Originalni znanstevni olanki – Scientific articles
Nekatere metode stabilizacije amorfnih uoinkovin
Some stabilization methods of amorphous drugs
Odon Planinoek
Povzetek Poznamo veliko metod za amorfizacijo zdravilnih uoinkovin. Najpogosteje uporabljamo mletje, liofilizacijo, suoenje z razproevanjem in hitro ohladitev taline. S temi postopki aelimo predvsem poveoati neravnoteano topnost in hitrost raztapljanja v vodi teako topnih uoinkovin in tako poveoati njihovo biolooko uporabnost. Amorfna oblika spojine je termodinamiono nestabilna in jo moramo najveokrat stabilizirati. V ta namen jo lahko hranimo pri zniaani temperaturi, vsaj 50°C pod temperaturo steklastega prehoda (Tg), kar je uporabno le za spojine, ki imajo Tg nad 80°C. Iste tehnike kot za izdelavo amofnih uoinkovin uporabljamo tudi za njihovo stabilizacijo tako, da dodamo pomoane snovi in izdelamo trdne disperzije, ki z uoinkovino tvorijo fizikalne in kemijske vezi ali pa delujejo protimehoalno.
Kljuone besede: amorfne zdravilne uoinkovine, stabilizacija amorfnih uoinkovin, izboljoanje biolooke uporabnostil
Abstract Many methods for preparation of amorphous drug are known. Milling, lyophylization, spray drying and melt quenching are used for this purpose. Using these procedures dynamic solubility and dissolution rate can be altered to improve bioavailability of an insoluble drug. Amorphous drug is thermodynamically unstable and it has to be stabilized in most cases. For this purpose it can be stored at lowered temperature at least 50°C below glass transition temperature (Tg), what is useful only for substances with Tg above 80°C. Identical methods as for preparation of amorphous drugs can be used for their stabilization. Excipients are added with the purpose to prepare solid dispersions that interact physically or chemically with the drug or have anti-plasticising effect.
Key words: Amorphous drugs, stabilization of amorphous drugs, bioavailability improvement
1  Uvod
Pred tremi leti je bil v tej reviji objavljen olanek o naoinih izdelave amorfnih oblik spojin (1), tokrat pa obravnavamo metode za njihovo stabilizacijo, ki omogooajo izdelavo zdravila z ustreznim rokom uporabe. Zaradi niaje termodinamione stabilnosti amorfne snovi kristalizirajo. Od hitrosti te pretvorbe je odvisno, ali je potrebno amorfno strukturo stabilizirati. Poznavanje lastnosti amorfne oblike uoinkovin in pomoanih snovi je pomembno predvsem zaradi uporabnih lastnosti (vioja neravnoteana topnost, hitrejoe raztapljanje), pogoste pojavnosti in fizikalnokemijske nestabilnosti v primerjavi s kristalno obliko. Amorfno trdno snov lahko definiramo v primerjavi s kristalno obliko. Amorfne snovi so lahko enako kot kristalne urejene na kratkih razdaljah (v odnosu do sosednjih molekul), na daljoih razdaljah pa te urejenosti ni. Do tega pride pri molekulah, ki so konformacijsko dovolj fleksibilne. Ker zdravilne uoinkovine in farmacevtske pomoane snovi veoinoma ustrezajo temu pogoju, je pojavnost amorfov v farmaciji zelo pogosta (npr. sladkorji, peptidi, beljakovine, drugi polimeri in uoinkovine). Praktiono uporabnost amorfne uoinkovine izkoriooamo predvsem, kadar je topnost kristalne oblike dovolj nizka. Tako lahko prioakujemo veliko izboljoanje biolooke uporabnosti uoinkovine, katere topnost v kristalni obliki znaoa do 1mg/L.
2  Metode izdelave amorfnih oblik spojin
Najbolj znani naoini priprave amorfnih oblik spojin so hitra ohladitev taline, hitro obarjanje z dodatkom netopila, suoenje z zamrzovanjem,
suoenje z razproevanjem in dodatek neoistot (3-6). V procesih, pri katerih prihaja do mehanske ali kemijske aktivacije (mletje, vlaano granuliranje), lahko pride do popolne ali delne amorfizacije vzorca. Amorfne snovi lahko nastanejo tudi v trdnih disperzijah. Dehidratacija kristalnih hidratov je eleganten naoin priprave amorfnih oblik spojin. Saleki-Gerhardt in sodelavci so pokazali, da segrevanje rafinoze pentahidrata pri 60°C v vakuumu povzrooi nastanek amorfne oblike, identione tisti, ki jo dobimo s suoenjem z zamrzovanjem (7). Li je ugotovil, da postane karbamazepin dihidrat amorfen ob suoenju pri 45°C v duoikovi atmosferi (8).
3 Uporabnost amorfnih oblik spojin
Najpomembnejoa lastnost amorfnih uoinkovin je njihova poveoana neravnoteana topnost in hitrost raztapljanja, kar omogooa poveoanje biolooke uporabnosti v vodi teako topnih spojin. S termodinamionega ali kemijskega staliooa je topnost spojine pri dolooenem tlaku, temperaturi in volumnu samo ena. Vrednost je definirana kot nasioena koncentracija spojine v raztopini, ko je v ravnovesju z najbolj stabilno kristalno obliko. V primeru, ko je ta koncentracija povioana, govorimo o metastabilni ali dinamioni neravnoteani topnosti, ki po dolooenem oasu pade na ravnoteano vrednost (Slika 1) (9).
Na odstopanje od termodinamione ravnoteane topnosti lahko vplivajo neoistote, dodatek ionov, velikost delcev in kristalna oblika.
izr. prof. dr. Odon Planinoek, mag. farm., Univerza v Ljubljani, Fakulteta za farmacijo, Aokeroeva 7, 1000 Ljubljana, odon.planinsek@ffa.uni-lj.si, tel.: 041 210 992
8 farm vestn 2007; 58
Nekatere metode stabilizacije amorfnih uoinkovin
Slika 1:
Raztapljanje amorfne (A) in kristalne oblike (B) uoinkovine.
