UNIVERZA V LJUBLJANI FAKULTETA ZA FARMACIJO
TJAŠA ŽAGAR
MAGISTRSKA NALOGA
ENOVITI MAGISTRSKI ŠTUDIJSKI PROGRAM FARMACIJA
Ljubljana, 2021
UNIVERZA V LJUBLJANI FAKULTETA ZA FARMACIJO
TJAŠA ŽAGAR
VPLIV SESTAVE IN MLETJA KOMPAKTATOV NA SPROŠČANJE KARVEDILOLA IZ OGRODNIH TABLET S
HIPROMELOZO
EFFECTS OF RIBBONS COMPOSITION AND MILLING ON THE RELEASE OF CARVEDILOL FROM
HYPROMELLOSE-BASED MATRIX TABLETS
Ljubljana, 2021
Magistrsko nalogo sem opravljala v Krki, tovarni zdravil, d.d., Novo mesto pod mentorstvom prof. dr. Franca Vrečerja, mag. farm. in somentorstvom dr. Grege Hudovornika, mag. farm.
Zahvala
Iskreno se zahvaljujem prof. dr. Francu Vrečerju, mag. farm. in dr. Gregi Hudovorniku, mag. farm. za strokovno pomoč in usmeritve med delom. Hvala tudi Aleši Dular Vovko za vse nasvete pri pisanju magistrske naloge in odgovore na moja številna vprašanja. Hvala vsem iz Krke d.d., Novo mesto za pomoč pri laboratorijskem delu. Največja HVALA gre vsem mojim domačim, zlasti mami in očiju. Hvala vama, da sta vedno tu, mi stojita ob strani, me podpirata in spodbujata. Hvala tudi vsem sošolcem in prijateljem za popestritev študijskih let. Zaradi vas so bili tudi zahtevnejši dnevi bistevno lepši in lažji.
Izjava
Izjavljam, da sem magistrsko nalogo samostojno izdelala pod mentorstvom prof. dr. Franca Vrečerja, mag. farm. in somentorstvom dr. Grege Hudovornika, mag. farm.
Tjaša Žagar
Predsednik komisije: izr. prof. dr. Tomaž Vovk, mag. farm.
Članica komisije: asist. dr. Meta Kokalj Ladan, mag. farm., univ. dipl. fiz.
I
VSEBINA
POVZETEK ... V ABSTRACT ... V SEZNAM OKRAJŠAV ... VII
1. UVOD ... 1
1.1. GRANULIRANJE ... 2
1.2. KOMPAKTIRANJE ... 4
1.3. MLETJE ... 8
1.3.1. KLADIVAR ... 10
1.3.2. OSCILIRAJOČI MLIN ... 11
1.3.3. KONIČNI MLIN ... 12
1.4. FARMACEVTSKE OBLIKE S PRIREJENIM SPROŠČANJEM ... 13
1.4.1. HIDROFILNE OGRODNE TABLETE ... 14
1.5. NAČRTOVANJE EKSPERIMENTOV (DoE) ... 16
2. NAMEN DELA... 17
3. MATERIALI IN METODE ... 18
3.1. MATERIALI ... 18
3.1.1. SUROVINE ZA IZDELAVO OGRODNIH TABLET ... 18
3.1.2. SUROVINE ZA IZVEDBO ANALIZ ... 20
3.2. METODE ... 20
3.2.1. METODE UPORABLJENE ZA IZDELAVO OGRODNIH TABLET ... 20
3.2.1.1. Priprava zmesi za kompaktiranje ... 20
3.2.1.2. Izdelava kompaktatov ... 21
3.2.1.3. Priprava granulata ... 21
3.2.1.4. Priprava zmesi za tabletiranje... 23
3.2.1.5. Tabletiranje... 24
3.2.2. METODE UPORABLJENE ZA IZVEDBO ANALIZ ... 24
3.2.2.1. Določanje velikosti delcev granulata ... 24
3.2.2.1.1. Sejalna analiza ... 24
3.2.2.1.2. Vrednotenje porazdelitve velikosti delcev s Parsum sondo ... 24
3.2.2.1.3. Camsizer ... 25
3.2.2.2. IPK analize ... 26
3.2.2.2.1. Nasipni in stresalni volumen granulata ... 26
II
3.2.2.2.2. Izguba pri sušenju granulata ... 27
3.2.2.2.3. Masa, debelina, dolžina in trdnost ogrodnih tablet... 27
3.2.2.3. Sproščanje karvedilola iz ogrodnih tablet ... 27
3.2.2.4. Vsebnost karvedilola v ogrodnih tabletah ... 28
4. REZULTATI IN RAZPRAVA ... 30
4.1. DoE: VPLIV RAZLIČNIH PARAMETROV SEJANJA NA PARTIKULATNE LASTNOSTI GRANUL IN SPROŠČANJE ... 31
4.1.1. VELIKOST IN PORAZDELITEV VELIKOSTI DELCEV ... 31
4.1.1.1. Sejalna analiza ... 31
4.1.1.2. Vrednotenje porazdelitve velikosti delcev s Parsum sondo ... 33
4.1.1.3. Camsizer ... 37
4.1.1.4. Primerjalno vrednotenje rezultatov določanja velikosti delcev granulatov z različnimi metodami ... 42
4.1.2. IPK ANALIZE ... 48
4.1.2.1. Nasipni in stresalni volumen granulata ... 48
4.1.2.2. Izguba pri sušenju granulata ... 50
4.1.2.3. Masa, debelina, dolžina in trdnost ogrodnih tablet... 51
4.1.3. SPROŠČANJE KARVEDILOLA IZ OGRODNIH TABLET ... 52
4.2. VPLIV STROJA ZA MLETJE NA SPROŠČANJE Z MINIMIZACIJO VPLIVA PSD. 60 4.2.1. DOLOČITEV FAKTORJA PODOBNOSTI ... 61
5. SKLEPI IN ZAKLJUČEK ... 63
6. VIRI IN LITERATURA ... 65
KAZALO SLIK
Slika 1: Valjčni kompaktor s horizontalno nameščenima valjema in z označenimi posameznimi področji. ... 5Slika 2: Shematski prikaz kompaktiranja. ... 8
Slika 3: Shema kladivarja. ... 11
Slika 4: Shema oscilirajočega mlina. ... 12
Slika 5: Shema koničnega mlina. ... 13
Slika 6: Vijačni nož in mreža pri koničnem mlinu. ... 13
Slika 7: Shema hidrofilne ogrodne tablete med nabrekanjem v mediju. ... 15
Slika 8: Shema hidrofilne ogrodne tablete s posameznimi plastmi nastalimi med nabrekanjem. .... 15
Slika 9: Strukturna formula karvedilola. ... 18
III
KAZALO TABEL
Tabela I: Sestava ogrodne tablete. ... 20
Tabela II: Vzorci pripravljenih granulatov (1. sklop). ... 22
Tabela III: Deleži uporabljenih frakcij za pripravo zmesi za tabletiranje (2. sklop). ... 23
Tabela IV: Vzorci pripravljenih granulatov (2. sklop). ... 23
Tabela V: Rezultati analize Camsizer za granulate z MCC. ... 37
Tabela VI: Rezultati analize Camsizer za granulate z laktozo. ... 37
Tabela VII: F- in p-vrednosti statistične analize vpliva kategoričnih spremenljivk na velikost delcev granulata. ... 45
Tabela VIII: Tabela s podatki o povprečni masi, debelini, dolžini in trdnosti ogrodnih tablet z MCC. ... 51
Tabela IX: Tabela s podatki o povprečni masi, debelini, dolžini in trdnosti ogrodnih tablet z laktozo. ... 51
Tabela X: Rezultati analize kinetike sproščanja karvedilola iz ogrodnih tablet s hipromelozo. ... 55
Tabela XI: F- in p-vrednosti statistične analize vpliva kategoričnih spremenljivk na sproščanje karvedilola. ... 56
Tabela XII: Vrednosti faktorja podobnosti (f2). ... 61
KAZALO ENAČB
Enačba 1: Korsmeyer-Peppas model kinetike sproščanja. ... 54Enačba 2: Higuchi model kinetike sproščanja. ... 54
Enačba 3: Model kinetike sproščanja 1. reda. ... 55
Enačba 4: Faktor podobnosti (f2). ... 61
KAZALO GRAFOV
Graf 1: Diagram sejalne analize granulatov z MCC. ... 31Graf 2: Diagram sejalne analize granulatov z laktozo. ... 32
Graf 3: Graf volumske kumulativne porazdelitve velikosti granul z MCC (Parsum). ... 33
Graf 4: Graf porazdelitve velikosti granul z MCC v masnih deležih posamezne velikostne frakcije (Parsum). ... 34
Graf 5: Graf volumske kumulativne porazdelitve velikosti granul z laktozo (Parsum). ... 35
Graf 6: Graf porazdelitve velikosti granul z laktozo v masnih deležih posamezne velikostne frakcije (Parsum). ... 35
Graf 7: Graf volumske porazdelitve velikosti granul z MCC (Camsizer). ... 38
Graf 8: Graf volumske porazdelitve velikosti granul z laktozo (Camsizer). ... 39
Graf 9: Graf d10 vrednosti dobljenih s Parsum sondo in Camsizerjem. ... 40
Graf 10: Graf d50 vrednosti dobljenih s Parsum sondo in Camsizerjem. ... 41
Graf 11: Graf d90 vrednosti dobljenih s Parsum sondo in Camsizerjem. ... 41
IV
Graf 12: Prikaz statistično značilnega vpliva vrste uporabljenega mlina in velikosti odprtin
uporabljene mreže na velikost granul d10. ... 46
Graf 13: Prikaz statistično značilnega vpliva vrste uporabljenega mlina in velikosti odprtin uporabljene mreže na velikost granul d90. ... 46
Graf 14: Graf nasipnih in stresalnih volumnov granulatov z MCC. ... 48
Graf 15: Graf nasipnih in stresalnih volumnov granulatov z laktozo. ... 48
Graf 16: Graf % zaostale vlage v granulatih. ... 50
Graf 17: Graf sproščanja karvedilola iz ogrodnih tablet z MCC v mediju s pH 4,5. ... 52
Graf 18: Graf sproščanja karvedilola iz ogrodnih tablet z laktozo v mediju s pH 4,5. ... 53
Graf 19: Prikaz statistično značilnega vpliva vrste uporabljenega mlina in uporabljenega polnila na sproščanje karvedilola po treh urah izvajanja analize ... 57
Graf 20: Prikaz statistično značilnega vpliva vrste uporabljenega mlina in uporabljenega polnila na sproščanje karvedilola po sedmih urah izvajanja analize ... 57
Graf 21: Graf sproščanja karvedilola iz ogrodnih tablet v mediju s pH 4,5. ... 60
V
POVZETEK
Uporaba ogrodnih sistemov kot nosilcev prirejenega sproščanja je zaradi številnih prednosti v porastu. V ta namen se najpogosteje uporablja hipromeloza (HPMC), ki ima ob stiku z vodnimi raztopinami visoko sposobnost tvorbe gela.
