Waiting
Login processing...

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

Chemistry

En pakke med etablerte analyseverktøy for å undersøke faststoffendringen av lipidbaserte hjelpestoffer

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

Denne publikasjonen viser anvendelsen av røntgendiffraksjon og differensialskanningskalorimetri som gullstandarder for å undersøke fasttilstanden til lipidbaserte hjelpestoffer (LBE). Å forstå faststoffendringen i LBE og dens effekt på ytelsen til farmasøytiske produkter derav er nøkkelfaktoren for produksjon av robuste lipidbaserte doseringsformer.

Abstract

Lipidbaserte hjelpestoffer (LBE) er lavtoksiske, biokompatible og naturlig baserte, og deres anvendelse støtter bærekraften til farmasøytisk produksjon. Den største utfordringen er imidlertid deres ustabile faststoff, som påvirker stabiliteten til det farmasøytiske produktet. Kritiske fysiske egenskaper av lipider for deres behandling - som smeltetemperatur og viskositet, reologi, etc. - er relatert til deres molekylære struktur og deres krystallinitet. Tilsetningsstoffer, samt termisk og mekanisk stress involvert i produksjonsprosessen, påvirker fasttilstanden til lipider og dermed ytelsen til farmasøytiske produkter derav. Derfor er det viktig å forstå endringen i fasttilstanden. I dette arbeidet introduseres kombinasjonen av pulverrøntgendiffraksjon og differensialskanningskalorimetri (DSC) som gullstandarden for karakterisering av lipiders faste tilstand. Røntgendiffraksjon er den mest effektive metoden for å skjerme polymorfisme og krystallvekst. Det polymorfe arrangementet og lamelllengden er karakterisert i henholdsvis de brede og små vinkelområdene av røntgendiffraksjon. Den småvinklede røntgenspredningsregionen (SAXS) kan videre brukes til å undersøke krystallvekst. Faseovergang og separasjon kan angis. DSC brukes til å skjerme den termiske oppførselen til lipider, estimere blandbarheten av tilsetningsstoffer og / eller aktive farmasøytiske ingredienser (API) i lipidmatrisen, og gi fasediagrammer. Fire casestudier presenteres der LBE enten brukes som et beleggmateriale eller som en innkapslingsmatrise for å gi henholdsvis lipidbelagte multipartikkelsystemer og lipidnanosuspensioner. Lipid solid state og dens potensielle endring under lagring undersøkes og korreleres med endringen i API-utgivelsen. Kvalitative mikroskopiske metoder som polarisert lysmikroskopi og scanning elektronmikroskopi er komplementære verktøy for å undersøke krystallisering på mikronivå. Ytterligere analysemetoder bør legges til basert på den valgte produksjonsprosessen. Forholdet mellom struktur og funksjon og bearbeidbarhet bør forstås nøye for å designe robuste og stabile lipidbaserte farmasøytiske produkter.

Introduction

Lipider er en klasse av materialer som inneholder langkjedede alifatiske hydrokarboner og deres derivater. De dekker et bredt spekter av kjemiske strukturer, inkludert fettsyrer, acylglyceroler, steroler og sterolestere, voks, fosfolipider og sfingolipider1. Bruken av lipider som farmasøytiske hjelpestoffer startet i 1960 for å legge inn medisiner i en voksmatrise for å gi vedvarende frigivelsesformuleringer2. Siden da har lipidbaserte hjelpestoffer (LBE) fått omfattende oppmerksomhet for ulike applikasjoner, for eksempel modifisert legemiddelfrigivelse, smakmaskering, legemiddelinnkapsling og forbedret biotilgjengelighet av legemidler. LBE kan brukes i et bredt spekter av farmasøytiske doseringsformer via allsidige produksjonsprosesser, nemlig smeltebelegg, spraytørking, solid lipidekstrudering, 3D-utskrift, tableting og høytrykkshomogenisering, blant andre. Doseringsformer som tabletter, oralt desintegrerende filmer, multipartikulære systemer, nano- og mikropartikler, pellets og 3D-printede former er resultatet 2,3,4.

LBE har statusen "General Recognized as Safe", lav toksisitet, god biokompatibilitet og forbedret pasienttoleranse. Deres naturlige opprinnelse og brede tilgjengelighet gjør at de kan styrke grønn og bærekraftig farmasøytisk produksjon. Likevel har bruk av LBE vært assosiert med ustabile doseringsformer. Endringer i egenskapene til lipidbaserte produkter etter lagring har blitt mye rapportert. Fasttilstanden til LBE og eksistensen av lipidpolymorfisme regnes som hovedårsakene til ustabiliteten til lipidbaserte doseringsformer 5,6,7,8.

De mekaniske og fysiske egenskapene til lipider er nært knyttet til deres krystallisasjonsegenskaper og strukturen til deres krystallnettverk, som viser forskjellige hierarkier av strukturell organisasjon. Når lipider brukes til fremstilling av farmasøytiske produkter, påvirkes krystallstrukturen av prosessparametrene som påføres, for eksempel temperatur, organiske løsningsmidler, skjær og mekaniske krefter, noe som igjen påvirker ytelsen til det farmasøytiske produktet 5,7,9,10,11,12 . For å forstå dette struktur-funksjon-forholdet er det viktig å kjenne grunnlaget for lipidkrystallisasjon og krystallstruktur og analysemetoder for å screene dem.