Figure 1:   Dissolution of amorphous (A) and crystalline form (B) of a drug.
4 Stabilizacija amorfne oblike
Neurejeno amorfno strukturo stabiliziramo s hitrim suoenjem raztopine, ohlajanjem in/ali z dodatkom stabilizirajooih snovi, s katerimi prepreoimo gibanje molekul, ki bi lahko povzrooile nestabilnost v oasu uporabe zdravila.
4.1 Pravilo Tg-50K
Amorfno obliko spojine oziroma steklo pogosto izdelamo s hitro ohladitvijo taline. Nad temperaturo taliooa Tm so molekule neurejene in zelo gibljive. Pri ohlajanju se spojina lahko obnaoa na dva naoina. V prvem primeru se pri dovolj pooasnem ohlajanju tekooe stanje pretvori v kristalnega. Eksotermna reakcija kristalizacije vodi v nenadno spremembo specifionega volumna in entalpije (Slika 2). Pod taliooem je z zniaevanjem temperature    zmanjoevanje teh dveh
i 1
01 Q. CO
Pod hlajena tekoèina
Tekoèina
Temperatura
Slika 2: Shema odvisnosti specifionega volumna od temperature pri tekooinah, ki lahko kristalizirajo in tvorijo steklo (10).
Figure 2: Shematic representation of the specific volume as a function of temperature for a liquids which can both crystallize and form a glass (10).
parametrov majhno. V drugem primeru se lahko s hitrim ohlajanjem izognemo kristalizaciji. Pri Tm v tem primeru ne pride do odmika od premice v diagramu volumen (entalpija) v odvisnosti od temperature. Pri nadaljnjem ohlajanju podhlajene tekooine naraooa viskoznost. Molekule se gibljejo vedno manj tako, da se pri nadaljnjem ohlajanju veo ne morejo preurejati. Temperaturno obmooje, kjer ravoteaje sistema izgine, imenujemo temperaturo steklastega prehoda. Pod to temperaturo je gibanje molekul zelo omejeno in govorimo steklastem stanju (1).
Stekla so tekooine, zamrznjene v oasu, ko izvajamo njihovo vrednotenje (eksperiment). Oeprav so s termodinamionega staliooa nestabilne, so lahko s kinetionega staliooa stabilne toliko oasa, da lahko to izkoriooamo tudi v farmaciji. Kot je prikazano na sliki 2, obstaja veo steklastih stanj in njihove lastnosti so odvisne od tega, kako jih pridobimo. Pri niaji hitrosti ohlajanja ostane vzorec v podhlajenem stanju do niaje temperature, medtem ko se pri vioji hitrosti ohlajanja ravnoteaje ohranja do vioje temperature. Steklo 2 na sliki 2 je bilo pridobljeno pri niaji hitrosti ohlajanja od stekla 1. Sprememba hitrosti ohlajanja za desetkrat povzrooi spremembo Tg za 3-5 K (10).
Medtem ko so amorfne snovi pod temperaturo steklastega prehoda (Tg) relativno stabilne, so nad njo oboutljive na mehanske in termione obremenitve, kar vpliva na njihove fizikalno-mehanske lastnosti. Mnoge imajo Tg nad sobno temperaturo, pri veoini pa prisotnost ostankov topil oziroma relativna vlaga deluje mehoalno in vpliva na nestabilnost tudi pri niaji temperaturi od sobne. Znano je, da temperatura steklastega prehoda (Tg) ni dovolj dober indikator meje, pod katero molekule niso mobilne. Pod to temperaturo se molekule oe vedno lahko dovolj gibljejo tako, da se s staranjem amorfen vzorec spreminja.
Pojav je znaoilen tako za polimerne kot tudi za majhne molekule, ki tvorijo stekla. Kako hitro potekajo te spremembe, opredeljujemo z raounanjem konstante molekulske relaksacije (?), ki je uporaben parameter za napovedovanje temperature shranjevanja amorfnega vzorca. Ta oasovna konstanta predstavlja povpreoen oas za molekulski premik v vzorcu in jo lahko izraounamo z merjenjem entalpije relaksacije.
Slika 3:      DSC krivulji staranega in nestaranega amorfnega vzorca. Figure 3:   DSC scans of aged and nonaged amorphous samples.
farm vestn 2007; 58 9
Originalni znanstevni olanki – Scientific articles
Pri temperaturi pod T lahko prihaja do strukturnih sprememb ter zniaanja specifionega volumna in entalpije, kar imenujemo fizikalno staranje vzorca. DSC (diferenona dinamiona kalorimetrija) krivulja na sliki 3 prikazuje prisotnost endotermnega vrha katerega poloaaj in velikost sta odvisna od temperature in oasa staranja vzorca. Daljoi oas staranja omogooa veojo relaksacijo vzorca. Za vsako temperaturo, pri kateri shranjujemo amorfni vzorec (Ta), obstaja maksimalna entalpija relaksacije (AH), katere vrednost pada z niaanjem temperature shranjevanja vzorca in jo opredelimo z naslednjo enaobo (11)
AH^ = lim AH t a_,a,  = H (Ta, 0) - H^(Ta)           (1)
H(Ta,0) in H^(Ta) sta entalpiji na zaoetku staranja (0) in po dolooenem oasu (a). V farmacevtski literature uporabljajo za izraoun maksimalne entalpije relaksacije predvsem naslednjo enaobo (10-12)
AH^ = (T  - T) AC             (2)
T = eksperimentalna temperatura
AC  = sprememba toplotne kapacitete pri T
S poznavanjem AH^ lahko izraounamo obseg deleaa relaksacije v vzorcu (<|>t) po dolooenem oasu hranjenja pri dolooeni temperaturi T:
Ot = 1 - (AHt / AH)           (3),
pri oemer je AHt izmerjena entalpija prehoda pri teh pogojih. Ta podatek nato uporabimo za izraoun vrednosti x. Predpostavimo, da v vzorcu obstaja veo relaksacijskih procesov s porazdelitvijo relaksacijskega oasa tako, da predstavlja x povpreono vrednost vseh gibanj in ga izraounamo iz naslednje enaobe:
$t = exp (-t /x)
p
(4),
pri oemer je p porazdelitveni parameter relaksacijskega oasa in znaoa med 0 in1. Enaobo 3 lahko reoujemo z uporabo razlionih matemationih pristopov obdelave eksperimentalnih rezultatov ter tako izraounamo x in p. Parameter x lahko podamo kot njegovo porazdelitev v odvisnosti od (T -T) (Slika 2) (12)
Slika 4:      Konstanta molekulske relaksacije dveh modelnih uoinkovin v odvisnosti od Tg-T (12).
