Badania preformulacyjne

Transkrypt

1 Badania preformulacyjne Janina Lulek Wykład 3, TPL2, 2017/18 Katedra i Zakład Technologii Postaci Leku, Uniwersytet Medyczny im. Karola Marcinkowskiego w Poznaniu Po wykładzie student powinien Znać cele i obszary badań preformulacyjnych Umieć opisać właściwości substancji aktywnej, które decydują o możliwości jej wprowadzenia w postać leku Potrafić wskazać metody analityczne wykorzystywane do wyznaczania wybranych parametrów fizykochemicznych charakteryzujących substancję aktywną 2 1

2 LOSY POSTACI LEKU W USTROJU POSTAĆ LEKU rxkinetics.com 3 Rozwój formulacji Rozwój produktu leczniczego (rozwój farmaceutyczny) Rozwój procesu Rozwój opakowania 4 2

3 Schemat rozwoju produktu leczniczego Charakterystyka API Projektowanie postaci leku Ustalenie składu recepturowego Projektowanie procesu technologicznego Badania biofarmaceutyczne BADANIA PREFORMULACYJNE Określenie cech leku decydujących o skuteczności terapii i bezpieczeństwie pacjenta Jakościowe i ilościowe Charakterystyka substancji pomocniczych Schemat blokowy Określenie i wybór parametrów krytycznych Optymalizacja procesu Wytworzenie serii Specyfikacja międzyoperacyjna Specyfikacja produktu gotowego Do badań klinicznych Rejestracyjnych (pilotażowych) 5 Walidacja procesu Wytworzenie serii komercyjnych CZYNNIKI FARMACEUTYCZNE W PROJEKTOWANIU POSTACI LEKU SUBSTANCJA AKTYWNA SUBSTANCJA POMOCNICZA TECHNOLOGIA POSTAĆ LEKU Charakter chemiczny S. tworząca postać leku Rozpuszczanie Struktura Log P/logD S. modyfikujące uwalnianie Dyspergowanie pka S. ułatwiające uwalnianie S. opóźniające uwalnianie Kompresja Masa cząsteczkowa Powlekanie Wielkość cząstek Ekstruzja i sferonizacja 6 Polimorfizm Na podstawie "Postać Leku",

4 DEFINICJA Dziedzina nauk farmaceutycznych, która zajmuje się charakterystyką fizykochemicznych (i w pewnym zakresie biologicznych) właściwości API Niektóre źródła poszerzają zakres badań o substancje pomocnicze i opakowania 7 CEL BADAŃ zminimalizowanie problemów związanych z uzyskaniem właściwej postaci leku w kolejnych etapach opracowania leku zredukowanie koszty badań nad lekiem zredukowanie czasu dotarcia leku na rynek (od substancji aktywnej do postaci leku) 8 4

5 OBSZAR BADAŃ wybór właściwej formy API ocena właściwości fizykochemicznych API i substancji pomocniczych (składników opakowania) określenie stabilności materiału w warunkach prowadzących do otrzymania optymalnej postaci (systemu dostarczania leku) 9 Pochodzenie nowych substancji leczniczych (kandydatów na leki) przypadkowe odkrycie synteza chemiczna źródła naturalne procesy biotechnologiczne 10 5

6 CHARAKTERYSTYKA API 1. Masa cząsteczkowa i czystość API 2. Rozpuszczalność i szybkość rozpuszczania 3. Stała dysocjacji 4. Współczynnik podziału/dystrybucji 5. Przenikalność 6. Higroskopijność 7. Wielkość i rozkład cząstek 8. Polimorfizm 9. Właściwości zsypowe 10. Metoda oznaczania 11. Kompatybilność z substancjami pomocniczymi 12. Stabilność 11 MASA CZĄSTECZKOWA większość API - od 100 do 1000 Da < 100 Da np. sole litu >1000Da - peptydy, białka, przeciwciała wpływ na: rozpuszczalność przenikalność przez błony metody wyznaczania spektrometria mas (MS) analiza elementarna elektoforeza żelowa (GE) elektroforeza kapilarna (HRGE) ultrawirowanie osmometria krioskopia 12 6