På molekylært nivå kalles den minste enheten av en lipidkrystall en "enhetscelle". En vanlig tredimensjonal repetisjon av enhetsceller bygger krystallgitterene, med sterkere molekylære interaksjoner sammen med deres laterale retninger enn de langsgående, og forklarer den lagdelte konstruksjonen av lipidkrystaller. Den gjentatte tverrsnittspakkingen av hydrokarbonkjeder er kjent som undercelle 1,12,13 (figur 1). Lamellae er lateral pakking av lipidmolekyler. I krystallpakken er grensesnittene mellom forskjellige lameller laget av metylendegrupper, mens de polare glyserolgruppene er plassert i de indre delene av lamellen14. For å skille hver fettsyrekjede i lamellen, brukes begrepet brosjyre, som representerer et underlag sammensatt av enkeltfettsyrekjeder. Acylglyceroler kan ordnes i doble (2L) eller trippel (3L) pakningskjedelengder14. Lamellenes overflateenergi driver dem til epitaksisk å stable til hverandre, for å gi nanokrystallitter. Ulike behandlingsfaktorer som kjøletemperatur og hastighet påvirker antall stablede lameller og dermed krystallitttykkelsen (~ 10-100 nm). Aggregering av krystallitter fører til dannelse av sfærulitter i mikroskala, og aggregering av sfærulitter gir krystallnettverket av LBE definert makroskopisk oppførsel13.

Solid-state overganger starter på molekylært nivå. Den geometriske overgangen fra en undercelle til en annen kalles polymorfisme. Tre store polymorfer av α-, β'-, og β-form finnes vanligvis i acylglyceroler, bestilt i henhold til økt stabilitet. Tilting av lamellen med hensyn til sluttgrupper skjer under polymorfe overganger 1,13. Lagring og smeltemedierte polymorfe overganger oppleves av LBE. Lagringsoverganger oppstår når den metastabile formen lagres under smeltetemperaturen, mens smeltemedierte overganger skjer når temperaturen stiger over smeltepunktet til en metastabil form som fremkaller smelting og suksessiv krystallisering av den mer stabile formen.

Videre kan faseseparasjon og krystallvekst også forekomme. Faseseparasjon drives av innledende multifasisk krystallisering og vekst av en fase eller mer. Partikkel-partikkel-interaksjoner, inkludert sintring, molekylære interaksjoner, mikrostrukturelle egenskaper og utenlandske komponenter, kan også utløse krystallvekst 1,5.

Overvåking av solid state-overgangene til LBE og deres innvirkning på ytelsen til doseringsformer er av betydelig betydning. Blant annet er differensialskanningskalorimetri (DSC) og røntgendiffraksjon, spesielt samtidig liten og vidvinkel røntgenspredning (SWAXS), to gullstandarder for vurdering av lipidfaststoff.

DSC brukes ofte til å måle entalpiendringene i materialet av interesse forbundet med varmestrømmen som en funksjon av tid og temperatur. Metoden er mye brukt til screening av termisk oppførsel av lipider, slik som mulige smelte- og krystalliseringsveier, tilsvarende temperatur og entalpi av forskjellige polymorfe former, samt mindre og hovedfraksjoner av lipidsammensetninger. Disse dataene kan brukes til å skildre heterogenitet, flere faser og lipidpolymorfisme 5,7,13.

Røntgendiffraksjonsteknikker er de kraftigste metodene for strukturbestemmelse i fast tilstand. Har bestilt nanostruktur med gjentatte lameller, kan refleksjonen av røntgenstråle fra lipidkrystaller undersøkes ved hjelp av Braggs lov:

d = λ/2sinθ (ligning 1)

hvor λ er røntgenbølgelengden på 1,542 Å, θ er diffraksjonsvinkelen til den spredte strålen, og d er den interplanare avstanden mellom gjentatte lag, definert som lamelllengde i lipider. Den lille vinkelregionen av røntgenstrålen kan brukes perfekt til å oppdage langavstandsmønsteret og beregne lamelllengden (d). Jo større den gjentatte avstanden d, desto mindre er spredningsvinkelen (1-15°, småvinkelregionen) siden d er omvendt proporsjonal med sin θ. Undercellearrangementet av lipider kan karakteriseres som kortavstandsmønsteret i vidvinkelområdet av røntgendiffraksjonen. Både de lange og korte avstandsmønstrene til lipider (lamelllengde og undercellearrangement) kan brukes til å indikere den monotrope polymorfe transformasjonen. For eksempel kan α-formen (sekskantet) endres til β (triklinisk) på grunn av en endring i kjedevinkelen, med endringer i lamelllengden (langt avstandsmønster, i småvinkelområdet, 1-15 °) og i tverrsnittspakkemodus (kortavstandsmønster, i vidvinkelområdet, 16-25 °) (figur 2).

Informasjonen hentet fra SAXS-regionen kan videre brukes til å undersøke krystallveksten ved å måle tykkelsen (D) via Scherrer-ligningen15:

D = Kλ/FWHMcosθ (ligning 2)

Hvor FWHM er bredden i radianer av diffraksjonsmaksimumet målt i halvveishøyde mellom bakgrunnen og toppen, vanligvis kjent som full bredde ved halvmaksimum (FWHM); θ er diffraksjonsvinkelen; λ er røntgenbølgelengden (1,542 Å) og K (Scherrer-konstant) er et dimensjonsløst tall som gir informasjon om krystallets form (i tilfelle fravær av detaljert forminformasjon er K = 0,9 en god tilnærming). Vær oppmerksom på at Scherrer-ligningen kan brukes til å estimere gjennomsnittlige krystallstørrelser på opptil ca. 100 nm siden topputvidelsen er omvendt proporsjonal med krystallittstørrelsen. Derfor er applikasjonen nyttig for å bestemme tykkelsen på nanoplater og indirekte antall aggregerte lameller. Eksempler på bruk av denne velkjente tilnærmingen for screening av krystallegenskapene til lipider i den farmasøytiske formuleringsutviklingen og den tilsvarende ustabiliteten i produktets ytelse finnes i 5,12,16,17,18.

