Waiting
로그인 처리 중...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Chemistry
Click here for the English version

Chemistry

حزمة من الأدوات التحليلية الراسخة للتحقيق في تغيير الحالة الصلبة للسواغ القائمة على الدهون

Published: August 9, 2022 doi: 10.3791/63993
Automatic Translation
1,2, 1, 1
1Research Center Pharmaceutical Engineering, GmbH, 2Institute of Pharmaceutical Sciences, Department of Pharmaceutical Technology and Biopharmacy, University of Graz

Summary

يوضح هذا المنشور تطبيق حيود الأشعة السينية وقياس كالوريمتر المسح الضوئي التفاضلي كمعايير ذهبية للتحقيق في الحالة الصلبة للسواغ القائمة على الدهون (LBEs). إن فهم تغير الحالة الصلبة في LBEs وتأثيره على أداء المنتجات الصيدلانية هو العامل الرئيسي لتصنيع أشكال جرعات قوية قائمة على الدهون.

Abstract

السواغات القائمة على الدهون (LBEs) منخفضة السمية ومتوافقة حيويا وطبيعية ، ويدعم تطبيقها استدامة تصنيع الأدوية. ومع ذلك ، فإن التحدي الرئيسي هو حالتها الصلبة غير المستقرة ، مما يؤثر على استقرار المنتج الصيدلاني. ترتبط الخصائص الفيزيائية الحرجة للدهون لمعالجتها - مثل درجة حرارة الذوبان واللزوجة والريولوجيا وما إلى ذلك - بتركيبها الجزيئي وتبلورها. تؤثر المواد المضافة ، وكذلك الإجهاد الحراري والميكانيكي الذي ينطوي عليه عملية التصنيع ، على الحالة الصلبة للدهون وبالتالي على أداء المنتجات الصيدلانية منها. لذلك ، فإن فهم التغيير في الحالة الصلبة أمر بالغ الأهمية. في هذا العمل ، تم تقديم مزيج من حيود الأشعة السينية للمسحوق وكالوريمتر المسح الضوئي التفاضلي (DSC) كمعيار ذهبي لتوصيف الحالة الصلبة للدهون. حيود الأشعة السينية هو الطريقة الأكثر فعالية لفحص تعدد الأشكال ونمو البلورات. يتميز الترتيب متعدد الأشكال وطول الصفيحة في المناطق ذات الزاوية الواسعة والصغيرة لحيود الأشعة السينية ، على التوالي. يمكن استخدام منطقة تشتت الأشعة السينية ذات الزاوية الصغيرة (SAXS) بشكل أكبر للتحقيق في نمو البلورات. يمكن الإشارة إلى انتقال المرحلة والفصل. يستخدم كالوريمتر المسح الضوئي التفاضلي (DSC) لفحص السلوك الحراري للدهون، وتقدير قابلية امتزاج المواد المضافة و/أو المكونات الصيدلانية النشطة (API) في مصفوفة الدهون، وتوفير مخططات الطور. يتم تقديم أربع دراسات حالة تستخدم فيها LBEs إما كمواد طلاء أو كمصفوفة تغليف لتوفير أنظمة متعددة الجسيمات مغلفة بالدهون ومعلقات نانوية دهنية ، على التوالي. يتم فحص الحالة الصلبة الدهنية وتغييرها المحتمل أثناء التخزين وربطها بالتغيير في إصدار API. الطرق المجهرية النوعية مثل المجهر الضوئي المستقطب والمجهر الإلكتروني الماسح هي أدوات تكميلية للتحقيق في التبلور على المستوى الجزئي. يجب إضافة طرق تحليلية أخرى بناء على عملية التصنيع المحددة. يجب فهم العلاقة بين الهيكل والوظيفة وقابلية المعالجة بعناية لتصميم منتجات صيدلانية قوية ومستقرة قائمة على الدهون.

Introduction

الليبيدات هي فئة من المواد التي تحتوي على الهيدروكربونات الأليفاتية طويلة السلسلة ومشتقاتها. وهي تغطي مجموعة واسعة من الهياكل الكيميائية ، بما في ذلك الأحماض الدهنية ، والأسيلجلسرين ، والستيرول ، واسترات الستيرول ، والشموع ، والفوسفوليبيدات ، والدهون السفينغولية1. بدأ استخدام الدهون كسواغات صيدلانية في عام 1960 لتضمين الأدوية في مصفوفة الشمع لتوفير تركيبات إطلاق مستدامة2. منذ ذلك الحين ، اكتسبت السواغات القائمة على الدهون (LBEs) اهتماما واسعا للتطبيقات المتنوعة ، مثل إطلاق الأدوية المعدلة ، وإخفاء الذوق ، وتغليف الأدوية ، وتعزيز التوافر البيولوجي للأدوية. يمكن تطبيق LBEs في مجموعة واسعة من أشكال الجرعات الصيدلانية عبر عمليات التصنيع متعددة الاستخدامات ، وهي الطلاء بالذوبان الساخن ، والتجفيف بالرش ، وبثق الدهون الصلبة ، والطباعة ثلاثية الأبعاد 3D ، والأقراص ، والتجانس عالي الضغط ، من بين أمور أخرى. أشكال الجرعة مثل الأقراص ، والأفلام المتفككة عن طريق الفم ، والأنظمة متعددة الجسيمات ، والجسيمات النانوية والميكروبية ، والكريات ، والأشكال المطبوعة ثلاثية الأبعاد هي النتيجة2،3،4.

تمتلك LBEs حالة "عام معترف به على أنه آمن" ، وسمية منخفضة ، وتوافق حيوي جيد ، وتحمل محسن للمريض. يسمح أصلها الطبيعي وتوافرها الواسع بتمكين التصنيع الصيدلاني الأخضر والمستدام. ومع ذلك ، فقد ارتبط استخدام LBEs بأشكال جرعات غير مستقرة. تم الإبلاغ على نطاق واسع عن تغييرات في خصائص المنتجات القائمة على الدهون بعد التخزين. تعتبر الحالة الصلبة ل LBEs ووجود تعدد الأشكال الدهنية الأسباب الرئيسية لعدم استقرار أشكال الجرعات القائمة على الدهون5،6،7،8.

ترتبط الخواص الميكانيكية والفيزيائية للدهون ارتباطا وثيقا بخصائص التبلور وبنية شبكتها البلورية ، والتي تظهر تسلسلات هرمية متميزة للتنظيم الهيكلي. عند استخدام الدهون في تصنيع المنتجات الصيدلانية ، تتأثر البنية البلورية بمعلمات العملية المطبقة ، مثل درجة الحرارة والمذيبات العضوية والقص والقوى الميكانيكية ، والتي بدورها تؤثر على أداء المنتج الصيدلاني5،7،9،10،11،12 . لفهم هذه العلاقة بين البنية والوظيفة، من المهم معرفة أسس تبلور الليبيدات والبنية البلورية والطرق التحليلية لفحصها.

على المستوى الجزيئي ، تسمى أصغر وحدة من بلورة الدهون "خلية الوحدة". يؤدي التكرار المنتظم ثلاثي الأبعاد لخلايا الوحدة إلى بناء الشبكات البلورية ، مع تفاعلات جزيئية أقوى إلى جانب اتجاهاتها الجانبية مقارنة بالاتجاهات الطولية ، مما يفسر البناء الطبقي لبلورات الدهون. تعرف التعبئة المستعرضة المتكررة لسلاسل الهيدروكربونات بالخلية الفرعية 1،12،13 (الشكل 1). الصفائح هي التعبئة الجانبية لجزيئات الدهون. في الحزمة البلورية ، تتكون الواجهات بين الصفائح المختلفة من مجموعات نهاية الميثيل ، بينما يتم وضع مجموعات الجلسرين القطبية في الأجزاء الداخلية من الصفيحة14. للتمييز بين كل سلسلة حمض دهني في الصفيحة ، يتم استخدام مصطلح النشرة ، والذي يمثل طبقة فرعية تتكون من سلاسل حمض دهني مفردة. يمكن ترتيب الأسيل جليسرول في أطوال سلسلة وريقات مزدوجة (2 لتر) أو ثلاثية (3 لتر)14. تدفعها الطاقة السطحية للصفائح إلى تكديس بعضها البعض بشكل فوقي ، لتوفير بلورات نانوية. تؤثر عوامل المعالجة المختلفة مثل درجة حرارة التبريد ومعدله على عدد الصفائح المكدسة وبالتالي سمك البلورات (~ 10-100 نانومتر). يؤدي تجميع البلورات إلى تكوين كرويات على نطاق صغير ، ويوفر تجميع الكرويات الشبكة البلورية ل LBEs بسلوك عياني محدد13.

