Polimery w Medycynie 00, T. 40, Nr 3 Wpływ wybranych substancji hydrofilizujących na uwalnianie metronidazolu z hydrożelowych opatrunków stomatologicznych na bazie Carbopolu 97P Dorota Kida, Janusz Pluta Katedra Technologii Postaci Leku, Akademia Medyczna we Wrocławiu Streszczenie Celem podjętych badań była ocena wpływu składu jakościowego i ilościowego podłoża na dostępność farmaceutyczną metronidazolu. Sporządzono hydrożele zawierające % dyspersję Carbopolu 97P oraz zmienną ilość glicerolu, glikolu propylenowego i makrogolu 400. Otrzymane formulacje doprowadzano do wartości ph 6,06,, a następnie dodawano metronidazol w ilości %. Badanie dostępności farmaceutycznej przeprowadzono w warunkach in vitro, oceniając szybkość dyfuzji substancji leczniczej przez membranę półprzepuszczalną do płynu akceptorowego. Ilość metronidazolu uwolnionego w jednakowych odstępach czasu oznaczano spektrofotometrycznie. Najwyższą dostępnością farmaceutyczną spośród formulacji sporządzanych na bazie % wodnej dyspersji Carbopolu 97P i zawierających zmienną ilość hydrofilizatora, charakteryzował się żel zawierający 99% macierzy polimerowej oraz % glicerolu. Dla tego opatrunku stwierdzono najkrótszy czas połowicznego uwalniania metronidazolu. Słowa kluczowe: hydrożele, opatrunki stomatologiczne, Carbopol The effect of selected hydrophilisers on metronidazole release from hydrogels stomatological dressings on the basis of Carbopol 97 Summary The aim of this study was to assess the influence of qualitative and quantitative base composition on pharmaceutical availability of metronidazole. Hydrogels contain water dispersion of % Carbopol 97P and various concentration of glycerol, polyethylene glycol and propylene glycol were preparated. Produced formulations were neutralized to the ph 6,0 6, with triethanolamine, and metronidazole in concentration % added. The test for pharmaceutical bioavailability was performed in vitro, the rate of diffusing therapeutic agent through a semipermable into acceptor fluid was tested. The quantity of metronidazole released at the same time intervals was tested by spectrophotometric method. Hydrogel consists of 99% water dispersion of Carbopol 97P and % glycerol characterized by the largest pharmaceutical bioavailability. Key words: hydrogels, stomatological dressing, Carbopol WSTĘP Miejscowe systemy uwalniające substancje o działaniu przeciwbakteryjnym są we współczesnej periodontologii pożądaną i najmniej inwazyjną postacią leku. Bezpośrednia aplikacja terapeutyku na zakażoną błonę śluzową lub do kieszonki, umożliwia stosowanie mniejszych dawek leku przez krótszy czas [, ]. Zmniejsza się dzięki temu ryzyko wystąpienia działań toksycznych i oporności często towarzyszących terapii ogólnej [3, 4]. Konieczne jest więc zasto-
