Waiting
Login processing...

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

Chemistry

Lipid Bazlı Eksipiyanların Katı Hal Değişimini Araştırmak için Yerleşik Analitik Araçlar Paketi

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

Bu yayın, lipit bazlı eksipiyanların (LBE'ler) katı halini araştırmak için altın standartlar olarak x-ışını kırınım ve diferansiyel taramalı kalorimetrinin uygulanmasını göstermektedir. LBE'lerdeki katı hal değişikliğini ve bunların farmasötik ürünlerin performansı üzerindeki etkisini anlamak, sağlam lipit bazlı dozaj formlarının üretiminde anahtar faktördür.

Abstract

Lipid bazlı eksipiyanlar (LBE'ler) düşük toksik, biyouyumlu ve doğal bazlıdır ve uygulamaları farmasötik üretiminin sürdürülebilirliğini destekler. Bununla birlikte, en büyük zorluk, farmasötik ürünün stabilitesini etkileyen kararsız katı halleridir. Lipitlerin işlenmesi için kritik fiziksel özellikleri - erime sıcaklığı ve viskozite, reoloji vb. gibi - moleküler yapıları ve kristallikleri ile ilgilidir. Katkı maddelerinin yanı sıra üretim sürecinde yer alan termal ve mekanik stres, lipitlerin katı halini ve dolayısıyla farmasötik ürünlerin performansını etkiler. Bu nedenle, katı haldeki değişimi anlamak çok önemlidir. Bu çalışmada, toz x-ışını kırınımı ve diferansiyel taramalı kalorimetri (DSC) kombinasyonu, lipitlerin katı halinin karakterizasyonu için altın standart olarak tanıtılmıştır. X-ışını kırınımı, polimorfizmi ve kristal büyümesini taramak için en etkili yöntemdir. Polimorfik düzenleme ve lamel uzunluğu, sırasıyla x-ışını kırınımının geniş ve küçük açılı bölgelerinde karakterize edilir. Küçük açılı x-ışını saçılma (SAXS) bölgesi, kristal büyümesini araştırmak için daha fazla kullanılabilir. Faz geçişi ve ayrılması belirtilebilir. DSC, lipitlerin termal davranışını taramak, lipit matrisindeki katkı maddelerinin ve / veya aktif farmasötik bileşenlerin (API) karışabilirliğini tahmin etmek ve faz diyagramları sağlamak için kullanılır. LBE'lerin sırasıyla lipit kaplı çoklu partikül sistemleri ve lipit nanosüspansiyonları sağlamak için bir kaplama malzemesi veya bir kapsülleme matrisi olarak kullanıldığı dört vaka çalışması sunulmuştur. Lipid katı hal ve depolama sırasındaki potansiyel değişimi araştırılır ve API salınımındaki değişiklikle ilişkilendirilir. Polarize ışık mikroskobu ve taramalı elektron mikroskobu gibi nitel mikroskopik yöntemler, mikro düzeyde kristalleşmeyi araştırmak için tamamlayıcı araçlardır. Seçilen üretim sürecine bağlı olarak daha fazla analitik yöntem eklenmelidir. Sağlam ve stabil lipid bazlı farmasötik ürünler tasarlamak için yapı-fonksiyon-işlenebilirlik ilişkisi dikkatlice anlaşılmalıdır.

Introduction

Lipitler, uzun zincirli alifatik hidrokarbonlar ve türevleri içeren bir malzeme sınıfıdır. Yağ asitleri, asilgliseroller, steroller ve sterol esterleri, mumlar, fosfolipitler ve sfingolipidler dahil olmak üzere çok çeşitli kimyasal yapıları kapsarlar1. Lipitlerin farmasötik eksipiyanlar olarak kullanımı, 1960 yılında, sürekli salınım formülasyonları sağlamak için ilaçların bir balmumu matrisine gömülmesi için başlamıştır2. O zamandan beri, lipit bazlı eksipiyanlar (LBE'ler), modifiye ilaç salınımı, tat maskeleme, ilaç kapsüllemesi ve gelişmiş ilaç biyoyararlanımı gibi çeşitli uygulamalar için geniş ilgi görmüştür. LBE'ler, sıcak eriyik kaplama, sprey kurutma, katı lipit ekstrüzyonu, 3D baskı, tabletleme ve yüksek basınçlı homojenizasyon gibi çok yönlü üretim prosesleri aracılığıyla çok çeşitli farmasötik dozaj formlarında uygulanabilir. Tabletler, oral olarak parçalanan filmler, çoklu partikül sistemleri, nano ve mikropartiküller, peletler ve 3D baskılı formlar gibi dozaj formlarısonuç 2,3,4'tür.

LBE'ler "Genel Olarak Güvenli Olarak Tanınan" statüsüne, düşük toksisiteye, iyi biyouyumluluğa ve gelişmiş hasta toleransına sahiptir. Doğal kökenleri ve geniş kullanılabilirlikleri, yeşil ve sürdürülebilir farmasötik üretimini güçlendirmelerini sağlar. Bununla birlikte, LBE'lerin kullanımı kararsız dozaj formları ile ilişkilendirilmiştir. Depolama sonrası lipit bazlı ürünlerin özelliklerindeki değişiklikler yaygın olarak bildirilmiştir. LBE'lerin katı hali ve lipid polimorfizminin varlığı, lipid bazlı dozaj formlarının 5,6,7,8 instabilitesinin ana nedenleri olarak kabul edilir.

Lipitlerin mekanik ve fiziksel özellikleri, kristalleşme özellikleri ve yapısal organizasyonun farklı hiyerarşilerini gösteren kristal ağlarının yapısı ile yakından ilgilidir. Farmasötik ürünlerin üretiminde lipitler kullanıldığında, kristal yapı sıcaklık, organik çözücüler, kesme ve mekanik kuvvetler gibi uygulanan proses parametrelerinden etkilenir ve bu da farmasötik ürünün performansını etkiler 5,7,9,10,11,12 . Bu yapı-fonksiyon ilişkisini anlamak için, lipit kristalleşmesinin ve kristal yapısının temellerini ve bunları taramak için analitik yöntemleri bilmek önemlidir.