تبدأ انتقالات الحالة الصلبة على المستوى الجزيئي. يسمى الانتقال الهندسي من خلية فرعية إلى أخرى تعدد الأشكال. عادة ما توجد ثلاثة أشكال متعددة الأشكال الرئيسية من شكل α و β و β في أسيلجلسرين ، مرتبة وفقا لزيادة الاستقرار. يحدث إمالة الصفيحة فيما يتعلق بالمجموعات النهائية أثناء التحولات متعددة الأشكال 1,13. يتم تجربة التحولات متعددة الأشكال للتخزين والذوبان بوساطة LBEs. تحدث انتقالات التخزين عندما يتم تخزين الشكل شبه المستقر تحت درجة حرارة الانصهار ، بينما تحدث التحولات بوساطة الذوبان عندما ترتفع درجة الحرارة فوق نقطة انصهار الشكل شبه المستقر الذي يؤدي إلى الذوبان والتبلور المتتالي للشكل الأكثر استقرارا.

علاوة على ذلك ، يمكن أن يحدث أيضا فصل الطور ونمو البلورات. يتم فصل الطور عن طريق التبلور الأولي متعدد الأطوار ونمو مرحلة واحدة أو أكثر. يمكن أن تؤدي تفاعلات الجسيمات والجسيمات ، بما في ذلك التلبيد والتفاعلات الجزيئية والسمات المجهرية والمكونات الغريبة ، إلى نمو البلورات 1,5.

إن مراقبة تحولات الحالة الصلبة ل LBEs وتأثيرها على أداء أشكال الجرعات له أهمية كبيرة. من بين أمور أخرى ، يعد كالوريمتر المسح الضوئي التفاضلي (DSC) وحيود الأشعة السينية ، وتحديدا تشتت الأشعة السينية الصغيرة والواسعة الزاوية (SWAXS) ، معيارين ذهبيين لتقييم الحالة الصلبة للدهون.

يشيع استخدام كالوريمتر المسح الضوئي التفاضلي (DSC) لقياس تغيرات المحتوى الحراري للمادة محل الاهتمام المرتبطة بتدفق الحرارة كدالة للوقت ودرجة الحرارة. تستخدم هذه الطريقة على نطاق واسع لفحص السلوك الحراري للدهون ، مثل المسارات المحتملة للذوبان والتبلور ، ودرجة الحرارة المقابلة والمحتوى الحراري لأشكال مختلفة متعددة الأشكال ، وكذلك الكسور الثانوية والرئيسية لتركيبات الدهون. يمكن استخدام هذه البيانات لتصوير عدم التجانس والمراحل المتعددة وتعدد الأشكالالدهنية 5،7،13.

تقنيات حيود الأشعة السينية هي أقوى الطرق لتحديد الهيكل في الحالة الصلبة. امتلاك بنية نانوية مرتبة مع صفائح متكررة ، يمكن فحص انعكاس حزمة الأشعة السينية من بلورات الدهون باستخدام قانون براج:

د = λ / 2sinθ (المعادلة 1)

حيث λ هو الطول الموجي للأشعة السينية 1.542 Å ، θ هي زاوية حيود الحزمة المتناثرة ، و d هي التباعد بين المستويات للطبقات المتكررة ، والتي تعرف بأنها طول الصفيحة في الدهون. يمكن استخدام منطقة الزاوية الصغيرة للأشعة السينية بشكل مثالي للكشف عن نمط التباعد الطويل وحساب طول الصفيحة (د). كلما زادت المسافة المتكررة d ، كانت زاوية التشتت أصغر (1-15 درجة ، منطقة زاوية صغيرة) لأن d تتناسب عكسيا مع sin θ. يمكن وصف ترتيب الخلايا الفرعية للدهون بأنه نمط التباعد القصير في منطقة الزاوية الواسعة لحيود الأشعة السينية. يمكن استخدام كل من أنماط التباعد الطويل والقصير للدهون (طول الصفيحة وترتيب الخلايا الفرعية) للإشارة إلى التحول متعدد الأشكال أحادي الخواص. على سبيل المثال ، يمكن تغيير الشكل α (سداسي) إلى β (triclinic) بسبب تغيير في زاوية إمالة السلاسل ، مع تغييرات في طول الصفيحة (نمط التباعد الطويل ، في منطقة الزاوية الصغيرة ، 1-15 درجة) وفي وضع التعبئة المستعرض (نمط التباعد القصير ، في منطقة الزاوية الواسعة ، 16-25 درجة) (الشكل 2).

يمكن استخدام المعلومات التي تم الحصول عليها من منطقة SAXS أيضا لدراسة نمو البلورة عن طريق قياس سمكها (D) عبر معادلة Scherrer15:

D = Kλ / FWHMcosθ (المعادلة 2)

حيث ، FWHM هو العرض بالراديان لأقصى حيود يقاس عند ارتفاع منتصف الطريق بين الخلفية والذروة ، والمعروف عموما باسم العرض الكامل عند نصف الحد الأقصى (FWHM) ؛ θ هي زاوية الحيود ؛ λ هو الطول الموجي للأشعة السينية (1.542 Å) و K (ثابت Scherrer) هو رقم بلا أبعاد يوفر معلومات حول شكل البلورة (في حالة عدم وجود معلومات مفصلة عن الشكل K = 0.9 هو تقريب جيد). يرجى ملاحظة أنه يمكن استخدام معادلة Scherrer لتقدير متوسط أحجام البلورات التي تصل إلى حوالي 100 نانومتر لأن اتساع الذروة يتناسب عكسيا مع حجم البلورات. لذلك ، فإن تطبيقه مفيد لتحديد سمك الصفائح النانوية ، وبشكل غير مباشر ، عدد الصفائح المجمعة. يمكن العثور على أمثلة لاستخدام هذا النهج المعروف لفحص الخصائص البلورية للدهون في تطوير المستحضرات الصيدلانية وعدم الاستقرار المقابل في أداء المنتج في5،12،16،17،18.

توفر مراقبة الحالة الصلبة ل LBEs في كل مرحلة من مراحل التطوير من خلال تقنيات تحليلية راسخة استراتيجية فعالة لتصميم عمليات تصنيع عالية الأداء ومنتجات صيدلانية مستقرة قائمة على الدهون.

يقدم هذا المنشور التطبيق الحاسم لتحليل الحالة الصلبة الشامل ل LBEs لرصد التغيرات في الحالة الصلبة وارتباطها بالتغيير في ملف تعريف إطلاق المكون الصيدلاني النشط (API) من شكل الجرعة الصيدلانية. يتم أخذ الأنظمة متعددة الجسيمات القائمة على بلورات API المطلية بالدهون عبر الطلاء بالذوبان الساخن ، والمعلقات النانوية الدهنية الناتجة عن التجانس عالي الضغط كدراسات حالة. ينصب تركيز هذا المنشور على تطبيق حيود مسحوق الأشعة السينية وكالوريمتر المسح الضوئي التفاضلي (DSC) كأدوات تحليلية. يوضح المثالان الأولان تأثير التحول متعدد الأشكال ونمو البلورات ، على التوالي ، على التغيير في إطلاق API من العينات المطلية. يكشف المثال الأخير عن العلاقة بين الحالة الصلبة المستقرة للدهون والأداء المستقر للمنتج الصيدلاني في الأنظمة متعددة الجسيمات المغلفة بالدهون وفي معلقات الدهون النانوية.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. كالوريمتر المسح الضوئي التفاضلي (DSC)