4 DOROTA KIDA, JANUSZ PLUTA sowanie nośnika utrzymującego się na błonie śluzowej przez okres działania leku biodegradowalnego, o dobrych właściwościach organoleptycznych. Carbopole (polimery kwasu poliakrylowego) znajdują szerokie zastosowanie w technologii farmaceutycznej, m. in. do otrzymywania żeli i bioadhezyjnych postaci leku. Stwierdzono, że zapewniają korzystny profil uwalniania dla wielu substancji leczniczych [, 6, 7]. Serie polimeru oznaczone literą P mogą być stosowane na błony śluzowe i doustnie [8, 9]. Wodne dyspersje Carbomeru charakteryzują się niską lepkością i kwaśnym odczynem o ph,33,8. Neutralizowany np. trietanoloaminą żel do wartości ph 6,09,0 gęstnieje i zwiększa lepkość, uzyskując wymagane dla opatrunku stomatologicznego właściwości [0, ]. Możliwość modyfikacji składu jakościowego i ilościowego nośnika, pozwala na uzyskanie pożądanych właściwości fizykochemicznych. Można więc sądzić, że wprowadzenie do żelu substancji hydrofilizujacych, wpłynie korzystnie na parametry istotne dla opatrunku stomatologicznego, tj. wydłuży czas uwalniania leku i kontaktu żelu z miejscem podania. MATERIAŁ I METODY Materiał Metronidazol (Sigma Chemical CO, St. Louis, USA); Carbopol 97P (BF Goodrich, Speciality Chemicals, Water Soluble Polymers Division, Cleveland Ohio); Glikol propylenowy, (Polskie Odczynniki Chemiczne, Gliwice, Polska); Trietanoloamina (Polskie Odczynniki Chemiczne, Gliwice, Polska); Gliceryna bezwodna (Firma Chempur, Piekary Śląskie, Polska); Polietylenoglikol 400 (Fluka AG, Buchs SG Szwajcaria); Błona półprzepuszczalna średnica porów 3Å (Benberg, Niemcy); Woda oczyszczona przygotowana zgodnie z wymogami Farmakopei Polskiej VIII. Aparatura Aparat łopatkowy Varian VK 70, USA; Spektrofotometr Cecil 000 Instruments Cambridge, England; Pehametr Hanna Instrument; Elektroda zespolona Jenway elektroda szklana i chlorosrebrowa w jednej oprawie; Reometr Brookfield typ DV-III z łaźnią wodną; Unguator e/s GAKO; Waga analityczna Sartorius; Waga techniczna, Radwag, Zakład Mechaniki Precyzyjnej Radom. Przygotowanie hydrożeli Skład badanych formulacji przedstawiono w tabeli. Wytwarzano wodną % dyspersję Carbopolu z dodatkiem substancji hydrofilizującej. Powstałe hydrożele przechowywano w lodówce. Układ doprowadzano do wartości ph w zakresie 6,06, za pomocą trietanoloaminy. Do otrzymanej formulacji wprowadzano substancję leczniczą w ilości % i homogenizowano 7 min w zamkniętym pojemniku. Tabela. Skład opatrunków Table. Composition of dressings Oznaczenie formulacji % wodna dyspersja Carbopolu 97P Makrogol 400 Glicerol Glikol propylenowy, Trietanoloamina PEG PEG PEG G G G GP GP GP 99 98 9 99 98 9 99 98 9
HYDROŻELE Ilościowe oznaczanie metronidazolu Ilość uwolnionego metronidazolu oznaczano spektrofotometrycznie w aparacie Cecil 000, przy analitycznej długości fali 39, nm wobec odnośnika wody. Pomiary wykonywano sześciokrotnie i obliczano średni wynik. Stężenie substancji w każdej z próbek odczytywano na podstawie krzywej wzorcowej (ryc. ), (r = 0,9996, p = 0,0, r = 0,999, y = 0,003 +,607x; x stężenie, y absorbancja), którą wykreślono na podstawie pomiaru absorbancji wodnych roztworów metronidazolu o wzrastających stężeniach. Roztwory do badania przygotowano metodą kolejnych rozcieńczeń roztworu podstawowego o stężeniu mg/ml. absorbancja,0,00 0,80 0,60 0,40 y =,607x + 0,003 0,0 R = 0,999 0,00 0,00 0,0 0,0 0,0 0,0 0,03 stężenie metronidazolu [mg/ml] Ryc.. Wykres zależności absorbancji od stężenia wodnego roztworu metronidazolu. X stężenie metronidazolu, Y absorbancja Fig.. The absorbance of water solutions contain different concentrations of metronidazole Badanie dostępności farmaceutycznej metronidazolu z hydrożelu Szybkość dyfuzji metronidazolu z podłoży