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A mia madre,
sempre presente nel mio cuore e nei miei ricordi.
Ringraziamenti:
Ringrazio la Prof.ssa Mura per i suoi insegnamenti e disponibilità, Marzia per la sua
pazienza, Francesca per la sua disponibilità, Giovanna per la sua simpatia.
Ringraziamenti speciali:
Ringrazio tutto lo staff di Tecnica Farmaceutica della Menarini per il buon umore e
professionalità, in modo particolare il Dott. Valleri per la sua preziosa collaborazione e
sensibilità e Paolo Nencioni per i suoi insegnamenti informatici.
Ringraziamenti anche a Barbara per la sua solidale amicizia, Bruna per il suo sostegno
nei momenti più difficili.
I
INDICE pag. INTRODUZIONE 1
CAPITOLO I: PARTE GENERALE 3 1 LE CICLODESTRINE 3 1.1 GENERALITA’ 3 1.2 PROPRIETA’ CHIMICO-FISICHE 4 1.3 STRUTTURA CHIMICA/SOSTITUZIONI E CLASSIFICAZIONI 5 1.4 SINTESI 8 1.5 FARMACOCINETICA E TOSSICITA’ 9
1.5.1 Assorbimento ed eliminazione 9 1.5.2 Tossicità 9
1.6 PRINCIPALI USI ED APPLICAZIONI IN CAMPO FARMACEUTICO 10 1.7 LIMITAZIONI NELL’IMPIEGO 11 2 COMPLESSI FARMACO-CICLODESTRINA: SISTEMI BINARI 13 2.1 CARATTERISTICHE DELL’INTERAZIONE 13 2.2 TERMODINAMICA DEL PROCESSO DI COMPLESSAZIONE 13 2.3 STECHIOMETRIA DEI COMPLESSI 14 2.4 PREPARAZIONE DEI COMPLESSI 15 2.4.1 Metodi in fase solida 15 2.4.2 Metodi in fase semisolida 16 2.4.3 Metodi in fase liquida 17 3 COMPLESSI FARMACO-CICLODESTRINA-POLIMERO: SISTEMI TERNARI 18 3.1 SISTEMI TERNARI IN GENERALE 18 3.2 SISTEMI TERNARI CON POLIMERI IDROSOLUBILI 18 3.3 PROPRIETA’ DEI POLIMERI ALLO STATO SOLIDO 18 3.4 STATO FISICO E CLASSIFICAZIONE 19 4 ANALISI DELL’INTERAZIONE FARMACO-CICLODESTRINA 21 4.1 STUDI DI EQUILIBRIO SOLIDO-SOLUZIONE 21 4.1.1 Determinazione della stechiometria 21 4.1.2 Studi di solubilità di fase 23 4.1.3 Calcolo della costante di equilibrio del complesso 25
II
4.1.4 Trattamento termodinamico della costante di stabilità 26 4.1.5 Velocità di dissoluzione 27 4.2 METODI DI ANALISI IN SOLUZIONE 28 4.2.1 Spettroscopia UV-VISIBILE 29 4.2.2 Dicroismo circolare 30 4.2.3 Fluorescenza 30 4.2.4 N.M.R. 31 4.2.5 Titolazioni acido-base 31 4.3 METODI DI ANALISI ALLO STATO SOLIDO 31 4.3.1 Analisi termica: D.S.C. 32 4.3.2 Diffrazione di raggi X 33 4.3.3 Spettroscopia I.R. 34 5 PREFORMULAZIONE: LE COMPRESSE 35 5.1 INTRODUZIONE GENERALE 35 5.2 PROPRIETA’ 36 5.3 ECCIPIENTI 36 5.3.1 Leganti 37 5.3.2 Disaggreganti 37 5.3.3 Lubrificanti 37 5.3.4 Diluenti 38 5.3.5 Altri 38 5.4 COMPRESSIONE DIRETTA 38 6 IL FARMACO E IL DIABETE 40 6.1 CARATTERISTICHE GENERALI DEL DIABETE 40 6.1.1 Diabete di tipo II 42 6.1.2 Complicazioni dovute all’iperglicemia 43 6.2 IPOGLICEMIZZANTI ORALI 43 6.3 SULFONILUREE IN GENERALE 43 6.3.1 Classificazione 44 6.3.2 Formula generale 45 6.3.3 Meccanismo d’azione 45 6.3.4 Farmacocinetica, 46 6.3.5 Caratteristiche farmacodinamiche 46 6.3.6 Tossicità 46 6.3.7 Interazione con altri farmaci 47 6.3.8 Dose e t1/2 delle solfoniluree 47 6.4 GLIBENCLAMIDE 48 CAPITOLO II: MATERIALI E METODI 49 7 MATERIALI 49
III
7.1 PRINCIPIO ATTIVO: LA GLIBENCLAMIDE 49 7.2 CICLODESTRINE 50 7.2.1 Ciclodestrine naturali 50 7.2.2 Ciclodestrine derivate 51 7.3 POLIMERI IDROSOLUBILI 51 7.4 ECCIPIENTI PER LE COMPRESSE 52 8 METODI 53 8.1 PREPARAZIONE DEI CAMPIONI 53 8.1.1 Miscele fisiche 53 8.1.2 Kneaded 53 8.1.3 Grinding 54 8.1.4 Coevaporato 54 8.2 STUDI IN SOLUZIONE 55 8.2.1 Studi di solubilità di fase e costate di solubilità 55 8.2.2 Studi di dissoluzione 56 8.3 STUDI ALLO STATO SOLIDO 57 8.3.1 Calorimetria differenziale a scansione 57 8.3.2 Diffrazione ai raggi X 58 8.3.3 Spettroscopia infrarossa 58 8.4 PREPARAZIONE DELLE COMPRESSE 58 CAPITOLO III: RISULTATI E DISCUSSIONE 63 9 STUDIO DELLE INTERAZIONI IN SOLUZIONE: ANALISI DI SOLUBILITA’ DI FASE 63 9.1 INCREMENTO DI SOLUBILITA’ 64 9.2 COSTANTE DI STABILITA’ 65 10 CARATTERIZZAZIONE ALLO STATO SOLIDO 66 10.1 CALORIMETRIA DIFFERENZIALE A SCANSIONE: DSC 66 10.1.1 Scelta dello stato solido del farmaco 66 10.1.2 Scelta del rapporto stechiometrico 66 Studi sui prodotti binari di ciclodestrine naturali e derivste, realizzati con la comacinazione 68 10.1.3 Selezione della tecnica preparativa 71 10.2 DIFFRAZIONE AI RAGGI X 74 10.3 SPETTROSCOPIA INFRAROSSA 76 11 TEST DI DISSOLUZIONE 80
IV
11.1 DISSOLUZIONE SU COMPRESSE CONTENENTI IL FARMACO 80 11.2 DISSOLUZIONE SU COMPRESSE CON SISTEMI BINARI: INFLUENZA DEL TIPO DI CICLODESTRINA E DELLA TECNICA PREPARATIVA USATA PER OTTENERE IL SISTEMA BINARIO 81 11.2.1 Influenza del tipo di ciclodestrina 81 11.2.2 Influenza del tipo di tecnica 84 12 COMPLESSI TERNARI 87 12.1 STUDI ALLO STATO SOLIDO 87 12.1.1 DSC 87 12.1.2 Raggi X 88 12.1.3 IR 89 12.2 DISSOLUZIONE DI COMPRESSE CON SISTEMI TERNARI 90 CONCLUSIONI 92 BIBLIOGRAFIA 94
1
INTRODUZIONE
Un farmaco per essere assorbito e quindi raggiungere la circolazione sistemica per dare
l’effetto terapeutico, deve essere in soluzione.
Per farmaci poco solubili in acqua, la bassa velocità di dissoluzione, rappresenta lo step
limitante il processo di assorbimento e causa problemi di scarso e/o variabile
biodisponibilità.
La glibenclamide, farmaco ipoglicemizzante orale utile per combattere il diabete non
insulino dipendente, ne è un tipico esempio.
Sono state sviluppate diverse metodologie per migliorare la solubilità di un farmaco
idrofobico.
Si può intervenire ad esempio riducendo le dimensioni delle particelle di farmaco,
aumentando così la superficie di esposizione al solvente o formandone dei sali.
Si possono altresì usare eccipienti particolari, come ad esempio le ciclodestrine, che
influenzano positivamente l’efficacia terapeutica di un farmaco poco solubile, grazie
alla loro capacità di formare complessi di inclusione, vale a dire ospitare nella loro
cavità idrofobica molecole chimiche poco idrofile e di opportuna grandezza.
Le ciclodestrine stanno riscuotendo un grande successo in campo farmaceutico perchè
tale fenomeno viene sfruttato appunto per aumentare la solubilità , stabilità e
biodisponibilità di farmaci poco solubili in acqua come la glibenclamide.
Tuttavia il loro uso in forme farmaceutiche è limitato da una serie di motivi come il
costo, il peso molecolare elevato e la tossicità.