Overvåking av fasttilstanden til LBE innenfor hvert utviklingsstadium gjennom veletablerte analytiske teknikker gir en effektiv strategi for å designe høyytelsesproduksjonsprosesser og stabile lipidbaserte farmasøytiske produkter.

Denne publikasjonen presenterer den kritiske anvendelsen av en omfattende solid state-analyse av LBE for overvåking av endringene i faststoff og dens korrelasjon til endringen i frigivelsesprofilen til aktiv farmasøytisk ingrediens (API) fra den farmasøytiske doseringsformen. Multipartikulære systemer basert på lipidbelagte API-krystaller via smeltebelegg, og nano-lipid suspensjoner produsert via høytrykkshomogenisering er tatt som casestudier. Fokus for denne publikasjonen er anvendelsen av pulverrøntgendiffraksjon og DSC som analyseverktøy. De to første eksemplene viser effekten av henholdsvis polymorf transformasjon og krystallvekst på endringen i API-frigjøring fra belagte prøver. Det siste eksemplet avslører sammenhengen mellom den stabile fasttilstanden av lipid og den stabile ytelsen til det farmasøytiske produktet i lipidbelagte multipartikkelsystemer og i nano-lipidsuspensjoner.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Differensiell skanning kalorimetri (DSC)

  1. Forberedelse av instrumenter
    1. Bruk et differensialskanningskalorimeter utstyrt med en intrakjøler, en automatisk prøvetaker og programvaren for instrumentkontroll og dataanalyse.
    2. Slå på nitrogengassforsyningen og still inn trykket mellom 0,2–0,5 bar og slå på DSC-instrumentet og den automatiske prøveveksleren.
    3. Åpne programvaren og aktiver standby-modus ved å klikke på Ja-knappen . Tillat likevekt av enheten i minst en time
    4. Rens ovnen med nitrogen, klikk på ikonet Ny metode og gå til Metodedefinisjon. Aktiver alternativet Temperaturmodulering i oversiktsvinduet.  Gå til overskriftsfanen og velg metoden ved å klikke på "prøve".
    5. Gå til fanen Temperaturprogram, velg Tøm 2 MFC og på Beskyttende MFC, begge ved 50 ml / min.
    6. Sett inn følgende målemetode: Standby ved 20 °C, oppvarmingssyklus ved 5 K/min fra 20 °C til over smeltetemperaturen til lipid, isotermisk holding ved denne temperaturen i 5 minutter, kjølesyklus til 0 °C ved 5 K/min til -20 °C, endelig nødnullstilling av temperaturen ved en temperatur på 10 grader °C over programmets høyeste temperatur, og endelig standbytemperatur ved 20 °C.
    7. Gå til kalibreringsfanen og velg riktig temperatur- og følsomhetsfil. Lagre metoden
  2. Prøvepreparering og måling
    1. Vei 3-4 mg av hver prøve i aluminiumsdigler. Registrer den nøyaktige vekten som er lastet inn i hver smeltedigel og forsegle aluminiumsdigelen med et gjennomboret lokk.
    2. Plasser diglene i skuffen for automatisk prøvetaker og aktiver automatisk prøvetakingsmodus i programvaren og last inn relatert metode for hver prøve.
    3. Fyll ut prøveposisjonen, prøvenavnet og vekten til hver prøve, og plasseringen av referansedigelen i vinduet Eksempelskuffvisning, og start målene.
  3. Data analyse
    1. Åpne rådataene ved hjelp av programvaren for dataanalyse og plott temperatur versus varmestrøm, ved å klikke på knappen "X-time / X-temperature"
    2. I det poppede vinduet klikker du på "Skjul isotermiske segmenter". På venstre side av skjermen velger du bare kurvene som skal analyseres (f.eks. fjern merket for "Ekstra" -data).
    3. Kontroller den termiske oppførselen til lipider som endotermiske og eksoterme hendelser av henholdsvis absorbert eller frigjort energi i form av varme som en funksjon av temperatur.
    4. Klikk på kurven, etterfulgt av Evaluering og areal, for å beregne entalpien av fusjon som arealet under kurven for endotermer.
    5. Velg integreringsgrensene ved å flytte de vertikale linjene rundt 2 til 3 grader Celsius før og etter begynnelsen og endepunktet til toppen.
    6. Velg en lineær grunnlinje for toppintegreringen. Arealet mellom kurven og grunnlinjen er proporsjonalt med endringen i entalpi. Klikk på Bruk for å fullføre beregningen. På samme måte beregner du entalpi av krystallisering som arealet under kurven av eksotermer
    7. Bestem begynnelsen av smeltetemperaturen (Til) ved å klikke på kurven som skal analyseres og deretter på Evaluering og utbrudd.
    8. Velg kvantifiseringsgrensene ved å flytte de loddrette linjene til den mest rette delen av kurven. Dette er vanligvis rundt 5-10 °C før og etter toppen. Deretter bestemmer du smeltetemperaturen ved å klikke på kurven som skal analyseres, etterfulgt av Evaluering og Topp. Den oppnådde verdien er toppmaksimumet.

