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Methodenartikel

Selbst-Nanoemulgierung von gesunden Ölen zur Verbesserung der Löslichkeit lipophiler Arzneimittel

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DOI:

10.3791/63995

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27. Juli 2022

 ,  ,  ,  , 
1Department of Pharmacy, Quaid-i-Azam University, 2Department of Pharmaceutics, Faculty of Pharmacy, The Islamia University of Bahawalpur, 3Nazar College of Pharmacy

* These authors contributed equally

In diesem Artikel

Zusammenfassung

Öle, die für die Verabreichung von Medikamenten verwendet werden, können das Lipidprofil von Patienten stören, was bei Herz-Kreislauf-Erkrankungen unerwünscht ist. Omega-3-Fettsäuren-reiche Öle sind eine gesunde Alternative zu herkömmlichen Ölen und haben ein enormes Potenzial für selbstemulgierte Drug-Delivery-Systeme.

Zusammenfassung

Die geringe wässrige Löslichkeit vieler Medikamente verringert deren Bioverfügbarkeit im Blut. Öle werden seit Jahrhunderten verwendet, um die Löslichkeit von Arzneimitteln zu verbessern. Sie können jedoch das Lipidprofil der Patienten stören. In dieser Studie werden selbstnanoemulgierende Wirkstoffabgabesysteme von Omega-3-Fettsäuren-reichen Ölen für die Verabreichung von lipophilen Arzneimitteln vorbereitet und optimiert. Rosuvastatin, ein starkes hypolipidämisches Medikament, wurde als modellhaftes lipophiles Medikament verwendet. Fischöl zeigte eine mehr als 7-fach höhere Löslichkeit von Rosuvastatin als andere Öle und wurde daher für die Entwicklung von selbst-nanoemulgierenden Drug-Delivery-Systemen (SNEDDS) ausgewählt. Es wurden verschiedene Kombinationen von Tensiden und Co-Tensiden gescreent und eine Tensidmischung aus Tween 80 (Tensid) und Capryol PGMC (Cosurfactant) auf Verträglichkeit mit Fischöl und Rosuvastatin ausgewählt. Ein pseudoternäres Phasendiagramm von Öl, Tensid und Co-Tensid wurde entwickelt, um den Emulsionsbereich zu identifizieren. Das pseudoternäre Phasendiagramm prognostizierte ein Öl-Tensid-Gemisch von 1:3 als das stabilste Verhältnis für das Emulsionssystem. Anschließend wurde eine Antwortflächenmethode (Box-Behnken-Design) angewendet, um die optimale Zusammensetzung zu berechnen. Nach 17 Durchläufen wurden Fischöl, Tween 80 und Capryol PGMC in Anteilen von 0,399, 0,67 bzw. 0,17 als optimierte Formulierung ausgewählt. Die selbstnanoemulgierenden Wirkstoffverabreichungssysteme zeigten ein hervorragendes Emulgierpotenzial, eine hervorragende Robustheit, Stabilität und Wirkstofffreisetzungseigenschaften. In den Studien zur Wirkstofffreisetzung setzte SNEDDS 100 % der Nutzlast in etwa 6 Stunden frei, während die Freisetzung des reinen Arzneimittels selbst nach 12 Stunden weniger als 70 % betrug. Daher haben Omega-3-Fettsäuren-reiche gesunde Lipide ein enormes Potenzial, die Löslichkeit von lipophilen Arzneimitteln zu verbessern, während die Selbstemulgierung als einfacher und praktikabler Ansatz genutzt werden kann, um dieses Potenzial zu nutzen.