hydrożelowych badano metodą membranową w aparacie łopatkowym (Varian VK 70) wg FP VIII, przy użyciu komór dyfuzyjnych. Błonę półprzepuszczalną przed nałożeniem zanurzano na min w wodzie destylowanej. Przygotowane komory wprowadzano do naczynia zawierającego 000 ml. wody destylowanej, stanowiącej płyn akceptorowy. Roztwór nad pojemnikiem mieszano mieszadłem łopatkowym z szybkością 90 obr/min. Próbki pobierano co min w czasie 0 min. Dane analizowano w programie STATISTICA, a wyniki opisujące proces uwalniania metronidazolu przedstawiono w tabeli. Przebieg procesu uwalniania metronidazolu z poszczególnych formulacji przedstawiono na rycinie, a całkowitą jego ilość uwolnioną w czasie 0 min na rycinie 3. Badanie lepkości dynamicznej Badania reologiczne opatrunków przeprowadzono przy użyciu reometru cyfrowego, połączonego z termostatem łaźniowym w temp. 37 o C ± 0, C. Dla próbek uzyskano wartości naprężeń ścinających (N/m ) przy rosnącej, a następnie malejącej szybkości ścinania. Na podstawie uzyskanych wartości obliczono lepkość dynamiczną [mpas]. Przykładowe wyniki dla formulacji zawierającej % glikolu propylenowego przedstawiono w tabeli 3, a graficznie w postaci reogramu na rycinie 4. Tabela. Wartości stałej równania (K) opisujacej proces uwalniania metronidazolu z opatrunków i czas połowicznego uwalniania (t 0, ) Table. The value of the equation constant (K) determining the process of metronidazole release from dressings and half release time (t 0, ) Oznaczenie formulacji Stała szybkości uwalniania K [min ] r Czas półuwalniania T 0, [min] Średni procent uwolnionej substancji z opatrunków PEG PEG PEG G G G GP GP GP 0,006 0,008 0,0049 0,0064 0,006 0,000 0,0038 0,004 0,007 0,9904 0,9870 0,987 0,9943 0,9886 0,9863 0,9868 0,980 0,9883 3,7 9,48 4,93 08,8 3,7 38,60 8,37 69,00,8 6, 6,6 60,4 69,8 6, 60,9,86 4,48 64,6
6 DOROTA KIDA, JANUSZ PLUTA % uwolnionego metronidazolu 80 70 60 0 40 30 0 0 30 4 60 7 90 0 0 3 0 czas [minuty] PEG% PEG% PEG% G% G% G% GP% GP% GP% Ryc.. Procent uwolnionego metronidazolu z opatrunków Fig.. Percentage of released metronidazole from dressings % uwolnionego metronidazolu po czasie 0 minut 80 7 70 6 60 0 4 Ryc. 3. Skategoryzowany wykres ramka-wąsy ilustrujący całkowity procent uwolnionego metronidazolu z poszczególnych żeli Fig. 3. Graph of total percentage of metronidazole releasaed from particular hydrogels Średnia Średnia±Błąd std Średnia±,96*Błąd std PEG % PEG % PEG % G % G % Skład żelu G % Omówienie wyników i dyskusja W pracy analizowano uwalnianie metronidazolu z otrzymanych opatrunków stomatologicznych. Badaniom poddano 9 własnych formulacji różniących się składem jakościowym i ilościowym. Wszystkie formulacje charakteryzowały się dobrymi właściwościami organoleptycznymi i plastycznymi. Przeprowadzone analizy reologiczne umożliwiły wykreślenie krzywych płynięcia, ilustrujących zależność szybkości ścinania od naprężenia ścinającego (ryc. 4). GP % GP % GP % szybkość ścinania [s - ] 600 00 400 300 00 00 0 0 00 000 00 000 naprężenie ścinające [Nm ] Ryc. 4. Przykładowy reogram krzywej płynięcia dla żelu zawierającego % glikolu propylenowego Fig. 4. Flow curves of hydrogel contains propylene glikol in concentrations %
