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1.- Aceites aromáticos usados por los griegosdepa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/2015-1-Liberacionpulmonar_28998.pdf · faringe, laringe < 20-30 mm < 10-20 mm < 2-10 mm . Ramificaciones

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1.- Aceites aromáticos usados por los griegos

2.- Sofisticados aparatos y formulaciones

3.- Chips de computadora conduciendo equipos

aspersantes

4.- Novedosas formulaciones en polvo para la

liberación sistémica de polipéptidos.

1984 1988

Beta agonistas

$121,000,000 $238,000,000

Cromolin sodico

$12,000,000 $56,000,000

Technology and Product Focus Drug Delivery Systems

Source: IMS America - Drug delivery based products

Oral CR

60%

Implant

10%

Inhalation

27%

Transdermal

8%

All Other

2%

DRUG DELIVERY SEGMENTS

WORLDWIDE MARKET / GROWTH ($ IN BILLIONs)

TECHNOLOGY 2000 2005 GROWTH

CONTROLLED RELEASE 14.2 26.3 85%

PULMONARY, INHALATION 11.7 22.6 93%

TRANSNASAL DELIVERY 8.2 16.0 95%

TRANSMUCOSAL 2.4 6.5 171%

TRANSDERMAL DELIVERY 6.7 12.7 90%

INJECTABLE/IMPLANTABLE 3.8 7.2 89%

NEEDLE-LESS INJECTION 0.4 1 150%

RECTAL 0.5 1.2 140%

LIPOSOMAL 1.2 3.3 175%

CELL/GENE THERAPY 0 5 0%

MISCELLANEOUS 1.5 2.5 67%

TOTAL 50.6 104.3 106%

Terapia local

.- Tratamiento y profilaxis de las enfermedades

de las vías respiratorias (asma)

.- Rapidez y disminución de la dosis

Terapia sistémica (ergotamina, proteínas, etc.)

.- Gran superficie (80 m2- 2 a 6 x 108 alvéolos)

.- Abundancia de capilares

.- Mínimo espesor de la barrera aire-sangre (1mm-

0.1mm)

Tratamiento sistémico

.- Polipéptidos

Ventajas:

.- El fármaco comienza a actuar

rápidamente

.- Se necesitan menores dosis que por vía

oral o intravenosa

Otros

.- Fármacos que no se absorben vía oral

.- Activos que sufren metabolismo presistémico

.- Se consigue una biodisponibilidad relativamente

alta del fármaco

.- Son necesarias bajas dosis

.- Es una ruta no invasiva

Método de

administración

Dosis

hipotética

% disponible

al cuerpo

% disponible

a los

pulmones

Relación

terapéutica

Oral 100 50 1 1:50

Intravenoso 100 100 2 1:50

MDI (Metered

dose inhaler)

100 100 10 1:10

Inhalador de

polvo seco

100 100 10 1:10

Nebulizador 100 100 10 1:10

Relación terapéutica pulmonar según diferentes modos de

administración de fármacos.

.- A veces, la cantidad del activo que llega al pulmón

es poca y dependiente del proceso de inhalación,

consiguiéndose un 20% final de deposición.

.- Los fármacos inhalados son de corta duración, lo

cual conlleva a que la mayoría de los medicamentos

deban de ser administrados tres o cuatro veces al día.

Prodigiosa área

superficial

(aproximadamente

80 m2) sobre la

cual puede ocurrir

la absorción del

principio activo.

< 1-5 mm

Z

0

1

2

3

4

5

16

17

18

19

20

21

22

23

T3

T2

T1

TSacos

alveolares

Traquea

Bronquiolos

Zona

tran

sici

onal

y r

espir

atori

aZ

ona

de

conducc

ión

Ductos

alveolares

Bronquiolos

respiratorios

Bronquiolos

terminales

Bronquio

Z

0

1

2

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5

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TSacos

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Traquea

Bronquiolos

Zona

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ión

Ductos

alveolares

Bronquiolos

respiratorios

Bronquiolos

terminales

Bronquio

>30 mm: fosas nasales,

faringe, laringe

< 20-30 mm

< 10-20 mm

< 2-10 mm

Ramificaciones 1-16

.- Recubiertas por mucus que cubre una capa de epitelio

ciliar cuya principal función es regresar el mismo desde las

vías aéreas bajas hacia la laringe y faringe.