V okviru magistrske naloge smo pripravili ogrodne tablete s hipromelozo in karvedilolom kot modelno zdravilno učinkovino. Z valjčnim kompaktiranjem smo iz praškaste zmesi pripravili kompaktate sestavljene iz različnih polnil. Kompaktate smo po izdelavi mleli z različnimi vrstami mlinov pri izbranih procesnih parametrih mletja, nastale granule pa tabletirali v ogrodne tablete.
Preveriti smo želeli, ali in kako razlike v vrsti uporabljenega polnila ter načinu mletja kompaktatov vplivajo na fizikalne in partikulatne lastnosti granul in sproščanje zdravilne učinkovine iz končne farmacevtske oblike. Na velikost granul najbolj vpliva izbira mlina za mletje, poleg tega pa je velikost granul odvisna tudi od velikosti odprtin uporabljene mreže. Nakazuje se tudi vpliv vrste uporabljenega polnila. Na sproščanje karvedilola iz ogrodnih tablet s hipromelozo vplivata vrsta uporabljenega mlina ter uporabljeno polnilo, pri čemer je vpliv vrste uporabljenega mlina preko vpliva na velikost granul izrazitejši v začetnem delu profila sproščanja, po vzpostavitvi gelskega plašča pa začne prevladovati vpliv uporabljenega polnila.
Ključne besede: kompaktiranje, mletje, velikost granul, sproščanje, ogrodne tablete, vrsta polnila
ABSTRACT
The use of matrices as modified-release carriers is increasing due to its many advantages.
Hypromellose (HPMC), which has a high gel-forming ability upon contact with the aquoeus solutions, is most commonly used for this purpose.
As part of the master's thesis, hypromellose matrix tablets were prepared with carvedilol as a model active ingredient. Using roller compaction, ribbons consisting of various fillers were prepared from the powdered mixture. The ribbons were subjected to milling using different types of mills by applying selected milling process parameters, and the resulting granules were formed into matrix tablets.
We wanted to verify if and how the differences in the type of filler used and the method of ribbon milling affect the physical and particulate matter properties of the granules and the
VI
release of the active ingredient from the final dosage form. The size of the granules depends mostly on type of the mill. Furthermore, the size of the granules also depends on the screen size of the sieve used. The influence of the type of filler used was also indicated.
The release of carvedilol from the hypromellose matrix tablets is influenced by the type of mill and the filler used, whereby the impact of the type of mill used is more pronounced in the initial part of the release profile, whereas after the gel layer has been formed, the impact of the filler used becomes more dominant.
Keywords: compaction, milling, granule size, release, matrix tablets, type of filler
VII
SEZNAM OKRAJŠAV
HPMC hidroksipropilmetil celuloza, hipromeloza MCC mikrokristalna celuloza
DoE »Design of Experiments«, pristop načrtovanja eksperimentov PSD »particle size distribution«, porazdelitev velikosti delcev
BCS »Biopharmaceutical classification sheme«, Biofarmacevtska klasifikacija zdravil SFT »spatial filtering technique«, tehnika prostorskega filtra
DIA »dynamic image analysis«, dinamična slikovna analiza SPHT »sphericity«, parameter okroglosti
f2 faktor podobnosti
d10 premer delca, pri katerem je 10 % delcev manjših od te vrednosti
d50 premer delca, pri katerem je 50 % delcev manjših od te vrednosti
d90 premer delca, pri katerem je 90 % delcev manjših od te vrednosti
n difuzijski koeficient (Korsmeyer-Peppas model)
1
1. UVOD
Za dosego prirejenega sproščanja se danes najpogosteje uporabljajo ogrodni sistemi, pri katerih je zdravilna učinkovina dispergirana v polimernem nosilcu. Eden izmed najpogosteje uporabljenih polimerov je hipromeloza (hidroksipropilmetil celuloza, HPMC). Hipromeloza je hidrofilni derivat celuloze. Zaradi svoje dostopnosti, varnosti in netoksičnosti predstavlja enega izmed najpogosteje uporabljenih polimerov v sistemih s prirejenim sproščanjem. Zaradi dobre kompatibilnosti jo lahko v ogrodnih sistemih kombiniramo z različnimi zdravilnimi učinkovinami. Poleg tega pa ima hipromeloza ob stiku z medijem visoko sposobnost in hitrost nabrekanja in s tem tvorbe gela. Ogrodne tablete lahko enostavno izdelamo z metodo direktnega tabletiranja. Vendar pa lahko različne neustrezne fizikalne lastnosti (slabe pretočne lastnosti, slaba stisljivost,..) zmesi za tabletiranje tovrstni pristop izdelave tablet onemogočajo, zato moramo v takšnih primerih uporabiti izdelavo tablet z vmesno fazo granuliranja. V zadnjih letih narašča uporaba valjčnega kompaktiranja kot pristopa suhega granuliranja pri izdelavi ogrodnih tablet. V primerjavi z direktnim tabletiranjem tovrsten pristop omogoča izdelavo ogrodnih tablet, ki dosegajo večjo enakomernost vsebnosti končne farmacevtske oblike. Poleg tega pa proces valjčnega kompaktiranja zaradi svoje enostavnosti omogoča boljši nadzor nad velikostjo delcev in njihovo porazdelitvijo (1).
Pri preučevanju vplivov posameznih spremenljivk na kakovost končnega izdelka lahko uporabimo pristop načrtovanja eksperimentov (»Design of Experiments«, DoE), ki temelji na uporabi statističnih metod in pristopov. Vključuje vrsto skrbno načrtovanih poskusov, tekom katerih spreminjamo posamezne vstopne spremenljivke in ugotavljamo, kako takšno spreminjanje vpliva na končni izid procesa oziroma lastnosti produkta. Z ustrezno izbiro in nastavitvijo posameznih spremenljivk lahko namreč dosežemo izboljšanje in optimizacijo procesa (2).
2
1.1. GRANULIRANJE
Granuliranje je proces rasti in združevanja delcev, pri katerem se praškasti delci povezujejo v večje obstojne aglomerate, običajno velike med 0,2 in 4,0 mm, znotraj katerih pa lahko še vedno identificiramo osnovne delce. S procesom granuliranja izdelamo granule oziroma zrnca, ki lahko predstavljajo končno farmacevtsko obliko, pogosteje pa je izdelan granulat le vmesna stopnja pri izdelavi tablet ali kapsul (3, 5).
Procesa granuliranja se v farmaciji poslužujemo iz različnih razlogov. Z granuliranjem spremenimo velikost in porazdelitev velikosti delcev ter izboljšamo pretočne lastnosti prahov, kar omogoča lažje tabletiranje ali polnjenje v kapsule. Granuliranje zmanjša možnost morebitne segregacije posameznih komponent praškaste zmesi, ki se med seboj razlikujejo po velikosti, gostoti ali obliki. Zaradi zmanjšane segregacije lahko posledično lažje zagotovimo enakomernost vsebnosti končne trdne farmacevtske oblike. Ker granule na enoto mase zavzamejo manjši volumen, zmanjšan nasipni volumen omogoča tudi lažji transport in shranjevanje (zmerne velikosti kapsul, zmanjšan volumen primarnih vsebnikov). Procesa granuliranja se poslužujemo tudi z namenom izboljšanja močljivosti ter kompaktibilnosti tabletne zmesi. Granuliranje omogoči zmanjšanje površine, ki je v stiku z zunanjim okoljem, posledično pa zmanjša možnost adheriranja higroskopnih snovi ter izboljša fizikalno in kemično stabilnost zdravilne učinkovine. Z granuliranjem zmanjšamo prašenje, ki lahko spremlja delo in oblikovanje iz prahov, kar izboljša varnost pri delu in zmanjša obremenitev okolja (3, 4, 5).
Granule lahko izdelamo z različnimi metodami. Poznamo pristope:
• suhega granuliranja,
• vlažnega granuliranja in
• granuliranja s talinami (3).