HYDROŻELE 7 Tabela 3. Przykładowe wyniki badań reologicznych dla żelu zawierającego % glikolu propylenowego Table 3. Results of the rheological tests of gel contains propylene glycol in concentration % Pomiar Szybkość ścinania D [s ] Naprężenie ścinające τ [Nm ] Lepkość ŋ [mpas] 3 4 6 7 8 9 0 3 4 6 7 8 9 0 3 4 6 7 8 9 30 3 3 33 34 3 36 37 38 39 40 4 4 43 44 4 46 47 48 49 3,04 4,4 6,44 80,64 99,84 9,84 38,4 7,44 76,64 9,84,04 34,4 3,44 7,64 9,84 3,04 330,4 349,44 368,64 387,84 407,04 46,4 44,44 464,64 483,84 464,64 44,44 46,4 407,04 387,84 368,64 349,44 330,4 3,04 9,84 7,64 3,44 34,4,04 9,84 76,64 7,44 38,4 9,04 99,84 80,64 6,44 4,4 3,04 43, 606,68 783,7 877,0 960,74 030,36 090,04 47,7 99,44,6 96,9 34,66 386,4 46,0 467,97 0,76 4,7 77,37 63,8 646,99 680,8 70,64 74,47 774,30 80,4 83,98 808, 778,7 748,44 76,6 684,78 60,97 67, 83,34 49,,73 473,94 434,6 394,37 30,6 30,87,3 0,4,70 09,03 08,38 96,77 877,0 779,74 6,60 436,7 7,8 087,80 96,8 86,6 788, 78,99 679,03 638,87 603,0 73,0 47,04 3, 03,0 484, 466,80 4,40 437,60 44,66 4,93 40,33 39,8 38,86 37,46 394,8 40,9 47,0 49, 44,6 47,03 47,46 489,69 09,0 30,9 4,48 8,7 6,6 648,43 689,6 737,9 797, 87,97 967,49 093,78 7,7 7,4 076,7 3384,7
8 DOROTA KIDA, JANUSZ PLUTA ln z % uwolnionego metronidazolu 4,7 4,6 4, 4,4 4,3 4, 4, 4 3,9 3,8 3,7 3,6 3, ln% pozostałości metronidazolu 0 0 40 60 80 00 0 40 60 czas [minuty] PEG% PEG% PEG% G% G% GP% GP% GP% G% Ryc.. Półlogarytmiczny przebieg procesu uwalniania metronidazolu z opatrunków Fig.. Semi-logarithmic course of the process metronidazole released from dressings Tabela 4. Istotne statystycznie różnice w procencie uwolnionego metronidazolu z opatrunków. Wyniki testu NIR. Table 4. Results of NIR test PEG PEG PEG G G G GP GP GP PEG + + PEG + + PEG + + + G + + + + G + + G + + GP + + + + + + + GP + + + + + GP + + (+) różnica istotna statystycznie, () różnica nieistotna statystycznie Szybkość ścinania w zależności od naprężenia ścinającego zwiększa się do pewnej wartości, a następnie maleje. Krzywe płynięcia wszystkich żeli tworzą charakterystyczne pętle histerezy, wskazujące na występowanie zjawiska tiksotropii. Obliczono wartość lepkości dla poszczególnych szybkości ścinania. Lepkość malała wraz ze wzrostem szybkości ścinania, a układ ulegał rozrzedzeniu. Uzyskane reogramy nie są liniami prostymi. Badane żele są więc cieczami nieniutonowskimi, wykazującymi zdolność rozciągania. Cechy reologiczne badanych układów (tiksotropia, plastyczność) warunkują ich korzystne właściwości aplikacyjne (wyciskanie z tuby, aplikację). Proces uwalniania dla wszystkich formulacji przebiegał zgodnie z kinetyką pierwszego rzędu. Na podstawie uzyskanych wyników sporządzono wykresy przebiegu uwalniania, przedstawiające zależność log pozostałości metronidazolu w danym opatrunku od czasu (ryc. ). Wyznaczono stałe szybkości procesu uwalniania oraz czasy półuwalniania z opatrunków w czasie 0 min, które zestawiono w tabeli (tab. ). Dla poszczególnych formulacji wyznaczono równania regresji (p = 0,0), a wartość współczynnika determinacji świadczy o dobrym dopasowaniu funkcji do danych empirycznych. Wszystkie preparaty zapewniają dobrą dostępność farmaceutyczną; w czasie badania ze wszystkich żeli uwolniło się ponad 0% substancji. Poszczególne opatrunki wykazują różnice w dostępności farma-
