UNIVERZA V LJUBLJANI FAKULTETA ZA FARMACIJO

(1)

MATEJ BOŽIČ MAGISTRSKA NALOGA

ENOVITI MAGISTRSKI ŠTUDIJSKI PROGRAM FARMACIJA

Ljubljana, 2021

(2)

UNIVERZA V LJUBLJANI FAKULTETA ZA FARMACIJO

MATEJ BOŽIČ

GRANULIRANJE S TALINAMI Z RAZLIČNIMI MEZOPOROZNIMI NOSILCI IN VEZIVI V HITROVRTEČEM GRANULATORJU

HOT-MELT GRANULATION WITH VARIOUS MESOPOROUS CARRIERS AND BINDERS IN A HIGH-SHEAR MIXER

Ljubljana, 2021

(3)

I

Magistrsko nalogo sem opravljal na Fakulteti za farmacijo Univerze v Ljubljani, na Katedri za farmacevtsko tehnologijo, pod mentorstvom izr. prof. dr. Ilije Germana Ilića, mag. farm. in somentorstvom izr. prof. dr. Alenke Zvonar Pobirk, mag. farm.

Slike opravljene z vrstičnim elektronskim mikroskopom je opravil prof. dr. Odon Planinšek, mag. farm.

Zahvala

Zahvaljujem se mentorju izr. prof. dr. Iliji Germanu Iliću za vse nasvete, usmerjanje in vzpodbudo pri raziskovalnem delu, ter nastajanju magistrske naloge.

Iskreno se zahvaljujem izr. prof. dr. Alenki Zvonar Pobirk, za vse predano znanje in pomoč, ki je prišla še kako prav. Zahvala tudi Mili Kovačević, mag. farm., za vso pomoč in strokovne razprave pri raziskovalnem delu.

Zahvaljujem se tudi vsem članom kolektiva Katedre za farmacevtsko tehnologijo za nasvete pri delu v laboratoriju.

Najlepša hvala staršema, ki sta mi omogočila študij, mi skozi celotni proces študija stala ob strani in me nesebično podpirala. Zahvala pa gre tudi vsem prijateljem, ki so mi na kakršenkoli način pomagali in naredili študijska leta resnično nepozabna.

Izjava

Izjavljam, da se sem magistrsko nalogo samostojno izdelal pod mentorstvom izr. prof. dr.

Ilije Germana Ilića, mag. farm.

Ljubljana, avgust 2021

Matej Božič

Predsednik komisije: prof. dr. Iztok Grabnar, mag. farm.

Član komisije: doc. dr. Rok Frlan, mag. farm.

(4)

II

KAZALO VSEBINE

KAZALO VSEBINE ... II KAZALO SLIK ... IV KAZALO PREGLEDNIC... V POVZETEK ... VII ABSTRACT ... VIII SEZNAM OKRAJŠAV ... X

1. UVOD ... 1

1.1. IZBOLJŠANJE TOPNOSTI SLABO VODOTOPNIH ZDRAVILNIH UČINKOVIN .... 1

1.1.1. TRDNE DISPERZIJE ... 2

1.2. GRANULIRANJE ... 3

1.1.2. METODE ZA GRANULIRANJE ... 4

1.3. HITROVRTEČI GRANULATOR ... 7

1.1.3. MEHANIZEM AGLOMERACIJE S TALINAMI V HITROVRTEČEM GRANULATORJU ... 8

1.4. POMOŽNE SNOVI PRI GRANULIRANJU S TALINAMI ... 11

1.1.4. SLADKORNI ESTRI ... 13

2. NAMEN DELA... 15

3. MATERIALI IN METODE ... 16

3.1. MATERIALI ... 16

3.2. APARATURE ... 23

3.3. METODE ... 24

3.3.1. GRANULIRANJE S TALINAMI V HITROVRTEČEM GRANULATORJU ... 24

3.3.2. DOLOČEVANJE VELIKOSTI DELCEV Z LASERSKO DIFRAKCIJO ... 26

3.3.3. DOLOČANJE PRETOČNIH LASTNOSTI ... 26

3.3.4. PRESKUS SPROŠČANJA ... 28

3.3.5. DIFERENČNA DINAMIČNA KALORIMETRIJA (DSC) ... 31

3.3.6. VRSTIČNA ELEKTRONSKA MIKROSKOPIJA (SEM) ... 32

4. REZULTATI IN RAZPRAVA ... 33

4.1 IZDELAVA ZRNC ... 33

4.2 VELIKOST IZDELANIH ZRNC ... 33

4.3 PRETOČNE LASTNOSTI ZRNC ... 37

4.3.1 PRETOČNI ČAS IN NASIPNI KOT ... 37

4.3.2 CARROV INDEKS ... 39

(5)

III

4.4 DIFERENČNA DINAMIČNA KALORIMETRIJA (DSC) ... 39

4.5 IN VITRO SPROŠČANJE ZU IZ VZORCA ... 43

4.5.1. SPROŠČANJE ZU IZ ZRNC IZDELANIH V PRVEM SKLOPU EKSPERIMENTOV... 44

4.5.2. SPROŠČANJE ZU IZ ZRNC IZDELANIH V DRUGEM SKLOPU EKSPERIMENTOV... 50

4.6 VRSTIČNI ELEKTRONSKI MIKROSKOP (SEM) ... 58

5. SKLEP ... 60

6. LITERATURA ... 62

7. PRILOGE ... 67

(6)

IV

KAZALO SLIK

Slika 1: Prikaz vertikalnega hitrovrtečega granulatorja s pogonom od zgoraj (21) ... 8 Slika 2: Prikaz mehanizmov rasti in razpada zrnc (21) ... 9 Slika 3: Prikaz poteka jedrenja po mehanizmu distribucije (a) in imerzije (b); prirejeno po: (16). ... 9 Slika 4: Strukturna formula molekule sladkornega estra (28) ... 14 Slika 5: Strukturna formula karvedilola (31). ... 17 Slika 6: Slika granulatorja (sredina) z nadzorno ploščo (levo) ter grelec vode s črpalko (desno) . 25 Slika 7: Potek odmerjanja vzorca na Mastersizerju 3000, pred vstopom v merilno enoto. ... 26 Slika 8: Dimenzije steklenega lija, ki ustreza zahtevam farmakopeje (47) ... 27 Slika 9: Prikaz nezgranuliranega materiala na dnu in steni procesne posode pri poskusu GN-04, kjer smo kot nosilec uporabili Syloid® 244 FP in vezivo PEG 6000. ... 35 Slika 10: Prikaz porazdelitve velikosti zrnc za formulacije GN-01 do GN-06. ... 35 Slika 11: Prikaz porazdelitve velikosti zrnc za formulacije GV-01 do GV-07 ... 37 Slika 12: DSC termogrami PEG-a 6000, Neusilin® US2, karvedilol, FZ (1 : 1 : 1 ; Neusilin US2, PEG-a 6000, karvedilol) in zrnc GN-03 ... 40 Slika 13: DSC termogrami Gelucire® 50/13, Neusilin® US2, karvedilol, FZ (1 : 1 : 1 ; Neusilin®

US2, Gelucire® 50/13, karvedilol) in zrnc GV-03 ... 41 Slika 14: DSC termogrami PEG-6000, Neusilin® US2, karvedilol, SE D-1816, FZ (1 : 1 : 1 : 1 ; Neusiline® US2, PEG-a 6000, karvedilol in SE D-1816) in zrnc GV-07 ... 42 Slika 15: Profil sproščanja ZU v medijih s pH 1,2 in pH 6,8 ... 43 Slika 16: Profil sproščanja ZU iz fizikalne zmesi GN-01 in zrnc GN-01 (Avicel® PH 101) v pH 1,2 ... 44 Slika 17: Profil sproščanja ZU iz fizikalne zmesi GN-01 in zrnc GN-01 (Avicel® PH 101) v pH 6,8 ... 45 Slika 18: Profil sproščanja ZU iz fizikalne zmesi GN-02 in zrnc GN-02 (Fujicalin® SG) v pH 1,2 ... 45 Slika 19: Profil sproščanja ZU iz fizikalne zmesi GN-02 in zrnc GN-02 (Fujicalin® SG) v pH 6,8 ... 46 Slika 20: Profil sproščanja ZU iz fizikalne zmesi GN-05 in zrnc GN-05 (Syloid® XDP 3050) v pH 1,2 ... 47 Slika 21: Profil sproščanja ZU iz fizikalne zmesi GN-05 in zrnc GN-05 (Syloid® XDP 3050) v pH 6,8 ... 48 Slika 22: Profili sproščanja ZU iz fizikalne zmesi GN-03, zrnc GN-03 (Neusilin® US2), fizikalne zmesi GN-04, zrnc GN-04 (Syloid® 244 FP), fizikalne zmesi GN-06 in zrnc GN-06 (Aeroperl®

300) v pH 1,2 ... 48 Slika 23: Profili sproščanja ZU iz fizikalne zmesi GN-03, zrnc GN-03 (Neusilin® US2), fizikalne zmesi GN-04, zrnc GN-04 (Syloid® 244 FP), fizikalne zmesi GN-06 in zrnc GN-06 (Aeroperl®