.- El mucus tiene acción protectora contra las partículas

inhaladas y la deshidratación y puede, en algunas

ocasiones, inactivar el fármaco mediante enzimas

Generación 17 a la 23

.- El mucus es sustituido por tensoactivos pulmonares.

.- Su función es mediar el equilibrio ácido-base del cuerpo

y realizar el intercambio gaseoso entre las células

epiteliales del pulmón y la sangre (capilares pulmonares)

Los aerosoles son dispersiones de

partículas sólidas o líquidas en el

aire o en otro gas

Principal característica

Diámetro aerodinámico

Producto del diametro físico y la raiz

cuadrada de la densidad

Ventajas

.- Mínima contaminación

.- Máxima estabilidad

.- Fácil control: forma física, tamaño de

partícula, dosis

Task (1966)

.- Tracto respiratorio superior (fosas nasales

hasta la laringe)

.- Región traqueo-bronquial (desde la traquea a

los bronquíolos terminales)

.- Región pulmonar (bronquíolos respiratorios y

alvéolos)

Tracto

respiratorio

inferior

. Tamaño < 5 mm

. Pueden sufrir procesos de cohesión

adhesión

cargarse

Partículas del aerosol

Diámetro medio: monodispersos

Molienda

Secado por atomización

Meta

Conseguir finas partículas de principio activo con una mínima

posibilidad de agregación.

Agregación (humedad)

Procesos generales de deposición

Impacto inercial

Ocurre cuando una partícula en rápido movimiento

es incapaz de cambiar su dirección debido a la

inercia y se impacta contra la pared. Esto ocurre

preferentemente en la nariz, boca, faringe y laringe.

Partículas entre 5 y 10 mm

Sedimentación por gravedad

Ley de Stokes

Vías aéreas menores y alvéolos

Partículas de 0.5 a 3 mm

las que eludieron el impacto inercial

18

2gdvt

Partículas menores, velocidad de sedimentación

demasiado baja, a no ser que permanezcan mucho

tiempo en las vías respiratorias.

Factores que pueden incrementar la

deposición por sedimentación:

• a) Incremento en el tamaño de partícula

• b) Disminución del flujo de aire

(respiración sostenida o larga respiración

lenta)

Difusión browniana

Partículas < 0.5 mm, susceptibles al movimiento

browniano, difunden desde áreas de altas

concentraciones a áreas de baja concentración, es

decir desde la nube de aerosol a las paredes del tracto

respiratorio.

La velocidad de difusión es inversamente

proporcional al tamaño de partícula

Intercepción

Mecanismo físico que se da preferentemente en

aquellas áreas cuya forma y dimensiones se parecen a

las de la partícula, así se observa este tipo de

deposición en el vello nasal, vías de pequeño tamaño y

alvéolos.

Precipitación electrostática

Carga sobre la partícula induce una carga de signo

contrario en las paredes de las vías aéreas, lo cual

llevará a una atracción electrostática.

Otras

Flujo de aire

Sedimentación

Difusión

Impacto intersticial

Flujo de aire

Flujo de aire

5 mm (vías aereas altas)

1-5 mm

(vías aereas bajas)

< 1mm (vías aereas bajas)

< 0.5 mm se exhalan fácilmente

.- Tamaño de partícula

.- Patrón de respiración

.- Presencia o ausencia de enfermedad

.- Aparato utilizado para la

administración

Lugar de deposición

¿De quién depende?

Patrón respiratorio

.- A > volumen inhalado > distribución

periférica

.- A > velocidad de flujo > reparto en las vías

superiores (inercia)

.- > Sedimentación y difusión cd se contiene la

respiración dp de inhalar

.- Mejor reparto: inhalar lento y profundo hasta

máxima capacidad pulmonar, dp contener la

respiración

Afección de la fisiología y anatomía del pulmón.

.- Bajo índice de penetración se asocia con la

broncoconstricción

.- Mayor grado de deposición central en pacientes con

enfermedad crónica pulmonar.