Figure 4: Relaxation time parameter of two model drugs with scaled temperature Tg-T (12).
Eksperimentalna merjenja so pokazala, da lahko za dolooitev nioelne mobilnosti v mnogih primerih uporabimo tudi pravilo Tg-50 (12). To pravilo lahko uporabimo pri veoini uoinkovin in organskih polimerov, ki jih uporabljamo v farmaciji, oziroma pri sistemih, ki jih opredeljujemo kot krhke. Zaradi oibkih neusmerjenih nekovalentnih interakcij med molekulami teh spojin je sprememba specifione toplote pri Tg velika in jo lahko s termiono analizo relativno enostavno dolooimo. Pri ovrstih steklih (npr. SiO2), pri katerih je sprememba mobilnosti molekul med steklastim prehodom majhna (s tem tudi majhna sprememba specifione toplote), so pravila za izraoun temperature, pri kateri doseaemo nioelno mobilnost molekul, drugaona in prav tako opisana v literaturi (13-15 ). Med farmacevtsko pomembnimi spojinami sodijo k ovrstim steklom beljakovine, ki so vedno pogosteje predmet raziskovanja tudi s staliooa stabilnosti amorfne oblike (16).
V  veoini primerov je temperatura, pri kateri je treba hraniti amorfen vzorec, da ostane stabilen, mnogo niaja od sobne in je s staliooa stabilnosti zdravila neuporabna. Tako potekajo mnoge raziskave uporabe bolj primernih naoinov stabilizacije amorfnih spojin.
4.2  Amorfizacija in stabilizacija z mletjem
Ena prvih raziskav o vplivu mletja na kristalinionost uoinkovin je bila objavljena leta 1977 (17). Nakai in sodelavci so ugotovili, da mletje modelne uoinkovine (benzojska kislina, salicilna kislina, acetilsalicilna kislina) v kombinaciji z mikrokristalno celulozo povzrooi amorfizacijo. Amorfnost uoinkovin so dokazovali z diferenono dinamiono kalorimetrijo in rentgensko praokovno analizo (17). Predpostavili so, da mletje povzrooi nastanek molekulske disperzije uoinkovine v nosilcu ali nastanek drobnih kristalov. Isti avtorji so v naslednji raziskavi ugotovili, da tudi mletje lahko hlapnih modelnih uoinkovin (naftalen, kafra, krezol) v kombinaciji z mikrokristalno celulozo povzrooi njihovo amorfizacijo. Odparevanje teh uoinkovin iz mletih zmesi je bilo pri povioani temperaturi in zniaanem tlaku zanemarljivo majhno. Iste uoinkovine so iz fizikalnih zmesi pri istih pogojih zelo hitro odparele. Predpostavili so, da se uoinkovina v mletih vzorcih nahaja v obliki “entropijsko zmrznjene raztopine”, razporejene v porah celuloze. Takono stabilizacijo naj bi omogooale vodikove vezi. Ko so mlete disperzije izpostavili povioani relativni vlagi, je hitro priolo do kristalizacije uoinkovine, ker naj bi prekinitev vodikovih vezi poveoala giljivost molekul (18).
V literaturi lahko najdemo veliko primerov mehanske aktivacije oistih uoinkovin in poruoenje urejene kristalne strukture (19-21). Spremembe veoinoma vplivajo na fizikalno in kemijsko reaktivnost ter tako na hitrost raztapljanja (22). Tudi ti primeri kaaejo, da so uoinkovine v takonih vzorcih nestabilne in da pri povioani temperaturi ali vlagi prehajajo v stabilno obliko. Absorbirana vlaga deluje kot mehoalo in poveoa mobilnost molekul, kar povzrooi rekristalizacijo. Med mletjem prihaja najprej do amorfizacije povroine vzorca, medtem ko lahko sredica ostane kristalna (23). Topnost takonih vzorcev bo pri snoveh z nizko topnostjo odvisna od mnoaine, ki jo dodamo v medij za raztapljanje. Plato koncentracije, ki ga doseaemo s poveoevanjem mnoaine mletega vzorca v medij za raztapljanje, ustreza neravnoteani topnosti amorfne oblike te snovi. Primer je podan na sliki 5. Oe v topilo dodamo le majhno mnoaino mletega vzorca, se bo amorfna povroina takoj raztopila tako, da bo za nadaljnje raztapljanje na voljo le kristalna
10 farm vestn 2007; 58
Nekatere metode stabilizacije amorfnih uoinkovin
Slika 5: Topnost kristalnega, amorfnega vzorca in vzorca z amorfno povroino kot funkcija dodane mnoaine v medij za raztapljanje (23).
Figure 5: Solubility of a drug with totally crystalline, totally disordered and disordered surface structure, as a function of the amount added to the dissolution medium (23).
sredica delca in bo topnost vzorca v sorazmerju predvsem s topnostjo stabilne kristalne oblike. S poveoevanjem mnoaine mletega vzorca v raztopini bo na voljo veo amorfnega vzorca tako, da topnost naraooa do nasioene vrednosti neravnoteane topnosti.