  1. إعداد الصك
    1. استخدم مسعر المسح الضوئي التفاضلي المجهز بمبرد داخلي وآخذ عينات تلقائي وبرنامج للتحكم في الأدوات وتحليل البيانات.
    2. قم بتشغيل مصدر غاز النيتروجين واضبط الضغط بين 0.2-0.5 بار وقم بتشغيل أداة DSC ومبدل العينات التلقائي.
    3. افتح البرنامج وقم بتنشيط وضع الاستعداد بالنقر فوق الزر "نعم ". السماح بتوازن الجهاز لمدة ساعة واحدة على الأقل
    4. قم بتطهير الفرن بالنيتروجين ، وانقر على أيقونة طريقة جديدة وانتقل إلى تعريف الطريقة. قم بتنشيط خيار تعديل درجة الحرارة في نافذة نظرة عامة.  انتقل إلى علامة تبويب الرأس وحدد الطريقة بالنقر فوق "عينة".
    5. انتقل إلى علامة التبويب برنامج درجة الحرارة ، وحدد تطهير 2 MFC وعلى MFC الواقي ، وكلاهما عند 50 مل / دقيقة.
    6. أدخل طريقة القياس التالية: الاستعداد عند 20 درجة مئوية ، دورة التسخين عند 5 كلفن / دقيقة من 20 درجة مئوية إلى أعلى من درجة حرارة انصهار الدهون ، عقد متساوي الحرارة عند درجة الحرارة هذه لمدة 5 دقائق ، دورة التبريد إلى 0 درجة مئوية عند 5 كلفن / دقيقة إلى -20 درجة مئوية ، درجة حرارة إعادة الضبط في حالات الطوارئ النهائية عند درجة حرارة 10 درجات مئوية فوق أعلى درجة حرارة للبرنامج ، ودرجة حرارة الاستعداد النهائية عند 20 درجة مئوية.
    7. انتقل إلى علامة التبويب المعايرة وحدد ملف درجة الحرارة والحساسية المناسب. احفظ الطريقة
  2. إعداد العينة وقياسها
    1. تزن 3-4 ملغ من كل عينة في بوتقات الألومنيوم. سجل الوزن الدقيق المحمل في كل بوتقة وأغلق بوتقة الألومنيوم بغطاء مثقوب.
    2. ضع البوتقات في درج أخذ العينات الأوتوماتيكية وقم بتنشيط وضع أخذ العينات التلقائي في البرنامج والطريقة المتعلقة بالتحميل لكل عينة.
    3. املأ موضع العينة واسم العينة ووزن كل عينة وموضع البوتقة المرجعية في نافذة عرض درج العينة وابدأ القياسات.
  3. تحليل البيانات
    1. افتح البيانات الأولية باستخدام البرنامج لتحليل البيانات وارسم درجة الحرارة مقابل تدفق الحرارة ، من خلال النقر على الزر "X-time / X-temperature"
    2. في النافذة المنبثقة ، انقر فوق "إخفاء الأجزاء متساوي الحرارة". على الجانب الأيسر من الشاشة ، حدد فقط المنحنيات التي سيتم تحليلها (على سبيل المثال ، قم بإلغاء النقر فوق البيانات "الإضافية").
    3. تحقق من السلوك الحراري للدهون كأحداث ماصة للحرارة وطاردة للحرارة للطاقة الممتصة أو المنبعثة في شكل حرارة ، على التوالي ، كدالة لدرجة الحرارة.
    4. انقر على المنحنى ، متبوعا بالتقييم والمساحة ، لحساب المحتوى الحراري للاندماج كمنطقة تحت منحنى ماص الحرارة.
    5. حدد حدود التكامل عن طريق تحريك الخطوط الرأسية حوالي 2 إلى 3 درجات مئوية قبل وبعد بداية ونهاية الذروة.
    6. حدد خط أساس خطي لتكامل الذروة. تتناسب المساحة بين المنحنى وخط الأساس مع التغير في المحتوى الحراري. انقر فوق تطبيق لإنهاء الحساب. وبالمثل ، احسب الإنثالبي للتبلور باعتباره المساحة الواقعة أسفل منحنى المواد الطاردة للحرارة
    7. تحديد بداية درجة حرارة الانصهار (إلى) من خلال النقر على المنحنى المراد تحليله ثم على التقييم والبداية.
    8. حدد حدود القياس الكمي عن طريق تحريك الخطوط الرأسية إلى القسم الأكثر استقامة من المنحنى. هذا عادة ما يكون حوالي 5-10 درجة مئوية قبل وبعد الذروة. بعد ذلك ، حدد درجة حرارة الانصهار بالنقر فوق المنحنى المراد تحليله ، متبوعا بالتقييم والذروة. القيمة التي تم الحصول عليها هي الحد الأقصى للذروة.

2. تشتت الأشعة السينية بزاوية صغيرة وواسعة (SWAXS)

  1. إعداد الصك
    1. استخدم نظام تشتت الأشعة السينية ، ويتألف من كاميرا تركز على نقطة مثبتة على مولد أشعة سينية مغلق ومجهز بوحدة تحكم وبرامج ذات صلة.
    2. استخدم كوبر (λ = 1.54 Å) عند 50 كيلو فولت و 1 مللي أمبير كمصدر للأشعة السينية وكاشفين حساسين متمركزين خطيا لتغطية مناطق تشتت الأشعة السينية ذات الزاوية الصغيرة والواسعة.
    3. تأكد من متطلبات السلامة للحماية من التعرض للأشعة السينية.
    4. قم بتشغيل نظام مياه التبريد على وحدة التحكم ومضخة التفريغ وصمامات الغاز ونظام التحكم في الطاقة والسلامة.
    5. قم بتشغيل صمامات التحكم في الجهد والتطهير لأجهزة الكشف عند تدفق غاز يتراوح بين 10-20 مل / دقيقة.
    6. قم بتشغيل أنبوب الأشعة السينية وخيار الاستعداد وانتظر حوالي 10 دقائق. قم بإيقاف تشغيل وضع الاستعداد وقم بتشغيل أنبوب الأشعة السينية إلى الطاقة الكاملة (>50 كيلو فولت) وانتظر 30 دقيقة على الأقل.
    7. ابدأ تشغيل برنامج التحكم وانقر فوق إعادة تعيين TPF. اختر مرشح Tugsten وحدد الموضع. انتقل إلى الموضع لإصلاح موضع مرشح التنغستن
  2. إعداد العينة وقياسها
    1. تأكد من أن العينات متوفرة كمسحوق ناعم. إذا لزم الأمر ، قم بطحن العينات برفق في درجات حرارة منخفضة لتوفير مسحوق ناعم.
    2. املأ العينات في شعيرات زجاجية خاصة يبلغ قطرها الخارجي حوالي 2 مم ، وتجنب أي انحباس للهواء في الشعيرات الدموية. أغلق الشعيرات الدموية الزجاجية بالشمع وضعها بعناية في حامل الشعيرات الدموية.
    3. قم بتشغيل المحرك لتدوير العينة وأغلق صمام التفريغ حتى يصبح الضغط أقل من 5 ملي بار.
    4. في البرنامج ، قم بإصلاح إعداد القياسات عن طريق تحديد دقة موضع 1024. إصلاح وقت التعرض إلى 1200 ثانية.
    5. قم بإعداد حدود الطاقة بالنقر فوق أدوات الصنبور ، ثم انقر فوق الطاقة والدقة ، وانقر فوق إعادة التشغيل. قم بإعداد حدود الطاقة إلى نطاق مناسب بين 400-900.
    6. افتح مصراع الأمان وابدأ القياسات. تأكد من أن نافذة القياس تعرض 80 عدتا كحد أقصى في الثانية. إذا لم يتم إعطاء ذلك ، فقم بتكييف موضع المرشح.
  3. تحليل البيانات
    1. تصدير البيانات كملفات p00. تتكون البيانات من شدة الإرسال والامتصاص مقابل رقم القناة وزاوية الحيود .
    2. نقل البيانات للتقييم إلى برنامج إحصائي وتصحيح البيانات عن طريق تطبيع الشدة باستخدام كتلة التشتت المقاسة باستخدام مرشح التنغستن.
    3. قم بإنشاء مخطط للكثافة الطبيعية مقابل ضعف زاوية الحيود [(2Θ) 2xtheta].
    4. استخدم وظيفة "قارئ الشاشة" للعثور على قمم الحيود في مناطق SAXS و WAXS.
    5. قم بتطبيق معادلة Bragg لحساب قمم الحيود بأقصى كثافة في تباعد d قصير وطويل لمناطق WAXS و SAXS ، على التوالي.
    6. احسب نسب موضع الذروة لمنطقة SAXS لمعرفة التماثل البلوري للدهون (على سبيل المثال ، رقائقي ، سداسي ، مكعب).
    7. استخدم قمة الحيود الرئيسية لمنطقة SAXS لتحديد سمك البلورات (D). قم بتركيب الذروة في دالة Gaussian عبر المربعات الصغرى الكلاسيكية واحصل على FWHM بالنقر فوق التحليل والقمم وخطوط الأساس ومحلل الذروة ومربع الحوار مفتوح.
    8. في النافذة المنبثقة ، حدد الخيار "Fit Peaks Pro". حدد خط أساس ثابت مع y = 0 ، وحدد ذروة الحيود الرئيسية لمنطقة SAXS وانقر فوق "التحكم في الملاءمة" لتحديد معلمات ملاءمة الذروة.
    9. اختر دالة GaussAmp. اضبط المعلمات y_0 و xc_1 و A_1 على أنها ثابتة واحصل على FWHM من الملاءمة. استخدم معادلة Scherrer لحساب سمك البلورة.