.- Fibrosis quística, sobreproducción de moco en el

tracto respiratorio, (50% de la dosis necesaria que si se

administrase por otra vía con finalidad sistémica)

Enfermedades pulmonares y su efecto sobre la

deposición de fármacos

Dependen del lugar de deposición

.- En el caso de desear terapia local, la absorción es

el mayor mecanismo de eliminación del fármaco.

.- Las partículas que sufran impacto inicial serán

eliminadas de las vías respiratorias mediante el

transporte mucociliar, tos y expectoración. (1

mm/min en los bronquíolos a 12 mm/min en la

traquea)

.- La difusión de aquellas partículas, principalmente

macromoléculas o polímeros, que alcancen vías

profundas puede ser restringida por el efecto de tamiz

molecular de los hidratos de carbono que se

encuentran junto con la capa de tensoactivos sobre la

superficie epitelial de los alvéolos.

.- Un alto porcentaje de las células pulmonares son

macrófagos, los cuales reconocen partículas extrañas,

por ejemplo de principios activos, y son desactivadas

por los mismos. Esto va a depender del tamaño y

número de partículas.

.- Metabolismo pulmonar (enzimas o macrófagos)

¿Cómo modificar tales efectos, los cuales conllevan a una vida

media corta en el pulmón?

.- Alterar pH, viscosidad del mucus, permeabilidad epitelial,

transporte mucociliar y fagocitosis a nivel del pulmón.

.- Realizar los cambios a nivel de la forma de dosificación:

.- Fármaco (solubilidad, carga superficial, pKa,

coeficiente de partición, configuración estérica y peso

molecular)

.-Vehículo (tamaño de partícula y tipo de formulación)

Clasificación según sistema de funcionamiento

.- Nebulizadores (aspersor)

.- Insufladores o inhaladores de polvo seco (IPS o

DPI)

.- Inhaladores dosificadores (MDI)

Nebulizadores

Basados en el

principio de

Bernouilli, producen

la dispersión

mecánica del líquido.

Proporcionan volúmenes altos de disoluciones

y suspensiones

Se usan con fármacos que no se pueden

formular como MDI o IPS por necesitarse altas

dosis

Se inhalan mediante la respiración normal con

una mascarilla

Características

Tipos de nebulizadores

.- A chorro

La conversión del líquido en aerosol se da por un

compresor eléctrico o un chorro de gas comprimido

.- Ultrasónicos

Alta frecuencia sobre el líquido

Formulación de los líquidos

Disolvente: agua, cosolventes, tensoactivos

Disoluciones isoosmóticas (broncoconstricción)

No conservadores: broncoespasmo

Dosis unitarias

Péptidos y liposomas (de chorro)

.- A < Tsuperficial < tamaño de las partículas

.- A > Viscosidad < tamaño de las gotas en N. de

chorro y > en ultrasónico

Gran variabilidad entre diferentes

tipos de nebulizadores e incluso

en el mismo

Ventajas

.- No necesitan propelentes

.- No contiene excipientes (lactosa)

.- No necesitan simultanear la presión-aspiración

.- Pueden administrarse grandes dosis

Aerosoles de polvo seco ( Insufladores o IPS)

Sistemas liberadores de polvos micronizados activados

por la respiración del paciente

Inconvenientes

.- Alergia a alguno de los diluyentes

.- El polvo puede adsorber humedad y apelmazarse

.- Poco efectivo en crisis agudas si el paciente es

incapaz de controlar su respiración

.- No hay sensación de que el producto penetre en los

pulmones

(no efecto placebo, repetición de dosis)

.- Contienen fármaco micronizado solo o con excipientes tipo

lactosa

.- Los excipientes se adicionan con el fin de reducir la cohesión

entre las partículas, partiendo del hecho que la adhesión entre ellos

desaparecerá por la aerosolización y que el diluyente impactará con

la faringe debido a su gran tamaño de partícula, mientras que el

fármaco continuará su camino hacia el pulmón.