Med suho granuliranje uvrščamo kompaktiranje in briketiranje. S suhim granuliranjem se izognemo uporabi tekočin, saj se adhezijske sile tvorijo zaradi aplikacije zunanjega tlaka in uporabe suhega veziva. Pri tem dobimo kompaktate ali brikete, ki jih je nato potrebno razdrobiti in ustrezno velikostno frakcijo pridobiti s sejanjem (3).
Med vlažno granuliranje uvrščamo granuliranje v zvrtinčenih plasteh (»fluid bed«
granuliranje) in granuliranje v hitro (»high shear« oziroma visokostrižno granuliranje) oz.
počasi (»low shear« oziroma nizkostrižno granuliranje) vrtečih mešalnikih oziroma granulatorjih. Pri vlažnem granuliranju uporabljamo tekočino za granuliranje, ki je lahko
3
čisto topilo oziroma kombinacija različnih topil ali pa raztopina veziva, v kateri so lahko dispergirane še druge komponente (npr. površinsko aktivne snovi, zdravilna učinkovina, stabilizatorji,…). Topilo mora biti netoksično in hlapno, da ga lahko v nadaljevanju s sušenjem učinkovito odstranimo. Najpogosteje se kot topilo uporabljajo voda, etanol, izopropanol ali njihove kombinacije. Največja pomanjkljivost uporabe vode je morebitna hidroliza zdravilnih učinkovin, ki so občutljive na njeno prisotnost, poleg tega pa je za sušenje v primerjavi z uporabo organskega topila potreben daljši čas in več energije, kar vpliva na ekonomičnost procesov v industrijskem merilu. Prednost uporabe vode v procesu vlažnega granuliranja je predvsem njena nevnetljivost, poleg tega pa je v primerjavi z organskimi topili tudi ekološko sprejemljivejša. Organska topila uporabljamo večinoma le pri granuliranju zdravilnih učinkovin, ki so občutljive na vlago (hidrolizna nestabilnost).
Vezivo omogoča adhezijo med osnovnimi praškastimi delci, ko se po končani fazi sušenja granulat posuši. Kot veziva se najpogosteje uporabljajo polimerni materiali, kot so polivinilpirolidon, hidroksipropilmetilceluloza, mikrokristalna celuloza,... Pri vlažnem granuliranju tekočino za granuliranje razpršujemo na osnovne praškaste delce. Primarni delci se zaradi tvorbe tekočinskih mostičkov povezujejo med seboj. Tekočinski mostički so le začasne povezave pri procesu vlažnega granuliranja, saj se med fazo sušenja z izhlapevanjem topila tvorijo trajne povezave v obliki trdnih snovnih mostičkov. Velikost nastalih aglomeratov je odvisna od ravnotežja med njihovim združevanjem in rastjo zaradi dodajanja tekočine za granuliranje in njihovim zmanjševanjem, obrabe in drobljenja zaradi kontinuiranega mešanja (3, 6, 7).
Pri granuliranju s talinami se uporabljajo talilna veziva. Ta so pri sobni temperaturi v trdnem stanju, v tekoče stanje pa najpogosteje preidejo v temperaturnem območju med 50 in 80 °C. Vezivo v raztaljeni obliki (talini) razpršujemo po praškasti zmesi. Sledi ohladitev pod temperaturo tališča veziva. Vezivo se ponovno strdi in omogoči nastanek ogrodja, v katerem so med seboj povezani osnovni delci praškastih komponent v granulatu.
Granuliranje s talinami se uporablja tako pri izdelavi farmacevtskih oblik s takojšnjim sproščanjem kot tudi pri izdelavi farmacevtskih oblik s kontroliranim sproščanjem, z izdelavo trdnih disperzij pa lahko dosežemo tudi boljšo topnost v vodi slabo topnih zdravilnih učinkovin ter povečanje njihove biološke razpoložljivosti. Pristop granuliranja s talinami ni primeren za zdravilne učinkovine, ki so občutljive na toploto (4, 6, 8).
4
1.2. KOMPAKTIRANJE
Kompaktiranje predstavlja proces suhega granuliranja z uporabo valjčnega kompaktorja.
Najprej pripravimo homogeno zmes ene ali več zdravilnih učinkovin in pomožnih snovi.
Sledi proces kompaktiranja v valjčnem kompaktorju. Pod vplivom sile stiskanja vrtečih se valjev iz praškaste zmesi stisnemo kompaktat, ki ga nato zmeljemo, in po potrebi presejemo, da dosežemo želeno velikost granul. Granulatu v naslednji fazi primešamo še drsila in po potrebi še druge ekstragranularne pomožne snovi. V posebnih primerih lahko kot ekstragranularno komponento dodamo tudi zdravilno učinkovino. Nastala zmes je pripravljena za nadaljnje tehnološke postopke (npr. tabletiranje, kapsuliranje,…) (5).
Proces valjčnega kompaktiranja v valjčnem kompaktorju je sestavljen iz dovajanja zmesi do področja kompresijskih valjev, stiskanja oziroma kompaktiranja zmesi in izstopa nastalega kompaktata. Vsak od teh procesov poteka v določenem predelu oziroma področju valjčnega kompaktorja (Slika 1). Ločimo:
• Dovajalno področje oz. območje zdrsa (»Feeding zone«, »Slip region«)
To je področje dovajanja praškaste zmesi do področja kompresijskih valjev. Dovajanje zmesi mora biti enakomerno in s kontroliranim pretokom. Delci zmesi se premikajo s hitrostjo, ki je nižja od hitrosti vrtenja kompresijskih valjev. Do povečevanja gostote praškaste zmesi prihaja zaradi prerazporeditev trdnih delcev, ki začnejo zapolnjevati prostore napolnjene z zrakom. Pri prerazporeditvi sta pomembni predvsem oblika in velikost delcev (8, 9, 10).
• Kompresijsko področje oz. območje stiskanja (»Compaction zone«, »Nip region«) Kompresijsko področje predstavlja predel med dvema nasproti vrtečima se kompresijskima valjema. Je najpomembnejše področje za tvorbo kompaktata. Tu namreč poteka intenzivno stiskanje delcev trdne snovi ob sočasnem iztiskanju zraka. Razmak med kompresijskima valjema se zmanjšuje, povečuje pa se tlak stiskanja. Stiskanje praškaste zmesi poteka v območju, kjer je reža med kompresijskima valjema najmanjša. V kompresijskem področju se hitrost, s katero se premikajo delci zmesi, izenači s hitrostjo vrtenja kompresijskih valjev (8, 9, 10).
Kot posledica delovanja sile stiskanja prihaja med delci do tvorbe adhezijskih sil.
Povezave med delci so posledica vzpostavitve novih medmolekulskih povezav (van der Waalsove interakcije, vodikove vezi, elektrostatske interakcije) in tvorbe trdnih snovnih mostičkov. Ob povečanju sile stiskanja prihaja do deformacije delcev. Tako se poveča
5
površina in število mest, kjer lahko pride do nastanka molekularnih vezi in povezovanja med delci. Pri višjih silah stiskanja prihaja do fragmentacije delcev, pri čemer nastanejo nove površine, preko katerih se lahko vzpostavljajo nove interakcije s sosednjimi delci (8, 11).
• Ekstruzijsko področje oz. področje iztiskanja (»Extrusion zone«)
V ekstruzijskem področju se razmak med kompresijskima valjema ponovno poveča.
Prihaja do izstopa nastalega kompaktata, ki ga nato v naslednji fazi izpostavimo mletju (8).
Kljub temu da se kompaktiranje kot aglomeracijski proces v farmaciji uporablja že več desetletij, je njegova priljubljenost opazneje narastla šele v zadnjih letih. Pristop valjčnega kompaktiranja ima namreč številne prednosti. Tako nam omogoča, da se izognemo uporabi vode ali organskih topil, zato je primeren predvsem za zdravilne učinkovine, ki so občutljive na prisotnost vlage ali toplote. Ker se izognemo fazi sušenja, je suho granuliranje hitrejše, izdelava granulata z valjčnim kompaktorjem pa energetsko in stroškovno učinkovitejša. Zaradi manjšega števila vmesnih procesnih faz valjčno kompaktiranje omogoča sklopitev s kontinuirano proizvodnjo. Z uporabo suhega granuliranja se izognemo negativnim vplivom vlažnega granuliranja, med drugim tudi potencialnemu nastanku nečistot oziroma sorodnih spojin in spremembi pojavne oblike zdravilne učinkovine oziroma pomožnih snovi. Slabost valjčnega kompaktiranja je
Slika 1: Valjčni kompaktor s horizontalno nameščenima valjema in z označenimi posameznimi področji.
6
morebitna višja vsebnost praškaste komponente v končnem granulatu, kar pa lahko zmanjšamo z ustrezno izbiro opreme in ustreznim nadzorom procesa. Paziti je potrebno tudi na lokalno segrevanje formulacije zaradi stiskanja. Prav tako pa lahko prihaja zaradi uporabe visokih sil pri stiskanju prahov v kompaktat tudi do sprememb pojavne oblike posameznih sestavin, katerih struktura je občutljiva na mehanske obremenitve. V primeru uporabe previsokih sil med kompaktiranjem lahko pride do zmanjšanja kompaktibilnosti, predvsem pri uporabi materialov, ki se plastično deformirajo. Zato je pomembno, da je uporabljena sila med kompaktiranjem dovolj visoka, da zagotovimo ustrezne lastnosti nastalih kompaktatov, in hkrati dovolj nizka, da preprečimo zmanjšanje kompaktibilnosti (5, 11, 12).