La compresse risultano essere la forma farmaceutica più largamente utilizzata per la
facilità d’uso e compliance del paziente.
L’utilizzo di complessi farmaco-ciclodestrina in forme farmaceutiche richiede dunque
adeguati studi di preformulazione, che consentono la scelta del tipo di carrier più
efficace e della tecnica preparativa più conveniente.
Esistono diverse tecniche per la preparazione del complesso e la scelta viene fattain
base a vari fattori: semplicità di esecuzione, resa, trasposizione su scala industriale,
performance del prodotto finito. Inoltre può risultare utile l’utilizzo di sistemi ternari
2
farmaco-ciclodestrina ed un terzo componente, quale ad esempio un polimero idrofilo
che possa favorire l’interazione e promuovere ulteriormente la velocità di dissoluzione.
Lo scopo di questo lavoro di tesi, è stata la realizzazione di una nuova formulazione in
compresse di glibenclamide a base di ciclodestrine.
Sono state valutate due diverse ciclodestrine (βCD ed HPβCD) ed i sistemi binari sono
stati preparati con tre diverse metodiche: kneading (KN), comacinazione (GR)
coevaporazione (COE).
Le compresse preparate con tali sistemi binari sono state sottoposte a test di
dissoluzione.
Sono state inoltre preparate compresse contenenti sistemi ternari farmaco-HPβCD e tre
diversi polimeri idrofili, HPMC, PVP, CMC ed anche queste soggette a test di
dissoluzione.
Tutte le compresse sono state sottoposte a controllo (spessore, durezza, disgregazione,
ecc).
Inoltre tutti i sistemi sono caratterizzati allo stato solido con analisi DSC, diffrattometria
ai raggi X e spettrometria IR.
3
Capitolo I
PARTE GENERALE
1 LE CICLODESTRINE
1.1 GENERALITA’
Le ciclodestrine (CD) sono prodotti di degradazione enzimatica dell’amido di patata o
mais, ad opera della ciclodestrina-glicosil-transferasi (CGT). Chimicamente sono
oligosaccaridi costituiti unità da glucosio unite con legame α-1,4-glucosidico, formanti
una struttura troncoconica (fig. 1).
fig. 1 fig. 2
Storia
Furono isolate nel 1891 dal chimico francese Villiers [1], e caratterizzate come
oligosaccaridi ciclici nel 1903 da Shardinger.
Tilden e Hudson (1939) dimostrarono che la degradazione dell’amido in ciclodestrine
era dovuto all’azione della CGT, amilasi secreta da numerosi microrganismi come il
Bacillus Macerans (fig. 2).
All’anno 1953 risale il primo brevetto di un complesso con le ciclodestrine.
4
Dagli anni ’70 si sono utilizzate ciclodestrine amorfe e semisintetiche, grazie anche a
nuovi metodi chimici e biotecnologici che hanno permesso la loro produzione su larga
scala con alta qualità.
Applicazioni generali
Attualmente si usano in diversi campi.
1- Farmaceutico che è il principale.
2- Nell’industria alimentare per eliminare ad es. il colesterolo dal latte, burro e
uova e per togliere i cattivi sapori .
3- Nell’industria chimica ad es. nelle colonne per cromatografia per separare
stereoisomerie.
4- Nella cosmetica (dentifrici, creme per la pelle, ecc.) per migliorare la stabilità e
l’odore ma soprattutto per convertire ingredienti liquido-volatili in forma solida.
5- Nell’agro-industria, per la produzione di sostanze chimiche usate in agricoltura
come insetticidi, erbicidi, fungicidi, repellenti, ferormoni e regolatori della
crescita, in quanto aumenta la solubilità e stabilità delle sostanze in questione.
6- Adesivi, rivestimenti polimerici.
1.2 PROPRIETA’ CHIMICO-FISICHE
Le ciclodestrine naturali sono sostanze di natura cristallina con p.f. con decomposizione
intorno a 280°C.
Il loro profilo termo-analitico è caratterizzato da:
a- Banda di disidratazione (range 25-120°C)
b- Decomposizione intorno ai 250°C
In tabella 1 sono riportati le principali caratteristiche chimico-fisiche, a seconda del tipo
di ciclodestrina utilizzata.
5
Tab1. Caratteristiche chimico-fisiche delle ciclodestrine naturali utilizzate.
α β γ
n° unità glucosio 6 7 8
P.M. (anidro) 972 1135 1297
Solubilità in H2O g/100 mL a 25°C 14.2 1.85 23.2
Intervallo del p.f. in °C 255-260 255-265 240-245
Volume cavità in (mL/mol) 174 262 472
Diametro medio cavità anello maggiore (Ả) 5.7 7.8 9.5
Diametro esterno medio anello maggiore (Ả) 13.7 15.3 16.9
Altezza anello (Ả) 8 8 8
Molecole di H2O dentro la cavità 6 11 17
Presentano proprietà complessanti e tensioattive.
La solubilità in H2O a 25°C ed il suo andamento in funzione della temperatura è diversa
a seconda del tipo di sostanza: la beta risulta essere meno solubile della alfa e gamma.
Ciò è spiegabile con la formazione di legami a ponte di H tra unità glucosio adiacenti,
particolarmente stabili nel caso della βCD, conferendole una struttura più rigida che non
permette di solubilizzarsi bene in acqua.
All’aumentare della temperatura la solubilità delle CD naturali aumenta, mentre le CD
derivate (ad esempio dimetil-βCD e trimetil-βCD) hanno un comportamento opposto,
cioè la loro solubilità diminuisce.
Ciò è stato spiegato col fenomeno di progressiva disidratazione all’aumentare della
temperatura.
1.3 STRUTTURA CHIMICA SOSTITUZIONE E
CLASSIFICAZIONE
Le ciclodestrine sono oligosaccaridi ciclici formati da 6-8 unità di glucosio unite fra
loro con legami α-1,4-glucosidico (fig. 3). Nello spazio assumono una forma tronco-
conica come illustrato in fig. 4 e 5
6
fig. 3 fig. 4 fig. 5
O
H
HO
H
HO
H
OH
OHHH
OH
a-D-glucopiranosio
Nell’unità glucosidica si evidenziano 3 OH: quello in C6 che è primario e quelli in C2 e
C3 che sono secondari. Gli OH primari si trovano sul lato più stretto della cavità, mentre
gli OH secondari in quello più largo: tutti gli ossidrili si trovano nella superficie esterna
, che perciò presenta carattere idrofilo. La cavità interna invece è piuttosto idrofobica per i
gruppi -CH- e per gli O glucosidici che con i loro doppietti liberi determinano alta densità
elettronica conferendo alla sostanza un carattere di base di Lewis [2].
fig. 6
Gli OH primari presenti nella cavità inferiore, sono più ‘mobili’ rispetto ai secondari,
permettendo alla cavità di allargarsi.
Le CD sono classificate in:
a) CD naturali
b) CD derivate o semisintetiche, che comprendono:
1) CD alchilate
2) CD ramificate
3) CD polimeriche
7
4) CD collegate (dimeriche)
a) Le prime sono quelle direttamente derivate dall’idrolisi enzimatica ossia le αCD,
βCD, γCD, sostanze di natura cristallina che fondono con decomposizione sui 280 °C
(fig. 7). fig. 7
b) Le CD derivate o semisintetiche, si ottengono per sostituzione degli atomi di H
degli ossidrili presenti su ciascuna unità glucosio.
1) Le CD alchilate: presentano una migliore solubilità in H2O, anche se i
gruppi sostituenti sono a carattere lipofilo come metile e idrossipropile.
L’alchilazione può essere:
Simmetrica cioè si tratta di una sostituzione specifica con ottenimento
di prodotti cristallini
Random ossia non si conosce esattamente quanti OH vengono
sostituiti ma solo il grado medio di sostituzione che può essere anche
un numero decimale. Esso può essere definito come DS (Degree of
sobstitution) che va da 1 3, utilizzato quando il sostituente è un
alchile e non può essere ulteriormente sostituito. Oppure può essere
MS (Molar Substitution) che va da 0 ∞, quando il sostituente
introdotto può essere a sua volta sostituito, es. gruppi idrossialchilici.
Dalla alchilazione random si ottengono di norma prodotti amorfi.
2) Le CD ramificate hanno una solubilità > 50g/100mL, non hanno
proprietà emolitiche ma potere complessante minore (glucosio e diglucosil-βCD
e maltosil e dimaltosil-βCD)
8
3) Le CD polimeriche (fig. 8) sono usate come eccipienti per le forme a
rilascio prolungato perché poco solubili.
fig. 8
OCH2 CHOH CH2O
Ciclodestrine polimeriche
O O n
4) Le collegate sono dei dimeri collegati con catena adatta. Sono state
progettate per permettere l’inclusione di molecole di grosse dimensioni (fig. 9).
fig. 9
Ciclodestrine collegate
1.4 SINTESI
Le ciclodestrine si ottengono per degradazione enzimatica dell’amido ad opera della
ciclodestrina-glicosil-transferasi . La reazione per l’ottenimento del macrociclo è in 2
step:
a- L’enzima frammenta l’amido stesso in frammenti di grandezza variabile per
idrolisi.
b- In seguito si uniscono mediante legame due estremi di uno stesso frammento.
