Formulácia benzetóniumchloridu do gélov

Souhrn

Predmetom tejto štúdie bolo pripraviť gély s antimikrobiálnym účinkom. Vo funkcii liečiva bola použitá kvartérna amóniová soľ – benzetóniumchlorid v koncentrácii 0,01–0,5 % (m/m). Vo funkcii humektantu bol použitý propylénglykol v 5 % a 10 % (m/m) koncentrácii. Na prípravu gélov boli použité dva typy katiónových polymérov – chitosan a hydroxyetylcelulóza, v rovnakej koncentrácii 2,5 % (m/m). V práci sa hodnotili tokové vlastnosti pripravených gélov, ich reologické parametre a pH gélov. Na základe vyhodnotenia dosiahnutých výsledkov boli vyhodnotené vzorky optimálneho zloženia pre gél na báze CHIT a HEC:

2,5 % (m/m) CHIT+ 0,05 % (m/m) BZCl+ 10 % (m/m) PG;

2,5 % (m/m) HEC+ 0,05 % (m/m) BZCl+ 5 % (m/m) PG.

Kľúčové slová:
benzetóniumchlórid • chitosan • hydroxyetylcelulóza • tokové vlastnosti.

Úvod

Dezinficienciá a antiseptiká patria medzi liečivá s účinkom antiinfekčným a antiparazitárnym – protiinfekčné liečivá. Medzi protiinfekčnými liečivami ako profylaktiká a terapeutiká majú popredné miesto. Ako dezinficienciá sa označujú látky s baktericídnym účinkom, ktoré usmrcujú patogény vo vonkajšom prostredí. Antiseptiká blokádou rozmnožovania patogénnych aj nepatogénnych mikroorganizmov vo vonkajšom prostredí aj vo vnútri organizmu účinkujú prednostne baktériostaticky¹⁾.

Kvartérne amóniové zlúčeniny majú medzi dezinficienciami a antiseptikami dominantné postavenie. Antimikrobiálne účinné kvartérne amóniové soli (QAC) patria do skupiny katiónových tenzidov, nakoľko nevyhnutnou podmienkou antimikrobiálneho účinku je amfifilný charakter kvartérneho katiónu. V najjednoduchšom prípade sa jedná o dlhší nevetvený reťazec, používajú sa aj zložitejšie štruktúry ako napr. benzetóniumchlorid, ktorý bol použitý v tejto štúdii. Obsahujú centrálny dusíkový atóm, ktorý je spojený so štyrmi radikálmi a jedným kyselinovým radikálom. Organický radikál môže byť napríklad alkyl, aryl, alebo aralkyl (alkylový radikál, kde jeden alebo viac vodíkov je nahradených arylovou skupinou) a dusík môže byť časťou kruhovej siete. QAC preukazujú rôzne chemické, fyzikálne a biologické vlastnosti a väčšina z nich je rozpustná vo vode. Ak vezmeme do úvahy štruktúru, tak QAC delíme do niekoľkých skupín a to, monokvartérne amóniové soli, bikvartérne soli, biguanidy a polymérne biguanidy^{2, 3)}.

Porovnaním mechanizmu účinku jednotlivých skupín zistíme, že vykazujú isté podobnosti. Kladne nabité molekuly QAC sa viažu na záporne nabité bakteriálne membrány buniek, čím dochádza k ovplyvneniu permeability bunky, strate enzýmov, koenzýmov a medziproduktov metabolizmu a následnému zániku bunky. Samotný účinok sa líši od QAC a od druhu baktérie. Navyše QAC sú zvyčajne formulované s prísadami, ktoré menia ich vlastnosti a tým môže byť ich antimikrobiálny profil zosilnený a odlišný od profilu čistého QAC. Na tomto mieste treba poznamenať, že QAC nemožno kombinovať s aniónovými tenzidmi, nakoľko sa spolu zrážajú na nerozpustný aglomerát^{2, 3)}.

QAC sa používajú najčastejšie v koncentračnom rozsahu 1 : 20 000 až 1 : 100, závisí to od kritickej micelárnej koncentrácie konkrétnej QAC. Pôsobia spoľahlivo baktericídne proti širokému spektru baktérii, hlavne grampozitívnym, spoľahlivosť u vírusov, húb a tuberkulóznych baktérii nie je dobrá. Ich účinnosť silno závisí aj na prostredí, alkalické prostredie ich účinok uľahčuje. Veľkou výhodou tejto skupiny je nízka lokálna a systémová toxicita⁴⁾.