3. اختبارات الذوبان

  1. إطلاق API من الأنظمة متعددة الجسيمات المطلية
    1. استخدم جهاز USP 2 (مجداف) لدراسات الذوبان.
    2. املأ أوعية اختبار الذوبان بمحلول الفوسفات 6.8 ، وقم بتسخينه إلى 37 درجة مئوية.
    3. وزن ثلاثة أضعاف عينات من الجسيمات المطلية تعادل جرعة واحدة من API ، ووضع العينات في أوعية اختبار الذوبان.
    4. ابدأ المجداف بسرعة 100 دورة في الدقيقة.
    5. اضبط جهاز أخذ العينات التلقائي لأخذ عينات من 1 مل في نقاط أخذ العينات التالية: 30 دقيقة و 60 دقيقة و 90 دقيقة و 2 ساعة و 4 ساعات و 6 ساعات و 8 ساعات و 10 ساعات و 12 ساعة و 18 ساعة و 24 ساعة.
    6. تحليل العينات عبر طريقة HPLC المناسبة5،7،17.
    7. قم بتحليل البيانات عن طريق رسم إصدار API التراكمي مقابل الوقت.
    8. إجراء التجارب على العينات المخزنة على المدى الطويل (25 درجة مئوية ، 60٪ رطوبة نسبية) وتسريعها (40 درجة مئوية و 70٪ رطوبة نسبية).
  2. إطلاق API من الجسيمات النانوية الدهنية الصلبة (SLN)
    1. تحضير سائل الرئة المحاكي (SLF) عن طريق خلط 0.02٪ (وزن / وزن) من ديبالميتويل فوسفاتيديل كولين في محلول ملحي فوسفات دولبيكو (D-PBS) ، مع التركيبة التالية: KCl (2.683 mM) ، KH 2 PO 4 (1.47 mM) ، NaCl (136.893 mM) ، Na2HPO4 · 2H2O (8.058 مللي مول) ، CaCl2 · 2H2O (0.884 mM) ، و MgCl2 · 6س2س (0.492 ملي). قم بتسخينه مسبقا على حرارة 37 درجة مئوية.
    2. استخدم أشرطة غسيل الكلى مع كيس غشاء السليلوز بقطع متحكم فيه يبلغ 7000 دالتون في ثلاث نسخ لكل عينة.
    3. خصص كاسيت غسيل كلوي واحد لكل وقت أخذ عينات: 0.5 ساعة و 1.5 ساعة و 3 ساعات و 5 ساعات و 7 ساعات و 24 ساعة. رطب أشرطة غسيل الكلى لمدة 2 دقيقة عن طريق غمرها في SLF. ثم جفف سطحها بعناية باستخدام مناشف ورقية ناعمة.
    4. حقن 3 مل من العينة (تعليق دهني نانوي) ، أي ما يعادل 600 ميكروغرام من ديكساميثازون ، في كل كاسيت.
    5. اغمر كل علبة في 200 مل من SLF عند 37 درجة مئوية (ظروف الحوض) وقم بتحريك النظام عند 125 دورة في الدقيقة.
    6. خذ عينات 200 ملغ من داخل الكاسيت باستخدام حقنة في كل وقت محدد لأخذ العينات.
    7. تحديد محتوى واجهة برمجة التطبيقات باستخدام أسلوب HPLC-MS المطور18.
    8. احسب واجهة برمجة التطبيقات الصادرة من SLN عن طريق توازن الكتلة ، وفقا ل18 ، لفترة وجيزة كفرق بين إجمالي كمية API في SLN والكمية المتبقية من API بعد أخذ العينات.
    9. كرر العملية للعينات المخزنة.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

العلاقة بين الانتقال متعدد الأشكال للدهون وإطلاق API في بلورات API المغلفة بالدهون:
يتم قياس بلورات API المطلية بأحادي ستيارات الجلسرين عبر DSC والأشعة السينية مباشرة بعد الطلاء وبعد 3 أشهر من التخزين في ظل ظروف متسارعة (40 درجة مئوية ، رطوبة نسبية 75٪)7. أحادي ستيارات الجليسريل هو نظام متعدد الأطوار يحتوي على 40٪ -55٪ أحادي الجليسريد ، 30٪ -45٪ ثنائي الجليسريد ، و 5٪ -15٪ جلسريدات ، بشكل رئيسي تريستيرين19. تم الإبلاغ عن الأشكال متعددة الأشكال من α الفرعية ، α ، β-prime ، و β ل monostearin20. يظهر Tristearin و 1 ، 2-distearin α ، β-prime ، وأشكال β متعددة الأشكال14.

يتم عرض بيانات DSC لعينات T0 والعينات المخزنة في ظل ظروف متسارعة في الشكل 3A. أظهرت دورة التسخين على عينة T0 حدثا واسعا للحرارة يصل إلى 10 درجات مئوية ، والذي يمكن ربطه بالانتقال دون α / α القابل للانعكاس الموصوف ل 1-monostearin و 1-monopalmitin21. يرتبط حدثان ماصان للحرارة عند To = 54.0 °C و 46.7 بالشكل β ومرحلة التعايش لنقطة الانصهار السفلية. يمكن رؤية مرحلة التعايش في بيانات الأشعة السينية على أنها تباعد d قصير يبلغ 4.16 Å يتوافق مع شكل α متعدد الأشكال ، منظم في طور رقائقي من 57.3 Å ويتوافق مع مكونات مختلفة من الخليط. يتم إعطاء الترتيب الرقائقي للطلاء الدهني لعينة T0 بسبب الذروة التوافقية المتاحة عند 18.7 Å المقابلة لانعكاس الترتيب الثالث في حيود SAXS7 (الشكل 3B).

تظهر بيانات DSC للعينات بعد 3 أشهر من التخزين في ظل ظروف متسارعة وجود ماص للحرارة عند To = 55.7 °C ، مع حدثين متداخلين عند Tm = 60.2 °C للشكل α المتبقي وعند Tm = 63.8 °C كحدث رئيسي لذوبان الشكل β. يتم تأكيد الانتقال متعدد الأشكال باستخدام بيانات الأشعة السينية عن طريق اكتشاف مسافات d قصيرة تبلغ 4.66 Å و 4.58 Å و 4.37 Å و 3.92 Å و 3.83 Å ، نموذجية للشكل β ، جنبا إلى جنب مع انخفاض سمك الصفيحة من 57.3 Å إلى 50.4 Å ، بسبب الميل الجزيئي7.

تظهر مقارنة ملف تعريف إطلاق API من الطلاء عند T0 وبعد 3 أشهر من التخزين في ظل ظروف متسارعة (الشكل 3C) تغييرا كبيرا في ملفات تعريف الإطلاق ، والتي يمكن تفسيرها من خلال التحول الواضح متعدد الأشكال لشكل α إلى شكل β مع ترتيب خلية فرعية أكثر كثافة ، مما أدى إلى سطح طارد للماء 7,21.

العلاقة بين النمو البلوري لطلاء الدهون ، وفصل الطور المحتمل ، وتغيير الإطلاق في بلورات API المطلية بالدهون: يتم طلاء بلورات API بمزيج من ثلاثي الميتين وبوليسوربات 65 في نسبة 90:10٪ وزن / وزن. تريبالميتين هو الدهون الثلاثية مع نقاء 99 ٪ 5. تظهر الدهون الثلاثية عادة الأشكال متعددة الأشكال α و β الأولية و β ، مرتبة حسب زيادة كثافة العبوة البلورية وزيادة الاستقرار.