9
Siccome la reazione dà origine ad una miscela di composti ciclici ed a catena aperta
importante è la metodologia di separazione dei prodotti. I procedimenti più usati sono
due:
1- Precipitazione delle ciclodestrine con opportuni solventi organici, seguita da
filtrazione. I componenti vengano separati per successive solubilizzazioni e
precipitazioni della miscela solida.
2- Si utilizzano enzimi per eliminare i frammenti aciclici della miscela
trasformandoli in frammenti di glucosio. I composti ciclici invece vengono
separati tramite ripetute distillazioni e precipitazioni in opportuni solventi
organici.
Questo ultimo metodo viene preferito per l’uso moderato dei solventi durante tutto il
procedimento.
1.5 FARMACOCINETICA E TOSSICITA’
1.5.1 ASSORBIMENTO ED ELIMINAZIONE
Per os sono poco assorbite e la parte assorbita è all’incirca il 10% indice di ridotto
rischio di intossicazione per questa via.
Vengono metabolizzate dalle α-amilasi della saliva del pancreas e dalla flora batterica
intestinale; le CD derivate sono più resistenti all’attacco enzimatico di quelle naturali.
Sono eliminate in gran parte non metabolizzate e in parte metabolizzate.
1.5.2 TOSSICITA’
CD naturali La potenziale tossicità delle ciclodestrine è a livello parenterale
soprattutto per la β, che a causa della sua scarsa solubilità in acqua è nefrotossica in
quanto precipita nei tubuli renali. La γCD è la meno tossica.
10
CD modificate Le ciclodestrine modificate sono più solubili ma hanno mostrato
un grave problema di tossicità, ossia sono emolitiche a causa delle loro proprietà
tensioattive in grado di solubilizzare la membrana dei globuli rossi. Tra queste, le più
sicure per la somministrazione parenterale sono la 2-idrossipropil-CD, la 6-O-
dimaltosilβCD e la solfobutiletere-βCD.
Studi di tossicità acuta e cronica hanno dimostrato che le CD non hanno attività:
- mutagena
- teratogena
- cancerogena
1.6 PRINCIPALI APPLICAZIONI IN CAMPO FARMACEUTICO
1) AUMENTO SOLUBILITA’ E VELOCITA’ DI DISSOLUZIONE DI
FARMACI SCARSAMENTE IDROSOLUBILI: Sono stati raggiunti grandi
risultati nell’applicazione a ormoni steroidei, Fans e prostaglandine. Infatti
l’aumento della solubilità può dare anche aumento della biodisponibilità del
principio attivo, con conseguente abbassamento della dose e riduzione degli
effetti collaterali [3-10].
2) MIGLIORAMENTO BIODISPONIBILITA’ ORALE [11], RETTALE,
TRANSDERMICA, NASALE, OCULARE, SUBLINGUALE
3) AUMENTO DELLA STABILITA’: la complessazione con ciclodestrine
permette una maggiore protezione della molecola inclusa contro reazioni di:
a) Degradazione ossidativa
b) Idrolisi
c) Degradazione termica
4) MASCHERAMENTO ODORI E SAPORI SGRADEVOLI
5) RIDUZIONE EFFETTI SECONDARI
11
6) TRASFORMAZIONE DI FARMACI LIQUIDI IN POLVERI: olii essenziali e
nitroglicerina, clofibrato, ecc per una migliore manipolazione nella produzione
della forma farmaceutica.
7) DIMINUZIONE DI VOLATILITA’ per sostanze volatili come mentolo e
canfora.
8) POSSIBILITA’ DI RILASCIO PROLUNGATO: sfruttato per p.a.. con t ½
breve complessati con CD che hanno alta K di stabilità o insolubili.
9) ECCIPIENTI PER COMPRESSE [12]: la βCD ha proprietà leganti, le CD
polimeriche invece sono rigonfiabili ed hanno proprietà disgreganti.
10) ELIMINAZIONE DI INCOMPATIBILITA’: In forme multicomponenti, si
complessa un farmaco per proteggerlo da interazioni sfavorevoli con sostanze
(altro principio attivo o eccipiente) incompatibili.
11) SEPARAZIONE ANALITICA DI ENANTIOMERI
12) CATALISI DI REAZIONI STEREOSPECIFICHE
1.7 LIMITAZIONI NELL’IMPIEGO
1) DIMENSIONE E PROPRIETA’ DELLA CAVITA’ DELLA CD: il farmaco
deve avere un buon ‘fit’ perché l’inclusione avvenga.
2) DOSE DEL FARMACO:siccome il P.M. delle CD va da 970 a 1200, se il
farmaco fosse in grande quantità e occorresse una CD in rapporto equimolare, si
otterrebbe una compressa troppo ‘grossa’.
3) PROBLEMI TOSSICOLOGICI: per os non sono tossiche, per via enterale
evitare la β.
12
4) SCARSA SOLUBILITA’ DELLE CD NATURALI E SCARSA STABILITA’
DI COMPLESSI
5) COSTO: relativamente elevato.
13
2 COMPLESSI FARMACO-CICLODESTRINA: SISTEMI BINARI
Le ciclodestrine formano complessi di inclusione, dove la ciclodestrina è la molecola
host ed il farmaco è il guest. Le interazioni implicate nella formazione di tali composti
sono di tipo fisico cioè forze di Wan der Walls , legami a idrogeno, interazioni
idrofobiche .
2.1 CARATTERISTICHE DELL’INTERAZIONE
La formazione del complesso dipende da alcune caratteristiche chimico-fisiche e
molecolari del guest. Occorre un ‘buon fit’ ossia dimensioni adatte ad essere contenuto
all’interno della ciclodestrina e caratteristiche lipofile per la natura apolare della cavità.
Formato il complesso, il farmaco (guest) si orienta per rendere massimo il contatto con
la cavità idrofoba del host. L’inclusione o incapsulazione può essere totale o parziale.
Non si ha la formazione di legami covalenti.
In soluzione le molecole libere sono in equilibrio col complesso. E’ importante
ricordare, che l’esistenza del complesso in soluzione non implica che esso sia presente
obbligatoriamente anche allo stato solido.
2.2 TERMODINAMICA DEL PROCESSO DI COMPLESSAZIONE
La ‘driving force’ della reazione di inclusione è l’espulsione delle molecole di acqua
dalla cavità della ciclodestrina (situazione energeticamente sfavorita) e sostituzione di
queste con la molecola guest, meno polare dell’acqua e di dimensioni opportune.
La diminuzione dell’energia libera in seguito alla formazione del complesso è dovuta
all’aumentata interazione solvente-solvente ossia all’interazione idrofobica.
Il meccanismo è chiamato ‘squeezing-out’: le molecole d’acqua si attraggono fra loro
spingendo la molecola guest ad entrare all’interno della cavità dell’host.
Se consideriamo l’equazione di Gibbs ed esaminiamo i componenti implicati nel
processo di complessazione:
14
∆G è negativo
∆H è negativo per l’aumentata interazione solvente-
solvente, ossia è un processo esotermico
∆S ha invece due possibilità: puo essere negativo o
positivo
∆S < 0 significa perdita dei gradi di libertà traslazionali e rotazionali per l’associazione
host-guest diminuendo il disordine del sistema.
∆S > 0 contributo favorevole se le molecole di acqua che circondano ordinatamente la
molecola guest vengono disordinate in seguito all’inclusione.
Esiste un effetto di compensazione tra ∆H e ∆S.
Se ∆H è fortemente negativo e la formazione del complesso è favorita, ∆S è negativo
(sfavorevole); se ∆H è debolmente negativo, occorre che ∆S sia favorevole cioè
positivo.
2.3 STECHIOMETRIA DEI COMPLESSI
In genere si fa riferimento ad un rapporto stechiometrico farmaco ciclodestrina 1:1 ma
esiste la possibilità di rapporti stechiometrici diversi ad esempio 1:2 (fig. 10) oppure 2:1
o 2:2 (fig.11). fig. 10
∆G = ∆H - T∆S
15
fig. 11
2.4 PREPARAZIONE DEI COMPLESSI
I metodi usati per la preparazione dei complessi si scelgono in base a diversi parametri:
caratteristiche del farmaco e della ciclodestrina, migliore resa , facilità e rapidità di
esecuzione, costo e possibilità di applicazione su larga scala, ecc.
Bisogna tenere presente due cose:
1) che il tipo di tecnica di preparazione può influenzare moltissimo le caratteristiche
chimico-fisiche (ad es. la solubilità e quindi la biodisponibilità) del prodotto.
2) che non è detto che il complesso di inclusione si formi anche se si hanno variazioni
delle caratteristiche chimico-fisiche del prodotto di partenza.