Za uspešen proces valjčnega kompaktiranja s čim nižjo končno vsebnostjo praškastih komponent je ključnega pomena že sama zasnova opreme. Zagotoviti je potrebno ustrezno odzračevanje zmesi v dovajalnem delu kompaktorja, še preden praškasta zmes pride do področja stiskanja. Ujetje zraka v kompaktat namreč povzroči njegovo razplastitev, poleg tega pa ujet zrak med stiskanjem kompaktata v kompresijskem področju uhaja ob straneh, kar vodi v nastanek nazobčenega roba kompaktata. Zagotovljeno mora biti enakomerno in kontrolirano dovajanje zmesi prahov v področje stiskanja ter enakomerna porazdelitev tlaka kompaktiranja po celotni površini valjev z namenom preprečitve nastajanja kompaktata variabilne gostote. Za zagotavljanje ustreznih lastnosti končnega kompaktata je pomembna tudi ustrezna nastavitev različnih procesnih spremenljivk. Številne študije navajajo, da sta tlak oziroma sila stiskanja najpomembnejši spremenljivki. Z naraščanjem vrednosti uporabljene sile stiskanja se tako zmanjšuje količina nastalih neželenih najdrobnejših delcev. Poleg tega lahko spreminjamo še hitrost vrtenja kompresijskih valjev, hitrost horizontalnega vijaka, hitrost vertikalnega vijaka, velikost reže med valjema (5, 11, 13).
Valjčni kompaktor lahko poleg polnilnega sistema in kompresijskih valjev vključuje tudi mlin za "in-situ" mletje kompaktatov. Takšen enovit sistem omogoča kontinuirano proizvodnjo (Slika 2).
Polnilni sistem dovaja zmes prahov do kompresijskih valjev, omogoča povečevanje gostote praškaste zmesi in odstranjevanje zraka, ki je prisoten med delci. Polnilni sistem ima pomembno vlogo pri zagotavljanju kakovosti kompaktata in kontroli procesnih parametrov. Zagotoviti je potrebno enakomeren in kontinuiran tok zmesi prahov v
7
dovajalnem delu kompaktorja do kompresijskih valjev. Le tako bo izdelani kompaktat ustrezne in ponovljive kakovosti, končna količina nekompaktiranega praškastega materiala pa najmanjša. Polnilni sistem je lahko orientiran vertikalno, poševno ali horizontalno.
Horizontalna orientacija omogoča najboljši nadzor nad tlakom in najmanjše uhajanje zmesi prahov. Polnilni sistem lahko deluje na osnovi gravitacije (»gravity feeder«) ali pa na osnovi prisile (»force feeder«). Gravitacijski način polnjenja je primeren za zmesi z dobro pretočnostjo, prisilni način polnjenja pa za zmesi z majhnimi osnovnimi delci, ki imajo slabše pretočne lastnosti. Medtem ko pri gravitacijskem načinu polnjenja sila gravitacije material usmerja proti območju stiskanja, pa pri prisilnem načinu vrteči se polž potiska zmes prahov proti kompresijskim valjem (5, 8, 14).
Kompresijska valja valjčnega kompaktorja imata enako velika premera, njuna površina pa je lahko gladka, valovita ali nazobčana. V farmacevtski industriji se najpogosteje uporabljajo valji z gladko ali valovito površino. Uporaba valjev z gladko površino lahko zmanjša lepljenje delcev na površino valjev. Valja sta lahko orientirana vertikalno, poševno ali horizontalno. Najpogosteje so v uporabi kompaktorji s horizontalno nameščenimi kompresijskimi valji, pri katerih je polnilni sistem nameščen vertikalno. Pri kompaktorjih s horizontalno orientacijo valjev lahko prihaja do izgubljanja materiala, ki se izogne področju stiskanja. Pri kompaktorjih z vertikalno nameščenimi valji je polnilni sistem običajno orientiran horizontalno. Kompresijska valja sta bodisi oba fiksno vpeta bodisi je fiksno vpet samo eden izmed njiju. Takšno vpetje enega izmed valjev omogoča hidravlični nadzor nad tlakom stiskanja. To pa pomeni, da se glede na masni tok dovedene praškaste zmesi razmak med kompresijskima valjema lahko samodejno spremeni. Pri kompaktorjih, pri katerih sta oba valja fiksno vpeta, je razmak med kompresijskima valjema konstanten, količina praškaste zmesi pri dovajanju do kompresijskega področja pa nestalna in se spreminja. To povzroča velike razlike tako v lastnostih nastalega kompaktata kot pri lastnostih granulata. V primeru uporabe kompaktorja, pri katerem je fiksno vpet samo eden izmed valjev, se razmak med kompresijskima valjema spreminja glede na količino dovedene praškaste zmesi. Sila stiskanja je ves čas konstanta. Posledično so morebitne razlike v lastnostih kompaktata in granulata minimalne (5, 8, 10, 14).
8
1.3. MLETJE
Mletje predstavlja vnos mehanske energije v sistem z namenom zmanjšanja velikosti delcev trdne snovi. Predstavlja pomembno procesno stopnjo v proizvodnji trdnih farmacevtskih oblik. Do zmanjševanja velikosti delcev prihaja zaradi vnosa energije v sistem, kar vodi v končno pretrganje vezi (16).
Z mletjem vplivamo na velikost delcev in porazdelitev velikosti delcev (PSD, »particle size distribution«). Velikost in porazdelitev velikosti delcev med mletjem se spreminjata s časom, kar lahko ponazorimo z modelom. Na začetku so prisotni nezmleti delci. Z začetkom mletja se njihova količina zmanjšuje, zmanjšuje se tudi vrednost povprečne velikosti delcev, saj začne naraščati količina delcev, ki so bili izpostavljeni mletju. Z nadaljnjim mletjem nastajajo vse manjši delci, tudi vrednost povprečne velikosti delcev je vse manjša. Velikost delcev je pomemben parameter kakovosti, saj vpliva na številne lastnosti tako zdravilne učinkovine in pomožnih snovi kot tudi medizdelkov in končnih izdelkov. Tako med drugim velikost delcev vpliva na pretočne lastnosti zmesi, kompresibilnost, trdnost tablet, enakomernost vsebnosti in sproščanje zdravilne učinkovine. Posledično pa ima velikost delcev pomembno vlogo pri številnih tehnoloških postopkih, kot so mešanje, granuliranje, sušenje, mletje, oblaganje, tabletiranje.
Slika 2: Shematski prikaz kompaktiranja. Prirejeno po (15).
9
Zagotavljanje ustrezne velikosti delcev in porazdelitve velikosti delcev je torej pomembno pri doseganju optimalnosti proizvodnih procesov, ki bodo omogočali izdelavo varnih, učinkovitih in kakovostnih končnih izdelkov (16, 17).
Mletje omogoči pridobivanje delcev z ožjo porazdelitvijo velikosti. Večina nastalih delcev je tako podobnih velikosti, posledično pa je v nadaljevanju olajšan proces mešanja, lažje zagotovimo homogenost uporabljene zmesi ter zmanjšamo možnost njene segregacije.
Mletje vpliva tudi na obliko delcev in izgled njihove površine. Z mletjem običajno pridobivamo delce nepravilnih oblik. Številne študije, ki so se nanašale predvsem na razvoj inhalacijskih praškov, so pokazale, da lahko lastnosti površine mletih delcev vplivajo tudi na močenje in obnašanje delcev med raztapljanjem (18, 19, 20).
Z mletjem torej povečamo celokupno površino, ki je v stiku z medijem za raztapljanje, in na kateri poteka raztapljanje, posledično pa se poveča tudi hitrost raztapljanja. Zmanjšanje velikosti delcev in povečanje njihove specifične površine je tako učinkovit pristop izboljšanja absorpcije tistih zdravilnih učinkovinah, pri katerih je le ta pogojena s hitrostjo raztapljanja (skupina IIa po Biofarmacevtski klasifikaciji zdravil (BCS,
»Biopharmaceutical classification scheme«) – zdravilne učinkovine s slabo topnostjo in dobro permeabilnostjo; zdravilne učinkovine, pri katerih je absorpcija pogojena s hitrostjo raztapljanja).
Pri intenzivnem mletju oziroma ob vnosu večjih količin energije v sistem med mletjem lahko prihaja do amorfizacije in nastanka amorfnih oblik. V primeru mletja snovi z nizko temperaturo tališča moramo uporabljati mline, ki se med mletjem ne segrevajo, sicer lahko pride do taljenja delcev zdravilne učinkovine ter zamašitve sita. Za mletje snovi z nizko temperaturo tališča ali snovi, ki so z vidika stabilnosti občutljive na višjo temperaturo, lahko uporabljamo tudi pristop kriogenega mletja, pri katerem delce snovi pred ali med procesom mletja ohlajamo. Najpogosteje pri tem porabimo ogljikov dioksid ali tekoči dušik. Problematično je lahko tudi mletje solvatov, pri katerem lahko pride do porušitve kristalne rešetke in desolvatacije. Sprosti se vlaga, kar pa lahko povzroči sprijemanje materiala in vodi v neučinkovit proces mletja (21, 22, 23, 24).