300) v pH 6,8 ... 49 Slika 24: Profili sproščanja ZU iz fizikalne zmesi GV-01, zrnc GV-01 (poloksamer 188), fizikalne zmesi GV-02, zrnc GV-02 (Gelucire® 48/16), fizikalne zmesi GV-03 in zrnc GV-03 (Gelucire®

50/13) v pH 1,2 ... 51 Slika 25: Prikaz sprijemanja delcev pri fizikalnih zmeseh GV-01, GV-02, GV-03 med poskusom sproščanja pri pH 1,2 ... 51 Slika 26: Prikaz mešanja zrnc GV-01, GV-02, GV-03 med poskusom sproščanja pri pH 1,2 ... 51

(7)

V

Slika 27: Profili sproščanja ZU iz fizikalne zmesi GV-01, zrnc GV-01 (poloksamer 188), fizikalne zmesi GV-02, zrnc GV-02 (Gelucire® 48/16), fizikalne zmesi GV-03 in zrnc GV-03 (Gelucire®

50/13) v pH 6,8 ... 52

Slika 28: Profili sproščanja ZU iz fizikalne zmesi GV-04, zrnc GV-04 (PEG 6000, D-1216), fizikalne zmesi GV-05 in zrnc GV-05 (PEG 6000, D-1615) v pH 1,2 ... 53

Slika 29: Sestavine fizikalne zmesi GV-05 plavajo na površini medija v pH 1,2. ... 54

Slika 30: Profili sproščanja ZU iz fizikalne zmesi GV-04, zrnc GV-04 (PEG 6000, D-1216), fizikalne zmesi GV-05 in zrnc GV-05 (PEG 6000, D-1615) v pH 6,8. ... 55

Slika 33: Slike nosilcev in zrnc pod SEM mikroskopom pod 200x povečavo. ... 59

Slika 34: Izvajanje meritve na vzorcu in fizikalni zmesi GN-01 ... 67

Slika 39: Izvajanje meritve na vzorcu in fizikalni zmesi GV-01 ... 69

KAZALO PREGLEDNIC

Preglednica I: Delitev zdravilnih učinkovin glede na njihove lastnosti, na razrede biofarmacevtske klasifikacije zdravil (5)... 2

Preglednica II: Delitev trdnih disperzij (TD) glede na število faz in oblike v katerih se nahaja ZU (6) ... 3

Preglednica III: Hidrofilna veziva, ki jih uporabljamo za granuliranje s talinami (20) ... 11

Preglednica IV: Hidrofobna veziva, ki jih uporabljamo za granuliranje s talinami (20) ... 12

Preglednica V: Delitev poroznega materiala glede na njegovo velikost por (24) ... 13

Preglednica VI: HLB in termične lastnosti sladkornih estrov (25,28,29,30) ... 14

Preglednica VII: Pregled fizikalnih lastnosti uporabljenih (mezo)poroznih nosilcev. ... 20

Preglednica VIII: Pregled lastnosti veziv, ki smo jih uporabili pri eksperimentalnem delu. ... 22

Preglednica IX: Sestava granulacijske zmesi poskusov iz prvega sklopa eksperimentalnega dela. Pri vseh poskusih smo uporabili vezivo PEG 6000. ... 25

Preglednica X: Sestava granulacijske zmesi poskusov iz drugega sklopa eksperimentalnega dela. Pri vseh poskusih smo uporabili nosilec Neusilin® US2. ... 25

Preglednica XI: Pretočne lastnosti v odvisnosti od izmerjenega nasipnega kota po Ph. Eur 10^th Ed. poglavje 2.9.16. Flowability. ... 27

Preglednica XII: Pregled pretočnih lastnosti glede na Carrov indeks po Ph. Eur 10^th Ed. poglavje 2.9.36. Powder flow. ... 28

Preglednica XIII: Redčitve in koncentracije pripravljenih standardnih raztopin ... 30

(8)

VI

Preglednica XIV: Prikaz rezultatov porazdelitve velikosti najboljših zrnc pri vsakem uporabljenem nosilcu iz prvega sklopa eksperimentalnega dela. Vsa zrnca imajo v svoji sestavi formulacije vezivo PEG 6000 in 2,5 % ZU. ... 34 Preglednica XV: Preliminarni poskusi granuliranja z dodatkom 5-20 % SE D-1615. Vsebnost PEG 6000 smo prilagajali glede na vsebnost SE. Vsa zrnca imajo v svoji sestavi formulacije 32,5 % nosilca Neusilin® US2 in 2,5 % ZU. ... 36 Preglednica XVI: Prikaz rezultatov porazdelitve velikosti najboljših zrnc pri vsakem uporabljenem vezivu iz drugega sklopa eksperimentalnega dela. Vsa zrnca v formulaciji vsebujejo nosilec

Neusilin® US2 in 2,5 % ZU. ... 36 Preglednica XVII: Rezultati pretočnega časa in nasipnega kota zrnc iz obeh sklopov (SD –

standardna deviacija) ... 38 Preglednica XVIII: Rezultati nasipne in zbite gostote ter izračuna Carrovega indeksa za zrnca iz obeh sklopov eksperimentov. ... 39 Preglednica XIX: Rezultati odstotkov sproščenega karvedilola iz zrnc pri pH 1,2 in 6,8 pri času 20 minut in čas ko se je v medij sprostilo 85 % karvedilola. ... 57

(9)

VII

POVZETEK

Med novo odkritimi zdravilnimi učinkovinami jih je kar 70 % takšnih, ki so praktično netopne v vodi. To je razlog, da se znanstveniki poslužujejo najrazličnejših pristopov za povečanje njihove topnosti, kar je predpogoj za njihovo uporabo v praksi. Eden od teh pristopov je tudi granuliranje s talinami, ki smo ga v okviru diplomske naloge izvedli v hitrovrtečem mešalniku. Glavna sestavina za uspešno izvedbo granulacije je vezivo, ki se pri povišani temperaturi stali oziroma zmehča. Vezivo mora imeti temperaturo tališča med 50 in 100 °C. Delimo jih na hidrofilna in hidrofobna. V praksi smo se osredotočili na hidrofilna, ki so primerna za izdelavo dostavnih sistemov s takojšnjim sproščanjem.

Namen magistrske naloge je bil, da izboljšamo vodotopnost modelne zdravilne učinkovine karvedilola, ki po biofarmacevtski klasifikaciji zdravil spada v II. skupino. Z njegovim raztapljanjem v talini hidrofilnih veziv smo v hitrovrtečem mešalniku izdelali zrnca. Želeli smo si zrnc, ki bodo karvedilolu čim bolj povečala topnost, ob enem pa izkazovala tudi dobre pretočne lastnosti. Granulacijo smo izvedli s 6 različnimi nosilci (Avicel® PH 101, Fujicalin® SG, Neusilin® US2, Syloid® 244 FP, Syloid® XDP 3050, Aeroperl® 300) in 7 različnimi vezivi (PEG 6000, poloksamer 188, Gelucire® 48/16, Gelucire® 50/13, ter 4 sladkorni estri (SE) D-1216, D-1615, D-1616, D-1816).

Najboljše pretočne lastnosti in najboljši profil sproščanja smo dosegli z zrnci, ki so bila izdelana iz nosilca Neusilin® US2 in veziva Gelucire® 50/13. Le-ta so imela boljše pretočne lastnosti od zrnc pripravljenih z Avicel® PH 101 kot nosilcem, kar je posledica predvsem oblike slednjih. Z vrstičnim elektronskim mikroskopom smo namreč potrdili, da so nepravilnih oblik in z ostrimi robovi, medtem ko so zrnca izdelana iz Neusilin® US2 okrogle oblike, kompaktna in zbita, kar je razlog za dober pretočni čas in dober Carrov indeks. Pri 4 zrncih iz drugega sklopa, ki so imela 15 % dodatek sladkornega estra opazimo bolj porozno strukturo in grobo površino. Z diferenčno dinamično kalorimetrijo smo potrdili, da smo z granulacijo s talinami dosegli pretvorbo modelne učinkovine karvedilola iz kristalinične v amorfno obliko, kar je zaželeno, saj je takšna oblika bolj topna. V prihodnjih študijah bi bilo potrebno preveriti še stabilnost pripravljenega amorfa karvedilola, saj uporabljeni mezoporozni nosilci predstavljajo enega izmed uveljavljenih pristopov za stabilizacijo amorfnih oblik učinkovin.

(10)

VIII

ABSTRACT

Among the newly discovered active ingredients, as many as 70 % of them are practically insoluble in water. This is the reason why scientists use a variety of approaches to increase their solubility, which is needed for their use in practice. One of these approaches is also melt granulation, which we performed in a high-shear mixer as part of our research work.

The main ingredient for successful granulation is binder that melts or softens at increased temperatures. The binder must have a melting point between 50 and 100 °C. They are divided into two groups: hydrophilic and hydrophobic. In our research, we focused on hydrophilic binders, which are suitable for the manufacture of immediate release delivery systems.

