difficult, decreasing the swelling, viscosity and elasticity. For 2% samples, the longer drug release time exhibited for 2%4h sample indicates that the increase of swelling and viscosity contribute for a more sustained drug release, but the mesh size of the polymeric network seems to be determinant for the attachment of drug molecules. For the 4% samples, smaller meshes size should determine less sustained release of drug. (C) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Preparation and characterization of free films of high amylose/pectin mixtures cross-linked with sodium trimetaphosphate

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Influence of phosphated cross-linked high amylose on in vitro release of different drugs

The influence of structural characteristics of high amylose cross-linked at different degrees on the release of drugs with important molecular differences, namely sodium diclophenac (SD) and nicotinamide (NI), was assessed in vitro from non-compacted systems. The release profiles were related with classical kinetic mathematical models for better understanding of the release mechanism. An increase in polymer cross-linking degree resulted in longer release time for both drugs, although SD generally was released slower than NI. SD release from samples cross-linked at 2% of basis was driven mainly by Fickian diffusion, while from samples cross-linked at 4% of basis follows anomalous mechanism. Inversely, anomalous mechanism was responsible for NI release from 2% samples and Fickian diffusion from 4% samples. Results suggest that the performance of cross-linked high amylose as excipient for controlled drug release not only depends on cross-linking degree but also is highly influenced by structural characteristics of the drug. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Modeling a system of phosphated cross-linked high amylose for controlled drug release. Part 1: Synthesis and polymer characterization

High amylose was cross-linked with sodium trimetaphosphate (STMP) using 2% and 4% solutions of NaOH at room temperature with reaction contact times of 0.5, 1, 2 and 4 h. The different polymers obtained were analyzed by FT IR, C-13 and P-31 solid state NMR, SEM and C, H and P elemental analysis. The results were used to propose a two-stage mechanism for phosphate incorporation, the first being kinetically controlled. (C) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.