Sledování vzniku hydrátů diklofenaku sodné soli a jejich vlivu na disoluci léčiva z připravených tablet

Overview

NIR spektroskopie společně s vícerozměrnou analýzou dat se použila k analýze hydrátů diklofenaku sodné soli připravených z nevodných rozpouštědel tetrahydrofuranu a methanolu za standardních laboratorních podmínek při 20 °C a RH < 60 %. Potvrdilo se, že pomocí vyvinutého PLS regresního modelu lze sledovat proces vzniku hydrátů. Dále se zjistilo, že při přípravě lékové formy využívající impregnaci na pevný nosič z nevodných rozpouštědel vzniká hydratovaná forma diklofenaku sodné soli, což se výsledně projevuje až dvojnásobným zpomalením uvolňování léčiva z tablet. NIR spektroskopie se zde potvrdila jako jedna z účinných PAT (process analytical technology) metod.

Klíčová slova:
PAT metody, PLS regrese, NIR spektroskopie, hydráty, impregnace, diklofenak sodná sůl

Úvod

Odhaduje se, že nejméně 1/3 farmaceuticky účinných látek je schopna s molekulami vody vytvářet pevnou krystalickou strukturu zvanou hydrát. Tato pseudopolymorfní přeměna může nastávat v průběhu technologických procesů, jako je vlhká granulace, potahování tablet, krystalizace, nebo během skladování suroviny. Hydratovaná látka pak může mít odlišné fyzikální, chemické a farmakologické vlastnosti, jako jsou tokové vlastnosti, elektrostatický náboj, adhezivita, rozpustnost, stabilita nebo biodostupnost^1–3).

Mezi látky schopné tvořit hydráty za běžných podmínek se řadí i diklofenak sodná sůl (DS). Už za podmínek dlouhodobého stabilitního zkoušení (25 ± 2 °C/60 ± 5 % relativní vlhkosti (RH) nebo 30 ± 2° C/65 ± 5 % RH) dochází prokazatelně k začleňování molekul vody ze vzdušné vlhkosti do krystalické struktury. Hydráty mohou vznikat i při krystalizacích DS z nevodných rozpouštědel při 25 °C a RH menším než 60 %^{1, 4)}.

Jedna z vhodných metod ke studiu procesů tvorby hydrátů je spektroskopie v blízké infračervené oblasti (NIR spektroskopie), protože v oblasti vlnových délek 800–2500 nm dochází k absorpci záření především u lehkých atomů s vodíkem, tedy i O-H v molekule vody. Jedná se o metodu procesní analytické technologie (process analytical technology, PAT) umožňující analyzovat vzorky přímo bez úprav, jako je rozpouštění, drcení nebo ředění, a tedy s minimálním ovlivněním krystalické struktury látky⁵⁾. Jelikož výsledná spektra vznikají z velkého množství překrývajících se pásů, využívají se k jejich analýze vícerozměrné metody dekompozice dat, jako např. PLS regrese nebo-li metoda částečných nejmenších čtverců. Touto metodou je možné vyjádřit závislosti mezi maticí spektrálních dat a maticí závislé proměnné (např. obsahu vody) pomocí redukovaného počtu latentních proměnných, tzv. principal components, a odhalit tak spektrální pásy, které významně popisují závislou proměnnou⁶⁾.

Cílem práce byla příprava hydrátů diklofenaku sodné soli a jejich hodnocení s využitím NIR spektroskopie, ověřování jejich vzniku při výrobě lékové formy využívající impregnaci na pevný nosič v prostředí organického rozpouštědla a sledování jejich vlivu na disoluční profil připravené lékové formy. Impregnace je v současnosti považována za progresivní metodu, díky které je možné připravit stabilní hydráty nebo polymorfy léčiv, a ovlivnit tak jejich biodostupnost nebo zlepšit obsahovou stejnoměrnost práškových směsí^{7, 8)}.

Pokusná část

Použité suroviny

Diklofenak sodná sůl (DS, Š: OP00407; Zentiva a.s.; Česká republika); Methanol (MeOH, Š: 4530051957; Dr. Kulich Pharma; Česká republika); Tetrahydrofuran (THF‘) (Š:1502260210; Penta; Česká republika); Mikrokrystalická celulosa (Avicel PH101; Š: 24015007; Pliva-Lachema; Česká republika); Koloidní oxid křemičitý (Aerosil 200; Š: 24020707; Zentiva; Česká republika); Hydrogenfosforečnan vápenatý (Š: 01/51699-01; Budenheim; Německo); Stearan hořečnatý (Š: C3228246, Kulich, Česká republika).