Moleküler düzeyde, bir lipit kristalinin en küçük birimi "birim hücre" olarak adlandırılır. Birim hücrelerin düzenli üç boyutlu tekrarı, kristal kafesleri, yanal yönlerinin yanı sıra uzunlamasına olanlardan daha güçlü moleküler etkileşimlerle oluşturur ve lipit kristallerinin katmanlı yapısını açıklar. Hidrokarbon zincirlerinin tekrarlanan kesitsel ambalajı, alt hücre 1,12,13 olarak bilinir (Şekil 1). Lamel, lipit moleküllerinin lateral ambalajıdır. Kristal pakette, farklı lameller arasındaki arayüzler metil uç gruplarından yapılırken, polar gliserol grupları lamel14'ün iç kısımlarına yerleştirilir. Lameldeki her bir yağ asidi zincirini ayırt etmek için, tek yağ asidi zincirlerinden oluşan bir alt tabakayı temsil eden broşür terimi kullanılır. Asilgliseroller çift (2L) veya üçlü (3L) broşür zinciri uzunluklarında düzenlenebilir14. Lamellerin yüzey enerjisi, nano-kristalitler sağlamak için onları epitaksiyal olarak birbirlerine istiflemeye yönlendirir. Soğutma sıcaklığı ve hızı gibi farklı işleme faktörleri, istiflenmiş lamellerin sayısını ve dolayısıyla kristalit kalınlığını (~ 10-100 nm) etkiler. Kristalitlerin toplanması, mikro ölçekte sferülitlerin oluşumuna yol açar ve sferülitlerin toplanması, tanımlanmış makroskopik davranış13 ile LBE'lerin kristal ağını sağlar.

Katı hal geçişleri moleküler düzeyde başlar. Bir alt hücreden diğerine geometrik geçişe polimorfizm denir. α, β'- ve β formunun üç ana polimorfu genellikle artan stabiliteye göre sıralanan açilgliserollerde bulunur. Lamelin uç gruplara göre eğilmesi polimorfik geçişler sırasında meydana gelir 1,13. Depolama ve erime aracılı polimorfik geçişler LBE'ler tarafından yaşanır. Depolama geçişleri, metastabil form erime sıcaklığının altında depolandığında meydana gelirken, erime aracılı geçişler, sıcaklık erimeye ve daha kararlı formun ardışık kristalleşmesine neden olan metastabil bir formun erime noktasının üzerine çıktıkça meydana gelir.

Ayrıca, faz ayrımı ve kristal büyümesi de meydana gelebilir. Faz ayrımı, başlangıçtaki multifazik kristalleşme ve bir fazın veya daha fazlasının büyümesiyle tahrik edilir. Sinterleme, moleküler etkileşimler, mikroyapısal özellikler ve yabancı bileşenler dahil olmak üzere parçacık-parçacık etkileşimleri de kristal büyümesini tetikleyebilir 1,5.

LBE'lerin katı hal geçişlerinin ve dozaj formlarının performansı üzerindeki etkilerinin izlenmesi büyük önem taşımaktadır. Diğerlerinin yanı sıra, diferansiyel taramalı kalorimetri (DSC) ve x-ışını kırınımı, özellikle eşzamanlı küçük ve geniş açılı X-ışını saçılması (SWAXS), lipit katı halini değerlendirmek için iki altın standarttır.

DSC, zaman ve sıcaklığın bir fonksiyonu olarak ısı akışıyla ilişkili ilgili malzemenin entalpi değişikliklerini ölçmek için yaygın olarak kullanılır. Yöntem, olası erime ve kristalleşme yolları, farklı polimorfik formların karşılık gelen sıcaklığı ve entalpisi ve ayrıca lipit bileşimlerinin minör ve ana fraksiyonları gibi lipitlerin termal davranışlarının taranması için yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu veriler heterojenliği, çoklu fazları ve lipid polimorfizmini göstermek için kullanılabilir 5,7,13.

X-ışını kırınım teknikleri, katı halde yapı tayini için en güçlü yöntemlerdir. Tekrarlanan lamellerle düzenli nanoyapıya sahip olan x-ışını ışınının lipit kristallerinden yansıması, Bragg yasası kullanılarak araştırılabilir:

d = λ/2sinθ (Denklem 1)

burada λ, 1.542 Å'lik x-ışını dalga boyudur, θ, dağınık ışının kırınım açısıdır ve d, lipitlerde lamel uzunluğu olarak tanımlanan tekrarlanan katmanların düzlemler arası aralığıdır. X-ışınının küçük açılı bölgesi, uzun aralıklı deseni tespit etmek ve lamel uzunluğunu (d) hesaplamak için mükemmel bir şekilde kullanılabilir. Tekrarlanan d mesafesi ne kadar büyük olursa, saçılma açısı (1-15 °, küçük açılı bölge) o kadar küçük olur, çünkü d, günah θ ile ters orantılıdır. Lipitlerin alt hücre düzeni, x-ışını kırınımının geniş açılı bölgesindeki kısa aralıklı desen olarak karakterize edilebilir. Lipitlerin hem uzun hem de kısa aralıklı desenleri (lamel uzunluğu ve alt hücre düzenlemesi) monotropik polimorfik dönüşümü belirtmek için kullanılabilir. Örneğin, α formu (altıgen), zincirlerin eğim açısındaki bir değişiklik nedeniyle, lamel uzunluğundaki (uzun aralıklı desen, küçük açılı bölgede, 1-15°) ve kesitsel paketleme modunda (kısa aralıklı desen, geniş açılı bölgede, 16-25°) değişikliklerle β (triklinik) olarak değiştirilebilir (Şekil 2).

SAXS bölgesinden elde edilen bilgiler, Scherrer denklemi15 aracılığıyla kalınlığını (D) ölçerek kristal büyümesini araştırmak için daha da kullanılabilir:

D = Kλ/FWHMcosθ (Denklem 2)

Burada, FWHM, arka plan ile tepe arasında yarı yol yüksekliğinde ölçülen kırınım maksimumunun radyanlarındaki genişliktir, genellikle yarı maksimumda tam genişlik (FWHM) olarak bilinir; θ kırınım açısıdır; λ, X-ışını dalga boyu (1.542 Å) ve K (Scherrer sabiti), kristalin şekli hakkında bilgi sağlayan boyutsuz bir sayıdır (ayrıntılı şekil bilgisinin olmaması durumunda K = 0.9 iyi bir yaklaşımdır). Scherrer denkleminin, yaklaşık 100 nm'ye kadar olan ortalama kristal boyutlarını tahmin etmek için kullanılabileceğini lütfen unutmayın, çünkü tepe genişlemesi kristalit boyutuyla ters orantılıdır. Bu nedenle, uygulaması nanoplateletlerin kalınlığını ve dolaylı olarak toplanmış lamellerin sayısını belirlemek için yararlıdır. Farmasötik formülasyon geliştirmede lipitlerin kristal özelliklerini ve buna karşılık gelen ürün performansındaki kararsızlığı taramak için bu iyi bilinen yaklaşımın kullanılmasına örnekler 5,12,16,17,18'de bulunabilir.

