Επίδραση εκδόχων και άλλων παραγόντων στη σταθερότητα και φωτοσταθερότητα δραστικών ενώσεων σε διαλύματα και σε στερεές φαρμακευτικές μορφές

Abstract

The purpose of this study was to investigate the effect of excipients and of other parameters in both stability and safety of drug product. Excipients may be used to facilitate formulation process, to improve usage or even to improve the efficacy of the drug substance. During stability monitoring of Carvedilol tablets, an unknown degradation product was reported as an unknown chromatographic peak. After a series of experiments, this peak was explained as the interaction between the active substance and polyvinylpyrrolidone (PVP). This interaction was proved to be related to the mass ratio of the two substances, Carvedilol and PVP, and to the water content of PVP. Alteration of blistering materials, as an improvement of formulation process, provided a low humidity micro-environment and improved stability performance of the drug product. The interaction of Carvedilol and PVP is also related with the appearance of two more unknown products. All were isolated with semi preparative chromatography. The chromatographic behaviour of the unknown products was studied using mobile phases with different pH values and alterations of their retention times were attributed to the different alkalinity of aliphatic amine. The unknown products were studied with NMR spectroscopy and both the similarities and the differences from Carvedilol molecule were reported. The original unknown product was characterized as the oxime of Carvedilol and it was justified with Mass Spectroscopy measurements. Photodegradation of Carvedilol was studied using methanol as solvent due to its low solubility. The effect of light irradiation is associated with many parameters and in this study it was attempted to control them so as to reveal the connection between the initial concentration of solution and the rate of photodegradation of Carvedilol. The impact of solvent was also studied and it was reported that solvent composition affects the photodegradation rate. Increasing the aqueous part of the solvent, increased the degradation rate, yet not proportional. ¹H-NMR spectroscopy revealed molecular interactions in the solutions of Carvedilol depending to the sample concentration. The presence of water affected these interactions, mainly when its ratio is high. The photodegradation rate of Carvedilol dissolved in methanol was studied in concentrations from 10⁻⁶ to 10⁻² M and an increase in rate was observed by increasing concentration. The attempt to correlate the photodegradation rate to the sample’s initial concentration revealed linear equation of the logarithmic values of the two parameters. This equation allows the prediction of the photodegradation rate for solutions with known initial concentration and it was used to evaluate the effect of excipients co-existence. It was observed that the presence of PVP increased the rate of photodegradation process of Carvedilol and it reached its highest values at high ratio of PVP/Carvedilol. In case of HP-β-CD, the increase of photodegradation rate was also reported after complexation with Carvedilol (proved with phase solubility study). The correlation between the rate of photodegradation process and the initial sample concentration was also attempted in aqueous solutions of Metronidazole. Metronidazole was selected as a model molecule due to its high water solubility and to the absence of molecular interactions according to NMR spectroscopy. First-order kinetics were found in solutions of low initial concentration, while in solutions of high initial concentrations zero-order kinetics were observed. In this case, the prediction of photodegradation rate may be applied in two different concentration areas, depending on the kinetics order. There is a small concentration area of intermediate values where the characterization of the observed kinetic (zero- or first-order) is not easy and prediction is not feasible. The presence of PVP in Metronidazole solutions of low initial concentration seems to decrease the rate of photodegradation while the presence of HP-β-CD seems to increase it. No other excipient studied had any significant effect. Reproducible experimental process is prerequisite for photodegradation studies. Under these conditions (no excipients or any matter that affects the degradation rate) any increase of the initial sample concentration leads to an increase of the photodegradation rate. The percentage of moles that photodegrade degreased with the increase of initial sample concentration and this may be attributed to the inner filter theory. In cases of very high initial sample concentrations, the percentage of moles undergoing decomposition tend to be stabilized imitating the photodegradation process of solid state (infinite thickness low).