7 CZYSTOŚĆ zanieczyszczenia API (wg Q8A ICH) organiczne: pozostałości po syntezie i reagentów nieorganiczne: metale ciężkie i substancje stosowane w procesach oczyszczania rozpuszczalnikami zewnętrzne (aparatura, miejsce) wpływ zanieczyszczeń rozpuszczalność (defekty kryształu) stabilność metody wyznaczania czystości temp. topnienia i temp. wrzenia współczynnik załamania światła metody oznaczania zanieczyszczeń bezpośrednie spektroskopowe (UV-VIS, IR, NMR, ) spektrometryczne (MS) elektrochemiczne (woltamperometria) termiczne (TG, DSC) rozdzielcze i łączone chromatograficzne (TLC, HPLC, GC, ) Wymagana czułość metod 0.1% 13 Rozpuszczalność Określa powinowactwo substancji rozpuszczanej do rozpuszczalnika Ilość substancji tworzącej roztwór nasycony w określonej ilości (najczęściej w 100 g) rozpuszczalnika, temperaturze i ciśnieniu jest pojęciem termodynamicznym W przypadku substancji leczniczej - ilość części rozpuszczalnika koniecznych do rozpuszczenia 1 cz. substancji rozpuszczanej 14 7

8 ROZPUSZCZALNOŚĆ S -rozpuszczalność całkowita S a -rozpuszczalność wolnego kwasu w roztworze nasyconym S a - rozpuszczalność soli w roztworze nasyconym Ansel s Pharmaceutical Dosage Forms and Delivery Drug Systems, ROZPUSZCZALNOŚĆ Problemy warunkiem absorpcji API, niezależnie od drogi podania jest jej odpowiednia rozpuszczalność w wodzie rozpuszczalność API < mg/ ml w ph 1 7 (temp C) potencjalny problem z biodostępnością słabo rozpuszczalne API potencjalnie większe oddziaływanie z żywnością trudności w opracowaniu form parenteralnych trudności w ocenie toksyczności Testy rozpuszczalności woda, bufory o różnym ph, etanol, 0.9% NaCl, sztuczny sok żołądkowy (SGF) i płyn jelitowy (SFI) Modele in silico 16 8

9 SZYBKOŚĆ ROZPUSZCZANIA Opisuje kinetykę tego procesu V Szybkość rozpuszczania I prawo dyfuzji Ficka dc dt specyficzna szybkość rozpuszczania pozorna szybkość rozpuszczania ROZSZERZENIE ZAGADNIENIA NA KOLEJNYCH WYKŁADACH!!! V szybkość rozpuszczania C stężenie API w roztworze t - czas równanie Noeys-Whitney'a 17 ROZPUSZCZALNOŚĆ I SZYBKOŚĆ ROZPUSZCZANIA rozpuszczalność API< 10mg/mL słaba; mg/ml- średnia; > 60mg/mL- dobra Poprawa użycie lepiej rozpuszczalnych form API np. soli, estrów reakcje kompleksowania użycie współrozpuszczalników (kosolwentów) użycie solubilizatorów (surfaktantów, rozpuszczalników organicznych) użycie liposomów zmniejszenie wielkości cząstek zwiększenie powierzchni (nanokryształy) Biofarmaceutyczna klasyfikacja API (BCS) Klasa I wysoka przenikalność; wysoka rozpuszczalność Klasa II wysoka przenikalność; niska rozpuszczalność Klasa III niska przenikalność; wysoka rozpuszczalność Klasa IV niska przenikalność; niska rozpuszczalność 18 9