V súčasnej dobe sa čoraz väčšia pozornosť venuje hydrogélom, ktoré sa stali medzi pacientami veľmi obľúbené nielen z hľadiska ľahkej aplikácie a možnosti aplikácie kedykoľvek v priebehu dňa, nakoľko nezanechávajú mastný pocit a rýchlo sa vstrebávajú, ale aj z minima nežiaducich účinkov.

Hydrogély sú hydrofilné molekulové koloidné disperzie. Sú to gély reverzibilné. Vzhľadom na vysoký obsah vody sú mikrobiologicky nestále, často sú stabilizované konzervantmi. Napriek tejto nestabilite sú veľmi často používanými farmaceutickými disperziami vo funkcii stabilizátorov emulzií, suspenzií, regulátorov viskozity, stabilizátorov čapíkových základov⁵⁾.

Pri spracovaní liečiva do vhodnej liekovej formy má dôležitú úlohu výber vhodných pomocných látok, pretože aj od nich závisí konečná kvalita, stabilita a účinnosť lieku. Okrem správnej voľby gélovornej látky ovplyvňuje dostupnosť liečiva z hydrogélov aj jej koncentrácia, od ktorej zase závisí štruktúrna viskozita hydrogélu. Pomocné látky umožňujú formovanie liekovej formy, určujú jej vlastnosti, ovplyvňujú biologickú dostupnosť, majú vplyv na stabilitu liekov.

Cieľom tejto práce bolo pripraviť gél s obsahom liečiva benzetóniumchlorid, ktorý disponuje optimálnymi vlastnosťami z hľadiska dermálnej aplikácie. V práci sa sledoval vplyv koncentrácie liečiva a vybraných pomocných látok zo skupiny humektantov (propylénglykol) a polymérov (chitosan, hydroxyetylcelulóza) na pH a tokové vlastnosti gélov.

Pokusná časť

Použité chemikálie

Benzetóniumchlorid (BZCl) – Benzethonii chloridum SL1 – Sigma – Aldrich, USA; Hydroxyetylcelulóza – Natrosol 250 HR (HEC) – (Aqualon, USA); Chitosan – stredná molekulová hmotnosť – stupeň deacetylácie 75–85 % (CHIT) – Sigma – Aldrich, USA; Propylénglykol (PG) - (Merck, Darmstadt, Nemecko); kyselina mliečna – Interpharm, SR; čistená voda – FaF UK, Bratislava, SR.

Použité prístroje a materiál

Analytické váhy – Kern & Sohn GmbH (Nemecko); elektrická miešačka VEB ML W Prűfgeräte – Werk (Nemecko); Viskotester VT 500 – Haake Mess-Technik GmbH (Nemecko); pH meter – WTW Weilheim (Švajčiarsko); Termostat U 10-Prüfgeräte – Werk Medingen, (Nemecko).

Zloženie a príprava hydrogélov

Pripravili sa gély na báze 2,5 % (m/m) CHIT. Nakoľko CHIT sa rozpúšťa a tvorí gély len v kyslom prostredí, použila sa kyselina mliečna v 1 % (m/m) koncentrácii. Pridávalo sa liečivo benzetóniumchlorid použité v koncentráciách 0,01; 0,05; 0,1; 0,5 % (m/m). Vo funkcii humektantu sa pridával propylénglykol v koncentráciách 5 a 10 % (m/m). Ako alternatívna gélotvorná látka bola použitá HEC v koncentrácii 2,5 % (m/m). Pre porovnanie výsledkov boli pripravené blanky.

vzorka č. 1:    2,5 % (m/m) CHIT+ 0,01 % (m/m) BZCl

vzorka č. 2:    2,5 % (m/m) CHIT+ 0,05 % (m/m) BZCl

vzorka č. 3:    2,5 % (m/m) CHIT+ 0,1 % (m/m) BZCl

vzorka č. 4:    2,5 % (m/m) CHIT+ 0,5 % (m/m) BZCl

vzorka č. 5A: 2,5 % (m/m) CHIT+ 0,05 % (m/m) BZCl + 5 % (m/m) PG

vzorka č. 5B: 2,5 % (m/m) CHIT+ 0,05 % (m/m) BZCl + 10 % (m/m) PG

vzorka č. 6A: 2,5 % (m/m) HEC+ 0,05 % (m/m) BZCl + 5 % (m/m) PG

vzorka č. 6B: 2,5 % (m/m) HEC+ 0,05 % (m/m) BZCl + 10 % (m/m) PG

Stanovenie pH gélov

pH sa meralo 48 h po príprave hydrogélov na pH- metri, ktorý bol kalibrovaný dvoma referenčnými tlmivými roztokmi- ftalanovým o pH 4 ± 0,02 a boritanovým o pH 9 ± 0,02 pri 20 ± 0,2 °C.