I metodi di preparazione si suddividono in:
1. Metodi in fase solida
2. Metodi in fase semisolida
3. Metodi in fase liquida
2.4.1 METODI IN FASE SOLIDA
MISCELA FISICA
La miscela fisica, consiste nella semplice miscelazione in capsula di porcellana con
spatola di osso di un piccolo quantitativo di farmaco e ciclodestrina, in un preciso
rapporto stechiometrico e per un certo tempo (15’).
La miscela fisica è alla base per la preparazione di altre tecniche come la macinazione e
kneading, e viene considerata come riferimento nella dimostrazione della formazione di
un complesso con varie tecniche.
16
GRINDING O BALL-MILLING O MACINAZIONE IN MOLINO AD ALTA
ENERGIA
Si prepara la miscela fisica che poi viene messa in particolari contenitori cilindrici dette
camere di macinazione assieme a delle sfere .Sia il contenitore che le sfere sono in
acciaio inox.
Si montano poi su opportuni alloggiamenti semimobili a cui viene impartito un
movimento oscillatorio di opportuna frequenza misurata in Hertz per un certo tempo.
Si ha una duplice azione meccanica dovuto allo sfregamento delle sfere e della polvere
con le pareti dei cilindri. Ciò comporta una riduzione del particle-size e maggiore
omogeneizzazione della miscela fisica assieme ad una maggiore interazione host-guest
che si manifesta con un miglioramento della solubilità rispetto alla miscela fisica.
L’energia fornita al sistema può comportare transizioni polimorfe o amorfizzazione.
Tale metodo non può esser usato per sostanze termolabili e viscose o che lo diventano
per azione meccanica.
SEALED HEATING
La miscela fisica viene messa con pochissima acqua in una particolare fiala che verrà
sigillata e posta in stufa ad una temperatura di poco inferiore a quella di fusione del
farmaco per un certo tempo. La temperatura e la pressione dovuta alla evaporazione
dell’acqua favoriscono la formazione del complesso. La sostanza viene recuperata
previo raffreddamento e rottura della fiala.
2.4.2 METODI IN FASE SEMISOLIDA
KNEADING O IMPASTO MOLLE
Si tratta la miscela fisica farmaco-ciclodestrina con poche gocce di solvente opportuno e
si miscela energicamente in mortaio l’impasto ottenuto per alcuni minuti, fino a che il
solvente sia completamente evaporato. Dall’impasto semisolido si ottiene di nuovo la
polvere.
17
2.4.3 METODI IN FASE LIQUIDA
COEVAPORAZIONE
Si solubilizza la ciclodestrina in acqua ed il farmaco in opportuno solvente volatile. Le
due soluzioni vengono poi unite in pallone e sottoposte ad evaporazione sottovuoto.
LIOFILIZZAZIONE
Si aggiunge il farmaco ad una soluzione acquosa o in miscela acqua-etanolo di
ciclodestrina, sotto agitazione magnetica per facilitare la solubilizzazione. La soluzione
viene sottoposta prima al congelamento, raggiungendo temperature inferiori al punto
triplo del diagramma di fase dell’acqua e poi eliminazione del solvente per
sublimazione. Si tratta di un metodo che permette la completa eliminazione del
solvente, aumenta la bagnabilità del farmaco e quindi della sua solubilità, facilita l’
amorfizzazione, è applicabile a sostanze termolabili ma ha un grande svantaggio che ne
limita l’applicazione: occorrono grandi volumi di solvente.
SPRAY-DRYING
La soluzione contenente il farmaco e ciclodestrina viene nebulizzata con atomizzatore
all’interno della camera di essiccamento. Le goccioline che si formano vengono
sottoposte ad un getto d’aria calda che fa evaporare istantaneamente il solvente
ottenendo così una polvere finissima.
Anche questo è un processo molto vantaggioso perché si può applicare a sostanze
termolabili ed accresce la solubilità del farmaco per l’aumento della superficie efficace
e la formazione di sostanze amorfe. Lo svantaggio è che la polvere micronizzata tende a
formare degli agglomerati fra particelle dovuti a cariche elettrostatiche presenti sulla
superficie.
18
3 COMPLESSI FARMACO-CICLODESTRINA-POLIMERO:
SISTEMI TERNARI
3.1 SISTEMI TERNARI IN GENERALE
Sono stati fatti numerosi studi di sistemi multicomponente con polimeri, ottenendo
buoni risultati nell’aumento della dissoluzione del farmaco rispetto al sistema binario
[13-16].
La terza sostanza viene aggiunta al tradizionale sistema farmaco-ciclodestrina e si tratta
o di acido[17] se il farmaco ha caratteristiche basiche (ad esempio: Acido Lattico,
Tartarico, Citrico, Malico) o di una base se il farmaco ha caratteristiche acide, o di un
polimero (PVP, e derivati idrofili della cellulosa) e sali [18].
L’aumentata solubilità del sistema ternario rispetto al secondario avviene perché il terzo
componente:
1. favorisce la complessazione
2. nel processo di solubilizzazione ha un’azione sinergica assieme alla
ciclodestrina.
3.2 SISTEMI TERNARI CON POLIMERI IDROSOLUBILI
I polimeri più usati sono il PVP (polivinilpirrolidone), l’HPMC
(idrossipropilmetilcellulosa), la CMCNa (sodiocarbossimetilcellulosa) ed i PEG
(polietilenglicoli).
3.3 PROPRIETA’ DEI POLIMERI ALLO STATO SOLIDO
I polimeri lineari possono impacchettare le loro catene in maniera regolare formando
aggregati ordinati nello spazio, che possono definire una vera cella elementare.
19
Si può parlare quindi di reticolo cristallino.
Se coesistono aree cristalline ed aree amorfe si parla di grado di cristallinità e l’esatta
percentuale si valuta con Raggi X e DSC.
Quando tale grado è elevato si possono avere fenomeni di polimorfismo.
La percentuale di cistallinità può influenzare sia la densità sia la permeabilità del
polimero.
3.4 STATO FISICO E CLASSIFICAZIONE fig. 12
STATO FISICO DEL POLIMERO
Cristallino
Vetroso
Gommoso-elastico
Fluido-viscoso
In base allo stato fisico dei polimeri, si può avere la seguente classificazione:
1. polimeri cristallini con temperatura di fusione Tf che aumenta
proporzionalmente all’aumentare della cristallinità e si parla di stato cristallino.
2. polimeri semicristallini, dove nella loro struttura si alternano zone a struttura
amorfa a zone cristalline e presentano oltre Tf, la temperatura Tg (glass
transitions o transizione vetrosa) che è sempre inferiore a quella di fusione.
3. polimeri amorfi che possono essere di 2 tipi;
a. Quelli che si trovano nello stato vetroso cioè a T ambiente sono duri,
rigidi e fragili con Tg > T ambiente. Ciò è dovuto alla presenza di catene
e gruppi che impediscono i movimenti della molecola e non sono in
grado di rispondere a sollecitazioni meccaniche
b. Quelli che si trovano nello stato gommoso-elastico a T ambiente sono
flessibili e malleabili con Tg < T ambiente. Al di sopra della transizione
vetrosa nelle zone amorfe diventano possibili i movimenti
microbrowniani che rendono la sostanza malleabile, rispondendo alle
20
sollecitazioni applicate. Innalzando ulteriormente la temperatura i moti
microbrowniani si estendono a tutta la massa del polimero avendo così lo
stato fluido-viscoso.
21
4 ANALISI DELL’INTERAZIONE FARMACO-CICLODESTRINA
Dopo che si è ottenuto il complesso farmaco ciclodestrina, si effettuano su di esso
diverse analisi per convalidare la effettiva inclusione, verificare se sono variate le
proprietà chimico fisiche del farmaco stesso, determinarne il rapporto stechiometrico ed
i parametri termodinamici dell’interazione.
Tali analisi comprendono:
a) Studi di equilibrio solido-soluzione
b) Studi in soluzione
c) Studi allo stato solido
4.1 STUDI DI EQUILIBRIO SOLIDO-SOLUZIONE
Si basano sulla reazione di formazione del complesso:
dove: S = substrato o farmaco
L = legante o ciclodestrina
n, m = coefficienti stechiometrici
4.1.1 DETERMINAZIONE DELLA STECHIOMETRIA
Permette di determinare il rapporto n/m , tenendo costante [LTot] + [STot ].
Esistono due metodi:
1) METODO DI JOB O DELLE VARIAZIONI CONTINUE
Si preparano due soluzioni equimolari del legante e del substrato e si preparano
mescolanze delle due soluzioni, prelevando aliquote tali che volume e concentrazione
totale siano costanti.
mS + nL ∏ SmLn
22
Per ogni soluzione si misura una proprietà del farmaco che varia in funzione della
complessazione, ad es. assorbanza o fluorescenza, e si calcola la variazione rispetto al
riferimento che è la soluzione a quella stessa concentrazione del solo farmaco.