The purpose of the Master's Thesis was to improve the water solubility of the model active ingredient carvedilol, which according to the biopharmaceutical classification system belongs to group II. In a combination with different hydrophilic binders and mesoporous carriers, we produced granules in a high-shear mixer with melt granulation. We wanted granules that would increase the solubility of carvedilol as much as possible, and at the same time show good flow properties. Granulation was performed with 6 different carriers (Avicel® PH 101, Fujicalin® SG, Neusilin® US2, Syloid® 244 FP, Syloid® XDP 3050, Aeroperl® 300) and 7 different binders (PEG 6000, poloxamer 188, Gelucire® 48/16, Gelucire® 50/13, and 4 sugar esters D-1216, D-1615, D-1616, D-1816).

The best flow properties and the best release profiles were achieved with granules made using the carrier Neusilin® US2 and binder Gelucire® 50/13. These had better flow properties than granules prepared with carrier Avicel® PH 101, which is mainly due to the shape of the latter. Using a scanning electron microscope, we confirmed that they are irregular in shape and with sharp edges, while the granules made of Neusilin® US2 were round and compact, which was the reason for their good flow time and good Carr index.

The granules produced using 15 % sugar ester addition, showed a more porous structure and rough surfaces. With differential scanning calorimetry we confirmed the conversion of the carvedilol from a crystalline to an amorphous form, which is desirable since such a form is more soluble. In future studies, it would be good to study the stability of the amorphous carvedilol, as the mesoporous carriers which we used in our research work represent one of the established approaches for the stabilization of amorphous forms of active ingredients.

(11)

IX

Ključne besede

granuliranje s talinami, hitrovrteči mešalnik, trdne disperzije, amorf, takojšnje sproščanje, karvedilol, biofarmacevtski klasifikacijski sistem II

Key words

melt agglomeration, granulation, high-shear mixer, solid dispersions, amorphous, immediate release, carvedilol, BCS II

(12)

X

SEZNAM OKRAJŠAV

BCS – biofarmacevtska klasifikacija zdravil (ang. Biopharmaceutical classification system)

CI – Carrov indeks

d10/d50/d90 – premer delca v mikronih, od katerega ima 10/50/90 % vzorca manjši premer, manjši ali enak od 10/50/90 % merjenih delcev

DSC – diferenčna dinamična kalorimetrija (ang. differential scanning calorimetry) FO – farmacevtska oblika

FZ – fizikalna zmes

HLB – hidrofilno-lipofilno ravnotežje (ang. hydrophilic-lipophilic balance)

IUPAC - Mednarodna zveza za čisto in uporabno kemijo (ang. International Union of Pure and Applied Chemistry)

LADME – sproščanje, absorpcija, distribucija, metabolizem, eliminacija (ang. liberation, adsorption, distribution, metabolism, elimination)

MK – maščobna kislina PEG – polietilenglikol PS – pomožna snov

rpm – obrati na minuto (ang. rounds per minute) SE – sladkorni ester

SEM – vrstični elektronski mikroskop (ang. scanning electron microscope) t – čas

Tg – temperatura steklastega prehoda

UV- VIS – ultravijolična in vidna spektroskopija (ang. ultraviolet – visible spectroscopy) XRPD – rentgenska praškovna difrakcija (ang. X ray powder diffraction)

ZU – zdravilna učinkovina

(13)

1

1. UVOD

1.1. IZBOLJŠANJE TOPNOSTI SLABO VODOTOPNIH ZDRAVILNIH UČINKOVIN

Peroralna aplikacija je najbolj zaželen, priročen in široko uporabljen način jemanja zdravil, saj je to za bolnika najprijaznejša pot, terapevtska učinkovitost je visoka, stroški izdelave pa so sorazmerno nizki. Po peroralni aplikaciji mora zdravilna učinkovina preiti določene bariere, kot so raztapljanje v gastrointestinalnih tekočinah, prehod skozi črevesno membrano in metabolizem prvega prehoda. Izmed navedenih ovir za absorpcijo ZU iz prebavnega trakta je najbolj ključna ravno dobra topnost v gastrointestinalnih tekočinah, saj je to nujen predpogoj za prehod učinkovin v sistemski krvni obtok, ki določa biološko uporabnost (1,2,3).

Po podatkih iz leta 2006 je bilo od 200 najbolje prodajanih per os zdravil na trgu štirih držav (ZDA, Velika Britanija, Španija in Japonska) kar 40 % slabo vodotopnih, ki jih glede na biofarmacevtski klasifikacijski sistem (ang. Biopharmaceutical Classification System, BCS) lahko uvrstimo v razred II. Med novo odkritimi zdravilnimi učinkovinami je takšnih že okoli 70 % učinkovin, kar je predvsem posledica razširjenosti uporabe rešetanja visokih zmogljivosti. Slednja izboljša možnosti za odkritje novih učinkovin, vendar pa so te pogosto zelo lipofilne, imajo veliko molekulsko maso in slabšo vodotopnost. To je razlog za slabše biofarmacevtske lastnosti in posledično slabšo biološko uporabnost tovrstnih učinkovin (1,3,4).

V biofarmacevtskem smislu sta pomembni dve lastnosti učinkovin: topnost in permeabilnost. Vodotopnost je pomembna za raztapljanje učinkovine, permeabilnost pa definira njen prehod skozi membrane. Na osnovi topnosti v vodi (nizka/visoka) in permeabilnosti (nizka/visoka) po BCS klasifikaciji delimo zdravilne učinkovine na štiri skupine, prikazane v preglednici I (5).

(14)

2

Preglednica I: Delitev zdravilnih učinkovin glede na njihove lastnosti, na razrede biofarmacevtske klasifikacije zdravil (5)

Slabo vodotopne zdravilne učinkovine, ki dobro prehajajo skozi biološke membrane, uvrščamo v razred II, tiste s slabo permeabilnostjo skozi membrane pa v razred IV.

Raziskovalci se poslužujejo najrazličnejših pristopov za izboljšanje vodotopnosti in s tem biološke uporabnosti učinkovin iz razreda II. Običajno je njihova prva izbira tvorba soli ter zmanjšanje velikosti delcev, poslužujejo pa se tudi uporabe sotopil in tvorbe samo- (mikro)emulgirajočih sistemov, nanosuspenzij, dendrimerov, niosomov, tvorbe ciklodekstrinskih kompleksov in trdnih disperzij (1,4).

1.1.1. TRDNE DISPERZIJE

Trdne disperzije (TD) definiramo kot disperzije ene ali več učinkovin v inertnem nosilcu, ki se nahaja v trdnem agregatnem stanju. Odlikuje jih enostavna priprava kot tudi dobra ponovljivost izdelave, kljub temu pa je njihova uporaba v farmaciji še vedno zelo omejena.

Njihova največja omejitev so slabe fizikalne lastnosti, ki otežujejo izdelavo končne farmacevtske oblike (FO). TD izdelane iz vodotopnih nosilcev so pogosto mehke in lepljive, kar predstavlja oviro pri tabletiranju in kapsuliranju. Dodaten problem predstavlja tudi njihova nestabilnost, kar se kaže v rekristalizaciji zdravilne učinkovine (ZU) (6,7,8).

TD lahko pripravimo z metodo taljenja, raztapljanja ali s kombinacijo obeh. Z metodo taljenja, kamor spada tudi granuliranje s talinami, jih običajno izdelamo tako, da hidrofobno zdravilno učinkovino in hidrofilen nosilec stalimo, mešanico nato na hitro ohladimo, s čimer dosežemo prenasičenost in ujetje učinkovine v strjenem nosilcu. S tem

I. RAZRED dobra topnost dobra permeabilnost

II. RAZRED slaba topnost

dobra permeabilnost

III. RAZRED dobra topnost slaba permeabilnost

IV. RAZRED slaba topnost slaba permeabilnost

(15)

3

se poveča topnost in hitrost sproščanja slabo vodotopne ZU. Glede na število faz in obliko zdravilne učinkovine jih delimo v 4 podskupine (preglednica II) (6,7).

Preglednica II: Delitev trdnih disperzij (TD) glede na število faz in oblike v katerih se nahaja ZU (6)

Oblika ZU Število faz v TD

1 2

Kristalinična Trdna raztopina Evtektična zmes

Amorfna Steklasta raztopina Steklasta suspenzija S pretvorbo ZU iz kristalinične v amorfno obliko dosežemo boljšo topnost in hitrost raztapljanja ter posledično tudi boljšo biološko uporabnost (BU). Olajšano raztapljanje učinkovine je posledica dejstva, da molekulam topila pri amorfu ni potrebno prekiniti intermolekularnih sil kristalne mreže v kristalu. Amorfne učinkovine, ki imajo zaradi svoje neurejenosti visoko notranjo energijo in so posledično manj stabilna oblika, lahko rekristalizirajo in se pretvorijo nazaj v bolj stabilno kristalinično obliko. Do tega največkrat pride zaradi mehanskega stresa, povišane temperature in vlage, s čimer se poveča mobilnosti molekul in tako pride do hitrejše rasti kristalov. Temu se lahko izognemo tudi z uporabo (mezo)poroznih pomožnih snovi (7).