2. Små- og vidvinkel røntgenspredning (SWAXS)

  1. Forberedelse av instrumenter
    1. Bruk et røntgenspredningssystem, komponere et punktfokuseringskamera festet til en forseglet røntgengenerator og utstyrt med en kontrollenhet og tilhørende programvare.
    2. Bruk cooper (λ = 1,54 Å) ved 50 kV og 1 mA som røntgenkilde og to lineært plasserte følsomme detektorer for å dekke både små og vidvinkel røntgenspredningsområder.
    3. Sørg for sikkerhetskrav for å beskytte mot røntgeneksponering.
    4. Slå på kjølevannsystemet på kontrollenheten, vakuumpumpen, gassventilene og strøm- og sikkerhetskontrollsystemet.
    5. Slå på spenningsregulerings- og renseventilene for detektorene ved en gasstrøm mellom 10–20 ml/min.
    6. Slå på røntgenrøret og standby-alternativet og vent ca. 10 min. Slå av standby-modus og slå på røntgenrøret til full effekt (>50kV) og vent minst 30 minutter.
    7. Start kontrollprogramvaren og klikk på RESET TPF. Velg Tugsten-filter og angi posisjon. Gå til Posisjon for å fikse posisjonen til Wolframfilteret
  2. Prøvepreparering og måling
    1. Forsikre deg om at prøvene er tilgjengelige som fint pulver. Om nødvendig, slip prøvene forsiktig ved lave temperaturer for å gi et fint pulver.
    2. Fyll prøvene i spesielle glasskapillærer med en ekstern diameter på ca. 2 mm, og unngå luftinnfangning i kapillærene. Forsegl glasskapillæren med voks og legg den forsiktig inn i kapillærholderen.
    3. Slå på motoren for prøverotasjon og lukk vakuumventilen til trykket er under 5 mbar.
    4. I programvaren fikser du målinnstillingen ved å velge en posisjonsoppløsning på 1024. Fest eksponeringstiden til 1200 s.
    5. Sett opp energigrensene ved å klikke på Verktøy, klikk deretter på energi og oppløsning, og klikk på start på nytt. Sett opp energigrensene til et passende område mellom 400-900.
    6. Åpne sikkerhetslukkeren og start målingene. Sørg for at målevinduet viser maksimalt 80 tellinger per sekund. Hvis dette ikke er gitt, må du tilpasse filterposisjonen.
  3. Data analyse
    1. Eksporter dataene som p00-filer. Dataene består av intensiteten av overføring og absorpsjon i forhold til kanalnummeret og diffraksjonsvinkelen.
    2. Overfør dataene for evaluering til en statistisk programvare og korriger dataene ved å normalisere intensitetene ved hjelp av spredningsmassen målt med Wolframfilteret.
    3. Lag et plott med normalisert intensitet versus to ganger diffraksjonsvinkelen [(2Θ) 2xtheta].
    4. Bruk funksjonen "skjermleser" for å finne diffraksjonstopper i SAXS- og WAXS-regioner.
    5. Bruk Braggs ligning for å beregne diffraksjonstoppene med maksimal intensitet i kort og lang d-avstand for henholdsvis WAXS- og SAXS-regioner.
    6. Beregn forholdet mellom toppposisjonen til SAXS-regionen for å finne ut krystallsymmetrien til lipidene (f.eks. Lamellar, sekskantet, kubisk).
    7. Bruk den viktigste diffraksjonstoppen i SAXS-regionen for å kvantifisere krystallitttykkelsen (D). Tilpass toppen til en gaussisk funksjon via klassiske minste kvadraters metode og oppnå FWHM ved å klikke på Analyse, Topper og grunnlinjer, Toppanalysator, Åpen dialog.
    8. I det poppede vinduet velger du alternativet "Fit Peaks Pro". Velg en konstant grunnlinje med y = 0, og velg den viktigste diffraksjonstopptoppen i SAXS-regionen og klikk på "Tilpasningskontroll" for å velge topptilpasningsparametrene.
    9. Velg GaussAmp-funksjonen. Sett parametrene y_0, xc_1 og A_1 som faste og få FWHM fra passformen. Bruk Scherrer-ligningen til å beregne krystalltykkelsen.