Stabilizacijo amorfne oblike uoinkovine lahko doseaemo z dodatkom primerne pomoane snovi in mletjem fizikalne zmesi. Kot primerni pomoani snovi sta se pokazali predvsem polivinilpirolidon (PVP) in SiO2. Izboljoano raztapljanje uoinkovine v tako obdelani zmesi je posledica zmanjoanja velikosti delcev, izboljoanega mooenja zaradi dodatka hidrofilne pomoane snovi in amorfizacije uoinkovine (24). Sploono velja, da s kroglionim mlinom, ki so ga uporabljali v opisanih raziskavah, ne moremo izdelati delcev manjoih od nekaj mikrometrov, zato je malo verjetno, da z mletjem uoinkovine v disperziji s pomoano snovjo nastanejo premajhni kristali, ki jih z rentgensko praokovno analizo ne moremo detektirati. Pri prouoevanju mletih trdnih disperzij glizentida in PVP so ugotovili, da je za amorfizacijo uoinkovine v zmesi potreben mnogo krajoi oas mletja kot pri oisti uoinkovini. V tem primeru sta bila steklasti prehod in rekristalizacija, dolooena s termiono analizo, dokaz amorfne oblike uoinkovine v mletih vzorcih. Ugotovili so tudi, da so bili amorfni vzorci v disperziji s PVP stabilni najmanj otiri mesece (24).
Natanono so bile prouoevane mlete disperzije indometacina in SiO2 (25). Podobno kot pri glizentidu je potekala amorfizacija uoinkovine ob prisotnosti SiO2 hitreje kot brez nje. Rekristalizacijo indometacina so spremljali z izotermiono kalorimetrijo tako, da so merili oas za rekristalizacijo indometacina pri 30°C in relativni vlagi (RH) 11 %. Amorfna struktura indometacina v mletih zmeseh je bila bolj stabilna kot pri oistem amorfnem indometacinu. Poleg tega so bile razlike v stabilnosti razliono dolgo mletih zmesi zelo velike, saj naj bi prisotni mikrokristali uoinkovine v ne dovolj zmletih vzorcih predstavljali jedra za kristalizacijo. Z jedrsko magnetno resonanco so prouoevali mehanizme interakcij med SiO2 in indometacinom, do katerih prihaja med mletjem. Ugotovili so, da mletje omogooa tvorbo tako imenovanih mehansko induciranih kemijskih interakcij povroine indometacina s silanolnimi skupinami SiO2 in mehansko pookodovanimi siloksanskimi vezmi. Na ta naoin pride do omejevanja mobilnosti molekul uoinkovine in stabilizacije amorfne strukture (25).
Poleg tega so s termiono analizo ugotovili naraooanje temperature steklastega prehoda s podaljoevanjem oasa mletja, kar prav tako dokazuje prisotnost interakcij med uoinkovino in pomoano snovjo. Za poveoanje stabilnosti amorfnega indometacina so izdelali tudi trikomponentne zmesi tako, da so poleg SiO2 za mletje uporabili oe Mg(OH)2. V tem primeru je priolo do popolne amorfizacije uoinkovine mnogo hitreje kot pri mletju zmesi indometacina in SiO2. Proces so razloaili z merjenjem kislosti mletega SiO2, Mg(OH)2 in zmesi teh dveh pomoanih snovi. Ugotovili so, da se s podaljoevanjem oasa mletja kislost zmesi SiO2 in Mg(OH)2 poveouje hitreje kot z mletjem posameznih komponent. Z IR spektroskopijo so pokazali, da pride z mletjem na medfazi obeh pomoanih snovi do mehanokemijske dehidratacije, saj se zmanjoujeta vrhova proste OH skupine, znaoilna za vsako od komponent. Pri mletju obeh pomoanih snovi z ndometacinom je tako priolo do kemijske interakcije med karboksilnimi skupinami na povroini uoinkovine ter kislo povroino, ki je nastala z mehansko inducirano kemijsko interakcijo med SiO2 in Mg(OH)2. Zmanjoevanje vrhov v IR spektru, znaoilnih za OH skupino iz karboksilne skupine indometacina in prosto silanolno skupino, je bilo v primeru mletja trikomponentne zmesi najhitrejoe. Te interakcije so prepreoile kristalizacijo indometacina tako, da je ostal vzorec popolnoma amorfen tudi po dveh mesecih hranjenja pri 30°C in 11 % RH (26). Tudi z mletjem zmesi aluminijevega magnezijevega aluminosilikata in uoinkovine so dosegli amorfizacijo in stabilizacijo amorfne oblike ketoprofena, indometacina, naproksena in progesterona. Predlagani mehanizmi za stabilizacijo so povioanje temperature steklastega prehoda, tvorba vodikovih vezi med uoinkovino in pomoano snovjo in mehansko inducirana kemijska interakcija med povroinami (27). Z mletjem so v amorfno obliko uspeono pretvorili naproksen z uporabo neciklionih analogov a in (3-ciklodekstrina (28). V tem primeru mehanizmov stabilizacije amorfne uoinkovine niso prouoevali
4.3  Druge metode izdelave trdnih disperzij in stabilizacija amorfne uoinkovine