Metodika

Příprava hydrátů diklofenaku

Podle postupů z literatury se připravilo několik typů hydrátů. V literatuře popsaný DS tetrahydrát (DSH4a) obsahuje 20 hm.% vody, tetrahydrát DS (DSH4b) 20,9 hm. % vody, trihydrát DS (DSH3) 16 hm.% vody a 4,75 hydrát (DSH4,75) 21,2 hm. % vody. DSH4a se připravil skladováním DS v tenké vrstvě na Petriho misce v prostředí o 100 % RH při 20 °C po dobu 24 h. DSH4b se získal rekrystalizací z vody (100 mg DS v 10 ml H₂O) při 20 °C. DSH3 se připravil a) dehydratací DSH4a při teplotě 40 °C po dobu 3 minut v horkovzdušné troubě, b) uložením DS po dobu 20 minut v prostředí při 40 °C a 75 % RH. DSH4,75 se připravil rekrystalizací z methanolu (50 mg DS v 5 ml MeOH) při 20 °C po dobu 48 h^{1, 4, 9)}.

Analýza hydrátů s využitím NIR spektroskopie

Vzorky připravených hydrátů a bezvodého DS (0,5 g) se bezprostředně po přípravě měřily metodou difuzní reflektance na FT-NIR spektroskopu Nicolet Antaris (Thermo Electron Corporation, Madison, USA). Měřilo se v rozsahu vlnočtů 10 000–4000 cm^–1 s rozlišením 4 cm^–1. Každý vzorek se proměřil 60krát a získalo se spektrum průměrné. Naměřená spektra se upravila metodou SNV (standard normal variate) normalizace, pro korekci efektu rozptylu záření. Následně se provedlo vysušení hydrátů v sušárně při 130 °C po dobu 15 minut, aby se gravimetricky zjistil obsah krystalicky vázané vody^{1, 4)}. Z naměřených dat se sestrojil vícerozměrný PLS (partial least squares) model pro zjištění závislostí mezi maticí X naměřených spekter a maticí Y % obsahu vody v hydrátech (program Unscrambler X, v. 1.3, Camo Software). Model se validoval úplnou křížovou validací, při které se použije stejná sada vzorků jako při kalibraci s vyloučením vždy jednoho ze standardů. Ze zbylých kalibračních dat se poté sestrojí nový model, který se použije pro kvantifikaci vyloučeného standardu⁶⁾.

Příprava lékové formy impregnací

Během procesu impregnace se rekrystaloval DS z organického rozpouštědla v disperzním prostředí pomocných látek.

V úvodních experimentech se zkoušela rekrystalizace DS z čistých rozpouštědel MeOH a THF při standardních podmínkách 20 °C a RH < 60% a vzniklé krystaly se následně analyzovaly s využitím NIR spektroskopie na obsah krystalické vody. Následovala příprava tabletoviny s léčivem vázaným impregrací na nosič, která se již neanalyzovala NIR spektroskopií z důvodu nízkého obsahu léčiva ve směsi a složitého způsobu kalibrace. Předpokládalo se, že léčivo vytvořilo stejnou krystalickou formu jako při krystalizaci z čistých rozpouštědel a impregnace na nosič zabránila jeho případné přeměně^{1, 4, 9)}.

Disperzní prostředí pro metodu impregnace bylo složené z mikrokrystalické celulosy, koloidního bezvodého oxidu křemičitého a hydrogenfosforečnanu vápenatého. Zhomogenizované látky (4 min; 48 ot./min; Turbula T2F; Švýcarsko) se přesypaly do zařízení Rotolab (Zanchetta; Itálie) a homogenizovaly se společně s DS předem rozpuštěném v MeOH, nebo THF při 40 °C při 1200 ot./min a za sníženého tlaku do úplného odpaření. Poté se k naimpregnované směsi přidaly extragranulární látky (magnesium-stearát a karmelosa sodná sůl) a tabletovina se homogenizovala v přístroji Turbula po dobu 4 minut. Prostou homogenizací pomocných látek s bezvodým DS po dobu 10 minut se dále připravila kontrolní směs. Složení tabletoviny bylo v poměru DS : mikrokrystalická celulosa : koloidní bezvodý oxid křemičitý : hydrogenfosforečnan vápenatý : stearan hořečnatý : karmelosa sodná sůl 15 : 30 : 1 : 51 : 1 : 2 hm.%.

Z tabletovin se vylisovaly tablety s půlící rýhou uprostřed (výstředníkový tabletovací lis KORSCH) o průměrné hmotnosti přibližně 400 mg a o pevnostech 35 N, 65 N a 120 N. 