3. Testing av oppløsning

  1. API-frigjøring fra belagte multipartikkelsystemer
    1. Bruk USP apparat 2 (padle) for oppløsningsstudier.
    2. Fyll oppløsningstestbeholderne med fosfatbuffer pH 6,8 og varm opp til 37 °C.
    3. Vei tredoblinger av prøver av belagte partikler tilsvarende en enkelt dose API, og plasser prøvene i oppløsningstestbeholdere.
    4. Start padlen med en hastighet på 100 o / min.
    5. Still inn den automatiske prøvetakeren til å ta prøver på 1 ml ved følgende prøvetakingspunkter: 30 min, 60 min, 90 min, 2 t, 4 timer, 6 timer, 8 timer, 10 timer, 12 timer, 18 timer og 24 timer.
    6. Analyser prøvene via en egnet HPLC-metode 5,7,17.
    7. Analyser dataene ved å plotte den kumulative API-utgivelsen kontra tid.
    8. Utfør forsøkene for lagrede prøver på lang sikt (25 ° C, 60% relativ fuktighet) og akselerert (40 ° C og 70% relativ fuktighet).
  2. API-frigjøring fra faste lipid-nanopartikler (SLN)
    1. Forbered simulert lungevæske (SLF) ved å blande 0,02% (w / w) dipalmitoylfosfatidylkolin i Dulbeccos fosfatbuffersaltvann (D-PBS), med følgende sammensetning: KCl (2,683 mM), KH 2 PO 4 (1,47mM), NaCl (136,893 mM), Na2HPO4 · 2T 2O (8.058 mM), CaCl2 · 2T 2O (0,884 mM), og MgCl2 · 6T2O (0,492 mM). Forvarm den ved 37 °C.
    2. Bruk dialysekassetter med en cellulosemembranpose med en kontrollert cut-off på 7000 Da i tre eksemplarer for hver prøve.
    3. Tilordne en dialysekassett for hver prøvetakingstid: 0,5 timer, 1,5 timer, 3 timer, 5 timer, 7 timer og 24 timer. Hydrater dialysekassettene i 2 minutter ved å dyppe dem i SLF. Tørk deretter overflaten forsiktig med myke papirhåndklær.
    4. Injiser 3 ml av prøven (lipid-nanosuspension), tilsvarende 600 μg deksametason, i hver kassett.
    5. Senk hver kassett ned i 200 ml SLF ved 37 °C (synkeforhold) og beveg systemet ved 125 o/min.
    6. Ta 200 mg prøver fra innsiden av kassetten ved hjelp av en sprøyte på hvert bestemt prøvetakingstidspunkt.
    7. Bestem API-innholdet ved hjelp av den utviklede HPLC-MS-metoden18.
    8. Beregn API-en som frigjøres fra SLN etter massebalanse, i henhold til18, kort som forskjellen mellom den totale mengden API i SLN og den gjenværende mengden API etter prøvetaking.
    9. Gjenta prosessen for lagrede prøver.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Korrelasjon mellom polymorf overgang av lipid og API-frigjøring i lipidbelagte API-krystaller:
API-krystaller belagt med glyserolmonostearat måles via DSC og røntgen rett etter belegging og etter 3 måneders lagring under akselererte forhold (40 °C, 75 % relativ fuktighet)7. Glyserynmonostearat er et multifasisk system som inneholder 40% -55% monoglyserider, 30% -45% diglyserider og 5% -15% glyserider, hovedsakelig tristearin19. De polymorfe formene av sub-α, α, β-prime og β er rapportert for monostearin20. Tristearin og 1, 2-distearin viser α, β-prime og β polymorfe former14.

DSC-dataene for T0-prøver og prøver lagret under akselererte forhold er vist i figur 3A. Oppvarmingssyklusen på T0-prøven viste en bred endotermhendelse opp til 10 °C, som kan korreleres med den reversible sub-α / α overgangen beskrevet for 1-monostearin og 1-monopalmitin21. To endoterme hendelser ved To = 54,0 °C og 46,7 er korrelert med β-formen og en sameksisterende fase med lavere smeltepunkt. En sameksisterende fase kan ses i røntgendataene som den korte d-avstanden på 4,16 Å som tilsvarer den polymorfe α-formen, organisert i en lamellær fase på 57,3 Å og tilsvarende forskjellige komponenter i blandingen. Det lamellære arrangementet av lipidbelegg av T0-prøven er gitt på grunn av den tilgjengelige harmoniske toppen ved 18,7 Å tilsvarende tredjeordens refleksjon i SAXS diffractogram7 (figur 3B).

DSC-data for prøver etter 3 måneders lagring under akselererte forhold viser en endoterm ved To = 55,7 °C, med to overlappede hendelser ved Tm = 60,2 °C for gjenværende α-form og ved Tm = 63,8 °C som hovedhendelse for smelting av β-form. Den polymorfe overgangen bekreftes med røntgendataene ved å oppdage korte d-avstander på 4,66 Å, 4,58 Å, 4,37 Å, 3,92 Å, og 3,83 Å, typisk for β-formen, kombinert med reduksjonen i lamelltykkelsen fra 57,3 Å til 50,4 Å, på grunn av molekylær tilting7.

Sammenligning av frigjøringsprofilen til API fra belegg ved T0 og etter 3 måneders lagring under akselererte forhold (figur 3C) viser signifikant endring i frigjøringsprofilene, noe som kan forklares av den åpenbare polymorfe transformasjonen av α-form til β-form med et tettere undercellearrangement, noe som resulterer i en vannavvisende overflate 7,21.

Korrelasjon mellom krystallvekst av lipidbelegg, potensiell faseseparasjon og frigjøringsendring i lipidbelagte API-krystaller: API-krystaller er belagt med en blanding av tripalmitin og polysorbat 65 i 90: 10% w / w-forhold. Tripalmitin er et triglyserid med en renhet på 99%5. Triglyserider viser vanligvis α, β-prime og β polymorfe former, bestilt av økt tetthet av krystallpakke og økt stabilitet.

Polysorbat 65 er et emulgeringsmiddel med en hydrofil-lipofil balanse (HLB) verdi på 10,5 og en smeltetemperatur på 32 °C. Triglyserider krystalliseres ofte i deres α-polymorf fra smelten. Visse tilsetningsstoffer induserer transformasjonen av α til β av TAGs, blant annet polysorbat 65. Videre virker polysorbat 65 som en urenhet i systemet, forårsaker heterogen krystallisering av tripalmitin ved lavere drivkrefter og utløser krystallvekst.

DSC- og røntgendata av T0-prøver og prøver lagret under akselererte forhold er vist i figur 4A, B. Oppvarmingssyklusen til DSC-målinger på T0-prøven viser en skarp endoterm hendelse med en topp ved 64,8 °C, tilsvarende den polymofiske β-formen av tripalmitin5. Dette kan også påvises i WAXS-regionen, og viser kortavstanden på 4,6 Å, karakteristisk for undercellen til β-formen (figur 4A,B). Dataene viser tydelig den induserte polymorfe β-formen av tripalmitin i nærvær av polysorbat 65 ved T0-prøver og selvfølgelig i lagrede prøver. Den tilsvarende lamellære tykkelsen beregnes ved hjelp av Braggs ligning som d = 2π / q001 = 42 Å5.