LBE'lerin katı hallerinin her gelişim aşamasında iyi kurulmuş analitik tekniklerle izlenmesi, yüksek performanslı üretim süreçleri ve kararlı lipit bazlı farmasötik ürünler tasarlamak için etkili bir strateji sağlar.

Bu yayın, katı haldeki değişiklikleri izlemek için LBE'lerin kapsamlı bir katı hal analizinin kritik uygulamasını ve farmasötik dozaj formundan aktif farmasötik bileşenin (API) salınım profilindeki değişiklikle ilişkisini sunmaktadır. Sıcak eriyik kaplama yoluyla lipit kaplı API kristallerine dayanan çoklu partikül sistemleri ve yüksek basınçlı homojenizasyon yoluyla üretilen nano-lipid süspansiyonları vaka çalışmaları olarak alınmıştır. Bu yayının odak noktası, toz x-ışını kırınımı ve DSC'nin analitik araçlar olarak uygulanmasıdır. İlk iki örnek, sırasıyla polimorfik dönüşümün ve kristal büyümesinin, kaplanmış numunelerden API salınımındaki değişiklik üzerindeki etkisini göstermektedir. Son örnek, lipid kaplı çoklu partiküllü sistemlerde ve nano-lipid süspansiyonlarında lipidin kararlı katı hali ile farmasötik ürünün kararlı performansı arasındaki korelasyonu ortaya koymaktadır.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Diferansiyel taramalı kalorimetri (DSC)

  1. Cihaz hazırlama
    1. Bir intracooler, bir otomatik örnekleyici ve cihaz kontrolü ve veri analizi için yazılım ile donatılmış bir diferansiyel taramalı kalorimetre kullanın.
    2. Azot gazı beslemesini açın ve basıncı 0,2-0,5 bar arasında ayarlayın ve DSC cihazını ve otomatik numune değiştiriciyi çalıştırın.
    3. Yazılımı açın ve Evet düğmesine tıklayarak bekleme modunu etkinleştirin. Cihazın dengelenmesine en az bir saat izin verin
    4. Fırını azotla temizleyin, Yeni Yöntem simgesine tıklayın ve Yöntem Tanımı'na gidin. Genel bakış penceresinde Sıcaklık Modülasyonu seçeneğini etkinleştirin.  Başlık sekmesine gidin ve "örnek" e tıklayarak yöntemi seçin.
    5. Sıcaklık Programı sekmesine gidin, her ikisi de 50 mL/dk'da olmak üzere Temizle 2 MFC'yi ve Koruyucu MFC'yi seçin.
    6. Aşağıdaki ölçüm yöntemini takın: 20 °C'de bekleme, 20 °C'den lipitin erime sıcaklığının üzerine 5 K/dak'da ısıtma döngüsü, 5 dakika boyunca bu sıcaklıkta izotermal tutma, 5 K/dak ila -20 °C'de 0 °C'ye soğutma döngüsü, programın en yüksek sıcaklığının 10 derece °C üzerindeki bir sıcaklıkta son acil durum sıfırlama sıcaklığı, ve 20 °C'de son bekleme sıcaklığı.
    7. Kalibrasyon sekmesine gidin ve uygun sıcaklık ve hassasiyet dosyasını seçin. Yöntemi kaydetme
  2. Numune hazırlama ve ölçme
    1. Her numunenin 3-4 mg'ını alüminyum potalara tartın. Her potaya yüklenen tam ağırlığı kaydedin ve alüminyum potayı delinmiş bir kapakla kapatın.
    2. Potaları otomatik numune alma tepsisine yerleştirin ve yazılımdaki otomatik numune alma modunu etkinleştirin ve her numune için ilgili yöntemi yükleyin.
    3. Her numunenin numune konumunu, numune adını ve ağırlığını ve Numune Tepsisi Görünümü penceresindeki referans potanın konumunu doldurun ve ölçümleri başlatın.
  3. Veri analizi
    1. Veri analizi için yazılımı kullanarak ham verileri açın ve "X-zamanı / X-sıcaklığı" düğmesine tıklayarak ısıya karşı sıcaklığı çizin
    2. Açılan pencerede, "İzotermal segmentleri gizle" yi tıklayın. Ekranın sol tarafında, yalnızca analiz edilecek eğrileri seçin (ör. "Ek" verilerin tıklamasını kaldırın).
    3. Lipitlerin termal davranışını, sıcaklığın bir fonksiyonu olarak sırasıyla ısı şeklinde emilen veya salınan enerjinin endotermik ve ekzotermik olayları olarak kontrol edin.
    4. Endotermlerin eğrisi altındaki alan olarak füzyon entalpiyi hesaplamak için eğriye, ardından Değerlendirme ve Alan'a tıklayın.
    5. Dikey çizgileri zirvenin başlangıcından ve bitiş noktasından önce ve sonra 2 ila 3 santigrat derece civarında hareket ettirerek entegrasyon sınırlarını seçin.
    6. En yüksek entegrasyon için doğrusal bir taban çizgisi seçin. Eğri ve taban çizgisi arasındaki alan, entalpi değişimi ile orantılıdır. Hesaplamayı tamamlamak için Uygula'ya tıklayın. Benzer şekilde, kristalleşmenin entalpisini, ekzotermlerin eğrisi altındaki alan olarak hesaplayın.
    7. Analiz edilecek eğriye ve ardından Değerlendirme ve Başlangıç'a tıklayarak erime sıcaklığının başlangıcını (Kime) belirleyin.
    8. Dikey çizgileri eğrinin en düz bölümüne taşıyarak nicelik sınırlarını seçin. Bu genellikle zirveden önce ve sonra 5-10 ° C civarındadır. Ardından, analiz edilecek eğriye tıklayarak erime sıcaklığını belirleyin, ardından Değerlendirme ve Tepe Noktası gelir. Elde edilen değer tepe maksimumudur.