.- Habitualmente son multidosis, ya que éstos son de mayor

aceptación por parte del paciente. Sin embargo, suponen un

problema de formulación, ya que deben ser estables durante el

tiempo que dura el inhalador (cápsulas o dispositivos sellados)

Características

Aerosoles presurizados (MDI)

Productos envasados bajo

presión, que contienen los

principios activos disueltos, en

suspensión o emulsionados en

un propelente o mezcla de

propelente-disolvente, diseñados

para ejercer acción local o

sistémica y destinados a la

aplicación tópica en la piel o

mucosas y para la inhalación oral

y nasal

Ventajas

< Herméticos: protegen al fármaco de la humedad, luz, oxidación

< Se puede usar en pacientes intubados

< Pequeños y cómodos para el paciente

< El propelente ayuda a la penetración del fármaco (no necesita

flujos inspiratorios altos)

< Dosificación muy exacta.

< Percepción de la inhalación

Inconvenientes:

.- Necesitan propelentes

.- La técnica es esencial: coordinación

presión-aspiración

.- No hay control de las dosis restantes

.- Efecto freón frío (detención de la

inspiración al impactar el propelente frío en la

faringe)

.- Contienen los fármacos disueltos o suspendidos en el propelente

.- Las suspensiones necesitan el uso de estabilizantes para producir

una suspensión homogénea

.- La mezcla se envasa presurizada en un envase metálico sellado y con

una válvula de medida, la cual se llena de la mezcla al tiempo de

liberarse y posteriormente el propelente se vaporiza dejando el fármaco

libre para llegar a los pulmones.

.- La fracción que alcanza el pulmón es mayor que en el resto de los

aparatos, dependiendo del tamaño de partícula del fármaco, de la presión

de vapor del o de los propelentes y del diámetro del orificio de la

válvula.

Características

.- Cuando el principio activo no es soluble en el propelente se

usan cosolventes, solubilización con tensoactivos, etc.

(Inestabilidad yaumento de la presión de vapor del propelente, lo

cual lleva a un aumento en el tamaño de la gota)

.- El cambio de los clorofluorocarbonos por los

hidrofluorocarbonos ha hecho resurgir el desarrollo de este tipo

de formulaciones

Futuro

Mejorar la deposición del fármaco en los

alvéolos:

.- Tensoactivos en la formulación de propelente

.- Disminución del tamaño de partícula para

conseguir suspensiones estables y similares a

las disoluciones

Base: disolvente y sustancias

auxiliares

Propulsor o propelente

Recipiente

Válvula

Difusor

Componentes

Producto Farmacéutico

1. Principios activos

2. Antioxidantes

3. Tensoactivos

4. Disolvente

5. Otros

The pressure of an Aerosol is critical to its

performance. It can be controlled by:

1. The type and amount of propellant

2. Nature/Amount of the product concentrate

•Tensoactivos:

aniónicos: ácido oléico

Catiónicos: cloruro de cetilpiridinio

Zwiteriónicos: fosfatidilcolina

No iónicos: trioleato de sorbitán

•Cosolventes -disolventes

Agua

Alcoholes: etanol, isopropanol

Propilenglicol

Base

•Otros

Conservantes

Antioxidantes

Soluciones Buffer

Propulsores o propelentes

< Ventajas

- Baja toxicidad

- Estabilidad química

- Baratos

- No causan problemas ambientales

< Desventajas

- Requieren cosolventes no-volatiles

- Dispersión poco eficaz

- Pérdida de presión durante el uso

Gases comprimidos

Dióxido de carbono

Óxido nitroso

Nitrógeno

< Ventajas

- Baratos

- Inertes

- peores disolventes

- Mínimo efecto capa ozono

< Desventajas

- Inflamables

- Mal sabor

- Toxicidad poco estudiada

Gases Licuados

Hidrocarburos saturados:

Butano

Isobutano

Propano

< Hidrocarburos halogenados

- Clorofluorocarbonos CFC

- Hidrofluorocarbonos HFC

AEROSOL SYSTEMS

Two-Phase Systems

• Liquid Phase

1. Liquified Propellant

2. Product Concentrate

• Vapor Phase

Three-Phase Systems

1. Water immiscible liquid propellant

2. Highly aqueous product concentrate

3. Vapor phase.

< Vidrio recubierto de plástico

- Peligro de roturas

- Pesados

- Dejan ver el contenido

< Metálicos

< Aluminio y acero

inoxidable:

- Envases ligeros y sin costuras

- Se recubren interiormente con resinas

vinílicas o epoxi

< Acero estañado

- Presentan costuras

- Añadir agentes anticorrosión o recubrir

Envases

Válvula: regula el flujo del producto y asegura el cierre hermético

- No dosificadoras : la

salida del producto es

continua mientras se

presiona el difusor

- Dosificadoras : cada

pulsación se libera una

Dosis

< Difusor: proporciona la

salida al producto al

actuar sobre la válvula

Válvulas y difusores

Ventajas:

Presión interior varía poco

con temperatura.