Krystalltykkelsen (D) av T0-prøver og lagrede prøver kan måles ved hjelp av Scherrer-ligningen beskrevet ovenfor. Beregningene viser en krystalltykkelse på 24 nm i T0-prøver og en økt tykkelse på 37 nm i lagrede prøver, tilsvarende henholdsvis 5,7 og 8,8 lameller.

Sammenligning av frigjøringsprofilen til API fra belegg ved T0 og etter 3 måneders lagring under akselererte forhold viser igjen signifikant endring i frigjøringsprofilene etter lagring (figur 4C).

På grunn av det faktum at blandingen av tripalmitin og polysorbat 65 er et tofasisk system, utløses krystallittveksten av tripalmitin av eksistensen av polysorbatfase, spesielt under akselerert tilstand (40 ° C, 75% relativ fuktighet) hvor polysorbat 65 er i flytende smeltet form. Faseovergangen og veksten av polysorbatfasen under akselerert tilstand skyldes sannsynligvis bevegelse av flytende materiale på grunn av kapillaritets- og tyngdekraften 5,22. Konsekvensen er endringen i API-frigjøringen fra belegg5.

Korrelasjon mellom stabil fasttilstand av lipider og stabil ytelse av lipidbaserte farmasøytiske produkter: To forskjellige lipidbaserte farmasøytiske produkter vurderes: (a) en fast doseringsform sammensatt av API-krystaller belagt med lipidbaserte hjelpestoffer17 og (b) en flytende doseringsform sammensatt av suspenderte faste lipid nanopartikler lastet med en API18 . LBE som brukes for begge produktene er polyglyserolestere av fettsyrer (PGFA), en gruppe lipidmolekyler som består av oligomere hydroksyetere av glyserol helt eller delvis forestret med fettsyrer. PGFA er preget av monofasisk krystallisering i α-form, fravær av polymorfe overganger og generell stabilitet av deres molekylære, nano og mikrostruktur23.

I det første produktet ble API-krystaller belagt med PG3-C16 / C18p, en PGFA sammensatt av 3 glyserolenheter delvis forestret med palmitinsyre og stearinsyre. DSC- og røntgendata for T0- og 3-måneders lagrede prøver under akselererte forhold er vist i figur 5. DSC-analyse (figur 5A) viser en enkelt smeltetopp i den første oppvarmingssyklusen som tilsvarer eksistensen av bare en polymorf form av PG3-C16 / C18p med Til = 54,2 ° C. Kjølesyklusen avslører den monofasiske krystalliseringen av lipidet gjennom eksistensen av en enkelt topp med Tc = 45,4 ° C. Lagrede prøver avslører også uendrede termogrammer, som ikke viser noen polymorfisme og ingen faseseparasjon. Den stabile faststofftilstanden til PG3-C16 / C18p bekreftes av SWAXS-mønstrene (figur 5B). WAXS-regionen viser en topp som tilsvarer en kort avstand på d = 4,15 Å i T0 og lagrede prøver17. Slik kort d-avstand er knyttet til α-formen av TAGs 1,13. Det uendrede WAXS-signalet etter lagring bekrefter fraværet av polymorfisme av PG3-C16 / C18p. SAXS-regionen avslører en hovedtopp med en lang d-avstand på d = 63,7 Å, tilsvarende en lamellær struktur med 2L-konfigurasjon. Krystallittstørrelsen (D) av T0-prøver oppnådd via Scherrer-analyse viser 23 nm, tilsvarende fire stablede lameller. Ingen endringer i lamelltykkelse (63,5 Å) eller krystallvekst (fire lameller) er vist etter lagring. En sammenligning av frigjøringsprofilen til T0-prøver og etter lagring (figur 5C) viser det utviklede produktets enestående stabilitet. Den stabile fasttilstanden til lipidmatrisen levert av PG3-C16 / C18p resulterer i stabil ytelse av frigjøringsprofilen til produktet17.