10 STAŁA DYSOCJACJI (pk a ) Właściwości kwasowo-zasadowe API wpływ na: ADME, rozpuszczanie, tworzenie soli, projektowanie optymalnej formy leku stała dysocjacji Stała dysocjacji zależy od: K BH siły jonowej roztworu (0.15 mol/l KCl lub HCl) [A ]*[H O ] [HA] 3 KHA [B]*[H ] [BH ] rodzaju rozpuszczalnika (woda, API słabo rozpuszczalne w H 2 O < 10-4 mol/l - H 2 O + MeOH, EtOH, ACN, DMF, DMSO, aceton, dioksan) temperatury 19 STAŁA DYSOCJACJI (pk a ) Właściwości kwasowo-zasadowe API SŁABY KWAS Równanie Henderssona-Hasselbacha SŁABA ZASADA Metody wyznaczania pk a miareczkowanie potencjometryczne spektrofotemetria UV-VIS elektroforeza kapilarna 20 10

11 Współczynnik Podziału/Dystrybucji P D Rzeczywisty współczynnik podziału Pozorny współczynnik podziału Forma niezdysocjowana substancji Forma niezdysocjowana i zdysocjowana substancji Log P = log10 (P) Log P> 3 - utrudnione przenikanie DOBRA ABSORPCJA 1< log P < 3 Kwas Log D = log10 (D) Zasada Metody wyznaczania: równowagowa (Shake Flash) dla substancji o logp od -2 do 4 HPLC dla substancji o logp od 0 do 6 Handbook of Preformulation, Postać Leku, 2013 DYSOCJACJA, LIPOFILOWOŚĆ, ROZPUSZCZALNOŚĆ Handbook of Preformulation,

12 POLIMORFIZM Substancje krystaliczne Substancje stałe z orientacją i uporządkowaniem dalekiego zasięgu we wszystkich 3 kierunkach. Substancje ciekłokrystaliczne Uporządkowanie orientacyjne nie we wszystkich kierunkach, fazy pośrednie między kryształem a izotropową cieczą. Substancje amorficzne Brak uporządkowania dalekiego zasięgu Thomas Rades, POLIMORFIZM Antybiotyki, barbiturany, sulfonamidy, steroidy, leki przeciwzapalne i przeciwcukrzycowe Zjawisko występowania substancji w fazach różniących się typem sieci krystalicznej lub parametrami charakteryzującymi komórkę elementarną polimorfy - substancje występujące w dwóch lub więcej fazach krystalicznych, które mają różne ułożenie i/lub konformacje cząsteczek w komórce kryształu, tzw. rzeczywiste pseudopolimorfy - formy krystaliczne zawierąjące stechiometryczne lub niestechiometryczne ilości rozpuszczalnika (wody) solwaty i hydraty substancje amorficzne brak uporządkowania (szkło, kauczuk) zwykle zbudowane z makrocząsteczek (polimery, białka) 24 12

13 POLIMORFIZM RÓŻNORODNOŚĆ FORM STAŁYCH Polymorph I API cząsteczka Rozpuszczalnik Ko-kryształ "Rzeczywisty polimorfizm Polymorph II Solwat Sól Wiązanie jonowe Formy amorficzne Polymorph III Amorphous phase Ko-kryształ Sól Kryształy wieloskladnikowe Thomas Rades, POLIMORFIZM Przejścia jednej postaci polimorficznej w drugą może zachodzić pod wpływem: - temperatury (suszenia) - czasu (przechowywanie) - ciśnienia (tabletkowania substancji aktywnych i pomocniczych) Badania jakościowe i ilościowe form polimorficznych na etapie preformulacyjnym Diagnostyka polimorficzna wymaganiem w dokumentacji rejestracyjnej leków, 26 13