10
V uporabi so različni tipi mlinov. Zmanjševanje velikosti delcev med mletjem poteka preko udarcev delcev s steno komore mlina, trkov delcev trdne snovi med seboj, stiskanja, obrabe ali strižnih sil. Različni mlini se med seboj razlikujejo glede na način delovanja aplicirane sile, ki povzroči zmanjšanje delcev. Pri udarjanju uporabljena sila deluje pravokotno na površino delca, pri stiskanju aplicirana sila deluje proti sredini delca, pri obrabi pa uporabimo silo, ki deluje vzporedno s površino delca. Pri izbiri ustreznega mlina je potrebno upoštevati več dejavnikov: mehanske lastnosti materiala, ki ga želimo izpostaviti mletju (npr. trdnost, krhkost,..), njegove fizikalno-kemijske lastnosti (vsebnost vlage, abrazivnost, termolabilnost, toksičnost,..) ter željeno velikost, obliko in porazdelitev velikosti nastalih mletih delcev (25, 26).
V nadaljevanju bomo podrobneje predstavili izbrane vrste mlinov, ki smo jih uporabili pri eksperimentalnem delu.
1.3.1. KLADIVAR
Kladivar predstavlja enega izmed najstarejših in najpogosteje uporabljenih mlinov.
Sestavljen je iz kovinskega ohišja z gredjo v sredini, na katero je pritrjenih štiri ali več kladiv. Mletje temelji na ponavljajočih se trkih med delci trdne snovi s premikajočimi se kladivi. Poleg tega pa potekajo tudi medsebojni trki delcev in trki delcev s steno mlevne komore. V spodnjem delu mlina je mreža, skozi katero iz komore prehajajo delci z velikostjo manjšo od dimenzij odprtin v mreži. Na velikost nastajajočih mletih delcev vplivajo velikost delcev vstopnega materiala, hitrost vretenja gredi in izbira oblike kladiv.
Pri višji hitrostih vrtenja gredi običajno uporabljamo kladiva s topimi konicami. Pri tem poteka upraševanje materiala in pridobivanje fino mletih delcev. Nastali delci so manjši, porazdelitev velikosti teh delcev pa je ožja kot pri nižjih hitrostih vrtenja gredi, kjer običajno uporabljamo kladiva z ostrimi konicami. Te so primernejše pri drobljenju materiala oziroma pri pridobivanju bolj grobih delcev. Na velikost mletih delcev pa vpliva tudi velikost mreže mlina. Uporaba kladivarja je primerna predvsem za mletje krhkih materialov ter mletje vlažnih ali suhih granulatov. Uporabljamo ga tudi pri mletju zdravilnih učinkovin in pomožnih snovi. Med mletjem prihaja do sproščanja energije v obliki toplote, zato je takšen način mletja neprimeren za termolabilne zdravilne učinkovine. Uporabi kladivarja se izogibamo tudi pri uporabi abrazivnih materialov, ki
11
lahko ob dolgotrajnejši uporabi povzročijo obrabo nekaterih delov mlina in s tem kontaminacijo produkta s kovinskimi delci (22, 27, 28).
1.3.2. OSCILIRAJOČI MLIN
Oscilirajoči mlin je sestavljen iz rotorja in palic, ki z oscilirajočim gibanjem potiskajo delce trdne snovi skozi odprtine uvite mreže. Zmanjševanje velikosti delcev poteka preko njihove obrabe in delovanja strižnih sil. Velikost nastalih mletih delcev je odvisna od hitrosti oscilacije rotorja in velikosti odprtin uporabljene mreže. Velikost odprtin uporabljene mreže namreč določa velikost mletih delcev. Nastali mleti delci so bolj pravilnih oblik. Količina nastalih fino mletih delcev je majhna, porazdelitev velikosti nastalih mletih delcev pa ozka. Oscilirajoče mline uporabljamo pri mletju vlažnih ali suhih granulatov pa tudi pri mletju tablet in kompaktatov. Pri uporabi oscilirajočega mlina ne prihaja do sproščanja večjih količin energije, zato je v nasprotju z uporabo kladivarja takšen način mletja primeren tudi za termolabilne zdravilne učinkovine. Ob dolgotrajni uporabi moramo paziti, da ne pride do kontaminacije mletega materiala s kovinskimi delci mrež, ki se med oscilacijo rotorja lahko odlomijo (22, 27, 30).
Slika 3: Shema kladivarja. Prirejeno po (29).
12 1.3.3. KONIČNI MLIN
Konični mlin je sestavljen iz vrtljivega noža in konično oblikovane mreže. Nož se vrti, ob tem pa prihaja do vijačnega gibanja delcev trdne snovi. Delci se v nekem trenutku ujamejo med rob noža in mrežo, ob tem prihaja do njihovega loma. Nastali mleti delci nato preidejo skozi odprtine mreže. Na velikost in obliko mletih delcev vpliva izbira mreže. Pri mletju suhega ali mehkejšega materiala so primernejše mreže z okroglimi odprtinami, pri mletju vlažnega granulata pa običajno uporabljamo mreže s kvadratnimi odprtinami. Pomembna je tudi izbira noža. Uporabimo lahko nož z bodisi ostrim bodisi z zaobljenim robom.
Mehanizem zmanjševanja velikosti delcev pri uporabi noža z ostrim robom temelji na delovanju strižne sile, nož z zaobljenim robom pa deluje po principu stiskanja. Uporaba noža z zaobljenim robom je primernejša za mletje suhega granulata, medtem ko za mletje vlažnega granulata običajno izberemo nož z ostrim robom. Z mletjem vlažnega granulata namreč dosežemo bolj enakomerno porazdelitev velikosti delcev, posledično pa je v nadaljevanju sušenje vlažnega granulata bolj učinkovito. Na končno porazdelitev velikosti mletih delcev vpliva velikost reže med robom vrtljivega noža in mrežo. Manjša velikost reže je povezana s krajšim časom zadrževanja materiala v mlinu ter posledično zmanjšano možnostjo nastanka zelo drobnih delcev. Konični mlin je primeren tako za mletje vlažnih kot suhih granulatov pa tudi materialov, ki so občutljivi na toploto. Ker se vrtljivi nož med
Slika 4: Shema oscilirajočega mlina. Prirejeno po (31).
13
Slika 6: Vijačni nož in mreža pri koničnem mlinu. Prirejeno po (33).
vrtenjem neposredno ne dotika mreže, je možnost morebitne poškodbe mreže majhna (22, 27, 30).
1.4. FARMACEVTSKE OBLIKE S PRIREJENIM SPROŠČANJEM
Zaradi številnih prednosti, ki pripomorejo k varnosti in učinkovitosti zdravljenja, narašča uporaba farmacevtskih oblik s prirejenim sproščanjem. Namen izdelave takšnih oblik je vzdrževanje plazemskih koncentracij znotraj terapevtskega območja skozi daljše časovno obdobje in s čim manj nihanji. Posledično lahko zmanjšamo pogostost odmerjanja.
Slika 5: Shema koničnega mlina. Prirejeno po (32).
14
Zmanjšana je tudi možnost pojava lokalnih ali sistemskih neželenih učinkov, saj se izognemo previsokim koncentracijam neposredno po aplikaciji. Zaradi daljših odmernih intervalov, manj pogoste aplikacije in manj neželenih učinkov so oblike s prirejenim sproščanjem bolniku bolj prijazne, zato lahko z njimi dosežemo večjo komplianco ter boljše sodelovanje. Ker so plazemske koncentracije dlje časa znotraj terapevtskega območja, pa lahko povečamo tudi samo učinkovitost zdravljenja. Ena izmed slabosti sistemov s prirejenim sproščanjem je možnost sprostitve celotnega odmerka zdravilne učinkovine naenkrat v kratkem času po aplikaciji (»dose dumping«), do katere lahko pride zaradi poškodbe farmacevtske oblike ali pa spremenjenih pogojev na mestu sproščanja.
Poleg tega takšnih oblik načeloma ne smemo lomiti, saj lahko tako spremenimo mehanizem sproščanja, s tem pa lahko povzročimo nastanek plazemskih koncentracij, ki odstopajo od pričakovanih. Takšnih oblik torej ne moremo individualno odmerjati, ampak lahko uporabimo samo takšne odmerke, kot so na tržišču (34, 35, 36).
1.4.1. HIDROFILNE OGRODNE TABLETE
Za dosego prirejenega sproščanja najpogosteje izdelujemo hidrofilne ogrodne tablete, v katerih je zdravilna učinkovina homogeno dispergirana v ogrodju, ki ga tvori hidrofilni polimer. Pri stiku z vodo ali telesnimi tekočinami pride do znižanja temperature steklastega prehoda polimera, kar povzroči njegov prehod iz steklaste oblike v elastično stanje. Verige polimera postanejo bolj fleksibilne, vodikove vezi med verigami se prekinejo, vzpostavljajo pa se nove vodikove vezi med verigami polimera in molekulami medija.
Verige polimera nabrekajo, na površini tablete nastane gelska plast, ki predstavlja difuzijsko bariero in upočasni prodiranje medija v notranjost ogrodne tablete. Znotraj elastičnega hidrogela začneta potekati dva procesa, in sicer nabrekanje ter erozija polimernega ogrodja. Ločimo nabrekajočo plast in erodirajočo plast. Nabrekajoča plast ločuje polimer v steklasti obliki od polimera v elastičnem stanju in tako upočasnjuje difuzijo medija v notranjost tablete. Erodirajoča plast pa je na površini tablete ter ločuje hidratirano ogrodno tableto in medij. Na površini tablete se začnejo polimerne verige razpletati in prehajati v medij, ki obdaja tableto. Tableta postaja vse manjša.
Posamezne plasti ločujejo naslednje meje:
• meja penetracije (meja med polimerom v suhem steklastem stanju in polimerom v hidratiranem steklastem stanju),
15
• meja nabrekanja (meja med polimerom v steklasti obliki in polimerom v elastičnem stanju),
• meja difuzije (meja med nabrekajočo in erodirajočo plastjo oziroma meja med še neraztopljeno zdravilno učinkovino v notranji plasti gela in že raztopljeno zdravilno učinkovino v zunanji plasti gela)
• meja erozije (meja med površino tablete in medijem za raztapljanje) (34, 37, 38).
Slika 8: Shema hidrofilne ogrodne tablete med nabrekanjem v mediju. Prirejeno po (39).
Slika 7: Shema hidrofilne ogrodne tablete s posameznimi plastmi nastalimi med nabrekanjem. Prirejeno po (37).
Prirejeno po (36).
16
Hkrati z geliranjem ogrodne tablete poteka tudi sproščanje zdravilne učinkovine. Na začetku, ko polimer še ni prešel iz steklaste oblike v elastično stanje in elastični hidrogel še ni nastal, je sproščanje zdravilne učinkovine odvisno predvsem od njenega raztapljanja in difuzije medija. Takoj po nastanku gelske plasti pa le ta določa kinetiko nadaljnjega sproščanja zdravilne učinkovine. Hitrost sproščanja v vodi dobro topne zdravilne učinkovine iz ogrodne tablete je odvisna večinoma od difuzije molekul zdravilne učinkovine skozi gelsko plast. Zdravilna učinkovina raztopljena v mediju v gelski plasti prehaja skozi gelsko plast zaradi koncentracijske razlike. Hitrost sproščanja v vodi slabo topne zdravilne učinkovine iz ogrodne tablete pa je odvisna predvsem od hitrosti erozije polimera (40, 41).
1.5. NAČRTOVANJE EKSPERIMENTOV (DoE)
DoE (»Design of Experiments«) predstavlja statističen pristop pri načrtovanju eksperimentov, ki omogoča preučevanje in analizo vplivov več različnih vhodnih parametrov oziroma faktorjev na izhodne spremenljivke. Tovrsten pristop omogoča variiranje več spremenljivk hkrati, s čimer zmanjšamo število potrebnih poskusov. DoE pristop torej omogoča, da z minimalnim številom poskusov določimo vpliv vhodnih spremenljivk ter povezav med njimi na končni izid procesa ter posledično dosežemo optimizacijo procesa. Osnovni tip eksperimentalnih načrtov predstavljajo faktorski načrti.
Uporabljajo se pri načrtovanju eksperimetov z več faktorji in nivoji, pri čemer preučujemo vpliv posameznih faktorjev in njihovih povezav. Število potrebnih eksperimentov je odvisno od števila faktorjev in števila nivojev, to je vrednosti faktorjev, pri katerih izvajamo eksperimente. Polni faktorski načrti lahko zajemajo zelo veliko število potrebnih eksperimentov, kar je časovno in ekonomsko potratno, zato pri samem procesu načrtovanja pogosto uporabljamo delne faktorske načrte, ki omogočajo izvedbo manjšega števila poskusov (42).
17
2. NAMEN DELA
Uporaba farmacevtskih oblik s prirejenim sproščanjem v zadnjih letih narašča, predvsem zaradi prednosti, ki jih aplikacija tovrstnih sistemov nudi uporabniku. V ta namen najpogosteje izdelujemo ogrodne tablete s hipromelozo kot polimernim nosilcem. Pri izdelavi ogrodnih tablet v zadnjem času pogosto posegamo po procesu valjčnega kompaktiranja, tekom katerega po končanem mletju dobimo granulat. Le temu primešamo željene pomožne snovi in nastalo zmes v zadnjem procesnem koraku tabletiramo.
Tekom našega eksperimentalnega dela želimo preveriti in ovrednotiti, ali in kako razlike v sestavi in načinu mletja kompaktatov vplivajo na fizikalne in partikulatne lastnosti granul in sproščanje zdravilne učinkovine iz končne farmacevtske oblike, to je ogrodnih tablet s podaljšanim sproščanjem na osnovi hipromeloze. Pred delom smo si postavili dve delovni hipotezi:
1. Vrsta in lastnosti uporabljenega polnila vplivajo na velikost s kompaktiranjem izdelanih granul.
2. Način mletja kompaktatov vpliva na profil sproščanja zdravilne učinkovine iz ogrodnih tablet s hipromelozo.
Eksperimentalno delo bomo razdelili na dva sklopa:
1. Sklop: DoE: VPLIV RAZLIČNIH PARAMETROV SEJANJA NA PARTIKULATNE LASTNOSTI GRANUL IN SPROŠČANJE
Cilj prvega sklopa je preveriti vpliv različnih parametrov sejanja in uporabe različnih polnil na partikulatne lastnosti delcev in sproščanje zdravilne učinkovine iz ogrodnih tablet s hipromelozo. Pri preučevanju posameznih vplivov bomo uporabili statističen pristop načrtovanja eksperimentov (DoE).
2. Sklop: VPLIV STROJA ZA MLETJE NA SPROŠČANJE Z MINIMIZACIJO VPLIVA PSD
V drugem sklopu eksperimentalnega dela pa želimo preveriti, ali in kako na sproščanje zdravilne učinkovine iz ogrodnih tablet s hipromelozo vpliva uporaba različnih vrst mlinov. V ta namen bomo izdelali tablete iz zmesi z določenim deležem posameznih velikostnih frakcij.
18
3. MATERIALI IN METODE 3.1. MATERIALI
3.1.1. SUROVINE ZA IZDELAVO OGRODNIH TABLET
• KARVEDILOL (1-(9H-karbazol-4-iloksi)-3-[[2-(2metoksifenoksi)etil]amino]propan- 2-ol; doniran s strani Krke d.d., Novo mesto, Slovenija): modelna zdravilna učinkovina.
Karvedilol je neselektivni zaviralec β-receptorjev (β-bloker) z vazodilatornim delovanjem. Znižuje arterijski krvni tlak, zmanjšuje srčno frekvenco in minutni volumen srca. Glede na BCS klasifikacijo ga uvrščamo v skupino zdravilnih učinkovin z dobro permeabilnostjo in slabo topnostjo (skupina II). Gre za šibko bazo s pKa vrednostjo 7,8 (44).
• HPMC K4M (hidroksipropilmetil celuloza, hipromeloza; METHOCEL™ K4X Premium, Dow Chemical Company, ZDA): polimerni nosilec.
HPMC je delno O-metilirana in O-(2-hidroksipropilirana) celuloza. Je linearen, neionski, kemijsko inerten ter higroskopen polimer z visoko viskoznostjo.
Najpogosteje se nahaja v obliki belega ali bež prahu oziroma granulata.
V farmacevtskih izdelkih ima HPMC različne funkcije, ki so povezane z molskimi masami in deleži substitucije z metoksi in hidroksipropoksi skupinami. Tako se uporablja kot zgoščevalo v tekočih farmacevtskih oblikah ali pa v primeru nižjih molskih mas, ki zagotavljajo vodotopnost, kot vezivo pri granuliranju ali oblaganju
Slika 9: Strukturna formula karvedilola (43).
19
trdnih farmacevtskih oblik. HPMC z višjimi molskimi masami, ki v vodi nabrekajo oziroma tvorijo visokoviskozne koloidne raztopine ali gele, se uporabljajo pri izdelavi hidrofilnih dostavnih sistemov s prirejenim sproščanjem. Zaradi svoje enostavne uporabe, široke dostopnosti ter dobre kompatibilnosti oziroma inertnosti je HPMC eden izmed najpogosteje uporabljenih polimernih nosilcev (45, 46).
• LAKTOZA MONOHIDRAT 200 M (Lactochem® Fine Powder, DMV-Fonterra Excipients GmbH & Co. KG, Nemčija): polnilo.
Laktoza ali mlečni sladkor je disaharid glukoze in galaktoze. Laktoza monohidrat je kristalinična oblika laktoze. Nahaja se lahko v dveh kristalnih oblikah bodisi kot α- laktoza bodisi kot β-laktoza. Prevladuje uporaba α-laktoze monohidrata, ki ob segrevanju preide v brezvodno obliko. Nastala laktoza je običajno bel prah s sladkim okusom. V vodi se hitro raztopi, je nehigroskopna in relativno inertna. V farmaciji se najpogosteje uporablja kot polnilo (47).
• MCC KG-802 (mikrokristalna celuloza; CEOLUSTM, Asahi Kasei Corporation, Japonska): polnilo.
MCC je čiščena in delno depolimerizirana celuloza. Nahaja se v obliki drobnega belega prahu. Je inerten, higroskopen, v vodi netopen polimer sestavljen iz glukoznih enot.
Zaradi dobrih kompresibilnostnih lastnosti se v farmaciji najpogosteje uporablja kot polnilo ali suho vezivo pri izdelavi trdnih farmacevtskih oblik (48).
• MAGNEZIJEV STEARAT (FACI SpA, Carasco (GE), Italija): antiadheziv, pravo drsilo, mazivo.
Magnezijev stearat je bel v vodi netopen prah. Zmesi za tabletiranje ga dodajamo v zaključnih fazah pred samim tabletiranjem, in sicer z namenom zmanjšanja trenja med delci tabletne zmesi in steno matrične vdolbine med tabletiranjem. Poleg tega pa magnezijev stearat prepreči tudi lepljenje zmesi za tabletiranje na pečate tabletirke (49).
• KOLOIDNI SILICIJEV DIOKSID (Aerosil® 200, Evonik Resource Efficiency GmbH, Nemčija): pravo drsilo.
Koloidni silicijev dioksid se nahaja v obliki lahkega prahu bele barve. Uporablja se kot pravo drsilo, ki ga zmesi prahov ali granulatu dodamo pred samim procesom tabletiranja z namenom izboljšanja njihovih pretočnih lastnosti (49).
20 3.1.2. SUROVINE ZA IZVEDBO ANALIZ
• KARVEDILOL STANDARD: vsebnost: 99,9 %; LOT: KF787; doniran s strani Krke d.d., Novo mesto, Slovenija
• METANOL (CH3OH): čistost ≥ 99,8 %; J. T. Baker, Nizozemska
• NATRIJEV ACETAT TRIHIDRAT (NaC2H3O2 x 3H2O): čistost ≥ 99,5 %;
Honeywell Fluka, Nemčija
• OCETNA KISLINA, KONCENTRIRANA (CH3COOH): J. T. Baker, Nizozemska
• FOSFORJEVA(V) KISLINA (H3PO4): čistost ≥ 85,0 %; Merck, Nemčija
• TRIETILAMIN (N, N-dietiletanamin, C6H15N): čistost ≥ 99,5 %; Sigma-Aldrich, Belgija
• ACETONITRIL (CH3CN): čistost ≥ 99,9 %; J. T. Baker, Nizozemska
• PREČIŠČENA VODA: Krka d.d., Novo mesto, Slovenija
3.2. METODE
3.2.1. METODE UPORABLJENE ZA IZDELAVO OGRODNIH TABLET Tabela I: Sestava ogrodne tablete.
3.2.1.1. Priprava zmesi za kompaktiranje
Faza procesa Uporabljena oprema in aparature TEHTANJE SUROVIN • tehtnica (Mettler Toledo, Švica)
SEJANJE SUROVIN • ročni siti z velikostjo 0,6 mm in 0,8 mm HOMOGENIZACIJA ZMESI
PRAHOV
• PE vrečka
• 50 L kontejner (Brinox d.o.o., Slovenija)
Surovina Masni delež (%)
Karvedilol 15
HPMC K4M 25
Laktoza monohidrat 200 M / MCC KG-802 58,4
Magnezijev stearat 1,3
Koloidni silicijev dioksid 0,3
21
Prva faza je zajemala tehtanje surovin ter pripravo zmesi za kompaktiranje. Karvedilol, HPMC ter izbrano polnilo (laktoza ali MCC) smo presejali skozi sito z velikostjo odprtin 0,8 mm, magnezijev stearat pa skozi sito z velikostjo odprtin 0,6 mm. V PE vrečki smo zmešali karvedilol in HPMC. V 50 L kontejnerski mešalnik smo dali del laktoze ali MCC, zmes karvedilola in HPMC ter preostali del laktoze ali MCC. Zmes smo v kontejnerju mešali 18 min pri hitrosti 17 RPM. Magnezijev stearat smo v PE vrečki zmešali z manjšim delom pripravljene zmesi ter jo ponovno dodali v kontejnerski mešalnik in mešali dodatni 2 min pri hitrosti 17 RPM.
3.2.1.2. Izdelava kompaktatov
Faza procesa Uporabljena oprema in aparature KOMPAKTIRANJE • kompaktor (Fitzpatrick IR 220 Chilsonator,
ZDA)
Druga faza je zajemala kompaktiranje. Pripravljeno zmes smo stresli v kompaktor ter jo kompaktirali pri predpisanih procesnih parametrih:
• Sila stiskanja: 70 bar
• Velikost reže med kompresijskima valjema: 0,7 mm
• Hitrost horizontalnega vijaka: 20 RPM
• Hitrost vertikalnega vijaka: 200 RPM
• Hitrost kompresijskih valjev: 5 RPM
3.2.1.3. Priprava granulata
Faza procesa Uporabljena oprema in aparature MLETJE KOMPAKTATA • konični mlin (U10, Quadro Comil, Kanada)
• oscilacijski mlin (Frewitt MGI-400, Švica)
• kladivar (Frewitt HammerWitt-3, Švica)
Tretja faza je zajemala mletje nastalega kompaktata pri predpisanih pogojih z uporabo predpisanih mlinov.
22
1. Sklop: DoE: VPLIV RAZLIČNIH PARAMETROV SEJANJA NA PARTIKULATNE LASTNOSTI GRANUL IN SPROŠČANJE
S pomočjo programske opreme DesignExpert® 12.0.3.0 (Stat-Ease, Inc., ZDA) smo izvedli D-optimalni faktorski načrt s štirimi kategoričnimi spremenljivkami z različnim številom nivojev. Kategorično spremenljivko polnilo smo uporabili na dveh nivojih, in sicer MCC ter laktoza. Kategorična spremenljivka mlin je zajemala tri nivoje: konični mlin (Comil), oscilacijski mlin (Frewitt) ter mlin kladivar. Tretjo kategorično spremenljivko je predstavljala velikost uporabljene mreže za mletje. Ta spremenljivka je zajemala dva nivoja, in sicer 0,8 mm in 1,0 mm. Četrta kategorična spremenljivka je bila hitrost mletja, ki pa smo jo uporabili na treh nivojih, in sicer minimalna hitrost, srednja hitrost in maksimalna hitrost mletja. Program preko svojih algoritmov predlaga izbor optimalnega načrta poskusov, da bomo z minimalnim številom poskusov dosegli največjo napovedno moč. V ta namen smo pripravili vzorce od LP-03 do LP-23 (Tabela II).
Tabela II: Vzorci pripravljenih granulatov (1. sklop).
VZOREC POLNILO MLIN MREŽA ZA SEJANJE
HITROST SEJANJA
LP-03 MCC kladivar 1.0 mm mid (800 RPM)
LP-04 MCC frewitt 1.0 mm min (1)
LP-05 MCC comil 0.8 mm max (1000 RPM)
LP-06 MCC comil 0.8 mm mid (800 RPM)
LP-07 MCC kladivar 1.0 mm min (600 RPM)
LP-08 laktoza frewitt 1.0 mm mid (4)
LP-09 laktoza frewitt 0.8 mm max (7)
LP-10 laktoza kladivar 1.0 mm max (1000 RPM)
LP-11 MCC frewitt 1.0 mm mid (4)
LP-12 MCC frewitt 0.8 mm max (7)
LP-13 laktoza kladivar 0.8 mm min (600 RPM) LP-14 laktoza comil 0.8 mm mid (800 RPM)
LP-15 laktoza frewitt 1.0 mm max (7)
LP-16 laktoza kladivar 0.8 mm mid (800 RPM) LP-17 laktoza kladivar 0.8 mm max (1000 RPM)
LP-18 MCC frewitt 0.8 mm min (1)
LP-19 laktoza comil 1.0 mm min (600 RPM) LP-20 laktoza comil 1.0 mm min (600 RPM)
LP-21 laktoza frewitt 0.8 mm min (1)
LP-22 MCC comil 1.0 mm max (1000 RPM)
LP-23 MCC kladivar 0.8 mm min (600 RPM)
23
2. Sklop: VPLIV STROJA ZA MLETJE NA SPROŠČANJE Z MINIMIZACIJO VPLIVA PSD
Tabela III: Deleži uporabljenih frakcij za pripravo zmesi za tabletiranje (2. sklop).
Velikost delcev granulata (μm) Delež uporabljene frakcije (%)
710 - 1000 5
500 - 710 10
250 - 500 30
125 - 250 35
71 - 125 20
Tabela IV: Vzorci pripravljenih granulatov (2. sklop).
VZOREC POLNILO MLIN MREŽA ZA SEJANJE
HITROST SEJANJA
LP-24 MCC comil 1.0 mm mid (800 RPM)
LP-25 laktoza comil 1.0 mm mid (800 RPM) LP-26 laktoza kladivar 1.5 mm min (600 RPM) LP-31 MCC kladivar 1.5 mm min (600 RPM) LP-32 laktoza frewitt 1.0 mm mid (4)
LP-33 MCC frewitt 1.0 mm mid (4)
3.2.1.4. Priprava zmesi za tabletiranje
Faza procesa Uporabljena oprema in aparature HOMOGENIZACIJA ZMESI ZA
TABLETIRANJE
• PE vrečka
• 6 L bikonični mešalnik (Utris d.o.o., Slovenija)
Četrta faza je zajemala pripravo zmesi za tabletiranje. Magnezijev stearat in koloidni silicijev dioksid smo presejali skozi sito z velikostjo odprtin 0,6 mm. Granulatu smo v bikoničnem mešalniku dodali triturat magnezijevega stearata in triturat koloidnega silicijevega dioksida. Zmes smo mešali 1 min pri hitrosti 32 RPM.
24 3.2.1.5. Tabletiranje
Faza procesa Uporabljena oprema in aparature TABLETIRANJE • rotirka Kilian Pressima (IMA, Nemčija)
Zadnja faza izdelave ogrodnih tablet je vključevala proces tabletiranja. Izvedli smo ga s pomočjo rotirke. Uporabili smo pečate z dimenzijami 11 mm x 5,5 mm. Ciljana masa tablet je bila 166,7 mg, ciljana trdnost pa 80 N.