Bajo riesgo de explosión

Propelente:

• bajo costo

• inerte

• No tóxicos para las

mucosas

- No producen sensación de

frío

- Solamente es expulsado el

producto activo

Aerosoles de gas comprimido

Inconvenientes:

- Dispersión mecánica poco eficaz

- Necesario el llenado del envase con un

50% de gas.

- Pérdida de potencia propelente con el

uso

- Si se aprieta el difusor con el recipiente

invertido se inutiliza en segundos el

aerosol.

< Inconvenientes:

- La presión interior varía

mucho con la temperatura.

- Por encima de 50ºC , peligro

de explosión.

- Al aplicar sobre los tejidos

producen sensación de frío.

- Se pulveriza tanto el producto

activo como el gas licuado

< Ventajas:

- Mecanismo de dispersión

más eficaz.

- Permite mayor volumen de

llenado con la base. (25%

de gas).

- La presión se mantiene

constante durante el uso

(gracias al equilibrio entre

el gas licuado y la fase

gaseosa)

- Si el aerosol se invierte y

se aprieta el difusor, tarda

más tiempo en inutilizarse

Aerosoles de gas licuado

Cabe destacar que los propelentes utilizados antiguamente eran

clorofluoroalcanos, los cuales se consideraban no tóxicos hasta el

principio de los años 70´s. Sin embargo, su vida media en la atmósfera

oscila de 50 a 500 años y no se degradan hasta que son sujetos a

fotólisis ultravioleta en la estratosfera, lo cual genera radicales cloruro,

cada uno capaz de destruir 100000 moléculas de ozono. Así, varias

alternativas a los CFA han sido propuestas, la incorporación de átomos

de hidrógeno a las moléculas de CFA reduce su vida media entre 20 y

200 veces, pero estos hidroclorofluoroalcanos siguen destruyendo la

capa de ozono. Sin embargo, la total sustitución de los cloruros por

fluoruros o átomos de hidrógeno llevan a moléculas que no afectan la

capa de ozono, HFA-134a (CF3CFH2) y HFA 227 (CF3CFHCF3)

(Tabla II).

Ruptura

de la

capa de

ozono

Vida

media

en la

atmós

fera

(años)

Calentamiento

global

Presión de

vapor a 20

C (kPa)

P. ebullición (C)

CFC 11

(CFCl3)

1 60 1 106 24

CFC 12

(CF2Cl2)

1 125 3 651.6 -30

CFC 114

(CF2ClCF2Cl)

0.7 200 3.9 215 4

HFA 134a

(CF3CH2F)

Cero 16 0.3 661.9 -26.5

HFA 227

(CF3CHFCF3)

Cero 33 0.7 402.9 -16.5

Propiedades físicas y ambientales de algunos propelentes

Partículas suspendidas en el propelente

válvula

Cámara

FILLING OPERATIONS

• Cool below their boiling points

• Compress the gas at room temp.

• Cold Filling:

The product concentrate & the propellant

must be cooled to -300 to -400 deg F

Disadvantage

Aqueous systems cannot be filled, water

turns to ice at this low temp.

• Pressure Filling:

The product concentrate is quantitatively

placed in the aerosol container. This method

is used for most Pharmaceutical

formulations (aerosols)

• Advantages:

1. Less danger of moisture contamination

2. Less propellant is lost

< Verificación del llenado

< Control de la dosis de principio activo

< Funcionamiento de la válvula y difusor: ensayos de su rociado y dispersión

< Estudio granulométrico de la dispersión (Impactor de cascada)

< Control de la presión interna

< Control de impermeabilidad

< Inocuidad de los componentes

< Inflamabilidad

< Ausencia de gérmenes: principalmente Staphylococus aureus y Salmonella sp.