Amorfne snovi vrednotimo s temperaturo steklastega prehoda (Tg), ki označuje območje temperature, ko amorfna snov preide iz trdega steklastega v razmehčano stanje. Tg je vedno nižji od temperature tališča snovi (9).

1.2. GRANULIRANJE

Granuliranje je proces povečevanja velikosti delcev, pri čemer se manjši delci združujejo v večje, permanentne agregate, znotraj katerih lahko še vedno identificiramo osnovne delce.

Velikost zrnc je največkrat od 0,2 do 4 mm, odvisno od njihove nadaljnje uporabe. Zrnca so lahko samostojna farmacevtska oblika, lahko pa so tudi vmesna stopnja pri izdelavi tablet in kapsul. Idealna zrnca so sferične oblike, trdna, izkazujejo dobro pretočnost in stisljivost (10).

(16)

4

Z granuliranjem dosežemo boljše lastnosti prahov: (11)

 sprememba velikosti in porazdelitve velikosti delcev (s povečanjem in poenotenjem velikosti delcev dosežemo ožjo porazdelitev),

 izboljšanje stisljivosti zmesi prahov (za tabletiranje),

 izboljšanje pretočnosti praškastega materiala,

 izboljšanje enakomernosti vsebnosti,

 zmanjšanje prašenja,

 z uporabo ustreznih pomožnih snovi dosežemo izboljšano močljivost in hitrost raztapljanja,

 izboljšanje stabilnosti učinkovine zaradi zmanjšanega stika površine z zunanjim okoljem,

 preprečimo segregacijo delcev.

1.1.2. METODE ZA GRANULIRANJE

Granulacijske metode delimo na suho in vlažno granuliranje, ter granuliranje s talinami (10).

SUHO GRANULIRANJE:

Je metoda granuliranja pri kateri za nastanek zrnc ne uporabljamo tekočine, saj se adhezijske sile tvorijo kot posledica aplikacije zunanjega tlaka. Mehanizma tvorbe vezi med delci sta predvsem privlačne molekularne sile in snovni mostički suhega veziva.

Prednosti takšnega granuliranja v primerjavi z drugimi metodami so večja stabilnost ZU, saj ni potrebe po dodajanju granulacijske tekočine, s čimer se izognemo tudi fazi sušenja zrnc, malo odpada, uspešno povečevanje velikosti serije, cenovna ugodnost. Primerno je predvsem za termolabilne in na vlago in hidrolizo občutljive ZU, zaradi procesnih omejitev pa ni primerno za nizko potentne ZU, za katere so značilni visoki odmerki. Suho granuliranje izvedemo s kompaktiranjem ali z briketiranjem (10,11).

Pri kompaktiranju dobimo zbiti trak, ki nastane s stiskanjem materiala med dvema valjema, ki se vrtita v nasproti smeri. Zbiti trak se nato zdrobi v zrnca. Kompaktiranje se najpogosteje uporablja pri zelo voluminoznih materialih, saj zelo poveča nasipno gostoto.

Slabosti tega procesa so, da nastane sorazmerno veliko prahu in drobnih delcev, ter pride do zmanjšanja stisljivosti praška (12).

(17)

5

Pri briketiranju se prah stisne v večje tablete premera 2 cm ali več, ki se jih nato z mlinom zdrobi v zrnca. Pri novih formulacijah v razvitem svetu briketiranje skoraj nikoli ni prva metoda izbora (12,13).

VLAŽNO GRANULIRANJE:

Vlažno granuliranje je najpogosteje uporabljena granulacijska metoda, ki se uporablja v 80

% primerov. Izvedemo ga z uporabo granulacijske tekočine, ki jo po končanem procesu skoraj v celoti odstranimo med sušenjem. Kot tekočina se najpogosteje uporablja voda oziroma vodna raztopina veziva, kot so na primer koruzni škrob, raztopina glukoze, melase, povidon, hipromeloza… Za nastanek zrnc je pomembna vzpostavitev tekočinskih mostičkov med trdimi delci v mokri fazi, po sušenju pa tudi privlačne molekularne sile v obliki trdnih/snovnih mostičkov. Močnejše vezi nastanejo med procesom sušenja, ko nastanejo tudi aglomerati (11,14).

Slabosti vlažnega granuliranja so, da je neprimerno za ZU, ki so občutljive na vlago in visoko temperaturo, je cenovno manj ugodno in časovno potratno, saj proizvodnja zahteva več vmesnih korakov (mešanje, granuliranje, vlažno potiskanje skozi sito, sušenje, suho mletje). Slednje poveča tudi možnost za izgubo materiala (10). Zrnca izdelana z vlažnim granuliranjem so bolj voluminozna od zrnc izdelanih s suhim granuliranjem, ki so po strukturi bolj zbita (12).

GRANULIRANJE S TALINAMI

Tehnologije s talinami predstavljajo alternativo klasičnim tehnološkim postopkom, ki za proces aglomeracije potrebujejo topilo. S talinami lahko izdelamo različne farmacevtske oblike: zrnca, pelete, uporabimo pa jih lahko tudi za oblaganje delcev (15,16).

Tehnologije s talinami v farmacevtski industriji delimo na:

 iztiskanje talin (ang. hot-melt extrusion),

 granuliranje s talinami (ang. melt agglomeration),

 oblaganje s talinami (ang. melt coating),

 dispergiranje talin (ang. melt dispersion),

 vezava trdnih disperzij, izdelanih s pomočjo talin, na adsorbente.

(18)

6

Tehnologije s talinami se najpogosteje poslužujemo, ko želimo vplivati na hitrost sproščanja ali prekriti neželeni okus učinkovine (18). Z njimi lahko pripravimo FO s takojšnim ali podaljšanim časom sproščanja. Slednje je odvisno predvsem od izbire veziva, pri čemer se hidrofilna veziva uporabljajo za pripravo oblik s takojšnim sproščanjem, hidrofobna pa pri oblikah s podaljšanim sproščanjem (10).

Med procesom granuliranja se drobni trdni delci v prisotnosti veziva povežejo v aglomerate. Slednji nastanejo med mešanjem granulacijske zmesi in njenim ohlajanjem na temperaturo okolice, pri čemer pride do strjevanja veziva. Zahtevana je temperatura procesa nad temperaturo tališča veziva (16).

Največja prednost granuliranja s talinami je ravno v odsotnosti topil, čemur lahko pripišemo večjo kemično stabilnost ZU občutljivih na vlago. Faza sušenja ni potrebna, kar je velika prednost glede na časovni in cenovni vidik procesa. Postopek izdelave je prijazen do okolja, saj ni potrebe po organskih topilih, ki so draga in toksična za delavca in okolje.

Odvisno od izbire pomožnih snovi je glede na maso FO vanjo možna velika vgradnja ZU.

Največja omejitev procesa je zahtevana visoka temperatura, ki lahko povzroči razpad termolabilnih sestavin in oksidacijo (11,17,19).

Za uspešno izvajanje granuliranja s talinami je zahtevana posebna oprema. Ta mora zagotavljati, da se bo vezivo v posodi stalilo in preprečiti neželeno prehitro strjevanje produkta na izpostavljeni površini. Poleg ekstrudorja talin se dandanes široko uporabljata predvsem hitrovrteči mešalnik in vrtinčnoslojni granulator. V obeh primerih pride do postopne rasti zrnc. Največje razlike med procesoma so, da je pri tehnologiji z vrtinčenjem plasti dosti manj strižnih sil in da sta prenos toplote na zrnca in kontrola temperature veliko bolj učinkovita kot v hitrovrtečem granulatorju (17,19). Zrnca, ki jih dobimo z vrtinčnoslojnim granulatorjem, so zaradi nižjih strižnih sil lahko manjša, bolj hrapava in bolj porozna, kar je nezaželeno pri tabletiranju, kjer si želimo zrnca enakomernih velikosti in z visoko gostoto (16,20). Celoten proces poteka v eni posodi, kar je iz tehnološkega vidika zelo zaželeno, saj s tem zmanjšamo število vmesnih korakov proizvodnje, preprečimo izgubo materiala, ki bi nastala pri prenosu in zmanjšamo skupno čiščenje (17).

Za granuliranje se uporabljajo veziva, ki se pri povišani temperaturi stalijo oziroma zmehčajo in se s hlajenjem strdijo. Veziva lahko dodajamo v obliki trdnih delcev in situ ali pa njihovo talino uporabimo kot tekočino za granuliranje. Prvi način dodajanja je zaradi odsotnosti dodatnega segrevanja bolj zaželen, saj je enostavnejši za proizvodnjo. Odvisno

(19)

7

od izbire nosilca, v katerem je ZU dispergirana ali enakomerno raztopljena po celotnem volumnu, je v formulaciji potrebno imeti vsaj 10 do 30 % veziva (11,17,19).