2. Küçük ve geniş açılı x-ışını saçılması (SWAXS)

  1. Cihaz hazırlama
    1. Kapalı tüplü bir x-ışını jeneratörüne sabitlenmiş ve bir kontrol ünitesi ve ilgili yazılımla donatılmış bir nokta odaklama kamerası oluşturan bir x-ışını saçılma sistemi kullanın.
    2. X-ışını kaynağı olarak 50 kV ve 1 mA'da cooper (λ = 1,54 Å) ve hem küçük hem de geniş açılı x-ışını saçılma bölgelerini kapsayacak şekilde doğrusal olarak konumlandırılmış iki hassas dedektör kullanın.
    3. X-ışını maruziyetinden korunmak için güvenlik gereksinimlerini sağlayın.
    4. Kontrol ünitesindeki soğutma suyu sistemini, vakum pompasını, gaz vanalarını ve güç ve güvenlik kontrol sistemini açın.
    5. Dedektörler için voltaj kontrol ve temizleme vanalarını 10-20 mL/dak arasındaki bir gaz akışında açın.
    6. X-ışını tüpünü ve bekleme seçeneğini açın ve yaklaşık 10 dakika bekleyin. Bekleme modunu kapatın ve röntgen tüpünü tam güce (>50kV) kadar açın ve en az 30 dakika bekleyin.
    7. Kontrol yazılımını başlatın ve TPF'yi SIFIRLA'ya tıklayın. Tugsten filtresini seçin ve konumu ayarlayın. Tungsten filtresinin konumunu düzeltmek için Konum'a gidin
  2. Numune hazırlama ve ölçme
    1. Numunelerin ince toz olarak mevcut olduğundan emin olun. Gerekirse, ince bir toz sağlamak için numuneleri düşük sıcaklıklarda nazikçe öğütün.
    2. Numuneleri, kılcal damarlarda herhangi bir hava sıkışmasını önleyerek, dış çapı yaklaşık 2 mm olan özel cam kılcal damarlara doldurun. Cam kılcal damarı balmumu ile kapatın ve kılcal tutucuya dikkatlice yerleştirin.
    3. Numune dönüşü için motoru açın ve basınç 5 mbar'ın altına düşene kadar vakum valfini kapatın.
    4. Yazılımda, 1024 konum çözünürlüğünü seçerek ölçüm ayarını düzeltin. Pozlama süresini 1200 sn'ye sabitleyin.
    5. Araçlar'a tıklayarak enerji sınırlarını ayarlayın, ardından enerji ve çözünürlük'e tıklayın ve yeniden başlat'a tıklayın. Enerji limitlerini 400-900 arasında uygun bir aralığa ayarlayın.
    6. Güvenlik deklanşörünü açın ve ölçümleri başlatın. Ölçüm penceresinin saniyede maksimum 80 sayım gösterdiğinden emin olun. Bu verilmezse, filtre konumunu ayarlayın.
  3. Veri analizi
    1. Verileri p00 dosyaları olarak dışa aktarın. Veriler, kanal numarasına ve kırınım açısına karşı iletim ve absorpsiyon yoğunluğundan oluşur.
    2. Değerlendirme için verileri istatistiksel bir yazılıma aktarın ve Tungsten filtresi ile ölçülen saçılma kütlesini kullanarak yoğunlukları normalleştirerek verileri düzeltin.
    3. Kırınım açısının iki katına karşı normalleştirilmiş yoğunlukta bir grafik oluşturun [(2Θ) 2xtheta].
    4. SAXS ve WAXS bölgelerindeki kırınım zirvelerini bulmak için "ekran okuyucu" işlevini kullanın.
    5. Bragg denklemini, sırasıyla WAXS ve SAXS bölgeleri için kısa ve uzun d aralıklarına maksimum yoğunlukta kırınım zirvelerini hesaplamak için uygulayın.
    6. Lipitlerin kristal simetrisini bulmak için SAXS bölgesinin tepe konumunun oranlarını hesaplayın (örneğin, lameller, altıgen, kübik).
    7. Kristalit kalınlığını (D) ölçmek için SAXS bölgesinin ana kırınım zirvesini kullanın. Zirveyi klasik en küçük kareler aracılığıyla bir Gauss fonksiyonuna sığdırın ve Analiz, Zirveler ve taban çizgileri, Tepe analizörü, Açık iletişim kutusuna tıklayarak FWHM'yi elde edin.
    8. Açılan pencerede, "Fit Peaks Pro" seçeneğini seçin. Y = 0 ile sabit bir taban çizgisi seçin ve SAXS bölgesinin ana kırınım zirvesini seçin ve tepe sığdırma parametrelerini seçmek için "Kontrolü sığdır" ı tıklayın.
    9. GaussAmp işlevini seçin. y_0, xc_1 ve A_1 parametrelerini sabit olarak ayarlayın ve FWHM'yi fitten alın. Kristalit kalınlığını hesaplamak için Scherrer denklemini kullanın.