Στην παρούσα εργασία διερευνήθηκε η επίδραση των εκδόχων και άλλων παραγόντων στη σταθερότητα και ασφάλεια του τελικού σκευάσματος. Τα έκδοχα στα φαρμακευτικά σκευάσματα, όπως είναι γνωστό, μπορούν να διευκολύνουν την παραγωγή του σκευάσματος, να βελτιώσουν τα οργανοληπτικά χαρακτηριστικά καθώς και να ενισχύσουν το φαρμακευτικό αποτέλεσμα του δραστικού συστατικού. Στα πλαίσια της παρακολούθησης της σταθερότητας δισκίων καρβεδιλόλης χρωματογραφικά και της προσπάθειας να αντιμετωπιστεί η εμφάνιση αγνώστου προϊόντος αποικοδόμησης, διαπιστώθηκε και διερευνήθηκε η αλληλεπίδραση του δραστικού συστατικού με την πολυβινυλοπυρολιδόνη. Η έκταση της αλληλεπίδρασης αποδείχθηκε πως εξαρτάται από την αναλογία των δυο συστατικών, καρβεδιλόλη και πολυβινυλοπυρολιδόνη, κυρίως όμως από την υγρασία που διαθέτει ή μπορεί να προσροφήσει στο πλέγμα του το πολυμερές. Η βιομηχανική διαδικασία παραγωγής του σκευάσματος και συγκεκριμένα η αλλαγή του πρωτογενούς περιέκτη, εξασφάλισαν συνθήκες μειωμένης υγρασίας και βελτίωσαν τη σταθερότητά του. Η αλληλεπίδραση αυτή που οδηγεί στον σχηματισμό αγνώστου προϊόντος συνδέεται με την εμφάνιση στη συνέχεια δυο ακόμα αγνώστων προϊόντων και όλα απομονώθηκαν με ημιπαρασκευαστική χρωματογραφία. Η χρωματογραφική συμπεριφορά των αγνώστων προϊόντων μελετήθηκαν σε κινητές φάσεις μεδιαφορετικά pH όπου διαπιστώθηκε διαφοροποίηση του χρόνου ανάσχεσης και αποδώθηκε στη διαφορετική βασικότητα του αλειφατικού αζώτου. Μελετήθηκαν με φασματοσκοπία NMR όπου διαπιστώθηκαν οι ομοιότητες και διαφορές από το μόριο της καρβεδιλόλης. Το βασικό άγνωστο προϊόν χαρακτηρίστηκε ως οξίμη της καρβεδιλόλης και επιβεβαιώθηκε με φασματομετρία μάζας. Στη συνέχεια μελετήθηκε η φωτοαποικοδόμηση της καρβεδιλόλης σε μεθανολικά και όχι υδατικά διαλύματα λόγω δυσδιαλυτότητας. Καθώς το αποτέλεσμα της επίδρασης της φωτεινής ακτινοβολίας σε κάποιο σώμα εξαρτάται από πολλές συνθήκες, στη συγκεκριμένη μελέτη έγινε προσπάθεια να διατηρηθούν σταθερές όλες οι παράμετροι έτσι ώστε να μπορέσει να αναδειχθεί η συσχέτιση της αρχικής συγκέντρωσης των διαλυμάτων με την ταχύτητα της φωτοχημικής αποικοδόμησης της καρβεδιλόλης. Από τις συνθήκες των πειραμάτων, διερευνήθηκε η επίδραση της μεταβολής του διαλύτη και διαπιστώθηκε πως η σύστασή του επηρεάζει σημαντικά την ταχύτητα της φωτοχημικής αποικοδόμησης. Παρατηρήθηκε αυξημένη αποικοδόμηση της καρβεδιλόλης σε υδατικό περιβάλλον, δεν διαπιστώθηκε όμως αναλογική σχέση με τη σύσταση του διαλύτη. Με φασματοσκοπία ¹H-NMR διαπιστώθηκαν για τα μεθανολικά διαλύματα της καρβεδιλόλη διαμοριακές αλληλεπιδράσεις που εξαρτώνται από τη συγκέντρωση του δείγματος. Η παρουσία νερού στον διαλύτη επηρεάζει τις αλληλεπιδράσεις αυτές, με σημαντική διαφοροποίηση όταν το νερό υπερβαίνει σε αναλογία το ποσοστό της μεθανόλης. Ο ρυθμός φωτοαποικοδόμησης μεθανολικών διαλυμάτων της καρβεδιλόλης μελετήθηκε στο εύρος συγκεντρώσεων από 10⁻⁶ έως 10⁻²Μ και παρατηρήθηκε να αυξάνεται η αποικοδόμηση (σε M/h) με την αύξηση της συγκέντρωσης του δείγματος. Η προσπάθεια συσχέτισης του ρυθμού της φωτοαποικοδόμησης με την αρχική συγκέντρωση των διαλυμάτων αποκάλυψε τη γραμμική συσχέτιση των λογαρίθμων των δύο παραμέτρων. Η εξίσωση αυτή επιτρέπει την πρόβλεψη του ρυθμού της φωτοαποικοδόμησης για συγκεκριμένη αρχική συγκέντρωση της καρβεδιλόλης και