For det andre produktet ble API-lastede faste lipid-nanopartikler (SLN) i form av vandig nanosuspension fremstilt ved bruk av PG2-C18f som lipidmatrise og Poloxamer 188 som emulgator18. PG2-C18f er et PGFA-molekyl sammensatt av 2 glyserolenheter fullstendig forestret med stearinsyre. Poloxamer 188 er en ikke-ionisk blokkpolymer med en høy HLB på 29. Den kjemiske strukturen består av polyoksypropylen- og polyoksyetylendeler. API er innkapslet i lipidmatrisen. Innenfor dette produktet kan fasttilstanden til lipidet påvirkes ikke bare av behandlingsbetingelsene, men også av vann-nanopartikkel-interaksjoner og emulgator-lipid-interaksjoner. DSC- og røntgendata for nanosuspensions ved T0 og etter 3 måneders lagring under akselererte forhold er vist i figur 6. DSC-analyse viser en endoterm hendelse ved To = 55,3 °C etterfulgt av en bred endoterm utvidet opp til 100 °C. Den første hendelsen som tilskrives smeltingen av SLN av PG2-C18f og den brede endotermen skyldes vannfordampning. Siden Poloxamer 188 er oppløst i vannfasen, er ingen endoterm avbildet i den første syklusen. Stabil termisk oppførsel er avbildet i DSC-analysen av lagrede prøver, som ikke viser noen endringer. Selv om lipidpolymorfisme vanligvis akselereres i nanosized systemer, bekrefter SWAXS-analyse den stabile oppførselen til lipidmatrisen. Den målte korte d-avstanden på 4,15 Å for PG2-C18f etter krystalliseringen i den nyproduserte SLN og etter 6 måneders lagring av prøver under akselerert tilstand (6m / AC) indikerer tilstedeværelsen av stabila-formen. Lamelltykkelsen på PG2-C18f innenfor SLN ved T0 (56,5 Å) og etter lagring (56,3 Å) viser ingen endringer. Den lamellære strukturen av lipidet fremgår av et harmonisk signal ved 18, 7 Å. Krystallittstørrelsen (D) av PG2-C18f ved Scherrer-analyse er funnet å være 10,8 nm (to lameller), og viser ingen krystallvekst etter lagring av nanosuspensionene (11,7 nm, to lameller)18. Bruken av SLN i farmasøytisk industri har blitt hindret på grunn av godt rapporterte stabilitetsproblemer etter lagring, som partikkelagglomerering og gelering, tap av innkapsling (API-utvisning) og ustabil frigjøringsprofil. I stedet resulterer anvendelsen av en stabil lipidmatrise, PG2-C18f, som vist her, i produktytelsen presentert i figur 7. Ingen partikkelagglomerering, stabil frigjøringsprofil og stabil innkapslingseffektivitet er avbildet. Den generelle ustabiliteten til SLN har blitt tilskrevet lipidpolymorfisme og andre solid state-overganger24. Polymorfe lipider lider overganger under lagring fra mindre tette krystallformer (α-form) til mer tette (β-prime og β). Denne polymorfe overgangen kan påvirke overflaten av produserte nanopartikler, spesielt hvis overflaten ikke er tilstrekkelig stabilisert med emulgator. Konsekvensen kan være instabilitter som agglomerering eller gelering. Endringen av krystalltetthet fra α til β forårsaker også tap av tilstrekkelig plass til API i lipidmatrisen, noe som fører til API-utvisning, endringer i innkapslingseffektiviteten og frigjøringsprofilen. Med tanke på den lille størrelsen på SLN (i denne studien x50 = 234,3 nm), blir effekten av krystallvekst på produktets ytelse også kritisk. Bruken av en lipidmatrise med stabil faststoff resulterte i stabil produktytelse18.

Figure 1
Figur 1: Melodigaffel- og stolkonfigurasjonene til et TAG-molekyl, undercellen, lamellen og den krystallinske blodplaten. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 2
Figur 2: Kort avstand (venstre) og lang avstand (høyre) mønstre av tripalmitin i henholdsvis vidvinkel- og småvinkelområder av røntgendiffraktogrammer. (A) Alfaformen, og (B) beta-formen. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 3
Figur 3: API-krystaller belagt med glyserolmonostearat: faststoffanalyse av lipid som beleggmateriale og API-frigjøringsprofil for nytilberedte prøver (T0) og etter 3 måneders lagring under akselererte forhold (AC). (A) DSC, (B) SWAXS og (C) utgivelsesprofil. Dette tallet er endret fra7. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 4
Figur 4: API-krystaller belagt med tripalmitin og polysorbat 65 (90:10 %w/w): Faststoffanalyse av beleggmateriale og API-frigjøring av nytilberedte prøver (T0) og etter 3 måneders lagring under akselererte forhold (AC). (A) DSC, (B) SWAXS, (C) API-utgivelsesprofil. Dette tallet er endret fra5. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 5
Figur 5: API-krystaller belagt med PG3-C16/C18p: Faststoffanalyse av PG3-C16/C18p som beleggmateriale og API-frigjøringsprofil for nytilberedte prøver (T0) og etter 3 måneders lagring under akselererte forhold (AC). (A) DSC, (B) SWAXS, (C) API-utgivelsesprofil. Dette tallet er endret fra17. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 6
Figur 6: Solid state-analyse av nytilberedte SLN-prøver (T0), etter 3 måneders lagring under akselererte forhold (AC) og rå lipidhjelpestoff . (A) DSC og (B) SWAXS. Dette tallet er endret fra18. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 7
Figur 7: Produktytelse for nyopparbeidede SLN-er (T0) og etter 3 og 6 måneders lagring under akselererte forhold (3m/AC, 6m/AC). (A) Partikkelstørrelsesfordeling, (B) frigjøringsprofil, (C) innkapslingseffektivitet. Dette tallet er endret fra18. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Pulverrøntgendiffraksjon og DSC ble beskrevet i dette manuskriptet som gullstandarder for faststoffanalyse av LBE. Pulverrøntgendiffraksjon har den enestående fordelen av å behandle målingene in situ, med minimal solid state manipulering av prøver under målingene. Videre kan de samme fylte kapillærene lagres under forskjellige forhold etter innledende målinger for å undersøke solid state-endringen under lagring. I dette arbeidet fokuserte vi på de brede og små vinkelområdene til røntgen, slik at vi kunne levere strukturelle data av dimensjoner opp til ca. 100 nm.