Si costruisce il grafico che per ascissa il rapporto:
[LTot] / ([LTot] + [STot ]) che è la frazione molare del legante,
per ordinata i valori di variazione di assorbanza o fluorescenza , chiamata ∆Α.
fig. 13 Diagramma di Job
Dal grafico (fig. 13) si osserva che l’assorbanza aumenta con l’aumentare del legante,
fino al raggiungimento del massimo che coincide col miglior rapporto stechiometrico.
Se tale massimo corrisponde ad un valore delle x di 0.5, significa che la stechiometria
del complesso farmaco-ciclodestrina è di 1:1.
Questo metodo ci permette di valutare anche la stabilità del complesso. Nel grafico sono
mostrate tre tipi di curve: più netta è la variazione, più stabile è il complesso, più
spanciata è la curva, meno precisa è la determinazione della stechiometria.
Infatti più netta è la variazione più stabile è il complesso, più spanciata è la curva più
difficile è la determinazione della stechiometria.
0
∆Α
[LTot] / ([LTot] + [STot ])
23
2) METODO DEL RAPPORTO DI MOLE
Analogo al precedente.
Si preparano una serie di soluzioni in cui viene mantenuta costante la concentrazione
del substrato ed aumenti gradatamente la concentrazione del legante
Anche in questo metodo si misura la variazione di un parametro tipico del farmaco ad
es. l’assorbanza ossia la variazione tra il valore del farmaco senza ciclodestrina e quello
del complesso formatosi.
Riportando in grafico i valori di ∆Α sull’asse delle y e i valori di [LTot]/ [STot] su quella
delle x, si ottengono curve con brusche variazioni di pendenza in corrispondenza del
rapporto stechiometrico ottimale.
4.1.2 STUDI DI SOLUBILITA’ DI FASE
Tali studi si fanno aggiungendo un eccesso di principio attivo in un certo volume di
solvente contenenti quantità crescenti di ciclodestrina, mantenuti ad una certa
temperatura e sotto agitazione magnetica per un tempo necessario al raggiungimento
dell’equilibrio.
Si valuta la concentrazione del farmaco in soluzione all’equilibrio, generalmente
mediante metodi spettroscopici. L’equilibrio è raggiunto quando si ottengono due valori
di concentrazione uguali per due successivi prelievi.
Si costruisce il grafico mettendo sull’asse delle y la concentrazione totale del farmaco e
su quello delle x la concentrazione crescente di ciclodestrina. Ottengo il diagramma di
solubilità di fase.
Secondo la classificazione di Higuchi e Connors [19] esistono due tipi di diagrammi:
quelli di tipo A e quelli di tipo B.
1) DIAGRAMMI DI TIPO A
Sono tipici di complessi solubili a tutte le concentrazioni e hanno tre sottotipi (fig. 14):
AL: quando esiste una correlazione lineare tra concentrazione di farmaco in
soluzione e la concentrazione di ciclodestrina (rapporto 1:1).
AP: deviazione positiva dalla linearità e si hanno quando si formano complessi
con rapporto diverso da 1:1.
24
AN: deviazione negativa dalla linearità, dovuti o a fenomeni di auto-associazione
del legante oppure a mancanza di corpo di fondo.
fig. 14
2) DIAGRAMMI DI TIPO B
Caratteristici dei complessi insolubili, utili per la preparazione di prodotti con effetto
prolungato (fig15). Si possono avere anche qui due sottotipi:
BS: dove la concentrazione del substrato aumenta linearmente fino ad A dove comincia
a precipitare il complesso per ulteriore aggiunta del legante. Si ha un plateau A-B dove
la concentrazione del substrato rimane costante. Al punto B è esaurito tutto il substrato
presente come corpo di fondo; il complesso continua a formarsi a discapito del substrato
libero, ossia la sua concentrazione diminuisce fino a raggiungere un secondo plateau
che rappresenta la solubilità del complesso
La quantità di legante che reagisce per formare il complesso nel tratto A - B è data da
LB - LA mentre la quantità di substrato è uguale S = ST - S’.
Dal rapporto delle due concentrazioni si ottiene il rapporto stechiometrico.
BI : analogo al precedente, ma non c’è aumento della concentrazione del substrato, il
complesso precipita subito.
25
fig. 15
4.1.3 CALCOLO DELLA COSTANTE DI EQUILIBRIO DEL COMPLESSO
Serve per valutare le proprietà chimico-fisiche del farmaco dopo l’inclusione.
Per semplicità si considera la costante di equilibrio della reazione substrato-legante con
stechiometria 1:1 (diagramma di tipo AL) che è detta costante apparente di stabilità.
S + L ∏ S –L
Dove : [S] = S0 = concentrazione del substrato in assenza di legante
[SL] = concentrazione del complesso = STot - S0
[L] = concentrazione del legante = LTot – (STot - S0 )
Sostituendo nell’equazione:
K1:1 =[SL]
[S] · [L]
ST
S0
LT
BS
BI
A B
LA LB
S”
S’
26
Siccome la retta che descrive il diagramma AL è la seguente (fig. 16):
Dividendo numeratore e denominatore dell’equazione * per LTot , si ottiene l’equazione
che permette di calcolare la costante apparente di stabilità.
4.1.4 TRATTAMENTO TERMODINAMICO DELLA COSTANTE DI
STABILITA’
Conoscendo la costante di stabilità apparente K1:1 si possono calcolare tutti i parametri
termodinamici (Energia libera, Entalpia, Entropia) associati alla formazione del
complesso.
a) La variazione di Energia libera all’equilibrio del sistema si calcola dalla relazione:
∆G = Gprodotti – Greagenti = ∆G0 · RT · Ln K1:1 < 0
All’equilibrio ∆G = 0 e cambiando la base del logaritmo:
K1:1 = S0· [LTot – (STot - S0 )]
( STot - S0 ) LTot
LTot
pendenza intercetta (1 - pendenza)
=
* K1:1 = STot - S0
S0· [LTot – (STot - S0 )]
STot
LTot
S0
STot = m LTot + S0 m = (STot - S0)/ LTot coeff. angolare
fig. 16
27
∆G0 = - 2.303 · RT · Log K1:1
Dove:
R = costante dei gas
T = temperatura in gradi Kelvin
b) La variazione di Entalpia si può calcolare con due metodi:
1) Sostituire il valore ∆G0 nella precedente equazione:
∆G0 = ∆H0 - T·∆S0
Questa è l’equazione di una retta dalla cui pendenza si trova ∆H0.
2) Se si conoscono almeno due valori della temperatura si può usare l’equazione
di Van’t Hoff:
Log (k2/K1) = (∆H0/ 2.303R) ·[(T2 - T1)/ (T1 · T2)]
c) La variazione di Entropia si calcola per sostituzione dei precedenti valori trovati in:
∆S0 = (∆G0- ∆H0 )/ T
4.1.5 VELOCITA’ DI DISSOLUZIONE
La velocità di dissoluzione di un solido in un liquido,dipende dalla velocità con cui le
forze di interazione soluto-solvente superano quelle soluto-soluto allo stato solido e
viene espressa dall’equazione di:
Dove:
∂C/ ∂T = Quantità di sostanza solubilizzata nell’unità di tempo
D = Coefficiente di diffusione
- ∆H0 2.303 R
T 1
· + Cost.
∂C ∂t
=D·S (Cs - Ct)
V·hNerst-Brunner
28
S = Superficie efficace (superficie del solido esposta al solvente)
Cs = Concentrazione alla saturazione
Ct = Concentrazione al tempo t
h = Spessore dello strato stazionario di diffusione che dipende dalle condizioni
operative cioè velocità di agitazione, posizione dell’agitatore, dimensione delle
pale
V = Volume del mezzo di dissoluzione
Quando la concentrazione è molto inferiore alla solubilità della sostanza, cioè Ct = 10-
15 % rispetto a Cs, si può trascurare Ct e si dice che il sistema è in “sink conditions“
(lavandino biologico). In tali condizioni non c’è accumulo della sostanza in situ, che
invece si scioglie e diffonde a velocità costante. La velocità di dissoluzione non viene
rallentata dal raggiungimento della saturazione.
Ciò serve per simulare le condizioni biologiche “in vivo”, come ad esempio avviene
l’assorbimento nel tratto gastro-intestinale, dove la sostanza disciolta passa le
membrane e viene continuamente portata via dal sistema circolatorio.
“In vitro” il metodo migliore per realizzare le condizioni di “sink” è aggiungere
continuamente solvente fresco al sistema ossia operare a “flusso continuo”.
4.2 METODI DI ANALISI IN SOLUZIONE
La scelta dei metodi viene fatta in base alle caratteristiche del farmaco. Se il farmaco
presenta dei gruppi cromofori si possono usare le seguenti tecniche:
a) Spettroscopia UV-Visibile
b) Fluorescenza
c) Dicroismo circolare
d) N.M.R.
29
4.2.1 SPETTROSCOPIA UV-VISIBILE
La formazione del complesso può alterare lo spettro originale di assorbimento Uv-
visibile del farmaco, determinando uno shift batocromico e/o un allargamento della sua
tipica banda di assorbimento. Lo shift verso il rosso può essere dovuto alla schermatura
degli elettroni eccitabili nella cavità della ciclodestrina.