14 Odmiany polimorficzne i pseudopolimorficzne - TEN SAM SKŁAD CHEMICZNY - faza ciekła i gazowa te same właściwości - faza stała różne właściwości fizyczne takie jak m.in.: - temperatura topnienia i sublimacji, - gęstość, - twardość, - prężność - współczynnik załamania światła, - kolor i kształt kryształu, - szybkość rozpuszczania - stabilność - higroskopijność - właściwości mechaniczne RÓŻNA BIODOSTĘPNOŚĆ Przykłady: - indometacyna - kwas acetylosalicylowy 27 SUBSTANCJE AMORFICZNE Otrzymywanie z form krystalicznych - suszenie rozpyłowe (spray drying), - zamrażanie rozpyłowe (spray freeze drying) - stopienia - hartowanie stopionej substancji (quench cooling) - atmosferyczne zamrażanie rozpyłowe (atmosphere spray freeze drying), - ekstruzja topliwa - mielenie - rozproszenie w ciele stałym - liofilizacja itd

15 SUBSTANCJE AMORFICZNE Cechy form amorficznych: - mniejsza stabilność chemiczna i fizyczna - mniejsza gęstość - większa szybkość rozpuszczania - szybsza sublimacja - większa higroskopijność w porównaniu z odpowiednikami krystalicznymi 29 Synteza Oczyszczanie Krystalizacja Suszenie Mielenie Przechowywanie Krytyczne etapy produkcji produktu leczniczego, w których mogą mieć miejsce zmiany fazy stałej API Substancje pomocnicze Mieszanie Granulacja Przesiewanie Topienie Rozpuszczanie Upłynnienie Liofilizacja Mikrosfery Stałe rozproszenia Liposomy Tabletkowanie Półstałe (czopki, kremy) Doustne Parenteralne Formulacje specjalne Wypełnianie kapsułek OPAKOWANIE PRZECHOWYWANIE Skotnicki M.,

16 POLIMORFIZM 31 ANALIZA FORM POLIMORFICZNYCH Metody spektroskopowe Metody mikroskopowe Spektroskopia w podczerwieni Spektroskopia ramanowska Spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego Mikroskopia skaningowa Mikroskopia stereoskopowa Metody termiczne Metody dyfrakcyjne Analiza termograwimetryczna Różnicowa kalorymetria skaningowa Proszkowa dyfrakcja rentgenowska Pomiary właściwości fizycznych Rozpuszczalność Szybkość rozpuszczania 32 16

17 ANALIZA FORM POLIMORFICZNYCH metody spektroskopowe spektroskopia w podczerwieni (IR), spektroskopia Ramanowska, spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego (NMR) Wiązanie C = O formy ß 33 Identyfikacja dwóch form polimorficznych (α i ß ) substancji taltirelin metod IR. Sykuła et al DYFRAKTOMETRIA PROSZKOWA 34 Paluch i Tajber, Farm.Pol. 65,

18 Analiza termiczna Grupa metod i technik, które pozwalają na pomiar właściwości fizycznych substancji jako funkcji temperatury podczas, gdy jest substancja ta podawana jest działaniu zaprogramowanej zmianie temperatury (wg IUPAC) Analiza termograwimetryczna (TGA) Róźnicowa kalorymetria skaningowa (DSC) 35 Farmaceutyczne znaczenie informacji pochodzących z DSC temperatura topnienia substancje krystaliczne desolwatacja zaadsorbowane i związane rozpuszczalniki przejście szkliste (glass transition) materiały amorficzne ciepło przemian fazowych topnienie, rekrystalizacja ocena czystości API i substancji pomocniczych zanieczyszczenia zgodność API i substancji pomocniczych interakcje kinetyka rozpadu stabilność chemiczna i termiczna przemiany polimorficzne polimorfy i pseudopolimorfy 36 18

19 Przemiany polimorficzne Analiza termiczna CHLOROWODOREK TULOBUTEROLU pochodna alkoholu chlorobenzylowego lek rozszerzający oskrzela, o przedłużonym i selektywnym działaniu pobudzającym na receptory adrenergiczne β2 A, B, C odmiany polimorficzne D forma amorficzna E monohydrat M. Wesołowski, Współczesna analityka farmaceutyczna i biomedyczna w ochronie zdrowia, Poznań, METODY MIKROSKOPOWE A B C 20um 20um 20um A B C 38 19

20 39 20