3. Çözünme testleri

  1. Kaplamalı çoklu partiküllü sistemlerden API salınımı
    1. Çözünme çalışmaları için USP aparatı 2'yi (kürek) kullanın.
    2. Çözünme test kaplarını fosfat tamponu pH 6,8 ile doldurun ve 37 °C'ye ısıtın.
    3. Tek bir API dozuna eşdeğer kaplanmış partikül numunelerinin üçlü ağırlığını tartın ve numuneleri çözünme test kaplarına yerleştirin.
    4. Küreği 100 rpm hızında başlatın.
    5. Otomatik örnekleyiciyi aşağıdaki örnekleme noktalarında 1 mL'lik örnekler alacak şekilde ayarlayın: 30 dakika, 60 dakika, 90 dakika, 2 saat, 4 saat, 6 saat, 8 saat, 10 saat, 12 saat, 18 saat ve 24 saat.
    6. Numuneleri uygun bir HPLC yöntemi ile analiz edin 5,7,17.
    7. Toplu API sürümünü zamana göre çizerek verileri analiz edin.
    8. Uzun süreli (25 °C, %60 bağıl nem) ve hızlandırılmış (40 °C ve %70 bağıl nem) altında depolanan numuneler için deneyler yapın.
  2. Katı lipid-nanopartiküllerden (SLN) API salınımı
    1. Dulbecco'nun fosfat tampon salininde (D-PBS) dipalmitoylfosfatidilkolinin %0,02'sini (w/w) aşağıdaki bileşimle karıştırarak simüle edilmiş akciğer sıvısı (SLF) hazırlayın: KCl (2.683 mM), KH 2 PO 4(1.47 mM), NaCl (136.893 mM), Na2HPO4· 2H2 O (8.058 mM), CaCl2· 2H2 O (0.884 mM) ve MgCl2· 6H2O (0.492 mM). 37 °C'de önceden ısıtın.
    2. Her numune için üçlü olarak 7.000 Da'lık kontrollü bir kesime sahip selüloz membran torbalı diyaliz kasetleri kullanın.
    3. Her örnekleme süresi için bir diyaliz kaseti atayın: 0,5 saat, 1,5 saat, 3 saat, 5 saat, 7 saat ve 24 saat. Diyaliz kasetlerini SLF'ye batırarak 2 dakika boyunca nemlendirin. Ardından, yüzeylerini yumuşak kağıt havlularla dikkatlice kurulayın.
    4. Her kasete 600 μg deksametazona eşdeğer 3 mL numune (lipid-nanosüspansiyon) enjekte edin.
    5. Her kaseti 37 °C'de (lavabo koşulları) 200 mL SLF'ye batırın ve sistemi 125 rpm'de çalkalayın.
    6. Belirlenen her örnekleme zamanında bir şırınga kullanarak kasetin içinden 200 mg'lık örnekler alın.
    7. Geliştirilen HPLC-MS yöntemi18'i kullanarak API içeriğini belirleyin.
    8. SLN'den salınan API'yi,18'e göre, SLN'deki toplam API miktarı ile örneklemeden sonra kalan API miktarı arasındaki fark olarak kütle dengesine göre hesaplayın.
    9. Depolanan numuneler için işlemi tekrarlayın.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Lipid kaplı API kristallerinde lipidin polimorfik geçişi ile API salınımı arasındaki korelasyon:
Gliserol monostearat ile kaplanmış API kristalleri, kaplamadan hemen sonra ve hızlandırılmış koşullar altında (40 °C, %75 bağıl nem)7 3 aylık depolamadan sonra DSC ve x-ışını ile ölçülür. Gliseril monostearat, başta tristearin 19 olmak üzere %40-%55 monogliserit, %30-%45 digliserit ve %5-%15 gliserit içeren multifazik bir sistemdir. Monostearin20 için alt α, α, β-asal ve β polimorfik formları bildirilmiştir. Tristearin ve 1, 2-distearin α, β-asal ve β polimorfik formlar14'ü gösterir.

T0 numunelerinin DSC verileri ve hızlandırılmış koşullar altında saklanan numuneler Şekil 3A'da gösterilmiştir. T0 numunesindeki ısıtma döngüsü, 1-monostearin ve 1-monopalmitin21 için tarif edilen geri dönüşümlü alt α / α geçişi ile ilişkilendirilebilen 10 ° C'ye kadar geniş bir endotermik olay göstermiştir. To = 54.0 ° C ve 46.7'deki iki endotermik olay, β formu ve daha düşük erime noktasının bir arada bulunan bir fazı ile ilişkilidir. X-ışını verilerinde, 57.3 Å'lik lamel bir fazda organize edilen ve karışımın farklı bileşenlerine karşılık gelen polimorfik α-formuna karşılık gelen 4.16 Å'lık kısa d aralığı olarak birlikte var olan bir faz görülebilir. T0 numunesinin lipit kaplamasının lamel düzenlemesi, SAXS difraktogram 7'deki üçüncü dereceden yansımaya karşılık gelen 18.7 Å'daki mevcut harmonik tepe noktası nedeniyle verilmiştir (Şekil 3B).

Hızlandırılmış koşullar altında 3 aylık depolamadan sonra numunelerin DSC verileri, To = 55.7 ° C'de bir endoterm, kalan α formu için Tm = 60.2 ° C'de ve Tm = 63.8 ° C'de β formunun erimesi için ana olay olarak üst üste binen iki olay göstermektedir. Polimorfik geçiş, β formu için tipik olan 4.66 Å, 4.58 Å, 4.37 Å, 3.92 şve 3.83 Å'lık kısa d-aralıklarını tespit ederek, moleküler eğim7 nedeniyle lamel kalınlığındaki 57.3 Å'dan 50.4 Å'ya düşürülmesiyle birlikte x-ışını verileriyle doğrulanır.

API'nin salınım profilinin T0'daki kaplamadan ve hızlandırılmış koşullar altında 3 aylık depolamadan sonra karşılaştırılması (Şekil 3C), salınım profillerinde önemli değişiklikler olduğunu göstermektedir; bu, α formunun daha yoğun bir alt hücre düzenlemesi ile β forma belirgin polimorfik dönüşümü ile açıklanabilir ve su itici bir yüzey 7,21 ile sonuçlanır.

Lipid kaplamanın kristal büyümesi, potansiyel faz ayrımı ve lipit kaplı API kristallerinde salınım değişikliği arasındaki korelasyon: API kristalleri, %90:10 w/w oranında tripalmitin ve polisorbat 65 karışımı ile kaplanır. Tripalmitin,% 99 saflıkta bir trigliserittir5. Trigliseritler genellikle kristal paketin artan yoğunluğu ve artan stabilite ile sıralanan α, β-asal ve β polimorfik formları gösterir.

Polisorbat 65, hidrofilik-lipofilik denge (HLB) değeri 10.5 ve erime sıcaklığı 32 °C olan bir emülgatördür. Trigliseritler genellikle eriyikten α-polimorflarında kristalize edilir. Bazı katkı maddeleri, α, aralarında polisorbat 65'in de bulunduğu TAG'lerin β dönüşmesine neden olur. Dahası, polisorbat 65, sistemde bir safsızlık görevi görür, bu da tripalmitinin daha düşük itici kuvvetlerde heterojen kristalleşmesine neden olur ve kristal büyümesini tetikler.

T0 numunelerinin ve hızlandırılmış koşullar altında saklanan numunelerin DSC ve röntgen verileri Şekil 4A,B'de gösterilmiştir. T0 numunesi üzerindeki DSC ölçümlerinin ısıtma döngüsü, tripalmitin5'in polimofik β-formuna karşılık gelen 64.8 ° C'de bir zirveye sahip keskin bir endotermik olay gösterir. Bu aynı zamanda WAXS bölgesinde de tespit edilebilir ve β formunun alt hücresinin karakteristiği olan 4.6 Å'deki kısa aralığı gösterir (Şekil 4A, B). Veriler, T0 örneklerinde ve elbette depolanmış örneklerde polisorbat 65 varlığında tripalmitinin indüklenmiş polimorfik β formunu açıkça göstermektedir. Karşılık gelen lamel kalınlık, Bragg'ın denklemi kullanılarak d = 2π/q001 = 42 Å5 olarak hesaplanır.