HYDROŻELE 9 ceutycznej, co spowodowane jest zmianami ilościowymi i jakościowymi w ich składzie. W grupie żeli zawierających makrogol 400 zaobserwowano, że jego % dodatek prowadził do zwiększenia szybkości uwalniania, w porównaniu do formulacji zawierającej ten hydrofilizator w stężeniu lub %. W grupie preparatów zawierających glikol propylenowy zaobserwowano, że wraz ze wzrostem stężenia hydrofilizatora w zakresie % wzrasta ilość uwolnionej substancji. Wyniki porównania, pomiędzy którymi formulacjami występują statystycznie istotne różnice przedstawiono w tabeli 4. Wskazują one, iż przy poziomie istotności p=0,0 porównując dostępność farmaceutyczną pomiędzy poszczególnymi opatrunkami, jest ona zmienna i zależy od rodzaju i stężenia hydrofilizatora. WNIOSKI. Uzyskane wyniki wskazują, że rodzaj oraz stężenie hydrofilizatora wpływa na dostępność farmaceutyczną opatrunków hydrożelowych.. Najwyższą dostępnością farmaceutyczną charakteryzował się żel, zawierający % dodatek glicerolu do 99% wodnej dyspersji Carbopolu 97P. 3. Uwalnianie metronidazolu z hydrożeli przebiegało zgodnie z kinetyką pierwszego rzędu. 4. Rozpiętość czasów połowicznego uwalniania, mieściła się w granicach od 69 min dla formulacji zawierającej % glikolu propylenowego do 9 min dla żelu z dodatkiem % makrogolu 400. LITERATURA [] Jain N., Jain G. K., Javed S., Iqbal Z., Talegaonkar S., Ahmad J. F., Khar R. K.: Recent approaches for the treatment of periodontitis. Drug Discovery Today, (008), 3, 93943. [] Pluta J., Karolewicz B.: Właściwości fizykochemiczne opatrunków stomatologicznych na bazie biodegradowalnych niejonowych polimerów. Polim. Med. (00), 3, 34, 09. [3] Konopka T.: Algorytmy kompleksowego leczenia zapaleń przyzębia. Czas. Stomat. (00), 4, 6, 363368. [4] Sender-Janeczek A., Ziętek M.: Miejscowe zastosowanie antyseptyków i antybiotyków w leczeniu przewlekłego zapalenia przyzębia przegląd piśmiennictwa. Dent. Med. Probl. (007), 44, 3, 39640. [] Kołodziejska J., Berner-Strzelczyk A., Piechota-Urbańska M.: Suche ekstrakty roślinne w recepturze hydrożeli stomatologicznych z Carbopolem 97P. Polim. Med. (009), 39, 3, 736. [6] Zgoda M. M., Kołodziejska J.: Effect of rheological parameters on pharmaceutical availability of ketoprofen from hydrogel products made on Carbopol base. Polim. Med. (00), 36,. [7] Kołodziejska J.: Carbopol 974P w recepturze hydrożeli stomatologicznych o działaniu przeciwzapalnym. Polim. Med. (008), 38, 738. [8] Zgoda M., Kołodziejska J.: Polimery kwasu poliakrylowego jako nowoczesne substancje pomocnicze stosowane w produkcji środków farmaceutycznych podawanych na skórę, zawiesin i bioadhezyjnych postaci o przedłużonym działaniu. Farmacja Pol., (008), 64, 7383. [9] Janicki S., Fiebig., Sznitowska M.: Farmacja Stosowana. PZWL, Warszawa 003, 6693. [0] Taberner T. S., Martin-Villodre A., Pla- Delfina J. M., Heurez J. V.: Consistency of Carbopol 97P NF gels and influence of soluble and cross linked PVP. Int. J. Pharm. (00), 33, 430. [] Rowe R. C., Sheskey P. J., Weller P. J.: Handbook of Pharmaceutical Excipients. (003), Pharmaceutical Press and American Association, 899, 89,, 4348. Adres autorów Katedra Technologii Postaci Leku Akademia Medyczna we Wrocławiu ul. Szewska 38, 0-39 Wrocław tel. 7 784 03 e-mail: dorkid@wp.pl