Oeprav se je mletje pokazalo kot zelo uoinkovita metoda za stabilizacijo amorfne oblike uoinkovine, potekajo tudi raziskave uoinkovitosti drugih metod izdelave trdnih disperzij. Najbolj znana pomoana snov za izdelavo trdnih disperzij je polivinilpirolidon (PVP). Uporabili so ga za izdelavo trdne disperzije v kombinaciji z veo kot oestdesetimi uoinkovinami (29). Veliko manj je olankov, ki prououjejo mehanizem stabilizacije amorfne oblike uoinkovine s tem polimerom PVP uporabljamo za izdelavo trdnih disperzij, ker najpogosteje stabilizira amorfno obliko uoinkovine s protimehoalnim delovanjem Pomoana snov z visokim T in uoinkovina z nizkim T v zmesi imata vioji T kot oista uoinkovina. Na ta naoin je zmanjoana mobilnost molekul uoinkovine in poveoana fizikalna stabilnost zmesi. V primeru da med komponentama zmesi ni interakcij, lahko Tg izraounamo z uporabo Gordon-Taylor/Kelley-Bueche enaobo (30, 31):
(to1T 1) + (Kto2T 2)
g zmesi =                                                                         (   )
((O1) + (Kto2)
ro1 in (o2 sta masna deleaa komponent v zmesi K izraounamo ob poznavanju gostote (p) obeh komponent iz enaobe 6:
farm vestn 2007; 58 11
Originalni znanstevni olanki – Scientific articles
?T
1 g1
Odstopanje od idealnega obnaoanja zmesi, ki jo opisujemo z Gordon-Taylor/Kelley-Bueche enaobo pomeni, da so med komponentama prisotne medmolekulske interakcije. Protimehoalni uoinek so v kombinaciji izkazale tudi citronska kislina (32), dekstroza (33) in vinilni alkohol (34)
Z metodo suoenja z razproevanjem so prouoevali stabilnost amorfne laktoze v zmeseh s PVP nizke in visoke molekulske mase. Rezultati so pokazali, da dodatek PVP stabilizira amorfno laktozo, s oimer se povioa kritiona vrednost relativne vlage (RH), pri kateri poteoe rekristalizacija. Ugotovili so, da je PVP z viojo molekulsko maso (K90) uoinkovitejoi od tistega z niajo molekulsko maso (K17). Prav tako je uoinkovitost veoja v primeru, ko je delea PVP v zmesi velik. Kljub temu, da se je Tg pri uporabi PVP-K90 zniaala le na 32°C, so bili ti vzorci tudi po oestih mesecih hranjenja pri 25°C in RH 43 % popolnoma amorfni. To pomeni, da je gibljivost molekul laktoze, kljub majhni razliki Tg-T, najverjetneje zaradi tvorbe vodikovih vezi v trdni disperziji s PVP, ustrezno zmanjoana (35). V drugi raziskavi, kjer so prouoevali interakcije PVP s ketokonazolom, so ugotovili, da je razlog za poveoano stabilnost trdnih disperzij, izdelanih s suoenjem z razproevanjem, odgovoren protimehoalni uoinek polimera, ki povzrooi dvig Tg uoinkovine, poveoa viskoznost binarne zmesi in tako zmanjoa difuzijo molekul, ki je potrebna za tvorbo kristalne celice (36). 13C jedrska magnetna resonanca in infrardeoa spektroskopija sta pokazali, da med komponentama trdne disperzije ne pride do interakcij. Disperzije so bile stabilne en mesec pri temperaturi 30°C in relativni vlagi 52 %. Ta raziskava je pokazala, da naknadno dodani kristali uoinkovine povzrooijo pretvorbo oiste amorfne uoinkovine v disperziji, ker predstavljajo kristalizacijska jedra, medtem ko je bila amorfna oblika uoinkovine v disperziji s PVP stabilna tudi ob takonem dodatku (36).
PVP se je izkazal kot uoinkovita pomoana snov za stabilizacijo amorfnega ketoprofena s tvorbo trdne disperzije. Z metodo odparevanja topila so izdelali disperzije z amorfno uoinkovino, stabilno deset mesecev. Stabilizacijo amorfne uoinkovine omogooajo vodikove vezi med karboksilno skupino dispergiranega ketoprofena in keto skupino PVP. Poleg tega deluje PVP kot mehanska ovira, ki loouje delce in molekule uoinkovine med seboj in zaradi visoke viskoznosti zmanjouje njihovo mobilnost (37).
Perng in sodelavci so prouoevali vpliv PVP in PEG 8000 na stabilizacijo amorfne oblike uoinkovine SB-210661 ((S)-N-hidroksi-N-(2,3-dihidrokhi-6-2,3-difluorofenilmetoski) 3-benzenfuranil)urea) v trdnih disperzijah (38). Te so izdelali z ohlajanjem taline ali mletjem zmesi s PEG in odparevanjem topila v zmesi s PVP. Ugotovili so, da je uoinkovina v zmeseh s PEG ne glede na naoin izdelave le deloma amorfna, medtem ko je v zmeseh s PVP popolnoma amorfna. Kljub temu, da je bila zaoetna hitrost raztapljanja uoinkovine iz vseh trdnih disperzij enako poveoana glede na oisto uoinkovino, so bile disperzije s PVP zaradi prisotnih vodikovih vezi med komponentama, ki so jih dokazali z infrardeoo spektroskopijo, stabilne najmanj eno leto. Interakcije med PVP in uoinkovino so dokazali tudi drugi raziskovalci (39, 40). Prouoevali so razlike v IR spektrih fizikalnih zmesi in trdnih disperzij PVP in amorfnega indometacina in ugotovili, da je za
poveoanje stabilnosti amofne oblike v trdni disperziji odgovorna tvorba vodikove vezi med hidroksilno skupino uoinkovine in karboksilno skupino polimera (39). V disperzijah s PEG tovrstnih interakcij niso dokazali kar je razlog, da se je kristalinionost uoinkovine s oasom poveoevala, hitrost raztapljanja pa med enoletnim shranjevanjem bistveno zniaala (38).