1.3. HITROVRTEČI GRANULATOR

Hitrovrteči granulatorji so sestavljeni iz mešalne posode, trilistnega mešala in sekala.

Mešalna posoda je lahko cilindrične ali stožčaste oblike. Kadar hitrovrteči granulator uporabljamo za granuliranje talin, potrebujemo posodo s plaščem za ogrevanje ali ohlajenje vsebine, po katerem kroži vroča ali hladna tekočina oziroma para. Ogrevanje posode je v industrijski proizvodnji lahko časovno zelo potraten proces, zato se dandanes pogosto poslužujejo ogrevanja posode v kombinaciji z mikrovalovi, vendar le v primeru če uporabljeno vezivo absorbira mikrovalove. Ti so takojšen vir energije, saj hitro prodirajo v delce in zagotavljajo toploto, kjer je ta potrebna. V poskusu s PEG 3000 so ugotovili, da je tak proces taljenja veziva tudi do dvakrat hitrejši kot pa če bi za ogrevanje uporabili samo toploto iz ogrevalnega plašča (21).

Poznamo hitrovrteče granulatorje različnih velikosti, od manjših laboratorijskih pa vse do velikih industrijskih, ki so namenjeni industrijski proizvodnji. Sodobni hitrovrteči granulatorji so pogosto opremljeni s senzorji za določanje končne točke procesa, omogočajo pa tudi avtomatizirano čiščenje naprave in potek granuliranja v eni sami posodi. Prednost ene posode je v tem, da za sušenje zrnc ne potrebujemo nobene dodatne opreme, saj strjevanje poteka v samem granulatorju po koncu faze aglomeracije (11,21).

Največja slabost hitrovrtečih granulatorjev je težavna povečava serije (ang. scale-up) (22).

Osnovni namen mešala je enakomerno mešanje vsebine v posodi in dobra razporeditev veziva med prašnimi delci, medtem ko je glavni namen sekala drobljenje večjih delcev v zrnca. Hitrovrteče granulatorje lahko razdelimo na vertikalne, oziroma horizontalne, odvisno glede na položaj mešala. Vertikalne granulatorje pa nadalje delimo na granulatorje s spodnjim oziroma zgornjim pogonom, ki je prikazan na sliki 1 (11,21).

Med samim procesom je pomembno, da na kontrolni plošči spremljamo podatke o temperaturi izdelka, hitrosti mešala in sekala ter navor ali moč motorja. Slednji nam je lahko v pomoč pri določanju končne točke granulacije, ki vpliva tudi na kakovost končnega produkta (23).

(20)

8

Slika 1: Prikaz vertikalnega hitrovrtečega granulatorja s pogonom od zgoraj (21)

1.1.3. MEHANIZEM AGLOMERACIJE S TALINAMI V HITROVRTEČEM GRANULATORJU

Aglomeracija s talinami v hitrovrtečem granulatorju je proces pri katerem se trdni drobni delci preko snovnih mostičkov povežejo v večje aglomerate. Delci so izpostavljeni intenzivnemu mešanju, gnetenju in plastični deformaciji, pri čemer je tvorba zrnc pogojena s strjevanjem taline. Aglomerati bodo rastli le, če bodo imeli dovolj moči, da prenesejo vpliv zunanjih sil. Na trdnost aglomeratov vplivajo kapilarne in viskozne sile ter sila trenja.

Kapilarne sile pomagajo pri povezovanju aglomerata tako, da trdne delce potegnejo skupaj, medtem ko se viskozna sila in sila trenja upirata konsolidaciji kot dilataciji sklopa trdnih delcev (10,11,20).

Mehanizem aglomeracije je bil tradicionalno razdeljen na procese jedrenja, koalescenco, oblaganja, drobljenja, abrazijo in druge (slika 2). Ker pa se ti procesi pogosto prekrivajo in ni točno izoblikovanih mej, sta Ennis in Litster predlagala delitev nastanka aglomeratov v tri faze (moderna delitev) (10,21):

 močenje in jedrenje,

 koalescenca,

 lomljenje in krušenje.

(21)

9 Slika 2: Prikaz mehanizmov rasti in razpada zrnc (21) MOČENJE IN JEDRENJE:

Močenje in jedrenje sta procesa, ki potekata v začetni fazi aglomeracije, ko vezivo pride v stik s primarnimi prašnimi delci. Tvorijo se majhni aglomerati oziroma jedrca, ki imajo zelo porozno strukturo. Primarni prašni delci se povežejo s tekočinskimi mostički v pendularni fazi. Po Schaferju in Mathiesenu sta predlagana dva mehanizma jedrenja (10,21), distribucija in imerzija kot prikazuje slika 3:

Slika 3: Prikaz poteka jedrenja po mehanizmu distribucije (a) in imerzije (b); prirejeno po: (16).

Do jedrenja z imerzijo pride, ko prašni delci pridejo v stik s kapljico taline veziva in se adherirajo na njeno površino. Pri distribucijskem mehanizmu pa majhni aglomerati (jedrca) nastanejo tako, da se kapljica taline veziva razporedi po površini trdnih delcev, ki se med trki sprijemajo med seboj in tvorijo večje aglomerate. Kateri od teh dveh mehanizmov bo prevladal je odvisno od razmerja med velikostjo trdnega delca in kapljico taline veziva.

(22)

10

Distribucijski mehanizem prevlada, ko so kapljice manjše oziroma enako velike kot trdni delci, medtem ko v primeru večjih kapljic veziva prevlada imerzija. Začetno velikost kapljic lahko nadzorujemo z razprševanjem taline veziva, pri uporabi veziva v trdnem agregatnem stanju (in situ) pa je začetna velikost kapljic odvisna od velikosti delcev trdnega veziva. V hitrovrtečem granulatorju, kjer so prisotne velike strižne sile, se trdni delci že zelo hitro zdrobijo v majhne fine delce. Posledično običajno v hitrovrtečem granulatorju prevladuje mehanizem distribucije. Pri vrtinčnoslojnem granulatorju pa pogosto prevladuje mehanizem imerzije. Pri distribucijskem mehanizmu je zaželeno uporabiti vezivo z nizko viskoznostjo, saj tako dobimo delce z večjo povprečno velikostjo in tudi aglomeracija nastopi in poteče hitreje (16).

V fazi jedrenja izgubimo fine delce zaradi združevanja manjših vlažnih delcev v večje.

Nastala jedrca se utrdijo pod vplivom zunanjih mehanskih sil in tako pridobijo dovolj trdnosti, da se v nadaljnjih postopkih ne razdružujejo oz. razbijajo in lahko zrastejo v večje aglomerate. Faza jedrenja je v procesu granuliranja s talinami lahko zelo kratka, saj se začetni delci zelo hitro omočijo, ko je enkrat dosežena točka tališča veziva (16,21).

KOALESCENCA:

Do rasti aglomeratov s koalescenco pride takrat, ko ni več na voljo začetnih delcev prahov.

Razlog za to leži v težnji, da je koalescenca med primarnimi delci oziroma med primarnim delcem in aglomeratom večja kot med dvema aglomeratoma, saj je tendenca obratno sorazmerna z velikostjo (16).

Koalescenca poteka med jedri, katerih površina je omočena s talino, kar spodbuja uspešno združevanje jeder. Talina na površini daje jedrom plastičnost in bistveno prispeva k deformaciji površine jedr, ki je nujna za koalescenco in spodbuja oblikovanje aglomeratov (10). Najbolj idealno stanje za rast aglomeratov je kapilarno, pri katerem je nasičenost s tekočino 80-100 %. V kapljičnem stanju je to nasičenje 100 % ali več in posledično obstaja nevarnost za nekontrolirano rast aglomeratov in prekomerno omočenost (21). Rast aglomeratov bo potekala le dokler ne bo dosežena kritična velikost delca, ki je odvisna od ravnovesja med koalescenco in lomljenjem delcev (20).

LOMLJENJE IN KRUŠENJE:

Lomljenje aglomeratov je pogojeno z njihovo trdnostjo in s kinetično energijo, ki jo prispeva mešalo. Lomljenje med samim procesom granulacije pomaga pri porazdelitvi

(23)

11

vezivne tekočine po trdnih delcih, kar zagotavlja homogeno rast aglomeratov in ima velik vpliv na njihove končne fizikalne lastnosti. V tej fazi procesa lahko nastane veliko okruškov, to so fini, majhni delci, ki prispevajo k slabšim pretočnim lastnostim zrnc (10).

1.4. POMOŽNE SNOVI PRI GRANULIRANJU S TALINAMI

Pri granuliranju s talinami imamo ZU vgrajeno v zmes nosilca in vsaj enega ali več veziv, ki se pri povišani temperaturi stalijo oziroma zmehčajo (20). Primerno vezivo za granuliranje s talinami ima temperaturo tališča med 50 in 100 °C. Vezivo z nižjo temperaturo tališča ni primerno, saj obstaja nevarnost, da bi se stalilo oziroma zmehčalo že med rokovanjem pred samim procesom, produkt pa ne bi bil stabilen med shranjevanjem.