T0 numunelerinin ve depolanan numunelerin kristal kalınlığı (D), yukarıda açıklanan Scherrer denklemi kullanılarak ölçülebilir. Hesaplamalar, T0 numunelerinde 24 nm'lik bir kristal kalınlığı ve depolanan numunelerde sırasıyla 5.7 ve 8.8 lamellere karşılık gelen 37 nm'lik bir artan kalınlık göstermektedir.

API'nin salınım profilinin T0'daki kaplamadan ve hızlandırılmış koşullar altında 3 aylık depolamadan sonra karşılaştırılması, depolamadan sonra salım profillerinde yine önemli değişiklikler olduğunu göstermektedir (Şekil 4C).

Tripalmitin ve polisorbat 65 karışımının iki fazik bir sistem olması nedeniyle, tripalmitinin kristalit büyümesi, özellikle polisorbat 65'in sıvı erimiş formunda olduğu hızlandırılmış koşulda (40 ° C,% 75 bağıl nem) polisorbat fazının varlığı ile tetiklenir. Faz geçişi ve hızlandırılmış koşul altında polisorbat fazının büyümesi, büyük olasılıkla kapillarite ve yerçekimi kuvvetlerinedeniyle sıvı malzemenin hareketinden kaynaklanmaktadır 5,22. Sonuç, API salınımınınkaplama 5'ten değişmesidir.

Lipitlerin kararlı katı hali ile lipit bazlı farmasötik ürünlerin kararlı performansı arasındaki korelasyon: İki farklı lipit bazlı farmasötik ürün değerlendirilir: (a) lipid bazlı eksipiyanlarla kaplanmış API kristallerinden oluşan katı dozaj formu17 ve (b) API18 ile yüklenmiş askıya alınmış katı lipid nanopartiküllerinden oluşan bir sıvı dozaj formu . Her iki ürün için de kullanılan LBE'ler, yağ asitlerinin (PGFA'lar) poligliserol esterleri, gliserolün oligomerik hidroksieterlerinden oluşan bir grup lipit molekülüdür. PGFA'lar, α formuna monofazik kristalleşme, polimorfik geçişlerin olmaması ve moleküler, nano ve mikroyapılarının genel stabilitesi ile karakterize edilir23.

İlk üründe, API kristalleri, kısmen palmitik ve stearik asit ile esterleştirilmiş 3 gliserol ünitesinden oluşan bir PGFA olan PG3-C16 / C18p ile kaplandı. Hızlandırılmış koşullar altında T0 ve 3 aylık depolanmış numunelerin DSC ve röntgen verileri Şekil 5'te gösterilmiştir. DSC analizi (Şekil 5A), PG3-C16 / C18p'nin To = 54.2 °C ile sadece bir polimorfik formunun varlığına karşılık gelen ilk ısıtma döngüsünde tek bir erime zirvesini göstermektedir. Soğutma döngüsü, Tc = 45.4 ° C ile tek bir zirvenin varlığı yoluyla lipitin monofazik kristalleşmesini ortaya çıkarır. Saklanan örnekler, polimorfizm ve faz ayrımı olmayan değişmemiş termogramları da ortaya çıkarır. PG3-C16/C18p'nin kararlı katı hali SWAXS modelleri ile doğrulanır (Şekil 5B). WAXS bölgesi, T0'da d = 4.15 şkısa aralığına karşılık gelen bir tepe noktası ve depolanan örnekler17'yi gösterir. Bu kadar kısa d aralığı, TAGs 1,13'ün α formu ile ilişkilidir. Depolamadan sonra değişmemiş WAXS sinyali, PG3-C16 / C18p'nin polimorfizminin yokluğunu doğrular. SAXS bölgesi, 2L-konfigürasyonlu lamel bir yapıya karşılık gelen d = 63.7 Å'lik uzun bir d aralığında bir ana tepe noktası ortaya çıkarır. Scherrer analizi ile elde edilen T0 örneklerinin kristalit boyutu (D), dört istiflenmiş lamellere karşılık gelen 23 nm'yi göstermektedir. Depolamadan sonra lamel kalınlığında (63.5 Å) veya kristal büyümesinde (dört lamel) herhangi bir değişiklik gösterilmez. T0 numunelerinin ve depolamadan sonraki salım profilinin karşılaştırılması (Şekil 5C), geliştirilen ürünün olağanüstü kararlılığını göstermektedir. PG3-C16/C18p tarafından sağlanan lipit matrisinin kararlı katı hali, ürün17'nin salım profilinin kararlı performansıyla sonuçlanır.