Polysorbate 65 هو مستحلب بقيمة توازن محبة للماء (HLB) تبلغ 10.5 ودرجة حرارة انصهار تبلغ 32 درجة مئوية. عادة ما تتبلور الدهون الثلاثية في α-polymorph من الذوبان. بعض الإضافات تحفز تحويل α إلى β من TAGs ، من بينها بوليسوربات 65. علاوة على ذلك ، يعمل polysorbate 65 كشوائب في النظام ، مما يتسبب في تبلور غير متجانس للثلاثي الميتين عند قوى دافعة أقل ويؤدي إلى نمو البلورات.

وترد بيانات كالوريمتر المسح الضوئي التفاضلي (DSC) وبيانات الأشعة السينية لعينات T0 والعينات المخزنة في ظل ظروف متسارعة في الشكل 4A,B. تظهر دورة التسخين لقياسات DSC على عينة T0 حدثا ماصا للحرارة حادا مع ذروة عند 64.8 درجة مئوية، بما يتوافق مع الشكل β متعدد الأطراف لثلاثي الميتين5. يمكن اكتشاف ذلك أيضا في منطقة WAXS ، حيث يظهر التباعد القصير عند 4.6 Å ، وهو سمة من سمات الخلية الفرعية للشكل β (الشكل 4 أ ، ب). تظهر البيانات ، بوضوح ، الشكل β متعدد الأشكال المستحث من ثلاثي الميتين في وجود بوليسوربات 65 في عينات T0 ، وبالطبع في العينات المخزنة. يتم حساب سمك الصفيحة المقابلة باستخدام معادلة Bragg ك d = 2π / q001 = 42 Å5.

يمكن قياس سمك البلورة (D) لعينات T0 والعينات المخزنة باستخدام معادلة Scherrer الموضحة أعلاه. تظهر الحسابات سمكا بلوريا يبلغ 24 نانومتر في عينات T0 وسماكا متزايدا قدره 37 نانومتر في العينات المخزنة ، بما يعادل 5.7 و 8.8 صفائح ، على التوالي.

تظهر مقارنة ملف تعريف إصدار API من الطلاء عند T0 وبعد 3 أشهر من التخزين في ظل ظروف متسارعة مرة أخرى تغييرا كبيرا في ملفات تعريف الإصدار بعد التخزين (الشكل 4C).

نظرا لحقيقة أن خليط ثلاثي الميتين وبوليسوربات 65 هو نظام ثنائي الطور ، فإن النمو البلوري للثلاثي ينجم عن وجود مرحلة بوليسوربات ، خاصة في ظل الحالة المتسارعة (40 درجة مئوية ، 75٪ رطوبة نسبية) حيث يكون بوليسوربات 65 في شكله السائل المنصهر. من المحتمل أن يكون انتقال الطور ونمو طور polysorbate في ظل ظروف متسارعة بسبب حركة المواد السائلة بسبب الشعيرات الدموية وقوى الجاذبية 5,22. والنتيجة هي التغيير في إصدار API من الطلاء5.

العلاقة بين الحالة الصلبة المستقرة للدهون والأداء المستقر للمنتجات الصيدلانية القائمة على الدهون: يتم تقييم منتجين صيدلانيين مختلفين قائمين على الدهون: (أ) شكل جرعة صلبة يتكون من بلورات API المطلية بسواغات قائمة على الدهون17 و (ب) شكل جرعة سائلة يتكون من جسيمات نانوية دهنية صلبة معلقة محملة بواجهة برمجة تطبيقات18 . LBEs المستخدمة لكلا المنتجين هي استرات polyglycerol للأحماض الدهنية (PGFAs) ، وهي مجموعة من جزيئات الدهون تتكون من هيدروكسي إيثرات قليلة القسيمات من الجلسرين المستر كليا أو جزئيا بالأحماض الدهنية. تتميز PGFAs بالتبلور أحادي الطور إلى شكل α ، وغياب التحولات متعددة الأشكال ، والاستقرار العام لبنيتها الجزيئية والنانوية والمجهرية23.

في المنتج الأول ، تم طلاء بلورات API ب PG3-C16 / C18p ، وهو PGFA يتكون من 3 وحدات جلسرين أسترة جزئيا بحمض النخيل وحامض دهني. يوضح الشكل 5 بيانات DSC والأشعة السينية للعينات المخزنة T0 و 3 أشهر في ظل ظروف متسارعة. يظهر تحليل DSC (الشكل 5A) قمة انصهار واحدة في دورة التسخين الأولى المقابلة لوجود شكل واحد متعدد الأشكال فقط من PG3-C16 / C18p مع To = 54.2 °C. تكشف دورة التبريد عن التبلور أحادي الطور للدهون من خلال وجود قمة واحدة مع Tc = 45.4 درجة مئوية. تكشف العينات المخزنة عن مخططات حرارية لم تتغير أيضا ، والتي لا تصور أي تعدد الأشكال ولا فصل الطور. يتم تأكيد الحالة الصلبة المستقرة ل PG3-C16 / C18p من خلال أنماط الشمع (الشكل 5B). تظهر منطقة WAXS ذروة تتوافق مع تباعد قصير ل d = 4.15 Å في T0 والعينات المخزنة17. يرتبط هذا التباعد القصير d بالشكل α ل TAGs 1,13. تؤكد إشارة WAXS غير المعدلة بعد التخزين عدم وجود تعدد الأشكال ل PG3-C16 / C18p. تكشف منطقة SAXS عن قمة رئيسية عند تباعد d طويل يبلغ d = 63.7 Å ، يتوافق مع بنية رقائقية بتكوين 2L. يصور الحجم البلوري (D) لعينات T0 التي تم الحصول عليها عن طريق تحليل Scherrer 23 نانومتر ، أي ما يعادل أربع صفائح مكدسة. لا تظهر أي تغييرات في سمك الصفيحة (63.5 Å) أو نمو البلورات (أربع صفائح) بعد التخزين. تظهر مقارنة ملف تعريف الإصدار لعينات T0 وبعد التخزين (الشكل 5C) الاستقرار المتميز للمنتج المطور. ينتج عن الحالة الصلبة المستقرة لمصفوفة الدهون التي توفرها PG3-C16 / C18p الأداء المستقر لملف تعريف الإصدارللمنتج 17.