< Etiquetado:

- no calentar >50ºC, no aplastar, no exponer al sol, no pulverizar sobre

superficies calientes etc.

Ensayos específicos

.- Liposomas

.- Micropartículas

.- Nanopartículas

.- Ciclodextrinas

Liposomas

.- La más estudiada a nivel

pulmonar (ts endógenos del pulmón)

.- Amplia variedad de tamaños

.- Se pueden incorporar fármacos hidrofílicos y lipofílicos

.- (Finales de los 70`s) Acción tópica y acción sistémica

.- Tipos de fármacos: agentes citotóxicos,

broncodilatadores, antiasmáticos, antibióticos, agentes

antioxidantes, péptidos y proteínas, etc.

Fármaco libre Fármaco enliposomado

Rápido aclaramiento Tiempo de permanencia

prolongado

Efectos secundarios < 10-50 veces

100 veces más activo

Acción local

Fármaco enliposomado

Gran permanencia del efecto hipoglucémico

Penetración profunda en los pulmones

(paso a circulación sistémica)

Velocidad de liberación controlada

Acción sistémica: insulina

Absorción del fármaco

.-[fosfolípidos]

a > [] > velocidad de absorción

.- Tamaño de partícula

Permanencia en el pulmón, estabilidad y liberación

Composición

Colesterol y fosfolípidos con cadenas

hidrocarbonadas saturadas aumentan el tiempo de

residencia y la estabilidad, disminuyendo la

velocidad

Micropartículas y Nanopartículas

.- Pueden producirse a partir de polímeros naturales o sintéticos

.- Se pueden encapsular fármacos hidrofóbicos o lipofóbicos

.- Son más estables in vivo e in vitro que los liposomas

.- Son biodegradables

.- Pueden ser no inmunogénicas

.- Albúmina y el copolímero poli (láctico-glicólico)

.- Son capaces de alcanzar los alvéolos, aunque sufren en las vías

altas un proceso de digestión debido al mucus (Recubrimiento con

ciertos tensoactivos o como parte del propelente)

Complejos con ciclodextrinas

.- Capacidad de incluir, total o parcialmente, una gran

cantidad de moléculas con características diferentes

.-. A mayor interacción con los fármacos mayor

control de la liberación

.- Poder de modificación, al tener grupos que sean más

específicos a la superficie pulmonar, se consigue un

mayor tiempo de permanencia

Conjugación con macromoléculas

Absorción a través del epitelio pulmonar: difusión

pasiva

(fármacos lipofílicos se absorberán más fácilmente

que los lipofóbicos, y éstos se absorberán más rápido a

más pequeños sean)

Presencia de estearasas en el pulmón

(formación de ésteres con moléculas grandes y

fármacos, liberación controlada de los mismos)

Macromoléculas: dextrano, polietilenglicol (PEG) y

poli(2-hidroxietil) aspartamida. (hidrofílicos y con

capacidad de formar enlace éster)

Conclusiones

.- La liberación controlada de fármacos vía pulmonar

tiene muchas ventajas en comparación a la

administración del fármaco libre

.- El vehículo utilizado como sistema de liberación

debe de ser retenido en el pulmón durante un tiempo

prolongado (evitar aclaramiento).

¿Cómo evitar el aclaramiento pulmonar?

.- Evitar deposición en la parte alta del pulmón

(movimiento mucociliar que eliminará la formulación

administrada en una alta proporción)

.-Evitar la acción de los macrófagos, los cuales se

encuentran principalmente en el tracto respiratorio

bajo. (sustancias poco inmunogénicas)

.- Absorción sistémica (evitar la llegada del activo a

alvéolos terminales si efecto local y viceversa)

¿Cómo conseguir eficiencia en tiempo y espacio?

.- Tamaño de partícula (lugar de deposición)

.- Eficiencia de carga

.- Velocidad de liberación

.- Naturaleza de los equipos utilizados

.- Características de las formulaciones tales como si

son polvos secos, suspensiones, etc.

Bibliografía

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Technology, Marcel Dekker, New York

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