Da tali variazioni si determina la costante di stabilità del complesso attraverso
l’equazione di Benesi-Hildebrand o quella di Scott, che derivano per successive
rielaborazioni matematiche dalla legge di Lambert-Beer:
Lambert-Beer A = ε b [St]
Dove:
ε = coefficiente di estinzione molare ad una determinata lunghezza d’onda λ
b = cammino ottico che in genere è 1 cm
St = concentrazione totale del substrato
Dove:
K1:1 = costante stabilità del complesso con stechiometria 1:1
∆ε 1:1 = coefficiente di estinzione molare del complesso con stechiometria 1:1
Ponendo [L] = [Lt] e riportando in grafico la variazione di assorbanza in funzione della
concentrazione di ciclodestrina, ottengo una retta, dai cui parametri si calcola la costante
di stabilità:
K1:1 = intercetta/ pendenza
Moltiplicando numeratore e denominatore per [L] ottengo un equazione simile di:
∆A
=1
[St]·K1:1 · ∆ε 1:1 +
[L] ∆ε 1:1· [St]
Scott b· [L]
b ∆A
=1
[St]·K1:1 · ∆ε 1:1 · [L] +
1 ∆ε 1:1· [St]
Benesi-Hildebrand
30
Dove la costante di stabilità è
K1:1 = pendenza/ intercetta
4.2.2 DICROISMO CIRCOLARE
E’ tipico di molecole chirali (otticamente attive) capaci di modificare il piano di luce
polarizzata circolarmente, dando una modificazione ellittica. La radiazione incidente è
nel range dell’UV.
Le ciclodestrine sono molecole otticamente attive ma per la loro alta simmetria non
danno spettri di dicroismo circolare.
Se al loro interno si trova una molecola di per sé chirale, si hanno modifiche dello
spettro della molecola, mentre se la molecola è achirale ma contenente un cromoforo, si
ha il fenomeno dicroismo circolare indotto (effetto Cotton indotto), in seguito alla
riduzione della simmetria della molecola della CD, causata dall’inclusione del guest.
La misura della variazione di ellitticità molecolare in seguito a complessazione può
essere usata per dterminare il rapporto stechiometrico host-guest col metodo di Job o la
costante di stabilità del complesso col metodo di Scott.
4.2.3 FLUORESCENZA
Per farmaci che presentano tale fenomeno si può riscontrare variazione di Intensità della
banda, in seguito a complessazione.
La costante di stabilità si calcola con l’equazione:
Dove:
f0 = Intensità di fluorescenza in assenza di ciclodestrina
fm = Intensità di fluorescenza in presenza di ciclodestrina
Lt = Concentrazione totale di ciclodestrina
ΦLS = Quanto di fluorescenza del complesso
ΦS = Quanto di fluorescenza del farmaco (substrato)
[Lt] =
ΦLS · εLS · f0 · k ΦS · εS · fm
Mataga-Tsumo [20] + - K1:1 1+ ( f0/fm )
31
εLS = Coefficiente di estinzione molare del complesso alla λ di eccitazione
εS = Coefficiente di estinzione molare del substrato alla λ di eccitazione
Tale equazione correla la variazione di fluorescenza in funzione della concentrazione di
L aggiunta. Si ottiene una retta non passante per l’origine. Dall’intercetta con l’asse
delle y si ha il valore della costante di stabilità del complesso (K1:1).
4.2.4 RISONANZA MAGNETICA NUCLEARE (N.M.R.)
Si usa sia la tecnica N.M.R. del protone sia quella del carbonio con le quali ottengo non
solo la costante di stabilità ma anche importanti informazioni sulla modalità di
inclusione del farmaco nella ciclodestrina.
Per H-N.M.R. i limiti di applicabilità sono dovuti ala scarsa solubilità del complesso in
D2O (acqua deuterata). La tecnica C13-N.M.R. permette di fare rilevazioni in soluzione
acquosa della variazione del chemical shift degli atomi di carbonio dell’ host e del
guest. Maggiore è la variazione del chemical shift, maggiore sarà l’interazione host-
guest e quindi la stabilità del complesso.
4.2.5 TITOLAZIONI ACIDO-BASE
Se la molecola possiede gruppi acidi o basici, si può usare questa metodica per valutare
le interazioni host-guest e la costante di stabilità del complesso.
Si costruiscono curve di titolazione con il solo farmaco e in presenza di concentrazioni
crescenti di ciclodestrina; si calcolano le varie costanti di dissociazioni Ka del farmaco
libero e del farmaco complessato con la ciclodestrina K’a, K”a, ecc.
4.3 METODI DI ANALISI ALLO STATO SOLIDO
Siccome la presenza del complesso di inclusione in soluzione non ne garantisce
l’esistenza anche allo stato solido, sono necessarie una serie di tecniche per dimostrarlo.
Infatti si può avere solo semplice interazione tra i componenti o modifiche dello stato
solido dovute alla formazione di fasi amorfe, polimorfi, pseudopolimorfi, ecc.
32
Le tecniche usate sono diverse:
a) Analisi termica
b) Diffrazione Raggi X su cristallo o polvere
c) IR o FTIR
d) Spettroscopia Raman
e) N.M.R. allo stato solido
f) Analisi ottica
g) Massa
Solo le prime tre sono state usate in questo lavoro e quindi solo queste verranno
descritte.
4.3.1 ANALISI TERMICA
Comprende tutti i metodi nei quali viene misurato uno specifico parametro durante il
riscaldamento del campione (fig. 17).
Il parametro valutato dipende dal tipo di tecnica . Nel nostro caso si tratta del valore di
Entalpia misurata con la calorimetria differenziale a scansione, DSC. fig. 17 fig. 18
Questa tecnica è una delle più usate per la caratterizzazione solida dei complessi perché:
a- permette un’analisi qualitativa e quantitativa
b- Si individuano principalmente i seguenti fenomeni (fig. 18):
1- picchi endotermici di fusione
2- transizioni vetrose
3- bande endotermiche di disidratazione o solvatazione o sublimazione
33
4- picchi esotermici di cristallizzazione
5- fenomeni di ossidazione (eso ed endotermici)
6- fenomeni di decomposizione (eso ed endotermici)
7- amorfizzazione
Procedura: Si confrontano le curve DSC del farmaco da solo, della ciclodestrina da
sola, della loro miscela fisica (MF) e di prodotti ottenuti con le varie tecniche di
complessazione. La variazione del picco endotermico di fusione (scomparsa o
spostamento del massimo o riduzione di intensità) indica che esiste interazione farmaco-
ciclodestrina.
La scomparsa dell’endoterma di fusione può essere dovuta alla formazione del
complesso ma non necessariamente.
Infatti è possibile che si sia semplicemente ottenuto un composto amorfo.
Occorre quindi confermare una delle due ipotesi con l’aiuto di analisi complementari
come i raggi X e l’IR..
4.3.2 DIFFRAZIONE RAGGI X
La diffrazione ai raggi X avviene quando una radiazione monocromatica di raggi X
interagisce con la materia e viene diffusa in varie direzioni senza essere assorbita.
Servono per ottenere informazioni sui legami, in quanto si osserva diffrazione quando la
lunghezza d’onda della radiazione incidente è dello stesso ordine di grandezza della
distanza tra ioni o atomi del cristallo. Solo i raggi X hanno questa caratteristica.
Si usano sia per l’analisi qualitativa che per la quantitativa.
Le tecniche che usano i raggi X sono due:
1) DIFFRAZIONE SU CRISTALLO SINGOLO
Permette di risolvere i parametri della cella elementare della sostanza. Ha però lo
svantaggio della difficoltà di ottenimento del complesso allo stato cristallino e di
opportune dimensioni tali da permettere l’analisi.
2) DIFFRAZIONE SU POLVERE
Questa contiene numerosi piccoli cristalli che differiscono per l’orientazione.
34
La tecnica non permette di determinare i parametri della cella elementare ma dà
informazioni generali per la caratterizzazione della sostanza e del suo stato solido se
(cristallino o amorfo, formazioni di polimorfi o pseudopolimorfi).
Tale informazione è importantissima al fine di rilevare se esiste interazione farmaco
ciclodestrina in funzione del tipo di host e del tipo di tecniche usate per
l’incapsulazione.
4.3.3 SPETTROSCOPIA IR
Usata sia in analisi qualitativa che quantitativa per avere informazioni di interazioni
host-guest, ma da sola non è sufficiente. Si usa come tecnica aggiuntiva alle precedenti,
ed è particolarmente utile per evidenziare la presenza di polimorfi.
Procedura: Si fanno spettri in nujol o in pasticche di KBr o NaCl del farmaco, della
ciclodestrina, della miscela fisica e dei prodotti ottenuti con le varie tecniche di
incapsulazione e si confrontano.
La variazione dell’intensità e/o lo shift di alcune bande è indice di interazione fra i
componenti del complesso.