بالنسبة للمنتج الثاني ، تم تحضير الجسيمات النانوية الدهنية الصلبة المحملة ب API (SLN) في شكل معلق نانوي مائي باستخدام PG2-C18f كمصفوفة دهنية و Poloxamer 188 كمستحلب18. PG2-C18f هو جزيء PGFA يتكون من وحدتين من الجلسرين أسترة بالكامل بحمض دهني. Poloxamer 188 عبارة عن بوليمر كتلة غير أيونية مع HLB عالية من 29. يتكون التركيب الكيميائي من أجزاء البولي أوكسي بروبيلين والبولي أوكسي إيثيلين. يتم تغليف API في مصفوفة الدهون. داخل هذا المنتج ، يمكن أن تتأثر الحالة الصلبة للدهون ليس فقط بظروف المعالجة ولكن أيضا بتفاعلات الجسيمات النانوية المائية وتفاعلات المستحلب والدهون. يوضح الشكل 6 بيانات DSC والأشعة السينية للمعلقات النانوية عند T0 وبعد 3 أشهر من التخزين في ظل ظروف متسارعة. يظهر تحليل كالوريمتر المسح الضوئي التفاضلي (DSC) حدثا ماصا للحرارة عند To = 55.3 درجة مئوية متبوعا بحرارة ماصة واسعة ممتدة حتى 100 درجة مئوية. الحدث الأول يعزى إلى ذوبان SLN من PG2-C18f والحرارة الماصة الواسعة يرجع إلى تبخر الماء. نظرا لأن Poloxamer 188 يذوب في مرحلة الماء ، فلا يتم تصوير أي ماص للحرارة في الدورة الأولى. يتم تصوير السلوك الحراري المستقر في تحليل DSC للعينات المخزنة ، والتي لا تظهر أي تعديلات. على الرغم من أن تعدد الأشكال الدهنية عادة ما يتم تسريعه في الأنظمة النانوية ، إلا أن تحليل SWAXS يؤكد السلوك المستقر لمصفوفة الدهون. يشير التباعد القصير المقاس d البالغ 4.15 Å ل PG2-C18f بعد تبلوره في SLN المصنع حديثا وبعد تخزين العينات لمدة 6 أشهر في ظل ظروف متسارعة (6m / AC) إلى وجود شكل α مستقر. لا يظهر سمك الصفيحة ل PG2-C18f داخل SLN عند T0 (56.5 Å) وبعد التخزين (56.3 Å) أي تغييرات. يتضح التركيب الرقائقي للدهون من خلال إشارة توافقية عند 18.7 Å. تم العثور على حجم البلورات (D) ل PG2-C18f بواسطة تحليل Scherrer ليكون 10.8 نانومتر (صفيحتان) ، مما يدل على عدم وجود نمو بلوري بعد تخزين المعلقات النانوية (11.7 نانومتر ، صفيحتان)18. تم إعاقة استخدام SLN في صناعة الأدوية بسبب مشكلات الاستقرار التي تم الإبلاغ عنها جيدا بعد التخزين ، مثل تكتل الجسيمات والهلام ، وفقدان التغليف (طرد API) ، وملف الإطلاق غير المستقر. بدلا من ذلك، ينتج عن تطبيق مصفوفة ليبيدات مستقرة، PG2-C18f، كما هو موضح هنا، أداء الناتج الموضح في الشكل 7. لم يتم تصوير أي تكتل للجسيمات ، وملف إطلاق مستقر ، وكفاءة تغليف مستقرة. يعزى عدم الاستقرار العام ل SLN إلى تعدد الأشكال الدهنية وغيرها من تحولات الحالة الصلبة24. تعاني الدهون متعددة الأشكال من انتقالات أثناء التخزين من أشكال بلورية أقل كثافة (شكل α) إلى أكثر كثافة (β رئيس الوزراء و β). يمكن أن يؤثر هذا الانتقال متعدد الأشكال على مساحة سطح الجسيمات النانوية المصنعة ، خاصة إذا لم يتم تثبيت مساحة السطح بشكل كاف بواسطة المستحلب. يمكن أن تكون النتيجة غير مستقرة مثل التكتل أو الهلام. أيضا ، يؤدي تغيير الكثافة البلورية من α إلى β إلى فقدان مساحة كافية لواجهة برمجة التطبيقات داخل مصفوفة الدهون ، مما يؤدي إلى طرد API ، وتعديلات في كفاءة التغليف ، وملف تعريف الإطلاق. بالنظر إلى صغر حجم SLN (في هذه الدراسة x50 = 234.3 نانومتر) ، تصبح تأثيرات نمو البلورات على أداء المنتج حاسمة أيضا. أدى استخدام مصفوفة الدهون ذات الحالة الصلبة المستقرة إلى أداء مستقرللمنتج 18.

Figure 1
الشكل 1: تكوينات شوكة اللحن والكرسي لجزيء TAG والخلية الفرعية والصفائح الدموية والصفائح الدموية البلورية. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

Figure 2
الشكل 2: أنماط التباعد القصير (الأيسر) والمسافات الطويلة (اليد اليمنى) للثلاثي الميتين في المناطق ذات الزاوية الواسعة والزاوية الصغيرة من حيود الأشعة السينية ، على التوالي. أ: صورة ألفا، و(ب) صورة بيتا. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

Figure 3
الشكل 3: بلورات API المطلية بأحادي ستيارات الجلسرين: تحليل الحالة الصلبة للدهون كمواد طلاء وملف إطلاق API للعينات المحضرة حديثا (T0) وبعد التخزين لمدة 3 أشهر في ظل ظروف متسارعة (AC). (أ) كالوريمتر المسح الضوئي التفاضلي (DSC)، (ب) الشمع، (ج) ملف الإطلاق. تم تعديل هذا الرقم من7. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

Figure 4
الشكل 4: بلورات API المطلية بثلاثي الميتين وبوليسوربات 65 (90:10٪ وزن / وزن): تحليل الحالة الصلبة لمواد الطلاء وإطلاق API للعينات الطازجة (T0) وبعد التخزين لمدة 3 أشهر في ظل ظروف متسارعة (AC). (أ) كالوريمتر المسح الضوئي التفاضلي، (ب) الشمع، (ج) ملف تعريف إصدار واجهة برمجة التطبيقات. تم تعديل هذا الرقم من5. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

Figure 5
الشكل 5: بلورات API المطلية ب PG3-C16 / C18p: تحليل الحالة الصلبة ل PG3-C16 / C18p كمواد طلاء وملف تعريف إطلاق API للعينات المحضرة حديثا (T0) وبعد التخزين لمدة 3 أشهر في ظل ظروف متسارعة (AC). (أ) كالوريمتر المسح الضوئي التفاضلي، (ب) الشمع، (ج) ملف تعريف إصدار واجهة برمجة التطبيقات. تم تعديل هذا الرقم من17. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

Figure 6
الشكل 6: تحليل الحالة الصلبة لعينات SLN المحضرة حديثا (T0) ، بعد التخزين لمدة 3 أشهر في ظل ظروف متسارعة (AC) ، وسواغ الدهون الخام . (أ) كالوريمتر المسح الضوئي التفاضلي (DSC) و(ب) الشمع. تم تعديل هذا الرقم من18. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

Figure 7
الشكل 7: أداء المنتج لشبكات SLN المحضرة حديثا (T0) وبعد تخزين لمدة 3 و 6 أشهر في ظل ظروف متسارعة (3 م / تيار متردد ، 6 م / م). (أ) توزيع حجم الجسيمات ، (ب) ملف تعريف الإطلاق ، (ج) كفاءة التغليف. تم تعديل هذا الرقم من18. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

تم وصف حيود مسحوق الأشعة السينية وكالوريمتر المسح الضوئي التفاضلي (DSC) في هذه المخطوطة كمعايير ذهبية لتحليل الحالة الصلبة ل LBEs. يتميز حيود مسحوق الأشعة السينية بميزة بارزة تتمثل في معالجة القياسات في الموقع ، مع الحد الأدنى من معالجة الحالة الصلبة للعينات أثناء القياسات. علاوة على ذلك ، يمكن تخزين الشعيرات الدموية المملوءة نفسها في ظل ظروف مختلفة بعد القياسات الأولية للتحقيق في تغير الحالة الصلبة أثناء التخزين. في هذا العمل ، ركزنا على المناطق ذات الزاوية الواسعة والصغيرة للأشعة السينية ، مما مكننا من تقديم بيانات هيكلية بأبعاد تصل إلى حوالي 100 نانومتر.

يمكن استخدام Ultra SAXS (USAXS) لتتبع تراكم الصفائح النانوية البلورية (CNP) والنمو البلوري في أبعاد أكبر. تم تطبيق الطريقة بنجاح في أنظمة معينة لتحليل أحجام CNP في المنطقة من حوالي 100 إلى 1000 نانومتر15،26،27. يتطلب توصيف بلورات الدهون في الأنظمة السائلة دقة أعلى. عادة ما يستخدم إشعاع السنكروترون وتوفير تدفق الأشعة السينية بكثافة أعلى لمثل هذا التوصيف28. يعد حيود الأشعة السينية السنكروترونية وتشتت النيوترون صغير الزاوية (SANS) أدوات قوية لتوصيف البلورات السائلة وأنظمة الاستحلاب الذاتي متعددة الطبقات مثل الجسيمات الشحمية ، والتي ليست نطاق هذه المقالة25،28،29. يمكن أيضا توصيف الأنظمة السائلة باستخدام إعداد الأشعة السينية الموصوف في البروتوكول عن طريق ضبط وقت الإشعاع لفترة أطول.