Za stabilizacijo beljakovin najpogosteje uporabljamo postopek suoenja z zamrzovanjem. Ustrezno stabilizacijo lahko doseaemo le z ohranitvijo amorfne strukture produkta. V ta namen uporabljamo predvsem sladkorje, aminokisline in povroinsko aktivne snovi (41). Rezultati raziskav so pokazali, da so sladkorji in npr. hidroksipropil-ß-ciklodekstrin bolj, aminokisline in manitol pa manj uoinkovite spojine za stabilizacijo amorfne strukture zmesi. Pri manj uoinkovitih pomoanih snoveh pride med shranjevanjem do kristalizacije in zmanjoanja interakcij z beljakovino, kar zmanjoa njeno fizikalno in kemijsko stabilnost (42, 43).
4.4  Spontana amorfizacija uoinkovine v fizikalni zmesi ali trdni disperziji
Konno in sodelavci so ugotovili, da se lahko uoinkovina v fizikalni zmesi z ustrezno pomoano snovjo spontano pretvori v amorfno obliko (44-47). Tako lahko npr. acetilsalicilna kislina, fenacetin ali flufenaminska kislina v kombinaciji z magnezijevim aluminijevim silikatom ali aktivnim ogljem postanejo amorfne v nekaj dneh. Ugotovili so, da se z zniaanjem tlaka hitrost amorfizacije poveoa, medtem ko povioana relativna vlaga negativno vpliva na ta proces (47). Predpostavljajo, da proces prehoda uoinkovine v amorfno stanje poteka preko parne faze in je odvisen od njenega parnega tlaka. Uoinkovina sublimira ter s kristalnih delcev prehaja na povroino in v pore pomoane snovi z veliko specifiono povroino. Hipotezo so potrjevali z izdelavo fizikalnih zmesi spojine z nizkim parnim tlakom (p-hidroksibenzojska kislina) in z visokim parnim tlakom (benzojska kislina) ter z merjenjem hitrosti amorfizacije. Benzojska kislina je postala amorfna mnogo hitreje (nekaj ur) kot p-hidroksibenzojska kislina (veo dni) (44). Kasneje je Konno predlagal, da lahko verjetnost pretvorbe uoinkovine v amorfno obliko napovemo na osnovi dolooanjem parnega tlaka uoinkovin z uporabo parne destilacije njihovih vodnih raztopin (45).
Raziskave so pokazale, da se uoinkovina v ustrezno staranih zmeseh, kjer je priolo do amorfizacije, sproooa mnogo hitreje kot iz kristalne oblike. Tudi stabilnost zmesi je bila ob vzdraevanju nizke vlage ustrezna. Le v primeru acetilsalicilne kisline se je stabilnost zmesi zmanjoala, kar je lahko posledica katalitionega delovanja adsorbenta, ki je pospeoil hidrolizo uoinkovine (45). Gupta in sodelavci so ugotovili, da se lahko topnost uoinkovine iz trdnih disperzij, izdelanih z granuliranjem s taljenjem Gelucirja 50/13, PEG 8000 in Neusilina US2 (magnezijev aluminosilikat), s oasom naraooa. Predpostavili so, da lahko uoinkovina, ki je proton donor, tvori vodikove vezi, migrira v disperziji in se adsorbira na amorfno pomoano snov Neusilin, ki je proton akceptor. Obstoj tega mehanizma so dokazali na primeru dveh uoinkovin s proton donorskimi lastnostmi (BAY 12-9566 in naproksen) tako, da so med shranjevanjem vzorcev merili naraooanje vodikovih vezi z IR spektroskopijo in zmanjoevanje kristalinionosti uoinkovin z rentgensko praokovno analizo. V primeru progesterona, ki ni proton donor, tovrstnih sprememb niso dokazali (48)
farm vestn 2007; 58
Nekatere metode stabilizacije amorfnih uoinkovin
4.5 Stabilzacija uoinkovin in drugih snovi v ozkih porah
Obarjanje spojin v amorfni obliki lahko doseaemo tudi v ozkih porah oziroma v tankih plasteh. Potrditev takonega naoina amorfizacije in stabilizacije najdemo v elektronski industriji. Za izdelavo veokrat zapisljivih veoslojnih optionih diskov je potrebna dobra prepustnost svetlobe in zato oim tanjoa plast aktivne snovi (snov, ki med zapisovanjem krtistalizira) (49). Praktiono so ugotovili, da snovi, ki jih uporabljajo za veokrat zapisljive zgoooenke (kvarterne zmesi, npr. Ge-Sn-Sb-Te), kristalizirajo v plasti debeline 6 nm ali veo (50), medtem ko v tanjoi plasti ostanejo amorfne. V primeru zlitin aeleza in cirkonija so ugotovili naraoojanje debeline plasti, ki kristalizira, od 2 nm za oisto aelezo do 30 nm za aelezo, ki vsebuje 7 atomskih odstotkov cirkonija (51). Raziskave potekajo tudi na podrooju stabilizacije amorfnih uoinkovin v ozkih porah. Nam in sodelavci so z namenom stabilizacije antioksidanta resveratrola izdelovali polimerne mikrosfere. Ugotovili so, da je uoinkovina v mikrosferah z veojimi porami kristalna, medtem ko je v porah velikosti pod 3.9 nm amorfna. (52). Maver in sodelavci so izdelovali gele silicijevega dioksida, ki so vsebovali nifedipin, z uporabo sol-gel metode. Na ta naoin so izdelali delce, iz katerih se je uoinkovina veo ur nadzorovano sproooala. Praktiono in teoretiono so pokazali, da je uoinkovina v kserogelih silicijevega dioksida z velikostjo por od 2 do 3 nm amorfna in v tej obliki tudi stabilizirana (53).