Einleitung

Lipide werden seit Jahrhunderten verwendet, um die gastrointestinale Aufnahme von wasserunlöslichen Bestandteilen von Lebensmitteln und Medikamenten zu erhöhen1. Emulsionen sind die Formulierungen, die am häufigsten zur oralen, intravenösen (Nahrungsergänzung) und topischen Anwendungverwendet werden 2. Eine Vielzahl von Lipiden (Fette und Öle) wird bei der Herstellung von pharmazeutischen Emulsionen und lipidbasierten selbst-nanoemulgierenden Drug-Delivery-Systemen (SNEDDS) verwendet. Selbstemulgierungstechniken werden in den pharmazeutischen Wissenschaften häufig für die transmukösale Verabreichung von Arzneimitteln eingesetzt. Im Gegensatz zu Emulsionen bestehen SNEDDS aus einem Öl- und einem Tensidgemisch, das sich in einem wässrigen Medium des Magens selbst emulgiert, um Emulsionströpfchenzu bilden 3. Sie können lipophile Medikamente in der Ölphase laden und verhindern, dass sie im Magenmilieu abgebaut werden4. Es wurde gezeigt, dass SNEDDS die bioverfügbare Fraktion lipophiler Arzneimittel (vier- bis sechsfach) effektiv verbessern, indem sie die Löslichkeit und Permeabilität erhöhen 5,6. Das Fehlen einer wässrigen Phase in SNEDDS bietet erhebliche Vorteile in Bezug auf einfache Herstellung und Stabilität im Vergleich zu Emulsionen, die metastabile Dispersionen sind, die anfällig für chemischen Abbau sind7. Viele Kombinationen von Lipidhilfsstoffen sind aufgrund ihrer wünschenswerten Eigenschaften im Handel erhältlich 8,9.

Herz-Kreislauf-Erkrankungen sind weltweit eine der häufigsten Todesursachen10 und Hyperlipidämie führt dazu, dass die Blutgefäße den Blutfluss aufgrund einer Verdickung der Blutgefäße behindern11. Eine erhöhte Aufnahme von Lipiden über die Nahrung und eine sitzende Lebensweise sind die Hauptrisikofaktoren für die Entwicklung von Hyperlipidämie. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass Lipide das Myokard des Herzens direkt schädigen, was zu einer nicht-ischämischen Herzinsuffizienz führt12. Rosuvastatin ist ein starkes hypolipidämisches Medikament, das zur Klasse der Statine gehört und die Cholesterinsynthese hemmt, was zu einer Senkung des Lipidspiegels bei der Behandlung von Hyperlipidämie/Dyslipidämieführt 13. Rosuvastatin ist ein biopharmazeutisches Klassifikationssystem (BCS) der Klasse II mit schlechter wässriger Löslichkeit (0,01796 mg/ml)14. Jüngste Fortschritte in der pharmazeutischen Forschung haben erkannt, dass Lipide, die bei der Verabreichung von Medikamenten verwendet werden, das Lipidprofil von Patienten stören können. Die Rolle von Emulsionen bei der Erhöhung von Lipoproteinen niedriger und hoher Dichte und freiem Cholesterin wurde im späten zwanzigsten Jahrhundert nachgewiesen15. Darüber hinaus haben lipidbasierte Wirkstoffabgabesysteme gezeigt, dass sie die Triglyceride16 und andere Lipidmetaboliten im Blut erhöhen17. Daher besteht ein dringender Bedarf, pharmazeutische Formulierungen von Ölen zu entwickeln, die das Lipidprofil von kardiovaskulären und hyperlipidämischen Patienten nicht stören können.

Fischöl ist eine reichhaltige Quelle für Omega-3-Fettsäuren wie Eicosapentaensäure und Docosahexaensäure. Fischöl hat viele gesundheitliche Auswirkungen gezeigt, mit substanziellen Beweisen für seine vorteilhafte Rolle im Herz-Kreislauf- und Nervensystem18. Ziel der Studie war es, Fischöl als Alternative zu den herkömmlichen Ölen zu verwenden, um SNEDDS für die Verabreichung eines lipophilen Medikaments, Rosuvastatin, zu formulieren. In keiner früheren Studie wurde Fischöl als Träger für die Formulierung von Arzneimittelverabreichungssystemen verwendet. Es wurden geeignete Formulierungs- und Verarbeitungsparameter ausgewählt und die Optimierung mit Hilfe von Designexpertensoftware durchgeführt.