يجب ملاحظة النقاط التالية لتنفيذ الأشعة السينية لفحص الحالة الصلبة للدهون وتركيباتها: (ط) بشكل عام ، يجب اختيار وقت الإشعاع بشكل فردي ، بناء على طبيعة العينات وإعدادات المعدات. (ii) تتناسب شدة الإشارات طرديا مع تركيز المادة في المزيج. لذلك ، من المهم فحص ، في البداية ، الخليط المادي لتكوين متعدد الأطوار. سيؤدي ذلك إلى تجنب التفسير الخاطئ للبيانات في المشتتات الصلبة غير المتبلورة (ASDs) ، إذا تم التحقيق في إعادة بلورة واجهة برمجة التطبيقات غير المتبلورة في تكوينها المعالج باستخدام LBE. للكشف عن أجزاء صغيرة من البلورات في مثل هذه التركيبات ، من المهم تكبير المناطق التي يتوقع أن تكون الإشارات فيها. (iii) يجب إجراء طحن العينات لتوفير مسحوق ناعم لملء الشعيرات الدموية عند درجة حرارة منخفضة لتجنب الحرارة الخارجية والإجهاد. قد يتسبب هذا في تغيير الحالة الصلبة للدهون في العينة. يعد الحشو الكثيف للشعيرات الدموية أمرا مهما لتجنب انحباس الهواء بين الجسيمات ولضمان التشتت النقي للأشعة السينية بواسطة الجسيمات.

يعد كالوريمتر المسح الضوئي التفاضلي (DSC) أداة قوية لفحص السلوك الحراري للدهون، وتقدير قابلية اختلاط المواد المضافة و/أو API في مصفوفة الدهون، وتوفير مخططات الطور. يوفر الحدث الديناميكي الحراري ، بما في ذلك بدايات وقمم الانصهار والتبلور ، بالإضافة إلى المحتوى الحراري لكل حدث ، معلومات مفيدة عن الأشكال المتعددة الأشكال المتاحة ، والتحولات متعددة الأشكال المحتملة ، وانتقالات الطور المختلفة. ومع ذلك، وعلى عكس حيود الأشعة السينية، يمكن للحرارة المطبقة في قياسات كالوريمتر المسح الضوئي التفاضلي (DSC) أن تتلاعب بسلوك الحالة الصلبة للدهون وتسبب انتقالا متعدد الأشكال ومرحلة أثناء القياسات. لذلك ، يوصى بشدة بتجنب الاستخدام الوحيد لهذه التقنية لتحليل الحالة الصلبة للدهون. يجب استخدام هذه الطريقة كتقنية تكميلية لحيود الأشعة السينية. تم استخدام كالوريمتر المسح الضوئي التفاضلي (DSC) المقترن وحيود الأشعة السينية على نطاق واسع في صناعة الأغذية لتحليل الحالة الصلبة للدهون30،31،32،33،34. يقتصر تطبيقه في صناعة الأدوية على اكتشاف التغيرات متعددة الأشكال في واجهات برمجة التطبيقات35،36،37. العيب الآخر للاستخدام الوحيد لكالوريمتر المسح الضوئي التفاضلي (DSC) هو توصيف أنظمة الدهون متعددة الأطوار، لأن شدة الأحداث الحرارية تعتمد على التركيز. علاوة على ذلك ، يمكن أن تحدث أحداث حرارية متداخلة. يمكن استخدام كالوريمتر المسح الضوئي التفاضلي (DSC) المعدل بدرجة الحرارة لتوصيف الأنظمة متعددة الأطوار، مما يتيح فصل الأحداث الحركية والتحولات المتداخلة38,39.

تجدر الإشارة إلى النقاط التالية لتنفيذ تجارب DSC الموصوفة في البروتوكول: (ط) بناء على التجارب ، يمكن تطبيق دورة تسخين ثانية إذا لزم الأمر. (ii) نظرا للسلوك المستمر للسعة الحرارية النوعية (Cp) للدهون أثناء التحليل ، يتم تخصيص اختيار خط أساس خطي. (iii) للحصول على بداية الذوبان (To) ، يجب تحديد حدود الحساب. يجب أن تتضمن الحدود الدنيا والقصوى النقطة القصوى لمنحنى المشتق والنطاق الأكثر خطية لخط الأساس. يتم تحديد نقطة التقاطع بين المماس الانعكاسي وخط الأساس على النحو التالي.

في حالة المخططات الحرارية ذات القمم المنفصلة جيدا ، يوصى بالنظر في المحتوى الحراري لكل حدث عن طريق حساب المنطقة الواقعة أسفل المنحنى. البيانات مفيدة لشرح درجة الانتقال متعدد الأشكال أو الطور في النظام ، بالاقتران مع بيانات حيود الأشعة السينية.

تتناول هذه المخطوطة المعايير الذهبية لتحليل LBEs ومنتجاتها الصيدلانية. يمكن استخدام طرق تحليلية أخرى كطرق تكميلية. ومن الأمثلة على ذلك الطرق المجهرية النوعية مثل المجهر الضوئي المستقطب والمجهر الإلكتروني الماسح ، للتحقيق في تأثير إجهاد العملية على معدل التبلور ، وبالتالي شكل البلورات ومورفولوجيتها. يجب أن يعتمد نهج تطوير المنتجات الصيدلانية القائمة على الدهون على توصيف LBEs الفيزيائية والكيميائية ، لتحديد سماتها الحرجة ذات الصلة بعمليات التصنيع المختارة ، والتنبؤ بقابليتها للمعالجة. يجب أيضا فحص تفاعلات سواغ واجهة برمجة التطبيقات بعناية لكل واجهة برمجة تطبيقاتفردية 40. يجب إضافة طرق تحليلية أخرى بناء على عملية التصنيع المحددة. يجب فهم العلاقة بين الهيكل والوظيفة وقابلية المعالجة بعناية لتصميم منتجات صيدلانية قوية ومستقرة قائمة على الدهون.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

يكشف المؤلفون عن أي وجميع تضارب المصالح.

Acknowledgments

يتم تمويل مركز أبحاث الهندسة الصيدلانية (RCPE) في إطار COMET - مراكز الكفاءة للتقنيات الممتازة من قبل BMK و BMDW و Land Steiermark و SFG. تتم إدارة برنامج COMET بواسطة FFG.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
CaCl2·2H2O Sigma-Aldrich 223506
Cassettes with a cellulose membrane bag with a cut-off of 7000 Da, Thermo Scientific Slide-A-Lyzer 7K Fisher Scientific Inco, USA
Control software of x-ray system HECUS dedicated house equipment
Control unit of x-ray system HECUS dedicated house equipment
Differential scanning calorimeter (DSC) aluminum crucibles and lids Netzsch, Germany
Differential scanning calorimeter DSC 204 F1 Phoenix (NETZSCH, Germany). Netzsch, Germany
Dipalmitoylphosphatidylcholine (DPPC) Sigma-Aldrich 850355P
Dissolution paddle apparatus II, Erweka DT 828 LH Erweka GmbH, Langen, Germany
Dynasan 116 IOI OLEO Tripalmitin
Geleol Gattefosse Glyceryl monosterarate 
KCl  Sigma-Aldrich 529552
KH2PO4 Sigma-Aldrich P0662
Kolliphor P 188 BASF Chem Trade Poloxamer 188 
MgCl2·6H2O Sigma-Aldrich M2670
Na2HPO4·2H2O Sigma-Aldrich S9763
NaCl Sigma-Aldrich S9888
Netzsch DSC 204F1 Software Version 8.0.1 Netzsch, Germany 6.239.2-64.51.00
Origin Pro (OriginLab, Northampton, MA) (statistical software OriginLab, Northampton, MA
Proteous Analysis Software Netzsch, Germany
Tween 65 Polysorbate 65
Witepsol PMF 1683 IOI OLEO Triglycerol ester of stearatic/palmitic acid (partially esterified)
Witepsol PMF 282 IOI OLEO Diglycerol ester of stearic acid 
X-ray HECUS system composed of a point-focusing camera and two linearly positioned sensitive detectors HECUS dedicated house equipment