Visoka temperatura tališča veziva prav tako ni zaželena, saj obstaja nevarnost termičnega razpada ZU (16).

Veziva delimo na hidrofilna in hidrofobna (preglednica III in IV). Hidrofilna veziva so npr.

polietilen glikoli in poloksameri, hidrofobna pa maščobne kisline, maščobni alkoholi, voski in gliceridi. Hidrofilna veziva se uporabljajo za pripravo dostavnih sistemov s takojšnjim sproščanjem, medtem ko so hidrofobna prva izbira pri izdelavi dostavnih sistemov s podaljšanim oziroma zakasnelim sproščanjem (21).

Preglednica III: Hidrofilna veziva, ki jih uporabljamo za granuliranje s talinami (20)

Ime veziva Talilni interval [°C]

GELUCIRE® 50/13 44-50

POLOKSAMER 188 52-57

PEG 2000 42-53

PEG 3000 48-63

PEG 6000 55-63

PEG 8000 54-63

PEG 10000 57-64

PEG 20000 53-66

STEARAT 6000 WL 1644 56-58

(24)

12

Preglednica IV: Hidrofobna veziva, ki jih uporabljamo za granuliranje s talinami (20)

Ime veziva Talilni interval [°C]

Čebelji vosek 56-60

Karnuba vosek 75-83

Cetil palmitat 47-50

Gliceril monostearat 47-63

Parafin vosek 47-65

Stearinska kislina 46-69

Gliceril behanat 67-75

Gliceril palmitostearat 48-57

Gliceril stearat 54-63

Hidrogenirano ricinusovo olje 62-86

Mikrokristalni vosek 58-72

Stearilni alkohol 56-60

Za nastanek zrnc je potrebna tvorba tekočinskih mostičkov med talino veziva in drugimi delci v formulaciji. Da pridemo do teh, se mora vezivo pod vplivom temperature pretvoriti iz trdnega v tekoče agregatno stanje. Uporabljena količina veziva je odvisna tudi od vrste nosilca, ki ga uporabimo za granuliranje, običajno pa je med 10 in 30 % mase celotne formulacije. Veziva, ki imajo namesto temperature tališča temperaturo steklastega prehoda, se pri povišani temperaturi ne stalijo ampak le zmehčajo. Takšna zmehčana poltrdnina tudi lahko deluje kot vezivo, saj lokalno območje taljenja na površini zmehčanega delca spodbuja združevanje delcev in nato rast aglomeratov. V tem primeru pogosto potrebujemo tudi več kot 50 % (m/m) veziva, saj je na voljo dosti manj vezivne tekočine, ki je potrebna za uspešen potek aglomeracije, glede na dano maso veziva (21).

Nosilec je lahko organskega ali anorganskega izvora. Temperatura tališča polnila mora biti vsaj 20 °C višja od maksimalne temperature procesa granuliranja. Zaželena velikost delcev je od 20 do 25 mikrometrov. Delci manjši od 10 mikrometrov načeloma niso zaželeni, saj lahko vodijo v nekontrolirano rast aglomeratov, delci večji od 100 mikrometrov pa lahko povzročijo tvorbo mehansko šibkih aglomeratov (21).

Pri našem delu smo uporabili mezoporozne nosilce, ki spadajo med porozni material. To je material z veliko specifično površino (do 500 m²/g) in s porami volumna večjega od 1

(25)

13

cm³/g. Po definiciji Mednarodne zveze za čisto in uporabno kemijo (ang. International Union of Pure and Applied Chemistry, IUPAC) se porozni materiali delijo glede na velikost njihovih por (preglednica V) (24).

Preglednica V: Delitev poroznega materiala glede na njegovo velikost por (24) Razred poroznega materiala Velikost por

MIKROPOROZEN < 2 nm

MEZOPOROZEN 2-50 nm

MAKROPOROZEN > 50 nm

Mezoporozne materiale lahko razdelimo na urejene in neurejene. Za urejene materiale sta značilna zelo velika površina (vse do 1500 m²/g) in velik volumen por (1,5 cm³/g), kar omogoča nalaganje velikih količin ZU na površino ogrodja. Med urejene materiale uvrščamo npr. SBA-15, MCM-41, MCM-48, MCM-50 ter ostale. Pri neurejenih materialih se ZU ne nalaga na površino ogrodja, temveč se ujame v pore, s čimer je dokazano preprečena rekristalizacija amorfne ZU. Med neurejene mezoporozne materiale uvrščamo Syloid®, Aeroperl®, Sylysia® in druge (24). Neurejene mezoporozne materiale smo v okviru našega dela uporabljali tudi mi.

1.1.4. SLADKORNI ESTRI

Sladkorni estri (SE) so neionske površinsko aktivne snovi, zgrajene iz saharoze kot hidrofilnega dela in maščobne kisline, ki predstavlja lipofilni del. Ker saharoza vsebuje 8 hidroksilnih skupin, lahko s spreminjanjem lipofilne verige dosežemo različne HLB vrednosti. Zaradi nizke temperature tališča (40 do 79 °C) in visoke temperature razpada (nad 220 °C) so zelo primerni kot veziva pri granuliranju s talinami (25).

V prehrambeni industriji so v uporabi že od šestdesetih let prejšnjega stoletja. Popularni so predvsem zato, ker so netoksični, brez vonja in brez okusa. Njihova uporaba je razširjena tudi v kozmetiki, saj ne dražijo oči in kože. V farmacevtski industriji je njihova uporaba še relativno nova, zato so tudi informacije o njih nezadostne in so potrebne dodatne raziskave (25,26).

SE se uporabljajo kot emulgatorji, solubilizatorji in lubrikanti. V večini primerov jih pri granuliranju s talinami uporabljamo za izboljšanje biološke uporabnosti slabo vodotopnih komponent (26).

(26)

14

SE z visoko HLB vrednostjo so hidrofilni, z nizko pa hidrofobni. SE s srednjo in visoko HLB vrednostjo imajo temperaturo steklastega prehoda (Tg) namesto temperature tališča.

To je razlog, da se hidrofilni SE pri povišani temperaturi le zmehčajo, medtem ko se hidrofobni SE stalijo (25,27). Za granuliranje s talinami so najbolj primerni SE z nizko vrednostjo HLB, medtem ko SE s srednje visoko in visoko vrednostjo HLB niso najbolj primerni, saj je distribucija ZU pri njih slabša. Kljub ugotovitvi, da se hidrofilni SE pri povišani temperaturi (nad 35 °C) ne raztapljajo najbolje in tvorijo gel, s tem pa verjetno vplivajo na nepopolno sproščanje ZU, so le-ti bolj primerni za povečanja hitrosti sproščanja ZU kot pa SE z nizko vrednostjo HLB (27).

Preglednica VI: HLB in termične lastnosti sladkornih estrov (25,28,29,30) Tip sladkornega estra HLB

vrednost

Talilni interval, Tg* [°C] Temperatura razpada [°C]

začetna točka vrh

SAHAROZA STEARAT

SE-1801 1 51 61 260

SE-1802 2 52 61 253

SE-1803 3 51 58,7 238

SE-1805 5 50 57,7 231

SE-1807 7 49 60 233

SE-1811 11 49* 55* 234

SE-1815 15 49* 55* 234

SE-1816 16 49* 56* 237

SAHAROZA PALMITAT

SE-1615 15 47* 54* 237

SE-1616 16 40* 48* 235

SAHAROZA

LAURAT SE-1216 16 35* 47* 235

Slika 4: Strukturna formula molekule sladkornega estra (28)

(27)

15

2. NAMEN DELA

Karvedilol je zelo lipofilna in slabo vodotopna učinkovina, ki jo po BCS klasifikaciji uvrščamo v II. skupino (slaba topnost, dobra permeabilnost). Literaturni viri navajajo, da z izboljšanjem topnosti lahko dosežemo boljšo biološko uporabnost zdravila.

Namen magistrske naloge je z metodo granuliranja s talinami izdelati dobro pretočna zrnca in izboljšati vodotopnost modelne zdravilne učinkovine, karvedilola. Z izdelavo zrnc želimo povečati topnost in hitrost sproščanja ZU v mediju s pH 1,2 (umetni želodčni sok) in pH 6,8 (umetni črevesni sok) ter ob enem doseči njeno popolno sprostitev. Granuliranje s talinami bomo izvajali v hitrovrtečem granulatorju, pri čimer bomo uporabili različne mezoporozne nosilce in hidrofilna veziva. Potek dela bo razdeljen v dva sklopa. V prvem sklopu bomo spreminjali nosilce, v drugem pa veziva. Za prvi sklop bomo uporabili šest nosilcev različnih poroznosti: Avicel® PH 101, Fujicalin® SG, Neusilin® US2, Syloid®

244 FP, Syloid® XDP 3050 in Aeroperl® 300. Kot vezivo bomo pri vseh nosilcih uporabili PEG 6000. Količino veziva bomo prilagodili vsakemu od nosilcev in sicer tako, da bomo določili najmanjšo možno količino veziva, ki še omogoča izdelavo zrnc primernih velikosti. Z optimalnim nosilcem bomo nadaljevali naslednji sklop raziskav, v okviru katerega bomo proučevali vpliv različnih veziv na proces granuliranja in izdelana zrnca.

Naš cilj bo ostal enak, kot je bil v prvem sklopu: izdelava zrnc z dobrimi pretočnimi lastnostmi in izboljšano vodotopnostjo ZU. Kot veziva bomo uporabili poloksamer 188, Gelucire® 48/16, Gelucire® 50/13, ter štiri hidrofilne sladkorne estre (D-1216, D-1615, D- 1616 in D-1816). Velikost in porazdelitev velikosti izdelanih zrnc bomo izmerili z lasersko difraktometrijo. Z diferenčno dinamično kalorimetrijo bomo spremljali fazne prehode učinkovine in pomožnih snovi, zlasti potencialni prehod zdravilne učinkovine iz kristalinične v amorfno obliko. Z vrstičnim elektronskim mikroskopom bomo opazovali površinsko morfologijo nosilcev in izdelanih zrnc ter njihovo obliko.

Cilj naloge je izdelati zrnca z modelno ZU v amorfni obliki ter hitrejšim sproščanjem ZU v primerjavi s profilom sproščanja kristalinične ZU in njenih fizikalnih zmesi s pomožnimi snovmi. Najhitrejši profil sproščanja in največjo koncentracijo sproščene ZU pričakujemo pri zrncih izdelanih z najbolj hidrofilnimi vezivi (izboljšanje močljivosti ZU) ter mezoporoznimi nosilci z najmanjšo velikostjo delcev (kratka difuzijska pot) in večjimi porami (lažji dostop medija za sproščanje).

(28)

16

3. MATERIALI IN METODE

3.1. MATERIALI Modelna učinkovina:

 karvedilol, Krka d. d., Novo mesto

Pomožne snovi:

 mikrokristalna celuloza (Avicel® PH 101), FMC BioPolymer, ZDA)

 kalcijev fosfat (Fujicalin® SG), Fuji Chemical Industries Co., Ltd, Japonska,

 magnezijev aluminijev silikat (Neusilin® US2), Fuji Chemical Industries Co., Ltd, Japonska,

 silicijev dioksid (Syloid® 244 FP), Grace GmbH, Nemčija,

 silicijev dioksid (Syloid® XDP 3050), Grace GmbH, Nemčija,

 silicijev dioksid (Aeroperl® 300), Evonik, Nemčija,

 polietilen glikol 6000, Sigma-Aldrich, Nemčija,

 poloksamer 188 (Pluronic® F-68), BASF, Nemčija,

 polietilen glikol monostearat, Gelucire® 48/16, Gattefose, Francija

 makrogolglicerol stearat, Gelucire® 50/13, Gattefose, Francija

 sladkorni ester D-1216 (Surfhope®) Mitsubishi Chemical Europe GmbH, Nemčija,

 NaOH pelete, EMSURE®, Merck, ZDA,

 KH2PO4, Merck KGaA, Nemčija,

 HCl 37 %, Merck KGaA, Nemčija,

 prečiščena voda pridobljena z reverzno osmozo, Fakulteta za farmacijo.

(29)

17 ZDRAVILNA UČINKOVINA:

Karvedilol je bel do skoraj bel prah, ki je v vodi praktično netopen. Po BCS klasifikaciji ga uvrščamo v II. skupino, saj sta zanj značilni dobra permeabilnost in slaba topnost.

Uporablja se za zdravljenje esencialne hipertenzije, kronične stabilne angine pektoris in kot dopolnilo zdravljenja pri srčnem popuščanju. Deluje kot vazodilatorni neselektivni zaviralec adrenergičnih receptorjev β (β1 in β2) in α1 receptorjev. Močneje deluje na receptorje beta kot na receptorje α1. Z vazodilatacijo se zmanjša periferni vaskularni upor in preprečuje refleksno tahikardijo, tako da srčni utrip ostane nespremenjen ali zmanjšan. Z beta-blokado prav tako zmanjšuje sproščanje renina (31,32).

Karvedilol je zelo lipofilna učinkovina (log P = 3,8). Peroralno se zelo hitro absorbira in doseže Cmax že po 1 do 2 urah. Zaradi obsežne presnove prvega prehoda ima slabo peroralno BU, ta je od 25 do 35 %. Približno 98 do 99 % se ga veže na plazemske beljakovine, predvsem na albumin. Presnova poteka predvsem v jetrih z oksidacijo aromatskih obročev in z glukuronidacijo. Povprečni eliminacijski razpolovni čas je od 7 do 10 ur. Poglavitna pot izločanja je z blatom, manjši del pa se izloči preko ledvic v obliki presnovkov. Karvedilol je racemat, pri čemer sta oba enantiomera antagonista adrenergičnih receptorjev α, po drugi strani pa je za antagonistično aktivnost na β1 in β2

receptorjih odgovoren predvsem S(-) enantiomer. Karvedilol je po naravi šibka baza (prisotnost aminske skupine). Pri nizkem pH-ju tvori sol, kar je razlog za boljšo topnost. V Sloveniji je dostopen v odmerkih 3,125; 6,25; 12,5 in 25 mg (31,32).

Kemijsko ime: 1-(9H-karbazol-4-iloksi)-3-[2-(2-metoksifenoksi)etilamino]propan-2-ol Molekulska formula: C24H26N2O4

Relativna molekulska masa: 406,5 g/mol Temperatura tališča: 114,5 °C

Slika 5: Strukturna formula karvedilola (31).

(30)

18 NOSILCI:

Avicel® PH 101

Avicel® PH 101 (mikrokristalna celuloza) pridobivamo s segrevanjem surove celuloze z mineralnimi kislinami, ki jo nato z mehanskim mletjem celuloznih agregatov dodatno zmeljemo. Povprečna velikost delcev je 50 mikrometrov. Nasipna gostota je od 0,26 do 0,31 g/cm³, zbita gostota pa 0,45 g/cm³. Specifična površina je od 1,06 do 1,12 m²/g.

Vsebnost vlage prahu je običajno manjša od 5,0 %. Avicel® PH 101 se v farmacevtski industriji pogosto uporablja pri izdelavi tablet in kapsul kot nosilec in suho vezivo.

Nepogrešljiv je prav tako v kozmetični in prehrambni industriji (33,34).

Fujicalin® SG

Fujicalin® SG je bel, zelo porozen kristalinični prah sintetičnega izvora. Je brezvodni kalcijev fosfat z molekulsko formulo CaHPO4. Povprečna velikost delcev je 120 mikrometrov. Njegova nasipna gostota znaša 0,45 g/cm³, zbita gostota pa 0,54 g/cm³. Specifična površina je 40 m²/g. Vsebnost vlage je od 0,1 do 0,2 %. Kapaciteta oljne adsorpcije znaša 1,1 ml/g, kapaciteta vodne adsorpcije pa 1,2 ml/g. Primeren je tako za direktno stiskanje tablet kot za ekstruzijo s talinami. Odlikujejo ga zelo dobre pretočne in stisljivostne lastnosti. Uporablja se v farmacevtski kot prehrambni industriji (34,35).

Neusilin® US2

Neusilin® US2 je amorfna oblika magnezijevega aluminijevega silikata z molekulsko formulo Al2O3·MgO·1,7SiO2·xH2O. Po videzu so to beli delci s povprečno velikostjo 106 mikrometrov. Njegova nasipna gostota znaša od 0,13 g/cm³do 0,18 g/cm³, zbita gostota od 0,16 g/cm³ do 0,22 g/cm³ in specifična površina 300 m²/g. Njegova kapaciteta za adsorpcijo oljne faze znaša od 2,7 do 3,4 ml/g, za vodno fazo pa od 2,4 do 3,1 ml/g.

Neusilin® US2 je za razliko od ostalih magnezijevih aluminijevih silikatov, ki so alkalni, nevtralen (pH 7,4). Izkazal se je kot zelo dober nosilec za ZU iz II. skupine po BCS, ki jim z granuliranjem s talinami želimo izboljšati profil sproščanja ter za samomikroemulgirajoče sisteme. Primeren je tudi za uporabo pri direktnem stiskanju in vlažnem granuliranju. Z razliko od ostalih magnezijevih aluminijevih silikatov v vodi ne tvori gela (36).

(31)

19 Syloid® 244 FP

Syloid® 244 FP je mikroniziran amorfen silicijev dioksid (SiO2) sintetičnega izvora s povprečno velikostjo delcev 3,5 mikrometrov. Njegova nasipna gostota znaša 0,06 g/cm³, specifična površina pa 311 m²/g. Lahko adsorbira do 3 ml/g tekočine. Je zelo porozen bel prah, ki se v farmacevtski industriji najpogosteje uporablja kot drsilo (0,25-2 %) in nosilec za ZU ter samomikroemulgirajoče sisteme. Je zelo dober adsorbent vlage (37,38,39).