İkinci ürün için, sulu nanosüspansiyon formunda API yüklü katı lipid-nanopartiküller (SLN), lipid matrisi olarak PG2-C18f ve emülgatör 18 olarak Poloxamer 188 kullanılarak hazırlanmıştır. PG2-C18f, stearik asit ile tamamen esterleştirilmiş 2 gliserol ünitesinden oluşan bir PGFA molekülüdür. Poloxamer 188, yüksek HLB değeri 29 olan iyonik olmayan bir blok polimerdir. Kimyasal yapı polioksipropilen ve polioksietilen parçalardan oluşur. API, lipit matrisi içinde kapsüllenir. Bu ürün içinde, lipitin katı hali sadece işleme koşullarından değil, aynı zamanda su-nanopartikül etkileşimlerinden ve emülgatör-lipit etkileşimlerinden de etkilenebilir. T0'da ve hızlandırılmış koşullar altında 3 aylık depolamadan sonra nanosüspansiyonların DSC ve X-ışını verileri Şekil 6'da gösterilmiştir. DSC analizi, To = 55.3 ° C'de endotermik bir olayı ve ardından 100 ° C'ye kadar uzatılmış geniş bir endotermi gösterir. PG2-C18f'nin SLN'sinin ve geniş endotermin erimesine atfedilen ilk olay, su buharlaşmasından kaynaklanmaktadır. Poloxamer 188 su fazında çözündüğü için, ilk döngüde endotermin tasvir edilmediği görülmüştür. Kararlı termal davranış, hiçbir değişiklik göstermeyen depolanmış numunelerin DSC analizinde gösterilmiştir. Lipid polimorfizmi genellikle nano boyutlu sistemlerde hızlandırılsa da, SWAXS analizi lipit matrisinin kararlı davranışını doğrular. PG2-C18f için 4.15 Å'lik ölçülen kısa d aralığı, yeni üretilen SLN'de kristalleşmesinden sonra ve numunelerin hızlandırılmış koşullar altında (6m / AC) 6 ay saklanmasından sonra stabil formun varlığını gösterir. PG2-C18f'nin SLN içindeki T0'daki (56.5 Å) ve depolamadan sonraki (56.3 Å) lamel kalınlığı hiçbir değişiklik göstermez. Lipitin lamel yapısı, 18.7 Å'da bir harmonik sinyal ile kanıtlanmıştır. Scherrer analizi ile PG2-C18f'nin kristalit boyutu (D), nanosüspansiyonların (11.7 nm, iki lamel) depolanmasından sonra kristal büyümesi göstermeyen, 10.8 nm (iki lamel) olarak bulunmuştur18. SLN'nin farmasötik endüstrisinde kullanımı, partikül aglomerasyonu ve jelasyon, kapsülleme kaybı (API emisyonu) ve kararsız salınım profili gibi depolamadan sonra iyi bildirilen stabilite sorunları nedeniyle engellenmiştir. Bunun yerine, burada gösterildiği gibi kararlı bir lipit matrisi olan PG2-C18f'nin uygulanması, Şekil 7'de sunulan ürün performansıyla sonuçlanır. Hiçbir parçacık aglomerasyon, kararlı salınım profili ve kararlı kapsülleme verimliliği gösterilmemiştir. SLN'nin genel instabilitesi lipid polimorfizmine ve diğer katı hal geçişlerine atfedilmiştir24. Polimorfik lipitler, depolama sırasında daha az yoğun kristal formlarından (α formlu) daha yoğun (β-asal ve β) geçişlere maruz kalır. Bu polimorfik geçiş, üretilen nanopartiküllerin yüzey alanını, özellikle de yüzey alanı emülgatör tarafından yeterince stabilize edilmemişse etkileyebilir. Sonuç olarak, aglomerasyon veya jelleşme gibi instabiliteler olabilir. Ayrıca, kristal yoğunluğunun α'den β'ye değişmesi, lipid matrisi içindeki API için yeterli alan kaybına neden olur, bu da API atılımına, kapsülleme verimliliğinde değişikliklere ve salınım profiline yol açar. SLN'nin küçük boyutu göz önüne alındığında (bu çalışmada x50 = 234.3 nm), kristal büyümesinin ürün performansı üzerindeki etkileri de kritik hale gelmektedir. Kararlı bir katı hal ile bir lipit matrisinin kullanılması, kararlı bir ürün performansı ile sonuçlandı18.

Figure 1
Resim 1: Bir TAG molekülünün, alt hücrenin, lamellerin ve kristalin trombositin ayar çatalı ve sandalye konfigürasyonları. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 2
Şekil 2: X-ışını difraktogramlarının geniş açılı ve küçük açılı bölgelerinde tripalmitinin kısa aralıklı (sol) ve uzun aralıklı (sağda) desenleri . (A) Alfa formu ve (B) beta formu. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 3
Şekil 3: Gliserol monostearat ile kaplanmış API kristalleri: kaplama malzemesi olarak lipitin katı hal analizi ve taze hazırlanmış numunelerin API salınım profili (T0) ve hızlandırılmış koşullar altında 3 aylık depolamadan sonra (AC). (A) DSC, (B) SWAXS ve (C) salınım profili. Bu rakam7'den değiştirilmiştir. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 4
Şekil 4: Tripalmitin ve polisorbat ile kaplanmış API kristalleri 65 (%90:10 w/w): Kaplama malzemesinin katı hal analizi ve taze hazırlanmış numunelerin API salınımı (T0) ve hızlandırılmış koşullar altında 3 aylık depolamadan sonra (AC). (A) DSC, (B) SWAXS, (C) API salınım profili. Bu rakam5'ten değiştirilmiştir. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 5
Şekil 5: PG3-C16/C18p ile kaplanmış API kristalleri: PG3-C16/C18p'nin kaplama malzemesi olarak katı hal analizi ve taze hazırlanmış numunelerin API salınım profili (T0) ve hızlandırılmış koşullar altında 3 aylık depolamadan sonra (AC). (A) DSC, (B) SWAXS, (C) API salınım profili. Bu rakam17'den değiştirilmiştir. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 6
Şekil 6: Hızlandırılmış koşullar altında 3 aylık depolamadan sonra taze hazırlanmış SLN numunelerinin (T0) katı hal analizi (AC) ve ham lipid eksipiyan . (A) DSC ve (B) SWAXS. Bu rakam18'den değiştirilmiştir. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 7
Şekil 7: Yeni hazırlanmış SLN'lerin (T0) ve hızlandırılmış koşullar altında (3m/AC, 6m/AC) 3 ve 6 aylık depolamadan sonra ürün performansı . (A) Partikül boyutu dağılımı, (B) salınım profili, (C) kapsülleme verimliliği. Bu rakam18'den değiştirilmiştir. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Toz x-ışını kırınımı ve DSC, bu makalede LBE'lerin katı hal analizi için altın standartlar olarak tanımlanmıştır. Toz x-ışını kırınımı, ölçümler sırasında numunelerin minimum katı hal manipülasyonu ile ölçümlerin yerinde işlenmesinde olağanüstü bir avantaja sahiptir. Ayrıca, aynı doldurulmuş kılcal damarlar, depolama sırasında katı hal değişikliğini araştırmak için ilk ölçümlerden sonra farklı koşullar altında saklanabilir. Bu çalışmada, röntgenin geniş ve küçük açılı bölgelerine odaklandık ve yaklaşık 100 nm'ye kadar olan boyutlarda yapısal veriler sunmamızı sağladık.

Ultra SAXS (USAXS), kristalit nanotrombositlerin (CNP) toplanmasını ve kristalin büyümesini daha büyük boyutlarda izlemek için kullanılabilir. Yöntem, yaklaşık 100 ila 1.000 nm 15,26,27 bölgesindeki CNP boyutlarını analiz etmek için belirli sistemlerde başarıyla uygulanmıştır. Sıvı sistemlerde lipit kristallerinin karakterizasyonu daha yüksek çözünürlük gerektirir. Senkrotron radyasyonu ve daha yüksek yoğunlukta x-ışını akısı sağlayan normalde bu karakterizasyoniçin kullanılır 28. Senkrotron x-ışını kırınımı ve küçük açılı nötron saçılması (SANS), sıvı kristallerin ve bu makalenin kapsamı olmayan lipozomlar gibi çok katmanlı kendi kendine emülsifiye eden sistemlerin karakterizasyonu için güçlü araçlardır25,28,29. Sıvı sistemler, radyasyon süresini daha uzun bir süre ayarlayarak protokolde açıklanan x-ışını kurulumu kullanılarak da karakterize edilebilir.