5 Sklep
Amorfno obliko uoinkovine lahko uporabimo v disperzijah z namenom zadraanja ali pospeoitve sproooanja glede na kristalno obliko. V primeru netopne uoinkovine s tvorbo amorfne oblike poveoamo hitrost raztapljanja in biolooko uporabnost. V primeru dobro topnih uoinkovin lahko s tvorbo amorfne oblike izboljoamo stik uoinkovine z nosilcem (npr. polimerom) in tako izboljoamo nadzor nad profilom sproooanja. Tudi po veo desetletjih raziskav je na traioou le nekaj zdravil, ki vsebujejo amorfno obliko uoinkovine (npr. zdravilo z uoinkovino zafirlukast, s cefuroksim aksetilom, s kinaprilijevim hidrokloridom, z nelfiravin mezilatom, z cefpodoksim proksetilom in nekatera zdravila s statini). Na trgu najdemo tudi zdravilo, ki poleg kristalnega vsebuje oe amorfni inzulin, kar omogooa hitro in podaljoano delovanje. Izdelava trdnih disperzij je trenutno najbolj uporabljan naoin stabilizacije amorfne uoinkovine. Za njihovo izdelavo lahko uporabimo energijsko bolj zahtevne postopke, kot sta mletje in liofilizacija. Med energijsko manj zahtevne sodijo izdelava disperzij s taljenjem (T = do 70°C), razproevanje raztopine uoinkovine in pomoane snovi z uporabo organskih topil (npr. etanola) na nosilne delce. Kljub temu, da je pri teh postopkih potrebno upootevati zahteve, kot so meja vsebnosti zaostalega organskega topila v produktu, recikliranje topila zaradi varovanja okolja in delo z eksplozijsko varno opremo, se tudi ti uporabljajo za izdelavo zdravil.
6 Literatura
1.    Ferlan A, Vreoer F. Metode amorfizacije zdravilnih uoinkovin. Farm Vestn 2004; 55: 11-21.
2.   Yu L. Amorphous pharmaceutical solids: preparation, characterization and stabilization. Adv Drug Del Rev 2001; 48: 27-42.
3.    Pikal M. Freeze drying of proteins: process, formulation and stability. V: Cleland LJ, Langer R (urednika), ACS Symposium Series 567, Formulationa and delivery of proteins and peptides, ACS, Washington DC 1994: 20-133.
4.    Broadhead J, Rouan Edmond SK, Rhodes CT. The spray drying of pharmaceuticals. Drug Dev Ind Pharm 1992; 18: 1169-1206.
5.    Niven RW. Delivery of biotherapeutics by inhalation aerosols. Pharm Technol 1993; 17: 72-82.
6.   Yu L, Mishra DS, Rigsbee DR. Determination of the glass properties of D-mannitol using sorbitol as an impurity. J Pharm Sci. 1998; 87: 774-777.
7.    Saleki-Gerhardt A, Stowell JG, Byrn SR, Zogeafi G. Hydration and dehydration of crystalline and amorphous forms of raffinose. J Pharm Sci 1995; 84: 318-323.
8.    Li Y, Han J, Zhang GGZ, Grant DJW, Suryanarayanan. In situ dehydration of carbamazepine dihydrate: a novel technique to prepare amorphous anhydrous carbamazepine. Pharm Dev and Tech 2000; 5(2): 257-266.
9.    Mosharraf M, Sebhatu T, Nystrom C. The effects of dissordered structure on the solubility and dissolution rates of some hydrophilic, sparingly soluble drugs. Int J Pharm 1999; 177: 29-51.
10.  Ediger MD, Angell CA, Nagel SR. Suprecooled liquids and glasses. J Phys Chem 1996; 100: 13200-13212.
11.  Monserat S. Physical aging studies in epoxy resins I. Kinetics of the enthalpy relaxation process in a fully cured epoxy resin. J Polim Sci 1994; 32: 509-522.
12.  Hancock BC, Shamblin SL, Zografi G. Molecular mobility of amorphous pharmaceutical solids below their glass transition temperatures. Pharm Res 1995; 12(6): 799-806.
13.  Slade L, Levine H. Glass transitions and water-food structure interactions. Adv. Food Nutr. Res 1995; 38; 103-269.
14.  Angell CA. The old problems of glass and the glass transition and the many new twists. Proc Nat Acad Sci USA. 1995; 92: 6675-6682
15.  Angell CA. Formation of glasses from liquids and biopolymers. Science 1995; 267: 1924-1935.
16.  Craig DQM, Royall PG, Kett VL, Hopton ML. The relevance of the amorphous state to pharmaceutical dosage forms: glassy drugs and freeze dried systems. Int J Pharm 1999; 179: 179-207.
17.  Nakai Y, Fukuoka E. et. al. Effects of grinding on physical and chemical properties of crystalline medicinals with microcrystalline cellulose. I. Some physical properties of crystalline medicinals in ground mixtures. Chem Pharm Bull 1977; 25(12): 3340-3346.
18.  Nakai Y, Fukuoka E. et. al. Effects of grinding on physical and chemical properties of crystalline medicinals with microcrystalline cellulose. II. Retention of volatile medicinals in ground mixture. Chem Pharm Bull 1978; 26(10): 2983-2989.
farm vestn 2007; 58 13
Originalni znanstevni olanki – Scientific articles
19.  Haleblian JK, Koda RT, Biles JA. Isolation and characterization of some solid phases of fluprednisolone. J Pharm Sci 1971; 60: 1485-1491.
20. Hersey JA, Krycer I. Biopharmaceutical implications of technological change Int J Pharm Tech Prod Manuf 1980; 1(2): 18-21.
21.  Hüttenrauch R. Fundamentals of pharmaceutics. Acta Pharm Technol 1988; 34(1): 1-10.
22.  Gubskaya AV, Lisnyak YV, Blagoy YP Effect of cryogrinding on physico-chemical properties of drugs I. Theophylline: Evaluation of particle sizes and the degree of crystallinity, relation to dissolution parameters. Drug Dev Ind Pharm 1995; 21(17): 1953-1964.
23.  Elamin AA, Ahlneck C, Alderborn G, Nyström C. Increased metstable solubility of milled griseofulvin, depending on the formulation of a disordered surface structure. Int J Pharm 1994; 111: 159-170.