35
5 PREFORMULAZIONE: LE COMPRESSE
Forma farmaceutica più usata per la somministrazione orale di più della metà dei
farmaci attualmente in uso.
5.1 INTRODUZIONE GENERALE
Secondo la F.U.I. le compresse sono preparazioni solide, contenenti ciascuna dosi
singole di una o più sostanze attive farmaceuticamente. Possono essere addizionate o no
di eccipienti e si preparano comprimendo volumi uguali di polveri mediante opportune
macchine.
Si usano per via orale; alcuni tipi sono ingerite intere, altri disciolti o disaggregati in
acqua prima della somministrazione.
Oppure possono rilasciare il principio attivo in opportune parti del tratto gastro-
intestinale, come le compresse gastro-resistenti o quelle a rilascio prolungato nel tempo.
Esistono anche compresse destinate ad altre vie di somministrazione (quelle vaginali,
oftalmiche ecc.).
Il peso varia da 0.06 a 0.8 g mentre il diametro va da 6 a 14 mm.
I vantaggi rispetto ad altre forme farmaceutiche sono:
- Buona compliance del paziente nell’assunzione
- Facile maneggiabilità e trasporto
- Preciso dosaggio
- Mezzo favorevole ad una buona conservazione
- Basso costo quindi forma eletta dalla produzione industriale
- Facilità nella produzione su larga scala e nel confezionamento
- Possibilità di edulcorare i principi attivi con cattivo sapore.
Lo svantaggio principale è che non tutti i principi attivi sono idonei alla formulazione in
compresse.
Fortunatamente le tecnologie industriali hanno fatto passi da gigante per il
miglioramento formulazioni tradizionali e per crearne delle nuove.
36
5.2 PROPRIETA’
Le compresse, indipendentemente dal metodo di preparazione, devono soddisfare
alcune qualità specifiche:
♦ All’interno di uno stesso lotto devono avere peso, diametro, aspetto omogenei ed
uguale contenuto di principio attivo
♦ Una sufficiente resistenza agli urti e sollecitazioni meccaniche a cui possono andare
incontro prima dell’uso
♦ Una volta ingerite devono avere una rapida disgregazione e permettere la successiva
dissoluzione del principio attivo per ottenere una buona biodisponibilità.
Siccome la compressione è eseguita in apposite macchine, la polvere da comprimere
deve a sua volta avere:
• Buon scorrimento, per garantire il riempimento omogeneo delle matrici
• Buona comprimibilità, al fine di ottenere una massa sufficientemente dura e non
friabile
• Scarsa adesione alle pareti della matrice ed ai punzoni
Raramente il principio attivo possiede tutte queste qualità, perciò prima della
compressione viene miscelato con adatti eccipienti
5.3 ECCIPIENTI
Sono sostanze farmacologicamente inerti che tuttavia possano influenzare le proprietà
del farmaco nella forma farmaceutica finale. Si classificano in:
1) LEGANTI O AGGREGANTI
2) DISAGGREGANTI
3) LUBRIFICANTI
4) DILUENTI
5) ALTRI
37
5.3.1 LEGANTI
Servono a trasformare la polvere in graulato quando con sola acqua o alcol si avrebbero
granuli friabili. Si classificano in base alla loro solubilità in solvente in:
a) Solubili in acqua: gomma arabica, saccarosio, PEG, gelatina, amido, metil-
cellulosa, carbossi-metil-cellulosa. In parte solubilizzano ed in parte
inglobano il principio attivo. Allontanata l’acqua rimane il solo granulato con
migliori caratteristiche rispetto alle polveri.
b) Solubili in solventi organici: etil-cellulosa, PVP. Sono adatti per polveri
idrosensibili ma hanno l’inconveniente di ritardare la disgregazione della
compressa.
5.3.2 DISAGGREGANTI
Aggiunti nel 5-20%, bilanciano l’azione dei leganti favorendo la disaggregazione della
compressa e la dispersione del farmaco nei succhi gastrici.
Il meccanismo d’azione non è unico. Per alcuni si basa sulla capacità di queste sostanze
di assorbire acqua e rigonfiare, mentre altri, come l’amido, facilitano la penetrazione
dell’acqua all’interno della compressa per capillarità.
Ricordiamo alcune sostanze: alginati, silice in polvere, cellulosa microcristallina,
povidone reticolato, carbossi-metil-cellulosa reticolata, miscele effervescenti (NaHCO3
+ Acido Tartarico o Citrico).
1. Sono aggiunti:
a. A secco: associati al granulato prima della compressione
b. Insieme alla massa in polvere, prima della granulazione ad umido perché
si ha il vantaggio di portare il disgregante all’interno dei granuli stessi
5.3.3 LUBRIFICANTI
Si aggiungono prima della compressione in quantità pari a 0.5-2 %.
38
Esempi: stearati metallici, talco, Ac. Stearico, amido, cere altofondenti, PEG, Ac.
Borico ma solo per uso esterno.
Queste sostanze hanno tre funzioni diverse:
1) POTERE GLIDANTE: migliorare lo scorrimento dei granuli in modo da
favorire il riempimento della matrice con un volume costante
2) POTERE ANTIADERENTE: diminuire l’adesione del materiale ai punzoni
e matrice
3) POTERE LUBRIFICANTE: diminuire l’attrito fra parete interna della
matrice e compressa e favorire la trasmissione della forza di compressione
5.3.4 DILUENTI
Usati quando il principio attivo è troppo poco per dare origine ad una compressa.
I più utilizzati sono: lattosio, amido, saccarosio, mannitolo, cellulosa microcristallina,
5.3.5 ALTRI
BAGNANTI: tensioattivi che migliorano la bagnabilità della compressa favorendone il
contatto con i liquidi gastro-intestinali.
TAMPONI: per stabilizzare alcuni principi attivi.
COLORANTI: per distinguere le compresse e migliorarne l’aspetto organolettico.
AROMATIZZANTI: per migliorare il sapore.
ADSORBENTI: quando il medicamento è liquido, viene adsorbito su polvere inerte e
poi si prepara la compressa, o in caso di miscele igroscopiche.
5.4 COMPRESSIONE DIRETTA
Le polveri possono essere compresse direttamente o dopo che sono state granulate, in
modo da dare al materiale quelle caratteristiche di scorrimento e comprimibilità tali da
avere compresse dure, non friabili e con dosaggio uniforme.
39
In questo lavoro, le compresse sono state ottenute per compressione diretta, quindi le
altre metodologie non verranno trattate.
La compressione diretta viene usata in pochi casi ossia quando la miscela di polveri da
comprimere possiede:
1) Buon scorrimento
2) Scarsa friabilità
3) Elevata densità al versamento
I vantaggi di questa tecnica si riscontrano nel minor tempo di preparazione, minori costi
e si evita al farmaco l’azione dell’acqua e del calore.
Gli svantaggi sono che il farmaco non può superare il 30% in peso della compressa,
differenti granulometrie dei componenti della compressa che possono causare un
dosaggio non omogeneo.
40
6 IL FARMACO ED IL DIABETE
6.1 CARATTERISTICHE GENERALI DEL DIABETE
Il diabete è un’antica malattia metabolica, conosciuta già nell’antico Egitto.
La parola stessa deriva dal greco e significa “passare attraverso” perché uno dei segni
clinici più distintivi di tale patologia è, infatti, la presenza di zucchero nelle urine, che vi
giunge attraverso il rene quando la sua concentrazione nel sangue supera un certo
valore. L’ iperglicemia (elevati livelli ematici di glucosio) è dovuta principalmente alla
incapacità totale o parziale di produrre l’insulina, o ad alterata sensibilità dei tessuti a
tale ormone.
L’insulina è un ormone importantissimo prodotto dalla porzione endocrina del pancreas
detta “isole del Langherans” e più precisamente dalle cellule β (fig. 19 e 20). fig. 19
Secondo i dati dell’O.M.S. il valore della glicemia plasmatica a digiuno deve essere <
110 mg/dL; un valore >126 mg/dL indica una diagnosi provvisoria di diabete mentre
valori compresi tra 110-126 suggeriscono alterata glicemia.
Si manifesta con sintomi quali la sete, l’eccessivo bere ed urinare, debolezza, calo
ponderale, vomito. Nei casi più gravi da ricovero ospedaliero: confusione mentale,
disidratazione, tachipnea, alito acetonico dovuto alla chetoacidosi.
41
fig. 20
La diagnosi viene fatta con esami del sangue e delle urine, dove si dosa il glucosio e si
rileva la possibile presenza di corpi chetonici. Da notare che la glicosuria non sempre
indica diabete.
Classificazione dei vari tipi di diabete:
I. DIABETE DI TIPO I, insulino dipendente (IDDM) detto anche diabete
giovanile, che è dovuto alla mancata produzione di insulina. Si parla di
distruzione delle cellule β a causa di fattori genetici-ambientali e si cura con
iniezioni di insulina associata ad appropriata dieta ed esercizio fisico.