Analýza lékové formy disoluční zkouškou

Disoluce se provedla na přístroji s pádly (SOTAX AT7 Smart, Švýcarsko) při 37 °C, 50 ot./min, v tlumivém fosforečnanovém roztoku o pH 6,8. Vzorky se odebíraly v 5minutových intervalech po dobu 30 minut a sledovala se absorbance při vlnové délce 276 nm (Perkin Elmer, Lambda 25). Disoluční zkouška se prováděla se třemi tabletami od každého vzorku.

Výsledky a diskuze

Příprava hydrátů diklofenaku

Podle postupů uvedených v literatuře se připravily hydráty DS. Sušením se zjistil obsah vody: 21,06 hm.% v DSH4a, 20,96 hm.% v DSH4b, 18,8 hm.% v DSH3 připraveného variantou a), resp. 4,64 hm.% v DSH3 připraveného variantou b) a 21,24 hm.% v DSH4,75. Kromě postupu pro DSH3 varianta b) se obsah vázané vody přibližně shodoval s literárními zdroji a předpokládalo se tedy, že se připravily tri- a více-hydráty DS.

Analýza hydrátů s využitím NIR spektroskopie

Ze spekter naměřených z připravených hydrátů se sestrojil PLS model vyjadřující závislost mezi intenzitami vlnových délek a obsahem vody v hydrátech. V grafu komponentních skóre (obr. 1) je 99 % variability matice X a Y popsáno již 1. komponentou. Rozložení vzorků podle 1. komponenty odpovídá jejich hydrataci a je zde dobře patrný rozdíl mezi bezvodým DS, resp. DSH3varianta b) s nejnižší hodnotou vázané vody a ostatními více-hydráty. Takto sestrojený model vykazuje dobrou kalibrační statistiku (koeficient determinace R2 = 0,978; chyba predikce RMSECV = 1,52). Na obrázku 2 jsou znázorněná měřená spektra. V oblasti 7000 a 5000 cm^–1 je možné pozorovat rostoucí spektrální pásy v závislosti na hydrataci, náležící overtonům, resp. kombinačním přechodům OH skupin vody¹⁰⁾. Vyvinutý PLS model tak umožňoval sledovat proces vzniku hydrátů.

Příprava lékové formy impregnací

Rekrystalizací DS z nevodných rozpouštědel (MeOH, THF) za standardních podmínek se připravily krystaly, které se v 1. a 13. dnu po přípravě měřily NIR spektroskopií a na základě vyvinutého PLS modelu se z naměřených spekter předpověděl obsah vázané vody. V případě THF se 1. i 13. den zjistily přibližně stejné hodnoty 18,8, resp. 18,7 % vody. V případě MeOH se 1. den zjistila hodnota 18,1 % a 13. den hodnota 18,6 % vody. Z obrázku 3 pro MeOH je patrné, že bezprostředně po přípravě krystalů vzorek obsahoval zbytky nehydratované formy DS, která během 13 dnů hydratovala. Vzorky MeOH a THF po 13 dnech skladování již obsahovaly přibližně stejný obsah vody, a tedy i pravděpodobně stejnou formu hydrátu. Vzhledem k chybě predikce 1,52% hydratované vody lze předpokládat vznik tri- nebo více-hydrátů DS.

Analýza lékové formy disoluční zkouškou

Na základě disoluce tablet připravených při různých lisovacích tlacích se zjistilo, že nejrychleji se uvolňuje léčivo z kontrolní směsi připravené prostou homogenizací s bezvodým DS. Na obrázku 4 pro tablety lisované tlakem 65 N je patrné nižší množství uvolněného DS z obou rozpouštědel, kde DS z THF jeví přibližně dvojnásobné snížení rozpustnosti. V literatuře se popisuje 2,5- a 1,7násobně nižší rozpustnost tetra-, resp. tri-hydrátu DS v porovnání s bezvodou formou1). Vyšší množství uvolněného DS ze vzorku MeOH oproti THF bylo způsobeno pravděpodobně nekompletní hydratací diskutovanou výše. Z výsledků lze usuzovat, že během procesu impregnace léčiva na pevný nosič z nevodných rozpouštědel došlo ke vzniku hydratovaných forem DS, což se projevilo zpomalením uvolňování léčiva z tablet.

Střet zájmů: žádný.

Došlo 16. září 2013

Přijato 11. listopadu 2013

P. Doležel • doc. Mgr. Jan Muselík, Ph.D. (∗) • D. Vetchý

Ústav technologie léků, Veterinární a farmaceutická univerzita

Palackého tř. 1/3, 612 42 Brno

e-mail: muselikj@vfu.cz

M. Králová

Ústav hygieny a technologie mléka, Fakulta veterinární hygieny a ekologie, Veterinární a farmaceutická univerzita Brno