χρησιμοποιήθηκε για να αξιολογηθεί η επίδραση της παρουσίας των εκδόχων. Διαπιστώθηκε πως η παρουσία του PVP επιταχύνει την φωτοχημική αποικοδόμηση και παρατηρήθηκε να έχει συγκεκριμένη δυναμική στην επιτάχυνση η οποία μεγιστοποιείται όταν βρίσκεται σε περίσσεια, στις συνθήκες των πειραμάτων. Στην περίπτωση της HP-β-CD, αφού αποδείχθηκε η σύμπλεξη με την καρβεδιλόλη με την τεχνική διαλυτότητας φάσεων, παρατηρήθηκε η επιτάχυνση της φωτοχημικής αποικοδόμησης. Η κινητική της φωτοχημικής αποικοδόμησης σε συνάρτηση με την αρχική συγκέντρωση, μελετήθηκε επίσης σε υδατικά διαλύματα μετρονιδαζόλης. Η επιλογή της συγκεκριμένης δραστικής ουσίας στηρίχθηκε στην αυξημένη διαλυτότητά της στο νερό και στην απουσία φαινομένων συσσωμάτωσης, όπως αποδείχθηκε με φασματοσκοπία NMR. Διαπιστώθηκε πως στις χαμηλές αρχικές συγκεντρώσεις ακολουθείται πρωτοταξική κινητική και στις υψηλές αρχικές συγκεντρώσεις μηδενοταξική. Στην περίπτωση αυτή, η πρόβλεψη της ταχύτηταςτης φωτοχημικής αποικοδόμησης μπορεί να επιτευχθεί σε δυο περιοχές, ανάλογα με την κινητική. Υπάρχει κάποια περιοχή που η παρατηρούμενη κινητική μεταβάλλεται και δεν μπορεί γραφικά να αποδοθεί με ευκολία σε κάποια από τις δυο κινητικές. Η αξιολόγηση των κινητικών μέσα από την εκτίμηση του μοντέλου που συσχετίζει την μεταβολή της συγκέντρωσης σε συνάρτηση με το χρόνο είναι φαινομενική και χωρίζει τις κινητικές σε μηδενοταξικές και πρωτοταξικές. Η παρουσία πολυβινυλοπυρολιδόνης σε δείγματα με χαμηλή αρχική συγκέντρωση μετρονιδαζόλης δείχνει να μειώνει ενώ η παρουσία HP-β-CD μπορεί να επιταχύνει τον ρυθμό φωτοχημικής αποικοδόμησης. Στα υπόλοιπα έκδοχα που μελετήθηκαν, δεν παρατηρήθηκε κάποια σημαντική επίδραση. Οι μελέτες φωτοχημικής αποικοδόμησης είναι μια ιδιαίτερη κατηγορία χημικών αντιδράσεων. Η εκτίμηση της επίδρασης κάποιας παραμέτρου απαιτεί απόλυτα επαναλήψιμες πειραματικές συνθήκες. Διαπιστώνεται, με σωστό έλεγχο των συνθηκών, πως όταν δεν υπάρχουν άλλες επιδράσεις, όπως παρουσία εκδόχων ή προϊόντων διάσπαση που δουν καταλυτικά, η αύξηση της αρχικής συγκέντρωσης οδηγεί σε αύξηση της ταχύτητας της αποικοδόμησης. Το % ποσοστό των moles που αποικοδομούνται συνεχώς ελαττώνεται με την αύξηση της αρχικής συγκέντρωσης και αποδίδεται στο φαινόμενο εσωτερικού φίλτρου. Σε πολύ υψηλές συγκεντρώσεις το ποσοστό αυτό σταθεροποιείται ως αποτέλεσμα του φαινομένου απείρου πάχους. Στη συγκεκριμένη εργασία, τα αποτελέσματα της φωτοχημικής αποικοδόμησης μελετήθηκαν με δυο διαφορετικούς τρόπους. Ο κύριος αφορούσε στη συσχέτιση της ταχύτητας της φωτοχημικής αποικοδόμησης με την αρχική συγκέντρωση των διαλυμάτων που έδωσε τη δυνατότητα να εκτιμάται η φαινομενική τάξη της αντίδρασης, τόσο σε περιοχές όπου αξιολογείται ως μηδενοταξική όσο και σε περιοχές που χαρακτηρίζεται ως πρωτοταξική. Με τον τρόπο αυτό απεικονίστηκε και η περιοχή των ενδιάμεσων και μικτών κινητικών, όπου η τάξη της αντίδρασης μεταβάλλεται. Ο δεύτερος τρόπος εργασίας αφορούσε στην εκτίμηση και σύγκριση των t95% ή t80% και δίνει τη δυνατότητα να διακριθεί η περιοχή που ακολουθείται μηδενοταξική κινητική. Οι δυο τρόποι εργασίας δίνουν τα ίδια αποτελέσματα και επιβεβαιώνουν τη σταθερότητα του πρωτοκόλλου εργασίας και τη δυνατότητα διερεύνησης, μεθοδικά, των παραμέτρων που αφορούν στην επίδραση του φωτός σε φαρμακευτικά μόρια και σκευάσματα.