24.  Mura P, Cirri M, Faucci MT et. Al. Investigation of the effects of grinding and co-grinding on physicochemical properties of glisentide. J Pharm Biom Anal. 2002; 30: 227-237.
25.  Watanabe T, Wakiyama N, Usui F et al. Stability of amorphous indomethacin compounded with silica. Int J Pharm 2001; 226: 81-91.
26. Watanabe T, Ohno I, Wakiyama N et al. Stabilization of amorphous indomethacin by co-grinding in a ternary mixture. Int J Pharm 2001; 241: 103-111.
27.  Gupta MK. Vanwert A, Bogner RH. Formation of physically stable amorphous drugs by milling with neusilin. J Pharm Sci 2003; 92(3) 536-551.
28.  Sorrenti M, Negri A, Betinetti P. DSC study of crystallinity changes of naproxen in ground mixtures with linear maltooligomers. J Therm Anal. 1998; 51: 993-1000.
29.  Ford JL. The current staturs of solid dispersions. Pharm Acta Helv 1986; 61: 69-88.
30.  Gordon M, Taylor JS. Ideal copolymers and the second-order transitions of synthetic rubbers 1: Non-crystalline copolymers. J Appl Chem 1952; 2: 493-498.
31.  Kelley FN, Bueche F. Viscosity and glass temperature relations for polymer diluent systems. J Polym Sci 1961; 50: 549-556.
32.  Summers MP. Glass formation in barbiturates and solid dispersion systems of barbiturates with citric acid. J Pharm Sci 1978; 67: 1606-1610.
33.  Timko RJ, Lordi NG. Thermal analysis studies of glass dispersion systems. Drug Dev Ind Pharm 1984; 10: 425-451.
34.  Six K, Verreck G, Peeters J et al. Increased Physical stability and improved dissolution properties of itraconazole , a class II drug, by solid dispersions that combine fast- and slow-dissolving polymers. J Pharm Sci 2004; 93: 124-131.
35.  Berggren J, Alderborn G. Long-term stabilisation potential of poly(vinylpyrrolidone) for amorphous lactose in spray-dried composites. Eur J Pharm Sci 2004; 21: 209-215.
36.  Van sen Mooter G, Wuyts M, Blaton N et al. Physical stabilisation of amorphous ketoconazole in solid dispersions with polyvinylpyrrolidone. Eur J Pharm Sci 2001; 12: 261-269.
37. Di Martino P, Joiris E, Gobetto R et al. Ketoprofen-poly(vinylpyrrolidone) phasical interaction. J Cryst Growth 2004; 265: 302-308.
38.  Perng CY, Kearney AS, Patel K et al. Investigation of ofrmulation approaches to improve the dissolution of SB-210661, a porly water soluble 5-lipoxygenase inhibitor. Int J Pharm 1998; 176: 31-38.
39. Taylor LS, Zoografi G. Spectroscopic characterization of interactions between PVP and indomethacin in amorphous molecular dispersions. Pharm Res 1997; 14: 1691-1698.
40.  Khougaz K, Clas SD. Crystallization inhibition in solid dispersions of MK-0591 and poly(vinylpyrrolidone) polymers. J Pharm Sci 2000; 89: 1325-1334.
41.  Izutsu K, Yoshioka S, Terao T. Decreased protein stabilizing effecs of cryoprotectants due to crystallization. Pharm Res 1997; 10 (8): 1232-1237.
42.  Pikal M.J. Freeze-drying of proteins. II. Formulation selection. Biopharm 1990; 3: 26-29.
43.  Pikal MJ, Dellerman KM et al. The effects of formulation variables on the stability of freeze-dryedmhuman growth hormone. Pharm Res 1991; 8: 427-436.
44.  Konno T, Kinuno K. et. al. Physical and chemical changes of medicinals in mixtures with adsorbents in the solid state. I. Effect of vapor pressure on the medicinals on changes in crystalline properties. Chem Pharm Bull 1986; 34(1): 301-307.
45.  Konno T. Physical and chemical changes of medicinals in mixtures with adsorbents in the solid state. II. Application of reduced pressure treatment for the improvement of dissolution of flufenamic acid. Chem Pharm Bull 1989; 37(8): 2481-2484.
46.  Konno T. Physical and chemical changes of medicinals in mixtures with adsorbents in the solid state. III. Determination of vapor pressure of solid drugs by steam distillation. Chem Pharm Bull 1990; 38(4): 1032-1034.
47.  Konno T, Physical and chemical changes of medicinals in mixtures with adsorbents in the solid state. IV. Study on reduced-pressure mixing for practical use of amorphous mixtures of flufenamic acid. Chem Pharm Bull 1990; 38(7): 2003-2007.
48.  Gupta KG, Bogner RH et. al. Mechanism for further enhancement in drug dissolution from solid dispersion granules upon storage. Pharm Dev Technol 2002; 7(1): 103-112.
49.  Hyot B, Poupinet L, Desré PJ Stabilization of the amorphous state of a thin layer sandwiched between two crystals. Thin Solid Films 2003; 2003: 290-294.
50.  Kojima R, Yamada N. Acceleration of crystallization speed by Sn addition to Ge-Sb-Te phase-change recording material. Jpn J Appl Phys 2001; 40: 5930-5937.
51.  Herr H, Geisler H et al. Polymorphic crystallization of interface stabilized amorphous Fe-Zr thin films under variable driving force. Phys Rew B 1999; 21: 13719
52.  Nam JB, Ryu JH, Kim JW et al. Stabilization of resveratrol immobilized in monodisperse cyno-functionalized porous polymeric microspheres. Polymer 2005; 46: 8956-8963.
53.  Maver U, Godec A, Bele M. et. al. Novel hybrid silica xerogels for stabilization and controlled release of drug. Int. J Pharm.2007; 30: 164-174.
farm vestn 2007; 58