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Protokoll

1. Screening der Öle, Tenside und Cotenside

  1. Screening der Öle, Tenside und Co-Tenside auf Arzneimittellöslichkeit
    1. Mischen Sie 100 mg Rosuvastatin separat in 1 ml verschiedener Öle mit Omega-3-Fettsäuren (Fischöl, Olivenöl, Sesamöl und Leinöl) und 1 ml Tenside und Cotenside (Tween 80, Capryol PGMC, PEG 400 und Ethanol), indem Sie 5 Minuten lang bei einer festen Drehzahl von 2.500 U/min vortexen. Anschließend 48 h bei 50 °C in ein Schüttelwasserbad stellen.
    2. Lassen Sie die Mischung nach dem Schütteln mindestens 6 h bei Raumtemperatur absetzen, damit das ungelöste Arzneimittel ausgefällt wird. Nehmen Sie 0,1 ml Überstand mit einer Mikropipette und verdünnen Sie ihn mit Methanol auf bis zu 1 ml.
    3. Mit einem UV-sichtbaren Spektralphotometer bei 242 nm wird analysiert und die Konzentration berechnet, indem die Absorption zur geradlinigen Gleichung der Kalibrierkurve19,20 addiert wird.
      HINWEIS: Die Kalibrierkurve wird erstellt, indem eine Stammlösung von 100 μg/ml hergestellt und serielle Verdünnungen bis zu 0,5 μg/ml vorgenommen werden. Die Extinktion wird für alle Verdünnungen genommen und ein Diagramm zwischen Absorption und Konzentration in einer Tabelle dargestellt. Die geradlinige Gleichung (y = mx + b) des Diagramms wird so umgestellt, dass der Wert der Extinktion (y) zur Berechnung der unbekannten Konzentration (x)19,20 verwendet werden kann.
  2. Screening des Tensids und der Co-Tenside auf Mischbarkeit mit Öl
    1. Mischen Sie das Tensid und das Co-Tensid (Smix) im Verhältnis 3:1. Fügen Sie Smix und Öl in verschiedenen Verhältnissen hinzu; Mischen und erhitzen Sie es auf bis zu 50 °C, um eine Homogenisierung zu gewährleisten.
    2. Nehmen Sie 0,1 ml von jeder Mischung und verdünnen Sie sie mit 25 ml destilliertem Wasser in einem Reagenzglas aus Glas.
    3. Drehen Sie das Reagenzglas um; Die Anzahl der Inversionen, bei denen eine Emulsion gebildet wird, stellt die Emulgierungswirksamkeit und die Leichtigkeit der Emulgierung dar. Die Transparenz (T%) wird gemessen, indem die Emulsion bei 650 nm mit einem UV-sichtbaren Spektralphotometer unter Verwendung von destilliertem Wasser als Blindwertgemessen wird 21.

2. Aufbau des pseudoternären Phasendiagramms

  1. Mischen Sie die Tenside und die Co-Tenside in verschiedenen Volumenverhältnissen (1:0, 1:1, 1:2, 1:3, 1:4 und 1:5) zu Tensidgemischen (Smix). Geben Sie Öl in separaten Durchstechflaschen in verschiedenen Volumenverhältnissen von 1:1, 1:2, 1:3, 1:4, 1:5, 1:6, 1:7, 1:8, 1:9, 2:8, 3:7, 4:6, 5:5, 6:4, 7:3, 8:2 und 9:1 zum Smix und mischen Sie es durch Vortexen.
  2. Öl und Smix-Mischungen in ein 10-ml-Glasfläschchen geben und unter ständigem Rühren bei 300 U/min auf 50 °C erhitzen, um eine optimale Mischung zu erzielen.
  3. Die Mischung auf 37 °C abkühlen lassen und 1 mL davon in ein 250 mL Becherglas umfüllen und das vorgewärmte destillierte Wasser (37 °C) unter leichtem Rühren bei 50 U/min tropfenweise hinzufügen. Untersucht man die Dispersion visuell, so wird das Gemisch, das eine bläulich-transparente Nanoemulsion bildet, als SNEDDS21 angesehen.
  4. Konstruieren Sie den pseudoternären Plot mit verschiedenen Smix-Verhältnissen (Ergänzende Tabelle 1) mit Hilfe von Software (z.B. Triplot).

3. Optimierung per Software unter Verwendung einer Response-Surface-Methodik (RSM)

  1. Wählen Sie drei unabhängige Variablen als Öl (A), Tensid (B) und Co-Tensid aus und führen Sie die Software zur Optimierung und zum Screening aus. Wählen Sie dann das flexible Design aus, indem Sie "NEIN" für eine schwer zu ändernde Auswahl wählen.
    1. Beobachten Sie kritisch den Einfluss dieser Faktoren auf abhängige Variablen wie Partikelgröße (Y1, nm), Zetapotenzial (Y2, mV), Emulgierzeit (Y3, s) sowie Einschlusseffizienz (Y4, %), wie in Tabelle 2 erwähnt.
      HINWEIS: Die Läufe wurden erhöht, bis die Warnschilder verschwunden waren und die Software selbst das Box-Benhken-Design zur Optimierung auswählte.
  2. Wählen Sie die höheren und niedrigeren Werte als -1 aus, um den niedrigsten Variablenwert anzugeben, während +1 den höchsten Wert darstellt. Der Mittelwert stellte den Mittelwert dar. Das Box-Benhken-Design schlug insgesamt 17 Läufe mit fünf Mittelpunkten vor, um den Fehler zu reduzieren.
  3. Zeichnen Sie die Reaktionen auf einzelne Durchläufe auf und passen Sie sie an lineare, 2F1- und quadratische Modelle an, um sicherzustellen, dass das am besten angepasste Modell verwendet wird. Generieren Sie polynomiale Gleichungen und verwenden Sie, um die Schlussfolgerung auf der Grundlage der Größe des Koeffizienten zu ziehen, die den numerischen Vorzeichen entsprechen.
  4. Zeigen Sie die Daten der polynomialen Regression als 3D-Diagramme an. Bewerten Sie das am besten angepasste Datenmodell, indem Sie den angepassten R2 und den vorhergesagten R2 -Wert 22 vergleichen.
    HINWEIS: Die erforderlichen Auswahlkriterien für die Formulierung basierten auf der maximalen Einschlusseffizienz, der geringeren Partikelgröße, dem höheren Zetapotenzial und dem minimalen Emulgierzeitrahmen.
    Y = β0 + β1A + β2B + β3C + β12AB + β13AC + β23BC + β11A2 + β22B2 + β33C2 Gl. (1)
    Hier erschien β0 als Achsenabschnitt, Y als Antwort, ad β1, β2 und β3 als lineare Koeffizienten. Β11, β22 und β33 als quadratische Terme und quadrierte Koeffizienten, während β12, β13 undβ 23 als Wechselwirkungskoeffizienten verwendet werden. A, B und C wurden als unabhängige Variablen verwendet, die aus den Ergebnissen der Vorstudie ausgewählt wurden.

4. Charakterisierung

  1. Thermodynamische Stabilitätsuntersuchungen
    1. Lagern Sie die verdünnten SNEDDS bei 4 °C im Kühlschrank und geben Sie sie dann in einen 50 °C-Inkubator. Führen Sie sechs solcher Zyklen durch, wobei jeder Zyklus gleich oder größer als 48 h ist.
    2. Untersuchen Sie die Formulierung für die Phasentrennung23.
  2. Zentrifugationstest
    1. Zentrifugieren Sie die verdünnten SNEDDS 30 min lang bei 3.500 U/min bei -4 °C.
    2. Untersuchen Sie das SNEDDS bei Raumtemperatur auf Phasentrennung oder Sedimentation des Arzneimittels24.
  3. Dispergierbarkeitstest für die Selbstemulgierungswirksamkeit
    1. 1 ml der Formulierung tropfenweise in 500 ml doppelt destilliertes Wasser geben, das bei 37 °C und 50 U/min gehalten wird. Beachten Sie die Zeit, in der sich durch visuelle Inspektion eine klare homogene Emulsion bildet.
    2. Führen Sie eine visuelle Beurteilung nach folgendem Notensystemdurch: 25.
      Grad 1: eine klare bläuliche Emulsion mit einer Emulgierzeit von <1 min
      Grad 2: eine bläulich-weiße Emulsion mit einer Emulgierzeit <1 min
      Grad 3: milchiges Aussehen mit Emulgierzeit <2 min
      Grad 4: graues, weißes Öl mit Emulgierungszeit >2 min
      Grad 5: Emulgierfehler mit größerem Öltröpfchen obendrauf.
      HINWEIS: Die für die Emulgierung erforderliche Zeit oder die Emulgierungsgeschwindigkeit ist entscheidend für die Wirksamkeit der Emulgierung. Der Test wird in einer USP Typ II Auflösungsapparatur durchgeführt.
  4. Robustheit gegenüber Verdünnungen
    1. Verdünnen Sie die optimierte SNEDDS-Formulierung 50-, 100- und 1.000-mal mit verschiedenen Trägern wie destilliertem Wasser, 0,1 N HCl (pH 1,0), um den Magen-pH-Wert nachzuahmen, und Phosphatpuffer (pH 6,8), um den intestinalen pH-Wert nachzuahmen.
    2. Die verdünnten Mischungen gründlich mischen und 12 h beiseite stellen.
    3. Untersuchen Sie die Formulierungen visuell auf Arzneimittelfällung, Phasentrennung und andere Stabilitätsprobleme26,27.

5. In-vitro-Studien zur Auflösung

  1. Führen Sie die Freisetzung des Arzneimittels aus SNEDDS und der reinen Arzneimittelsuspension mit einem Wasserschüttelbad durch, das bei 37 °C und 50 U/min gehalten wird.
  2. Weichen Sie die Dialysemembranen vor dem Wirkstoffauflösungsassay 24 h lang in der jeweiligen Medienlösung ein, um eine gute Integrität und Aktivierung zu erreichen. Füllen Sie die Arzneimittelsuspension (in Wasser) und SNEDDS entsprechend 10 mg Rosuvastatin in die Dialysemembran; Binden und in separate Becher (50 mL) geben.
  3. 1 ml der Probe in bestimmten Abständen entnehmen und das Becherglas nach jeder Probe mit frischem Medium (1 ml) auffüllen.
  4. Filtern Sie die entnommenen Proben und analysieren Sie sie mit einem UV-sichtbaren Spektralphotometer bei 242 nm 21,28,29,30.

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Ergebnisse

Hierin werden Nanoformulierungen von Omega-3-Fettsäuren-reichen Fischölen hergestellt und durch Selbstemulgierung mit verschiedenen Tensiden und Co-Tensiden optimiert. Abbildung 1 zeigt die Löslichkeit von Rosuvastatin in verschiedenen Ölen, Tensiden und Co-Tensiden. Basierend auf der Löslichkeit wurde in den folgenden Studien Fischöl als Öl, Tween 80 als Tensid und Capryol PGMC als Co-Tensid ausgewählt. Tabelle 1 zeigt das Screening von Smix in verschiedenen Verhältnissen z...

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Diskussion

Diese Studie wurde entwickelt, um das Potenzial von Omega-3-Fettsäuren-reichen Ölen wie Fischöl, Sesamöl, Olivenöl und Leinöl als Wirkstoffträger zu untersuchen. Die Selbst-Nanoemulgierung wurde als bevorzugte Technik für die Herstellung des Verabreichungssystems gewählt, das ohne Wasser auskommt, was es stabiler macht als klassische Emulsionssysteme32. Öle, die reich an Omega-3-Fettsäuren sind, sind für ihre positiven Auswirkungen auf die Gesundheit bekannt18. Sie wurden a...

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Offenlegungen

Die Autoren haben nichts offenzulegen.

Danksagungen

Der Autor dankt dem Department of Pharmacy der Quaid-i-Azam University, Islamabad, Pakistan, für die Bereitstellung der notwendigen Einrichtungen für die Durchführung dieser Studie.

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Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
NameUnternehmenKatalognummerKommentare
AmmoniumacetatSigma-Aldrich, DeutschlandA1542Analytische Qualität
Capryol PGMCGattefossé, FrankreichRT9P9S09QIAnalytische Qualität
Design Expert SoftwareStatEase, Vereinigte StaatenVersion 12.0.3.0Analytische Software (frei im Abonnement erhältlich)
Dialyseschläuche (12.000 Dalton MWCO)Visking, Großbritannien12000.02.30Reine regenerierte natürliche Zellulosemembranen mit 12.000 Dalton MWCO
AuflösungsapparatMemmert, DeutschlandSV 1422USP Typ II Auflösungsapparat
EthanolHoneywell, Deutschland24194in analytischer Qualität
Wilshire Labs Pvt(Ltd), Pakistannicht anwendbarAls Geschenkprobe erhalten.
SalzsäureBDH Laboratories Ltd, UKBDH3036-54LAnalytisches
MethanolHoneywell, Deutschland34966Analytischer
Kühlschrank (Pharmazie)Panasonic, PakistanMPR-161 DH-PEKühlschrank für die Lagerung bei 4 & Grad; C
Rosuvastatin CalciumSearle Pharmaceuticals Pvt(Ltd) Pakistannicht anwendbarAls Geschenkprobe erhalten.
NatriumhydroxidHoneywell, Deutschland38215Analytische
Qualität Span 80BDH Laboratories Ltd, UKMFCD00082107
Analytische Qualität Triplot SoftwareMS Excel-Tabelle, entwickelt von Tod ThompsonTriplot Ver. 4.1.2Analysesoftware (frei verfügbar)
Tween-80Sigma-Aldrich, DeutschlandP1754-500MLAnalytische Qualität
UV-Vis SpektralphotometerDynamica, UKHalo DB-20Doppelstrahl-Spektralphotometer
WasserbadMemmert, DeutschlandWNB 7Wassercharge zum Erhitzen auf 70 & Grad; C
Fischöl

Referenzen

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