3.2.2. METODE UPORABLJENE ZA IZVEDBO ANALIZ 3.2.2.1. Določanje velikosti delcev granulata
Metoda Uporabljena oprema in aparature
DOLOČANJE VELIKOSTI
DELCEV GRANULATA
1. Sejalna analiza:
• Stresalnik PrüfsiebJel 200 (Hosokawa, Nemčija)
• sita z velikostjo odprtin: 71 μm, 125 μm, 250 μm, 500 μm, 710 μm in 1000 μm
2. Parsum sonda IPP 70-SE (Parsum GmbH, Nemčija)
3. Casmsizer (Retsch GmbH, Nemčija)
3.2.2.1.1. Sejalna analiza
Izvedli smo vibracijsko sejalno analizo s pomočjo stresalnika. Uporabili smo sita z velikostjo odprtin: 71 μm, 125 μm, 250 μm, 500 μm, 710 μm in 1000 μm. Sejalno analizo smo izvajali z 10 g granulata 20 min. Rezultate smo podajali v masnih odstotkih posamezne velikostne frakcije.
3.2.2.1.2. Vrednotenje porazdelitve velikosti delcev s Parsum sondo
Delovanje Parsum sonde temelji na tehniki prostorskega filtra (SFT, »spatial filtering technique«). Metoda temelji na preletu delcev vzorca skozi snop laserskih žarkov, kar
25
povzroči senčenje optičnih vlaken. Iz časa prekinitve laserskih žarkov in izmerjene hitrosti delca vzorca dobimo podatke o njegovi tetivni dolžini. Pridobljene podatke s pomočjo analize s programsko opremo lahko prikažemo v obliki volumske ali številčne porazdelitve velikosti delcev, kumulativne volumske ali številčne porazdelitve velikosti delcev, porazdelitve delcev glede na njihovo hitrost ter kot rezultate sejalne analize v deležih posameznih velikostnih frakcij. Uporaba Parsum sonde je primerna za določanje velikosti delcev v velikostnem razredu med 50 μm in 6 mm ter delcev s hitrostjo do 50 m/s. Gre za nedestruktivno metodo, ki omogoča tudi "in-line" izvedbo meritev. Prednosti tovrstne metode določanja velikosti delcev so predvsem enostavnost uporabe ter hitra izvedba meritev, poleg tega metoda ne potrebuje kalibracije (20, 50).
Analizo smo izvedli tako, da smo pripravljeni vzorec granulata v vsebniku najprej dobro premešali in homogenizirali. Nato smo približno eno žličko granulata prenesli na površino aparature. Tresljaji so povzročili potovanje granul, ki so skozi lij vstopale v področje merjenja. Po končani analizi je sledila obdelava podatkov s pomočjo programske opreme in njihova predstavitev.
3.2.2.1.3. Camsizer
Camsizer omogoča analizo velikosti in oblike delcev prahov, granul ter suspenzij v meritvenem območju med 0,8 μm in 8 mm. Deluje na osnovi dinamične slikovne analize (DIA, »dynamic image analysis«). Tok delcev osvetljujeta dva vira svetlobe, njihove sence pa zaznavata dve digitalni kameri, ki lahko ustvarita več kot 300 slik delcev v sekundi. Ena izmed kamer je optimizirana za analizo majhnih delcev z visoko resolucijo (»zoom camera«), druga pa analizira večje delce (»basic camera«). Vsaka izmed kamer je osvetljena z enim izmed virov svetlobe. Optični poti obeh virov svetlobe se srečata v področju, kjer poteka merjenje. Programska oprema omogoča analizo rezultatov, ki jih lahko podajamo na različne načine: številčna in volumska porazdelitev velikosti delcev, širina distribucije, številski in volumski povprečni premer, okroglost, razmerje med dolžino in širino, hrapavost robov delcev,… Za uporabljen in analiziran material je potrebno zagotoviti ustrezen tok delcev do področja merjenja. Majhni fini delci so namreč nagnjeni k aglomeraciji in tvorbi skupkov delcev, kar posledično vpliva na končne vrednosti velikosti delcev in njihove porazdelitve ter oblike. Camsizer omogoča različne načine dovajanja delcev do področja merjenja. Dovajanje lahko poteka na osnovi delovanja gravitacijske sile in prostega pada, merilno celico lahko priključimo na vakuumsko enoto
26
ali pa delce dispergiramo v ustreznem mediju. Prednost uporabe dinamične slikovne analize je poleg širokega meritvenega območja tudi hitra izvedba meritve, saj le to z napravo Camsizer lahko opravimo v času od 2 do 5 min, ter visoka reproducibilnost (51).
Analizo smo izvedli tako, da smo pripravljeni vzorec granulata v vsebniku najprej dobro premešali in homogenizirali. Približno 10 g vzorca smo nato natresli v lij ter ga ročno dvignili toliko, da se je vzorec granulata vsipal iz lija na pladenj. Zaradi vibracij vzorec granulata prehaja s pladnja v področje merjenja. Po končani analizi je sledila obdelava podatkov s pomočjo programske opreme in njihova predstavitev.
3.2.2.2. IPK analize
Metoda Uporabljena oprema in aparature IPK ANALIZE 1. Nasipni in stresalni volumen granulata:
• Stresalnik Stampfvolumeter STAV 2003 (JEL, Nemčija)
2. Izguba pri sušenju granulata:
• HR83 Halogen (Mettler Toledo, Švica) 3. Masa, debelina, dolžina in trdnost ogrodnih
tablet:
• ERWEKA MultiCheck (ERWEKA GmbH, Nemčija)
3.2.2.2.1. Nasipni in stresalni volumen granulata
Nasipni in stresalni volumen granulata smo določali po modificirani metodi iz Ph. Eur, 8th ed., 2.9.34. Bulk density and tapped density of powders, Method 1: Measurement in a graduated cylinder. V graduirani merilni valj smo natehtali 50 g granulata in odčitali volumen (Vnasipni). Nato smo valj z granulatom izpostavili stresanju na stresalniku. Po 1250 udarcih smo ponovno odčitali volumen (Vstresalni). Rezultate nasipnega oz. stresalnega volumna smo podajali v enotah: mL/g granulata.
27 3.2.2.2.2. Izguba pri sušenju granulata
Izgubo pri sušenju oz. vsebnost zaostale vlage v granulatu (LOD) smo določali z napravo HR83 Halogen. Analizo smo izvajali z 10 g granulata 20 min pri temperaturi 85 °C.
Rezultate smo podajali kot odstotek zaostale vlage v granulatu.
3.2.2.2.3. Masa, debelina, dolžina in trdnost ogrodnih tablet
Z napravo ERWEKA MultiCheck smo izdelanim ogrodnim tabletam določili maso, debelino in trdnost. Rezultate smo podajali kot povprečne vrednosti mase, debeline, dolžine in trdnosti tablet po opravljenih meritvah na vzorcu 20 ogrodnih tablet.
3.2.2.3. Sproščanje karvedilola iz ogrodnih tablet
Metoda Uporabljena oprema in aparature SPROŠČANJE KARVEDILOLA
IZ OGRODNIH TABLET
1. Priprava medija za sproščanje
• analitska tehtnica (Sartorius AG, Nemčija)
• pH meter SevenMulti (Mettler Toledo, Švica) 2. Izvedba analize
• Agilent 708DS (Agilent Technologies, ZDA)
• UV/VIS spektrofotometer Agilent 8453 (Agilent Technologies, ZDA)
Aparatura za analizo sproščanja: Agilent 708DS, int. 30 (vretena + japonski sinkerji) Aparatura za detekcijo: UV/VIS spektrofotometer Agilent 8453
Pogoji izvedbe analize:
• MEDIJ: acetatni pufer (pH = 4,5)
Priprava acetatnega pufra s pH = 4,5: V merilno bučko (1000 mL) kvantitativno prenesemo 2,99 g natrijevega acetata trihidrata (NaC2H3O2 x 3H2O) in dodamo 14 mL 2 M standardne raztopine ocetne kisline. S prečiščeno vodo merilno bučko dopolnemo do oznake. pH pripravljene raztopine uravnavamo s standardnima raztopinama 2 M ocetne kisline in 0,2 M NaOH.
28
• VOLUMEN MEDIJA: 900 mL
• TEMPERATURA MEDIJA: 37 °C
• HITROST VRTENJA VRETENA: 100 obratov/min
• FILTRI: 10 μm filter nastavki (QLA, ZDA)
• KIVETE: 1 cm
• VALOVNA DOLŽINA DETEKCIJE: 285 nm
3.2.2.4. Vsebnost karvedilola v ogrodnih tabletah
Metoda Uporabljena oprema in aparature VSEBNOST KARVEDILOLA V
OGRODNIH TABLETAH
1. Priprava raztopin
• analitska tehtnica (Mattler Toledo, Švica)
• pH meter SevenMulti (Mettler Toledo, Švica)
• centrifuga Centric 400 R (DOMEL d.o.o., Slovenija)
• stresalnik IKA KS 501 (IKA, Nemčija)
• ultrazvočna kadička Sonis 20 (Iskra PIO d.o.o., Slovenija)
2. Izvedba analize
• Waters Alliance e2695 Separations Module (Waters, ZDA)
• UV/VIS spektrofotometer Waters 2998 Photodiode Array Detector (Waters, ZDA)
Analizo vsebnosti smo izvedli v skladu z metodo, ki jo je v svojem magistrskem delu Vpliv procesnih parametrov kompaktiranja in sestave kompaktata na sproščanje karvedilola iz ogrodnih tablet s hipromelozo uporabila tudi T. Brec (52).
Metoda: Tekočinska kromatografija visoke ločljivosti HPLC (»high performance liquid chromatography«)
Detekcija: UV/VIS spektrofotometer