Ultra SAXS (USAXS) kan brukes til å spore crystallite nanoplatelets (CNP) aggregering og krystallinsk vekst i større dimensjoner. Metoden har blitt brukt med suksess i spesielle systemer for å analysere CNP-størrelser i området ca. 100 til 1000 nm 15,26,27. Karakterisering av lipidkrystaller i flytende systemer krever høyere oppløsning. Synkrotronstråling og å gi røntgenfluks med høyere intensitet brukes normalt til slik karakterisering28. Synkrotronrøntgendiffraksjon og liten vinkel nøytronspredning (SANS) er kraftige verktøy for karakterisering av flytende krystaller og flerlags selvemulgerende systemer som liposomer, som ikke er omfanget av denne artikkelen25,28,29. Væskesystemene kan også karakteriseres ved hjelp av røntgenoppsettet beskrevet i protokollen ved å justere strålingstiden i en lengre periode.

Følgende punkter skal bemerkes for implementering av røntgenstrålen for screening av fasttilstanden til lipider og deres sammensetninger: (i) Generelt bør strålingstiden velges individuelt, basert på arten av prøver og utstyrsinnstillinger. (ii) Intensiteten av signaler er direkte proporsjonal med materialkonsentrasjonen i en blanding. Derfor er det viktig å skjerme først den fysiske blandingen av en multifasisk sammensetning. Dette vil unngå feil tolkning av data i amorfe faste dispersjoner (ASD), hvis omkrystalliseringen av amorf API i sin behandlede sammensetning med en LBE undersøkes. For å oppdage små fraksjoner av krystaller i slike sammensetninger, er det viktig å zoome inn på områder signalene forventes i. (iii) Sliping av prøvene for å gi fint pulver til fylling i kapillærene bør utføres ved lav temperatur for å unngå ekstern varme og stress. Dette kan føre til endring i fasttilstanden til lipidet i prøven. Den tette fyllingen av kapillærene er viktig for å unngå luftinnfangning mellom partikler og for å sikre plettfri spredning av røntgen med partikler.

DSC er et kraftig verktøy for screening av termisk oppførsel av lipider, estimering av blandbarheten av tilsetningsstoffer og / eller API i lipidmatrisen, og gir fasediagrammer. Den termodynamiske hendelsen, inkludert smelte- og krystallisasjonsutbrudd og topper, samt entalpien til hver hendelse, gir nyttig informasjon om tilgjengelige polymorfe former, mulige polymorfe overganger og forskjellige faseoverganger. I motsetning til røntgendiffraksjon kan imidlertid den påførte varmen i DSC-målingene manipulere faststoffoppførselen til lipider og forårsake polymorf og faseovergang under målingene. Derfor anbefales det sterkt å unngå eneste bruk av denne teknikken for lipid solid state analyse. Denne metoden bør brukes som en komplementær teknikk til røntgendiffraksjon. Koblet DSC og røntgendiffraksjon har blitt bredt brukt i næringsmiddelindustrien for lipid solid state analyse 30,31,32,33,34. Dens anvendelse i farmasøytisk industri er ganske begrenset til påvisning av polymorfe endringer i APIer35,36,37. Den andre ulempen ved bruk av DSC er karakteriseringen av multifasiske lipidsystemer, fordi intensiteten av termiske hendelser er konsentrasjonsavhengig. Videre kan overlappende termiske hendelser forekomme. Temperaturmodulert-DSC kan brukes til karakterisering av multifasiske systemer, noe som muliggjør separasjon av kinetiske hendelser og overlappende overganger38,39.

Følgende punkter skal bemerkes for implementering av DSC-forsøkene beskrevet i protokollen: (i) Basert på forsøkene kan en andre oppvarmingssyklus brukes om nødvendig. (ii) På grunn av den konstante oppførselen til den spesifikke varmekapasiteten (Cp) av lipider under analysen, blir valget av en lineær grunnlinje bevilget. (iii) For å oppnå smeltestart (To), bør grensene for beregning defineres. Minimums- og maksimumsgrensene bør inkludere det ekstreme punktet til den deriverte kurven og det mest lineære området for grunnlinjen. Skjæringspunktet mellom bøyningstangenten og grunnlinjen bestemmes som Til.

Når det gjelder termogrammer med godt separerte topper, anbefales det å vurdere entalpien til hver hendelse ved å beregne arealet under kurven. Dataene er nyttige for å forklare graden av polymorf eller faseovergang i systemet, i kombinasjon med røntgendiffraksjonsdataene.

Dette manuskriptet omhandler gullstandardene for analyse av LBE og deres farmasøytiske produkter. Andre analysemetoder kan brukes som komplementære metoder. Eksempler er kvalitative mikroskopiske metoder som polarisert lysmikroskopi og scanning elektronmikroskopi, for å undersøke effekten av prosessspenning på krystallisasjonshastigheten og dermed krystallenes form og morfologi. Tilnærmingen til lipidbasert farmasøytisk produktutvikling bør være basert på karakterisering av fysisk-kjemiske LBEer, for å definere deres kritiske egenskaper som er relevante for utvalgte produksjonsprosesser, og for å forutsi deres bearbeidbarhet. Hjelpestoff-API-interaksjonene bør også screenes nøye for hver enkelt API40. Ytterligere analysemetoder bør legges til basert på den valgte produksjonsprosessen. Forholdet mellom struktur og funksjon og bearbeidbarhet bør forstås nøye for å designe robuste og stabile lipidbaserte farmasøytiske produkter.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfattere avslører alle interessekonflikter.

Acknowledgments

Research Center Pharmaceutical Engineering (RCPE) er finansiert innenfor rammen av COMET - Competence Centers for Excellent Technologies av BMK, BMDW, Land Steiermark og SFG. COMET-programmet administreres av 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

Kjemi utgave 186
En pakke med etablerte analyseverktøy for å undersøke faststoffendringen av lipidbaserte hjelpestoffer
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