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Sato, K. Crystallization behaviour of fats and lipids a review. Chemical Engineering Science. 56 (7), 2255-2265 (2001).
  2. Becker, K., Salar-Behzadi, S., Zimmer, A. Solvent-free melting techniques for the preparation of lipid-based solid oral formulations. Pharmaceutical Research. 32 (5), 1519-1545 (2015).
  3. Rosiaux, Y., Jannin, V., Hughes, S., Marchaud, D. Solid lipid excipients - Matrix agents for sustained drug delivery. Journal of Controlled Release. 188, 18-30 (2014).
  4. Siepmann, J., et al. Lipids and polymers in pharmaceutical technology: lifelong companions. International Journal of Pharmaceutics. 558, 128-142 (2019).
  5. Lopes, D., et al. Microphase separation in solid lipid dosage forms as the cause of drug release instability. International Journal of Pharmaceutics. 517 (1-2), 403-412 (2017).
  6. Reitz, C., Kleinebudde, P. Solid lipid extrusion of sustained release dosage forms. European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics. 67 (2), 440-448 (2007).
  7. Salar-Behzadi, S., Corzo, C., Schaden, L., Laggner, P., Zimmer, A. Correlation between the solid state of lipid coating and release profile of API from hot melt coated microcapsules. International Journal of Pharmaceutics. 565, 569-578 (2019).
  8. Windbergs, M., Gueres, S., Strachan, C. J., Kleinebudde, P. Two-step solid lipid extrusion as a process to modify dissolution behavior. AAPS PharmSciTech. 11 (1), 2-8 (2010).
  9. Schertel, S., Salar-Behzadi, S., Zimmer, A. Impact of surface properties of core material on the stability of hot melt-coated multiparticulate systems. Pharmaceutics. 13 (3), 366 (2021).
  10. Tang, D., Marangoni, A. G. Microstructure and fractal analysis of fat crystal networks. Journal of the American Oil Chemists' Society. 83, 377-388 (2006).
  11. Corzo, C., et al. Lipid-microparticles for pulmonary delivery of active pharmaceutical ingredients: Impact of lipid crystallization on spray-drying processability. International Journal of Pharmaceutics. 610, 121259 (2021).
  12. Acevedo, N. C. Characterization of the nanostructure of triacylglycerol crystal networks. Structure-Function Analysis of Edible Fats. Marangoni, A. G. , AOCS Press. Urbana, USA. (2012).
  13. Marangoni, A. G. Structure-function analysis of edible fats. Structure-Function Analysis of Edible Fats. , (2018).
  14. Sato, K. Crystallization of lipids. Fundamentals and Applications in Food, Cosmetics, and Pharmaceuticals. Sato, K. , Wiley. Blackwell, NJ, USA. (2018).
  15. Acevedo, N. C., Marangoni, A. G. Toward nanoscale engineering of triacylglycerol crystal networks. Crystal Growth and Design. 10 (8), 3334-3339 (2010).
  16. Lopes, D. G., et al. Role of lipid blooming and crystallite size in the performance of highly soluble drug-loaded microcapsules. Journal of Pharmaceutical Sciences. 104 (12), 4257-4265 (2015).
  17. Salar-Behzadi, S., et al. Novel approach for overcoming the stability challenges of lipid-based excipients. Part 2: Application of polyglycerol esters of fatty acids as hot melt coating excipients. European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics. 148, 107-117 (2020).
  18. Corzo, C., Meindl, C., Lochmann, D., Reyer, S., Salar-Behzadi, S. Novel approach for overcoming the stability challenges of lipid-based excipients. Part 3: Application of polyglycerol esters of fatty acids for the next generation of solid lipid nanoparticles. European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics. 152, 44-55 (2020).
  19. Tylor, A. K. Glyceryl monostearate. Handbook of Pharmaceutical Excipients. Rowe, R. C., Sheskey, P. J., Quinn, M. E. , Pharmaceutical Press and American Pharmacists Association. UK, USA. 290-293 (2009).
  20. Lutton, R. S., Jackson, F. L. The polymorphism of 1- monostearin and 1-monopalmitin. Journal of the American Chemical Society. 70 (7), 2445-2449 (1948).
  21. Fang, W., Mayama, H., Tsujii, K. Spontaneous formation of fractal structures on triglyceride surfaces with reference to their super water-repellent properties. The Journal of Physical Chemistry. B. 111 (3), 564-571 (2007).
  22. Maleky, F., Marangoni, A. Nanoscale effects on oil migration through triacylglycerol polycrystalline colloidal networks. Soft Matter. 7, 6012-6024 (2011).
  23. Corzo, C., et al. Novel approach for overcoming the stability challenges of lipid-based excipients. Part 1: Screening of solid-state and physical properties of polyglycerol esters of fatty acids as advanced pharmaceutical excipients. European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics. 148, 134-147 (2020).
  24. Gordillo-Galeano, A., Mora-Huertas, C. E. Solid lipid nanoparticles and nanostructured lipid carriers: A review emphasizing on particle structure and drug release. European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics. 133, 285-308 (2018).
  25. Fan, Y., Marioli, M., Zhang, K. Analytical characterization of liposomes and other lipid nanoparticles for drug delivery. Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis. 192, 113642 (2021).
  26. Peyronel, F., Pink, D. A., Marangoni, A. G. Triglyceride nanocrystal aggregation into polycrystalline colloidal networks: Ultra-small angle X-ray scattering, models and computer simulation. Current Opinion in Colloid & Interface Science. 19 (5), 459-470 (2014).
  27. Acevedo, N. C., Marangoni, A. G. Functionalization of non-interesterified mixtures of fully hydrogenated fats using shear processing. Food and Bioprocess Technology. 7 (2), 575-587 (2014).
  28. Dong, Y. D., Boyd, B. J. Applications of X-ray scattering in pharmaceutical science. International Journal of Pharmaceutics. 417 (1-2), 101-111 (2011).
  29. Di Cola, E., Grillo, I., Ristori, S. Small angle X-ray and neutron scattering: Powerful tools for studying the structure of drug-loaded liposomes. Pharmaceutics. 8 (2), 10 (2016).
  30. Lopez, C., Lesieur, P., Bourgaux, C., Ollivin, M. Thermal and structural behavior of anhydrous milk fat. 3. Influence of cooling rate. Journal of Dairy Science. 88 (2), 511-526 (2005).
  31. Kalnin, D., Garnaud, G., Amenitsch, H. Ollivon. Monitoring fat crystallization in aerated food emulsions by combined DSC and time-resolved synchrotron X-ray diffraction. Food Research International. 35 (10), 927-934 (2002).
  32. Bugeat, S., et al. Unsaturated fatty acid enriched vs. control milk triacylglycerols: Solid and liquid TAG phases examined by Synchrotron radian X-ray diffraction coupled with DSC. Food Research International. 67, 91-101 (2015).
  33. Brubach, J. B., et al. Structural and thermal characterization of glyceryl behenate by X-ray diffraction coupled to differential calorimetry and infrared spectroscopy. International Journal of Pharmaceutics. 336 (2), 248-256 (2007).
  34. Chong, C. L., et al. Thermal and structural behaviour of crude palm oil: Crystallisation at very low cooling rate. European Journal of Lipid Science and Technology. 109 (4), 410-421 (2007).
  35. Askin, S., et al. A simultaneous differential scanning calorimetry-X-ray diffraction study of olanzapine crystallization from amorphous solid dispersions. Molecular Pharmaceutics. 17 (11), 4364-4374 (2020).
  36. Clout, A., et al. Simultaneous differential scanning calorimetry - synchrotron X-ray powder diffraction: A powerful technique for physical form characterization in pharmaceutical materials. Analytical Chemistry. 88 (20), 10111-10117 (2016).
  37. Jendrzejewska, I., Goryczka, T., Pietrasik, E., Klimontko, J., Jampilek, J. X-ray and thermal analysis of selected drugs containing acetaminophen. Molecules. 25 (24), 5909 (2020).
  38. Righetti, M. C. Crystallization of Polymers Investigated by Temperature-Modulated DSC. Materials. 10 (4), 442 (2017).
  39. Sauer, B. B., Kampert, W. G., Neal Blanchard, E., Threefoot, S. A., Hsiao, B. S. Temperature modulated DSC studies of melting and crystallization in polymers exhibiting multiple endotherms. Polymer. 41 (3), 1099-1108 (2000).
  40. Ali, F., Kumar, R., Lal Sahu, P., Singh, G. N. Physicochemical characterization and compatibility study of roflumilast with various pharmaceutical excipients. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 130, 1627-1641 (2017).

Tags

الكيمياء، العدد 186،
حزمة من الأدوات التحليلية الراسخة للتحقيق في تغيير الحالة الصلبة للسواغ القائمة على الدهون
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Salar-Behzadi, S., Corzo, C.,… More

Salar-Behzadi, S., Corzo, C., Laggner, P. A Package of Established Analytical Tools to Investigate the Solid-State Alteration of Lipid-Based Excipients. J. Vis. Exp. (186), e63993, doi:10.3791/63993 (2022).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter