シプロフロキサシンの溶解性とバイオアベイラビリティを改善するための自己乳化性薬物送達システムの設計と開発

サマリー

この研究では、シプロフロキサシン自己乳化薬物送達システムの製剤を提示し、説明します。

要約

シプロフロキサシンは、強力なフルオロキノロン系抗生物質で、さまざまな細菌感染症の治療に使用されています。この薬は水溶性が低く、経口バイオアベイラビリティが限られています。.これらの制限を克服するために、この研究では、シプロフロキサシンの自己乳化性薬物送達システム(SEDDS)の開発に焦点を当て、その溶解性とバイオアベイラビリティの向上を目指しました。配合プロセスでは、溶解度試験に基づいて、シリコーンオイル、Tween 80、プロピレングリコール(PG)、ポリエチレングリコール(PEG)をコア成分として選択しました。SEDDS製剤の最適化は、擬似三元相図によって導かれ、効果的な自己乳化領域を特定し、界面活性剤と共界面活性剤の最適な比率を決定するのに役立ちました。SEDDS製剤の評価には、フーリエ変換赤外(FT-IR)分光法と並行して液滴サイズとゼータ電位の測定が含まれ、薬物と賦形剤の適合性と薬物の取り込みの成功が確認されました。F2およびF5製剤は、それぞれ320nmおよび202nmの液滴サイズを示し、対応するゼータ電位は-11.4mVおよび-13.38mVであり、安定性を示しています。放出試験では、最初の急速な放出が示され、最初の2時間以内に88.2%がF5から放出され、その後持続的に放出され、5時間後には93.1%に達しました。現在の製剤は、薬物の溶解性とバイオアベイラビリティを大幅に改善します。

概要

シプロフロキサシンは、主にそのナフチリジン環構造の6位にフッ素原子が存在するため、グラム陰性菌とグラム陽性菌の両方に対して有意な活性を持つフッ素化キノロンです。この修飾により、抗菌活性のスペクトルが増強^{されます1,2}。合成フルオロキノロン系抗生物質として、細菌のDNAジャイレースやトポイソメラーゼIIを標的とし、様々な細菌感染症の効果的な治療法となっています。その広範囲の有効性と一般的に安全なプロファイルにもかかわらず、水溶性が低く、経口バイオアベイラビリティが低いという課題に直面しており、臨床応用を妨げています^3,4。

これらの課題を解決するために、自己乳化型ドラッグデリバリーシステム(SEDDS)が活用されています。これは、天然油と合成油、非イオン性界面活性剤、および共溶媒/界面活性剤の混合物で構成されており、薬物の溶解性を大幅に向上させます^5,6,7。これらのシステムは、胃腸液と接触すると微細な水中油型(O / W)エマルジョンまたはマイクロエマルジョンを形成するように設計されており、胃腸の運動性によって促進されます。このメカニズムは、薬物の溶解性を向上させるだけでなく、腸のリンパ経路を介した吸収を促進し、それによって肝臓の初回通過代謝を回避し、バイオアベイラビリティを高めます^8,9。

コンビナトリアルケミストリーやメディシナティブケミストリーの進歩による疎水性薬物の数の増加は、GIT吸収が不十分なため、経口バイオアベイラビリティに課題をもたらしています。この状況は、そのような化合物の溶解性とバイオアベイラビリティを改善するためのSEDDSのような革新的な薬物送達システムの重要性を示しています^10,11。

この研究では、脂質、界面活性剤、および共界面活性剤の比率を変化させた安定したSEDDSを配合し、その水溶性と経口バイオアベイラビリティを高めることに焦点を当てました。以前の研究では、アシクロビル¹²で見られるように、SEDDSが疎水性薬物のバイオアベイラビリティを大幅に増加させる可能性が示されました。さらに、SEDDS製剤の無水性は、ゼラチンカプセルへのカプセル化を容易にし、良好な患者コンプライアンスと持続的かつ迅速な薬物効果の可能性を提供します¹³。

これには、自己マイクロ乳化および自己ナノ乳化システムが含まれ、さまざまな小球サイズのエマルジョンを生成し、物理的安定性と製造の容易さを提供します。これらの特性は、SEDDS製剤の商業的成功によって証明されているように、溶解速度とバイオアベイラビリティの向上につながります¹⁴。これは、安定性研究、液滴サイズ、およびゼータ電位分析を通じて広範囲に特性評価され、その水性溶解性と経口バイオアベイラビリティの改善を目指しました¹⁵。

これは、固体分散液、リポソーム、シクロデキストリン錯体などの従来の溶解性向上方法に比べていくつかの利点があります。複雑な製造プロセスを必要とする固体分散液とは異なり、これらは簡単に配合してスケールアップできます。SEDDSはリポソームと比較して、優れた物理的安定性と胃腸液中の自発的な乳化を示し、薬物の吸収を改善します。さらに、リンパ管の輸送を強化し、肝臓の代謝をバイパスし、バイオアベイラビリティを高めます¹⁶。以前の研究では、アシクロビルのような難溶性薬物のバイオアベイラビリティを高めるSEDDSの有効性が実証されており、薬物送達アプリケーションにおけるその可能性が証明されています¹⁶。その臨床効果は、水溶性が低く、経口バイオアベイラビリティが低いために制限があり、吸収が一貫していなくなり、治療効果が低下します。.固体分散液やシクロデキストリン錯体などの従来のアプローチでは、スケーラビリティと安定性に限界があります¹⁷。それは胃腸液との接触で良い水中オイルの乳剤を形作ることによって有望な代わりを提供し、薬剤の可溶化および吸収を高める。腸のリンパ経路を介した肝臓の初回通過代謝をバイパスし、バイオアベイラビリティを改善します¹⁸。この研究では、溶解性の課題を克服するための SEDDS 製剤を開発し、安定性、溶解性、および患者のコンプライアンスを強化して、より優れた治療結果を確保します。この研究の主な目標は、SEDDS を開発することにより、シプロフロキサシンの溶解性と経口バイオアベイラビリティを高めることです。水溶性が低く、胃腸吸収が限られているため、治療効果が制限されています¹⁹。最適化されたSEDDSを配合することにより、薬物を胃腸液に効率的に溶解することができ、溶解の改善、腸管リンパ系を介した吸収の促進、そして最終的にはバイオアベイラビリティの向上につながります。この研究では、SEDDSの脂質、界面活性剤、および共界面活性剤の組成を最適化して、薬物放出特性を改善した安定した製剤を実現することに焦点を当てています。

プロトコル

注:この研究で使用した試薬と機器の詳細は、 資料表に記載されています。

1. 溶解度試験

1. オレイン酸油(2 mL)、オリーブオイル(2 mL)、ヒマシ油(2 mL)、ヒマシ油(2 mL)、ヒマシ油(2 mL)、ミグリオール油(2 mL)、T-80(2 mL)、T-20(2 mL)、PG(2 mL)、PEG200(2 mL)、PEG400(2 mL)などの界面活性剤、および選択した油の組み合わせと過剰な量の薬物(シプロフロキサシン)を測定して混合します。 およびPEG600(2 mL)。
2. ボルテックスミキサーを使用して混合物を完全にボルテックスします。サーモミキサーを使用して、混合サンプルを25°C±2°Cの一定温度でインキュベートします。
3. 所定の時点(2時間、6時間、12時間、18時間、24時間)でサンプルを確認し、平衡溶解度がいつ到達したかを判断します。
4. サンプルを16,770 x g で室温で15分間遠心分離し、上清を未溶解粒子から分離します。上清を0.22μmのメンブレンフィルターでろ過し、残っている粒子状物質を取り除きます。
5. UV-Vis分光光度計を使用して、277nmでサンプル中の濃度を測定します。分析前にサンプルをメタノールと50:50の比率で混合して、吸光度測定値の油による干渉を防ぎます。

2. 擬似三元系位相図の構築

1. オレイン酸油(2mL)、オリーブオイル(2mL)、ヒマシ油(2mL)、ヒマシ油(2mL)、ミグリオール油(2mL)、T-80(2mL)、T-20(2mL)などの界面活性剤、PG(2mL)、PEG200(2mL)、PEG400(2mL)、PEG600(2mL)などの共界面活性剤を溶解度パラメータに基づいて組み合わせて調製します。
2. 擬似三元状態図を作成します。すべての界面活性剤と共界面活性剤の混合物の相図を定式化します。
   注:擬似三元相図は、製剤科学、特にエマルジョン、マイクロエマルジョン、または自己乳化薬物送達システム(SEDDS)の開発で使用される三角図であり、3つの主要成分を含む混合物の相挙動を視覚的に表現するために使用します:通常は、油、水、および界面活性剤と共界面活性剤の混合物(Smix)。擬似三元相図は、製剤が形成される領域(透明マイクロエマルジョン、濁ったエマルジョン、または相分離(不安定な混合物))を特定するのに役立ちます。3つのコンポーネントのさまざまな組み合わせをプロットすることで、どの比率が安定で均質なシステムを実現し、薬物送達に理想的であるかを判断できます。
3. オイルとスミックスの比率を1/9から9/1まで変化させて、擬三元相のグラフを作成します。蒸留水を一滴ずつ混合物に加えます。透明な溶液から濁った溶液への変化を観察します。
4. 水を加える前と後で油と界面活性剤の混合物を秤量することにより、添加する水の量を測定します。関連するソフトウェアを使用して、すべてのコンポーネントの組成率を計算し、疑似三元位相図をプロットします。
5. 状態図に基づいて、すべてのSmixの安定した乳化領域を特定します。
   1. 各混合物について、それが透明で透明(マイクロエマルジョン安定)、わずかに濁っているか青みがかっている(ナノエマルジョンおそらく安定)、乳白色、または相分離(不安定)であるかどうかを視覚的に観察します。
   2. 結果をさまざまなマーキングや色を使用してダイアグラムに記録します。状態図にデータをプロットします。各Smix比について、試験したすべての組成物をプロットし、安定なエマルジョン/マイクロエマルジョンを形成した組成物をマークします。これらの安定した混合物がクラスター化する領域は、乳化ゾーンです。
   3. 安定な乳化領域を特定します。安定乳化領域は、ほとんどの製剤が透明またはわずかに青みがかったエマルジョンを迅速に形成し、時間の経過とともに安定なままである(相分離なし)図の領域です。この領域は、その特定のSmix.Normalの領域が大きいほど、Smix比はエマルジョンを形成する際により堅牢である、その特定のSmixのための最高の油:Smix:水の比率を示しています。
   4. さまざまなSmixダイアグラムを比較します。さまざまなSmix比の図をプロットした後、乳化ゾーンのサイズと形状を比較します。通常、安定領域が最も大きいSmix比が好まれますが、液滴サイズ、薬物溶解性、安定性も考慮する必要があります。

3. SEDDSの準備

1. 界面活性剤と共界面活性剤の混合物濃度が30%から60%の製剤を調製します。この範囲内のすべての状態図に対して4つの定式化を準備します。
2. 100mgの油相に25mgの薬物を加えます。ボルテックスミキサーを使用して油相と薬剤をよく混合します。
3. ステップ2.3-2.5で行った分析に応じて、適切な量のSmixをオイルドラッグ混合物に10分間加えます。均質化を使用してよく混ぜます。
4. 8つの配合(F1、F2、F3、F4、F5、F6、F7、F8)すべてで油分を変化させないでください。Smixの量を8つの配合のそれぞれで異なるものにします。

4. 物理的特性評価

1. 熱力学研究
   1. 製剤を6,037 x gで15分間遠心分離します。上清を使用し、凍結融解ストレス試験には相分離のない製剤のみを選択します。
   2. 選択した製剤を、40°C、室温、および20°Cで3回の凍結融解セットにかけます。 凍結融解セット中、各温度で48時間配合物を保持します。
2. 自己乳化時間の同定
   1. 溶解装置II(USP)を準備します。各溶解容器に500mLの蒸留水を注ぎます。50rpmで水を攪拌し始め、37°C±2°Cの温度を維持します。
   2. 製剤サンプル100μLを装置に加えます。エマルジョン形成の時間を観察します。観測された時間は、自己乳化時間を表します。
3. 希釈に対する堅牢性
   1. 各製剤を水、酸性緩衝液 pH 1.20、リン酸緩衝液 pH 6.80 と、それぞれ 1,000:1、100:1、50:1 の比率で混合します。各製剤を視覚的に観察します。
   2. エマルジョンの破損を示すすべての製剤を拒否します。.
4. 曇り点計測
   1. すべての製剤を1 mL取り、200 mLの水と混合します。混合物を水浴に入れ、0°C〜75°Cからゆっくりと温度を上げます。
   2. 混合物の濁りを観察し、濁る温度を記録します。正確な結果を得るために、安定した準備のためにテストを繰り返します。曇り点とは、透明なエマルジョンが濁る温度のことです。
5. 液滴サイズとゼータ電位解析
   1. 選択した製剤を水で100倍に希釈します。希釈した製剤を超音波ホモジナイザーと少なくとも1分間よく混合します。
   2. ²⁰で説明したように、ゼータ電位と粒子サイズ分布を解析します。
   3. 作りたてのエマルジョン0.1mLを25mLのガラスビーカーに取り、9.9mLの蒸留水で希釈します。この希釈溶液をストック溶液から2.5mLを3mLの石英キュベットに取ります。.
   4. DTSデスクトップアイコンをクリックして、ソフトウェアを起動します。調製したサンプルを3mL石英キュベットに移します。気泡が残っていないことを確認します。
   5. カバーを開けてキュベットをデバイスの内部に置き、キュベットが光線の経路に対して正しい向きになっていることを確認します。 「測定 」アイコンをクリックします。
   6. キュベットを取り出します。サンプルを回収するか、適切に廃棄します。データをPDFとして個人用フォルダに保存して、後で使用できるようにします。
6. 形態学研究
   1. 脱イオン水を使用してサンプル組成を50倍に希釈し、十分に分散したサンプルを作成します。
   2. 希釈した試料の薄膜をスライドガラス上に広げ、得られた試料をスライドガラス上に位置決めして微小な膜を得る。
   3. 凍結乾燥により薄膜を脱水します。薄膜を冷凍庫に入れ、超低温(通常は-40°C〜-80°C)で凍結乾燥を使用してスライドを乾燥させます。
   4. 凍結乾燥したサンプルを走査型電子顕微鏡(SEM;31,653x)で分析し、表在形態の研究を行います。
7. フーリエ変換赤外線(FT-IR)の研究
   1. 周囲の空気を背景として、1 ^cm-1 の解像度を使用して、計器の波数を 4,000 ^cm-1 から 400 ^cm-1 の間に設定します。²¹を参照してください。
   2. 純粋な薬物と最適化された製剤のスペクトルを別々に記録します。サンプルをサンプリングエリアに置きます。カウントを16スキャン、解像度4、ゲージ力80、フラットチップの圧力アームに調整します。
   3. Auto Increment が Blank オプションに設定されたままで、スペクトラムが目的のフォルダに自動的に保存されるようにします。
   4. サンプル測定を開始するには、「 サンプル 」ボタンをクリックします。サンプルを選択した後は、待ち時間がないため、サンプルを準備し、圧力クランプを下げてください。すべてのサンプルを1つずつ個別に分析します。
8. インビトロ 薬物放出
   1. 純薬物(0.17 mg/mL)、F2、およびF5(0.1 w/v)のストック溶液を、予熱した50 mMリン酸緩衝液(pH 7.4、37 ± 2°C)で調製します。
   2. 純粋な薬物ベース溶液1.0 mLと各製剤1 mLを透析チューブに充填します。サーモミキサーを使用して、25 mLのリン酸緩衝液中で、37 rpm、37 ± 2°Cで各サンプルを透析します。
   3. 0.1 mL アリコートを培地から 0 時間、1 時間、2 時間、3 時間、4 時間、5 時間、6 時間の間隔で取ります。アリコートを等量の50 mM pH 7.4リン酸緩衝液と交換します。
   4. 蛍光分光法を使用して、335 nmの波長での励起と420 nmの波長での発光によるバックグラウンド補正後の純粋な薬物の量を決定します。

結果

溶解度試験と擬似三元系相図
選択した成分中の純粋な薬物の溶解度は、シリコーンオイルで85 mg / mLで最も高く、次いでTween 80が70 mg / mL、PGが50 mg / mL、PEGが30 mg / mLです。導出された擬似三元相図は、界面活性剤と共界面活性剤の一定の比率を明らかにしました(Smix)。図では、PG/PEG600とT-80を1:6の割合で構成したシステムで、シリコーンオイルを特徴とする乳化可能な大面積を示しました。図1と図2は、界面活性剤混合物の割合が増加すると乳化可能な領域が拡大することを示しています。薬物の添加は、自己乳化領域にほとんど影響を与えないことがわかりました。.

SEDDSの準備
この研究では、F1からF8とラベル付けされた8つの製剤が開発されました。各製剤の具体的な組成を 表1

ディスカッション

新しい化学物質の約40%は水への溶解性が低く、その結果、経口バイオアベイラビリティが低下します²²。この課題は、多くの潜在的な治療用化合物の臨床応用を著しく妨げています。BCS IVに分類される広範囲の合成フルオロキノロン系抗生物質であり、溶解性の問題³を有する薬剤を例示しています。これらの溶解性の課題を克服するために、新しいアプローチ⁵として研究に採用されています5。天然油と合成油、非イオン性界面活性剤、または親水性溶媒と共溶媒/界面活性剤の混合物を均質に混合したもので、薬剤の溶解性を向上させるのに非常に効果的であることが証明されています。これらの脂質ベースの製剤は、SEDDSと同様に、胃腸液と混合すると、胃の自然な動きによって促進される微細な水中油型エマルジョンを形成することができる²³。

溶解度実験を行い、オイル、界面活...

材料

この記事で使用された材料の一覧

名前	会社	カタログ番号	コメント
シプロフロキサシン	フェローズソン ファーマ (Nowshera 24,110, Pakistan	NA	Standard drug
Mygliol oil,Dow	Chemical Ltd, Bangkok 10,110, Thailand	NA
オレイン酸油,シリコーンオイル,オリーブ油,ヒマシ油,ひまわり油	Gaziantep (Gunedogu Anadolu 34,810, トルコ)	NA	油相
酸化ポリエチレン 200	Sigma Aldrich (Saint Louis, Missouri 63,101, United States	8.17001	Co-surfactant
Polyethene oxide 400	Sigma Aldrich (Saint Louis, Missouri 63,101, United States 182028		Co-surfactant
Polyethene oxide 600	Ahad International Pharmaceutical, Dera Ismail Khan, 29,050, Pakistan	NA	共界面活性剤
ポリエチレングリコール (PG)	Sigma Aldrich (Saint Louis, Missouri 63,101, United States	1546401	Co-surfactant
Tween 20	Sigma Aldrich (Saint Louis, Missouri 63,101, United States 11332465001
Tween 80	Sigma Aldrich (Saint Louis, Missouri 63,101, United States	P8074	Surfactant