Stanovenie reologických parametrov

Reologické vlastnosti hydrogélov sa hodnotili 48 h po príprave hydrogélov pomocou rotačného viskozimetra VISCOTESTER VT 500 pri teplote 20 ± 0,2 °C.

Výsledky

Predmetom tejto štúdie bolo pripraviť hydrogél s dezinfekčným a antiseptickým účinkom. Vo funkcii liečiva bol   použitý benzetóniumchlorid. Koncentrácia BZCl pri ktorej vykazuje baktericídnu aktivitu sa pohybuje už od 0,005 až 0,01 %⁶⁾. Táto kvartérna amóniová soľ plní zároveň aj funkciu tenzidu, preto je dôležité poznať jej kritickú micelovú koncentráciu (CMC). Na základe poznatkov z predchádzajúcej štúdie⁷⁾ bola zvolená koncentrácia BZCl pod CMC 0,01 %; 0,05 % a 0,1 % (m/m) a nad CMC 0,5 % (m/m).

V prvej etape výskumu sa hodnotili tokové vlastnosti a reologické parametre gélov. Všetky pripravené hydrogély vykazovali charakter nenewtonovskej sústavy s časovo nezávislým pseudoplastickým tokom. Na základe maximálnej hodnoty štruktúrnej viskozity pri rýchlostnom spáde D = 6,45 s^–1 bol vyhodnotený gél s obsahom 0,05 % BZCl (vzorka č. 2) ako optimálny pre dermálnu aplikáciu (obr. 1) s pseudoplastickým tokom (obr. 2). Na základe týchto výsledkov sa v ďalšej časti  pripravovali gély s koncentráciou 0,05% BZCl s obsahom humektantu. Ako vidieť z obrázku 1 prídavok 5 a 10 % PG mal pozitívny vplyv na zvýšenie maximálnej hodnoty štruktúrnej viskozity, pričom charakter pseudoplastickej sústavy zostal zachovaný (obr. 3). Pre porovnanie boli pripravené gély toho istého zloženia a tej istej koncentrácii ale s gélotvornou látkou HEC. Oproti CHIT gélom boli zistené štatisticky významné rozdiely (P < 0,05) v maximálnej hodnote štruktúrnej viskozity (obr. 1). Podobne bol zistený aj vplyv gélotvornej látky HEC na zmenu tokových kriviek. Ako vidieť na obrázku 4 gél na báze HEC s prídavkom 5 % PG (vzorka 6A) vykazoval časovo závislý tixotropný tok, pričom gél s 10 % PG (vzorka 6B) už časovo nezávislý plastický charakter sústavy.

Nameraná hodnota pH hydrogélov na báze HEC bola v neutrálnej oblasti, v rozmedzí 6,56–6,79. V prípade hydrogélov na báze CHIT sa pH pohybovalo v rozmedzí 4,97–5,85. Toto slabokyslé pH napomáha regenerácii kožnej bariéry aj vtedy, ak bola chemicky či mechanicky poškodená, stimuluje enzymatické procesy, podporuje odstraňovanie odumretých buniek. Mierne kyslé pH pôsobí tiež antimikrobiálne. Pre všetky uvedené dôvody sú hydrogély s mierne kyslým pH vhodnými na dermálnu aplikáciu.

Záverom možno konštatovať, že gély s obsahom BZCl, ako na báze HEC, tak aj na báze CHIT, ktoré vykazujú optimálne tokové vlastnosti, pH a sú vhodné na dermálnu aplikáciu.

V prípade CHIT gélov bola vyhodnotená vzorka 5B ako optimálna, dosahovala najvyššiu hodnotu štruktúrnej viskozity z pomedzi všetkých CHIT gélov a disponovala pseudoplastickými vlastnosťami.

Z gélov na báze HEC bola vyhodnotená ako optimálna vzorka 6A, nakoľko vykazovala tixotropné vlastnosti, ktoré sú pri samotnej aplikácii gélu žiaduce.

Stret záujmov: žiadny.

Došlo 13. mája 2014 / Prijato 23. mája 2014

J. Čižmárik • Z. Vitková • PharmDr. Petra Herdová, PhD. (∗)

Univerzita Komenského v Bratislave, Farmaceutická fakulta,

Katedra farmaceutickej chémie

Odbojárov 10, 832 32 Bratislava, SR

e-mail: herdova@fpharm.uniba.sk

A. Kodadová • D. Vími

Univerzita Komenského v Bratislave, Farmaceutická fakulta

Katedra galenickej farmácie