Syloid® XDP 3050

Syloid® XDP 3050 je mikroniziran amorfen silikagel sintetičnega izvora. Tako kot Syloid 244 FP® je tudi Syloid® XDP 3050 po sestavi silicijev dioksid (SiO2). Je zelo porozen bel prah, ki se uporablja kot drsilo in nosilec za ZU ter samomikroemulgirajoče sisteme.

Povprečna velikost delcev znaša 50 mikrometrov. Njegova nasipna gostota je 0,275 g/cm³, specifična površina pa 288 m²/g. Kapaciteta za adsorpcijo oljne faze znaša 3 ml/g. Je zelo učinkovit adsorbent vlage, s katerim povečamo stabilnost suhih prahov ob enem pa tudi izboljšamo pretočne lastnosti (37,40).

Aeroperl® 300

Aeroperl® 300 je po sestavi amorfen silicijev dioksid (SiO2) sinteznega izvora. Po videzu je bel prah, ki ima zaradi okroglih delcev dobre pretočne lastnosti. Povprečna velikost delcev je od 20 – 60 mikrometrov. Njegova nasipna gostota znaša 0,26 g/cm³, zbita pa 0,27 g/cm³. Je zelo porozen material s specifična površino od 260 do 320 m²/g. Kapaciteta adsorpcije tekočine znaša od 1,5 do 1,9 ml/g. Tako kot Neusilin® US2 se je tudi Aeroperl® 300 izkazal kot zelo dober nosilec pri granuliranju s talinami za ZU iz II.

skupine po BCS. Zaradi majhnih por se omenja kot idealen nosilec za stabilizacijo ZU v amorfni obliki (41).

(32)

20

Preglednica VII: Pregled fizikalnih lastnosti uporabljenih (mezo)poroznih nosilcev.

Sestava

Velikost delcev

[µm]

Nasipna / zbita gostota [g/cm³]

Specifična površina

[m²/g]

Kapaciteta adsorbcije vodne faze

[ml/g]

Kapaciteta adsorbcije oljne faze

[ml/g]

Avicel®

PH 101

mikrokristalna

celuloza 50 0,26 - 0,31 /

0,45 1,06 - 1,12 / /

Fujicalin®

SG

brezvodni

kalcijev fosfat 120 0,45 / 0,54 40 1,2 1,1

Neusilin®

US2

magnezijev aluminijev

silikat

106 0,13 - 0,18 /

0,16 - 0,22 300 2,4 - 3,1 2,7 - 3,4

Syloid®

244 FP

mikroniziran amorfen

silicijev dioksid

3,5 0,06 / - 311 / /

Syloid®

XDP 3050

mikroniziran amorfen

silicijev dioksid

50 0,275 / - 288 / 3

Aeroperl®

300

amorfen silicijev dioksid

20 - 60 0,26 / 0,27 260 - 320 / /

VEZIVA:

Poletilenglikol (PEG) 6000

Polietilenglikoli so stabilne, hidrofilne snovi, ki se glede na molekulsko maso lahko nahajajo v tekočem (200-600) ali trdnem agregatnem stanju (1000 in več). Številka nam pove povprečno molekulsko maso spojine, njena enota je g/mol. Zaradi relativno nizke temperature tališča so primerni za granuliranje s talinami. PEG 6000 je bele barve in voskastega izgleda. Njegova temperatura tališča je med 55 in 63 °C (34).

(33)

21 Poloksamer 188

Poloksameri so neionski kopolimeri polioksietilena (hidrofilni del) in polioksipropilena (hidrofobni del), ki se uporabljajo kot emulgatorji, solubilizatorji in sterični stabilizatorji.

Nelastniškemu imenu poloksamer sledi trimestna številka. Prvi dve številki pomnoženi s 100 ustrezata povprečni molekulski masi polioksipropilenskega dela, zadnja številka pomnožena z 10 ustreza masnemu odstotku polioksietilena. Poloksamer 188 je brez vonja in okusa, nahaja se v obliki belih voskastih zrnc. Njegova temperatura tališča je med 52 in 57 °C (34).

Gelucire®

Geluciri® so hidrofilni emulgatorji s HLB vrednostjo večjo od 12. Sestavljeni so iz nepolarnega repa (lavrinska, palmitinska ali stearinska kislina) in polarne glave (PEG, glicerol). Delimo jih na površinsko aktivne snovi (PAS) in tvorce ogrodja. Površinsko aktivne snovi delimo še naprej na vodotopne PAS (Gelucire® 48/16) in PAS, ki se v vodi dispergirajo (Gelucire® 50/13, Gelucire® 44/14) (34,42,43).

Gelucire® 48/16 je polietilen glikol monostearat, ki se nahaja v obliki belih voskastih pelet. Prva številka za lastniškim imenom nam pove temperaturo tališča v stopinjah celzija, druga številka pa teoretično HLB vrednost. Ob stiku z vodo tvorijo micelarne raztopine, z ujetjem v njihovo notranjost pa izboljšajo vodotopnost slabo vodotopnih ZU. Velikost micelov je 2-10 nm. Zaradi nizke temperature tališča je primeren za granuliranje s talinami in za iztiskanje talin (42,43).

Gelucire® 50/13 je makrogolglicerol stearat, ki se nahaja v obliki belih voskastih pelet. Ob stisku z vodo tvori zelo fino disperzijo z velikostjo struktur 10-200 nm. Ima podobne lastnosti kot Gelucire® 44/14, vendar lahko pri višjih koncentracijah zaradi višje temperature tališča izkazuje zaviralni učinek na sproščanje ZU zaradi tvorbe hidrogela, ki se počasneje raztaplja in erodira (42,43).

SLADKORNI ESTRI

Sladkorni estri oziroma saharozni estri maščobnih kislin so neionske površinsko aktivne snovi sestavljene iz saharoze kot hidrofilnega dela in maščobnih kislin kot lipofilnega dela.

Med seboj se razlikujejo glede na maščobno kislino (stearinska, palmitinska ali lavrinska)

(34)

22

ter v stopnji zaestritve. Sladkorni estri, ki se uporabljajo v farmaciji, imajo začetno črko D, kateri sledi štirimestna številka. Prvi dve nam povesta število ogljikovih atomov v maščobno kislinski verigi, zadnji dve pa njihovo HLB vrednost (44).

Preglednica VIII: Pregled lastnosti veziv, ki smo jih uporabili pri eksperimentalnem delu.

Sestava HLB Temperatura zmehčanja (začetna točka) [°C]

PEG 6000 homopolimer oksietilenskih enot 19 55 - 63 poloksamer

188

kopolimer polioksietilena in

polioksipropilena 29* 52 - 57

Gelucire®

48/16 polietilen glikol monostearat 16 48 Gelucire®

50/13 makrogolglicerol stearat 13 50 D-1216 estri saharoze z lavrinsko kislino 16 35 D-1615 estri saharoze s palmitinsko kislino 15 47 D-1616 estri saharoze s palmitinsko kislino 16 40 D-1816 estri saharoze s stearinsko kislino 16 49

* HLB vrednosti se po klasični skali gibljejo od 0 do 20, vendar podajamo HLB nekaterih površinsko aktivnih snovi tudi po drugačni skali in imajo zato lahko višje vrednosti (45).

(35)

23

3.2. APARATURE

V eksperimentalnem delu magistrske naloge smo uporabljali naslednje naprave:

 analitska tehtnica AG245, Mettler Toledo, Švica,

 precizna tehtnica XS2002S, Mettler Toledo, Švica,

 diferenčni dinamični kalorimeter DSC 1, STARe System, Mettler Toledo, ZDA,

 dvostranski ogljikov lepilni trak, premer 12 mm, Oxon, Oxford Instruments, Velika Britanija,

 grelec vode Huber Ministat 125, Huber Kältemaschinenbau AG, Nemčija,

 magnetno mešalo IKARCT Basic, Nemčija,

 grelno magnetno mešalo, Rotamix 550 MMH, Tehtnica, Slovenija,

 naprava za določanje zbitega volumna Vankel 501100, Varian Inc., ZDA,

 naprava za preskus sproščanja Vankel VK 7010 Tablet Dissolution Tester, VanKel Technology Group, ZDA,

 laserski difraktometer Mastersizer 3000, Malvern Instruments Ltd, Velika Britanija,

 ultra zvočna kadička ISKRA Sonis 4, Iskra Pio d.o.o., Slovenija,

 UV-VIS spektrofotometer tipa HP Agilent 8453, Hewlett Packard, Nemčija,

 vrstični elektronski mikroskop SEM Supra 35VP, Carl Zeiss, Švica,

 hitrovrteči granulator Formatrix 4M8-TRIX, ProCept, Belgija,

 naprava za merjenje pH: pH meter tipa MA235, Mettler Toledo, Švica,

 laboratorijski pribor (čaše različnih volumnov, merilne bučke, merilni valj, stekleni lij, žličke, spatule, pinceta, tehtalni čolnički, mešalni magneti, aluminijasti lončki z volumnom 40 μL, filtri Minisart RC25 0,45 μm, 10 ml brizge, igle, termometer, štoparica).