Lipitlerin katı hallerini ve bileşimlerini taramak için röntgenin uygulanması için aşağıdaki noktalara dikkat edilmelidir: (i) Genel olarak, radyasyon süresi, numunelerin ve ekipman ayarlarının doğasına bağlı olarak ayrı ayrı seçilmelidir. (ii) Sinyallerin yoğunluğu, bir karışımdaki malzeme konsantrasyonu ile doğru orantılıdır. Bu nedenle, ilk başta, multifazik bir bileşimin fiziksel karışımını taramak önemlidir. Bu, amorf katı dispersiyonlardaki (ASD'ler) verilerin yanlış yorumlanmasını önleyecektir, eğer amorf API'nin işlenmiş bileşiminde bir LBE ile yeniden kristalleşmesi araştırılırsa. Bu tür bileşimlerdeki kristallerin küçük fraksiyonlarını tespit etmek için, sinyallerin beklendiği bölgelere yakınlaştırmak önemlidir. (iii) Kılcal damarları doldurmak için ince toz sağlamak üzere numunelerin öğütülmesi, dış ısı ve stresi önlemek için düşük bir sıcaklıkta yapılmalıdır. Bu, numunedeki lipitin katı durumunda değişikliğe neden olabilir. Kılcal damarların yoğun doldurulması, parçacıklar arasında hava sıkışmasını önlemek ve x-ışınının parçacıklar tarafından kusursuz saçılmasını sağlamak için önemlidir.

DSC, lipitlerin termal davranışını taramak, lipit matrisindeki katkı maddelerinin ve / veya API'nin karışabilirliğini tahmin etmek ve faz diyagramları sağlamak için güçlü bir araçtır. Erime ve kristalleşme başlangıçları ve zirveleri ile her olayın entalpisi de dahil olmak üzere termodinamik olay, mevcut polimorfik formlar, olası polimorfik geçişler ve farklı faz geçişleri hakkında yararlı bilgiler sağlar. Bununla birlikte, x-ışını kırınımının aksine, DSC ölçümlerinde uygulanan ısı, lipitlerin katı hal davranışını manipüle edebilir ve ölçümler sırasında polimorfik ve faz geçişine neden olabilir. Bu nedenle, lipit katı hal analizi için bu tekniğin tek kullanımından kaçınılması şiddetle tavsiye edilir. Bu yöntem, x-ışını kırınımını tamamlayıcı bir teknik olarak kullanılmalıdır. Birleştirilmiş DSC ve x-ışını kırınımı, gıda endüstrisinde lipid katı hal analizi 30,31,32,33,34 için yaygın olarak kullanılmaktadır. İlaç endüstrisindeki uygulaması, API'ler35,36,37'deki polimorfik değişikliklerin tespiti ile sınırlıdır. DSC'nin tek kullanımının diğer dezavantajı, multifazik lipit sistemlerinin karakterizasyonudur, çünkü termal olayların yoğunluğu konsantrasyona bağlıdır. Ayrıca, çakışan termal olaylar meydana gelebilir. Sıcaklık modülasyonlu DSC, kinetik olayların ve örtüşen geçişlerin ayrılmasını sağlayan multifazik sistemlerin karakterizasyonu için kullanılabilir38,39.

Protokolde açıklanan DSC denemelerinin uygulanması için aşağıdaki noktalara dikkat edilmelidir: (i) Deneylere dayanarak, gerekirse ikinci bir ısıtma döngüsü uygulanabilir. (ii) Analiz sırasında lipitlerin özgül ısı kapasitesinin (Cp) sabit davranışı nedeniyle, doğrusal bir taban çizgisinin seçimi uygundur. (iii) Erime başlangıcını (To) elde etmek için, hesaplama sınırları tanımlanmalıdır. Minimum ve maksimum sınırlar, türev eğrisinin en uç noktasını ve taban çizgisinin en doğrusal aralığını içermelidir. Çekimsel teğet ile taban çizgisi arasındaki kesişme noktası Kime olarak belirlenir.

İyi ayrılmış zirvelere sahip termogramlar söz konusu olduğunda, eğrinin altındaki alanı hesaplayarak her olayın entalpisi dikkate alınması önerilir. Veriler, sistemdeki polimorfik veya faz geçişinin derecesini, x-ışını kırınım verileriyle birlikte açıklamak için yararlıdır.

Bu makale, LBE'lerin ve farmasötik ürünlerinin analizi için altın standartlarla ilgilidir. Diğer analitik yöntemler tamamlayıcı yöntemler olarak kullanılabilir. Örnekler, proses stresinin kristalleşme hızı ve dolayısıyla kristallerin şekli ve morfolojisi üzerindeki etkisini araştırmak için polarize ışık mikroskobu ve taramalı elektron mikroskobu gibi nitel mikroskopik yöntemlerdir. Lipid bazlı farmasötik ürün geliştirme yaklaşımı, fizikokimyasal LBE'lerin karakterizasyonuna, seçilen üretim süreçleriyle ilgili kritik özelliklerini tanımlamaya ve işlenebilirliklerini tahmin etmeye dayanmalıdır. Eksipiyan-API etkileşimleri de her bir API40 için dikkatlice taranmalıdır. Seçilen üretim sürecine bağlı olarak daha fazla analitik yöntem eklenmelidir. Sağlam ve stabil lipid bazlı farmasötik ürünler tasarlamak için yapı-fonksiyon-işlenebilirlik ilişkisi dikkatlice anlaşılmalıdır.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Yazarlar her türlü çıkar çatışmasını açıklar.

Acknowledgments

Araştırma Merkezi Farmasötik Mühendisliği (RCPE), BMK, BMDW, Land Steiermark ve SFG tarafından COMET - Mükemmel Teknolojiler için Yetkinlik Merkezleri çerçevesinde finanse edilmektedir. COMET programı FFG tarafından yönetilmektedir.

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

Kimya Sayı 186
Lipid Bazlı Eksipiyanların Katı Hal Değişimini Araştırmak için Yerleşik Analitik Araçlar Paketi
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