II. DIABETE DI TIPO II, non insulino dipendente (NDDM) detto anche dell’età
adulta, dovuto ad una diminuzione della produzione di insulina o un aumento
di volume delle cellule α del pancreas adibite alla produzione di glucagone che
aumenta. E’ il più frequente, presenta una componente ereditaria ed è
conseguente a problemi quali obesità dislipidemia, malattie cardiovascolari.
III. DIABETE DI TIPO SECONDARIO indotto da farmaci (corticosteroidi,
pillola anticoncezionale, diuretici tiazidici, ecc) o persone affette da
pancreatine
IV. DIABETE GESTAZIONALE di natura transitoria che compare in gravidanza,
dovuto a ormoni della placenta.
α: che producono glucagone per la [glucosio] pl
β: producono insulina che serve:
δ: producono somatostatina che ha un ruolo pancreatico indiretto negativo:
produzione di glucagone e di insulina
metabolismo del glucosio
controllo della [glucosio] pl
Le cellule del
Langherans
42
V. DIABETE INSIPIDO caratterizzato da grande sete e orinazione per mancata
produzione dell’ormone antidiuretico ADH, con conseguente diminuzione del
riassorbimento di acqua nel tubulo renale.
VI. DIABETE SENILE malattia genetica che crea anticorpi contro insulina,
mentre le cellule β sono sane
6.1.1 DIABETE DI TIPO II (NDDM)
Negli adulti è la forma più comune e predominante di diabete, mentre nei giovani lo è
meno ma si sta riscontrando molto più frequentemente in molti paesi in associazione
della crescita percentuale di obesità. Inizialmente si manifesta con livelli di insulina
superiore rispetto al normale, che però non riesce ad agire a livello tissutale periferico,
determinando il fenomeno della insulino-resistenza. Tale incapacità di captare il
glucosio per portarlo all’interno delle cellule (fig. 21), si traduce successivamente in un
aumento del glucosio ematico con manifestazione del diabete. fig. 21
Esordio:
• l’obesità
• la componente genetica ereditaria
• associata a particolari infezioni o stress.
Da notare che spesso la malattia è asintomatica all’inizio o con sintomi minimi.
Eziologia:
• sconosciuta
• fattori genetici poligenici
• stile di vita quali il troppo mangiare e la sedentarietà
43
• ipertensione e malattie cardiovascolari ,obesità.
Terapia:
• riduzione di peso
• ginnastica e stile di vita salutare
• controllo dell’assunzione delle calorie
• agenti ipoglicemizzanti orali come la Glibenclamide
• somministrazione occasionale di insulina
6.1.2 COMPLICAZIONI DOVUTI ALL’IPERGLICEMIA
1) Se aumenta la glicemia ematica, si ha un aumento dell’accumulo di Sorbitolo
responsabile di effetti tossici come neuropatie. Infatti il Glucosio inutilizzato
viene trasformato in Sorbitolo dall’Aldoreduttasi NADPH dipendente; per
formare NADPH si consuma GSH (Glutatione ridotto). Se i livelli di GSH
diminuiscono, aumentano i rischi di citotossicità dei metabolici ossidanti
2) Diminuisce la Na/K ATPasi dei tessuti eccitabili assieme al pool del
Mioinositolo, aumentando la diuresi
3) Il diabete accellera l’aterosclerosi, in quanto il glucosio forma delle basi di
Schiff con proteine dando origine a particolari prodotti che portano il nome dello
scopritore cioè Amadori, che reagiscono con altri gruppi carbonilici in una
reazione a catena che porta alla degenerazione della parete vascolare dove
passano albumina e anticorpi. L’albumina si lega alla lisina del collagene,
deformando le proteine basali dei vasi e determinando il loro ispessimento.
4) Danni microvascolari (retinopatia, nefropatia, neuropatia)
5) Danni macrovascolari (infarto del miocardio, stroke, arteropatia periferica)
6.2 IPOGLICEMIZZANTI ORALI
Gli ipoglicemizzanti orali sono alla base della normale terapia contro il diabete di tipo
II. Sono classificati in 5 classi fondamentali:
I. Solfoniluree
44
II. Biguanidi
III. Inibitori delle α-glucosidasi
IV. Derivati dell’acido benzoico
V. Derivati del tiazolidinedione
6.3 LE SOLFONILUREE IN GENERALE
Sono derivate della sulfonamide, e la loro scoperta fortuita risale agli anni ’40, quando
si vide che un sulfamidico, la Carbutamide provocava ipoglicemia su animali da
esperimento.
Tale sostanza divenne la prima usata per il diabete ma in seguito fu abbandonata per la
sua tossicità al midollo osseo.
Sono farmaci secretagoghi, cioè che aumentano il rilascio di insulina ma occorre che le
cellule β siano integre, per questo non vanno bene per il diabete di tipo I. Sono anche
capaci di aumentare la sensibilità dei tessuti periferici all’insulina.
6.3.1 CLASSIFICAZIONE
Sono suddivise in due generazioni in base al tempo di emivita e alla potenza:
I. SOLFONILUREE DI I GENERAZIONE – oggi sono raramente
usate, meno potenti ma con t½ lungo (6-12h fino a 24h) che può
aumentare il rischio ipoglicemico. Esempi: la Clorpropamide,
Tolbutamide, Tolazolamide.
II. SOLFONILUREE DI II GENERAZIONE – con maggiore potenza
(fino 100 volte) e con t½ ridotto (1.5-5h) per non creare crisi
ipoglicemiche. Esempi:Glipizide e Glibenclamide, Glimepiride
45
6.3.2 FORMULA GENERALE
Le molecole di II generazione hanno in R1 un eterociclo terminale legato ad un ponte
ammidico.
Pare che l’NH ammidico sia importante perché rappresenta una seconda possibilità di
legame con il recettore, oltre che con NH ureico.
In più presentano due aree lipofile importanti per il legame recettoriale: una è il
sostituente R2, l’altra l’eterociclo terminale. La glibenclamide appartiene a tale gruppo
ed è il prototipo degli ipoglicemizzanti di II generazione.
6.3.3 MECCANISMO D’AZIONE
Le solfoniluree hanno uno specifico recettore di membrana sulle β-cellule del pancreas
che costituisce una subunità del canale del potassio ATP-dipendente.
Tale legame determina la chiusura dei suddetti canali con conseguente riduzione
dell’afflusso di K+ e depolarizzazione della membrana che causa l’apertura dei canali
del calcio voltaggio-dipendenti con ingresso di Ca2+ all’interno della cellula e
promozione della esocitosi dei granuli secretori contenenti insulina (fig. 22). fig. 22
46
L’insulina così rilasciata raggiunge il circolo portale e quindi il fegato, riducendo la
produzione epatica di glucosio. Inoltre gli elevati livelli di tale ormone nel plasma
promuovono la captazione del glucosio da parte dei tessuti periferici (soprattutto quello
muscolare ed adiposo), riducendo i livelli glicemici post-prandiali e miglioramento
dell’insulino-resistenza.
6.3.4 FARMACOCINETICA
Assorbite per 80-85% dal tratto gastro-intestinale e si legano quasi totalmente alle
proteine plasmatiche. Hanno effetto dopo 30-45 minuti dall’assunzione.
Vengono metabolizzate a livello epatico ad opera del Citocromo P450 e quindi possono
essere soggette a fenomeni di interazione con farmaci che usano tale sistema; la
Tolbutamide e la Tolazolamide sono inattivate dal fegato.
I metaboliti sono escreti con le urine.
6.3.5 CARATTERISTICHE FARMACODINAMICHE
La potenza dell’effetto ipoglicemizzante delle solfoniluree è direttamente proporzionale
ai livelli glicemici di partenza: sarà tanto maggiore quanto più alta è la glicemia a
digiuno. L’efficacia della loro azione dipende da:
• una diagnosi recente di diabete di tipo II
• iperglicemia a digiuno moderata
• buona funzione β-cellulare
Tuttavia più della metà dei pazienti trattati con tali sostanze necessita l’aggiunta di un
secondo farmaco ipoglicemizzante orale o dell’insulina.
6.3.6 TOSSICITA'
Gli effetti collaterali sono rari e scompaiono con la sospensione del trattamento.
I più comuni sono:
47
• Ipoglicemia che può portare a coma che si manifesta con mal di testa,
agitazione, tremore, debolezza, sudorazione profusa e confusione.
• Agranulocitosi, anemia aplastica ed emolitica
• Rush cutaneo e ipersensibilità
• Disturbi gastro-intestinali: nausea e vomito
• Teratogenicità (sono tossiche per il feto) in quanto passano la barriera
ematoencefalica, da evitare nelle gestanti
• Stimolano l’appetito, controindicate per persone obese
• Si legano a proteine plasmatiche e spiazzano altri farmaci come il Clofibrato,
Salicilati, Sulfamidici, Probenecid.
6.3.7 INTERAZIONI CON ALTRI FARMACI
Si tratta di farmaci che hanno in comune con le solfoniluree la via metabolica del
Citocromo P450. Sono suddivisi in farmaci che hanno effetto positivo e negativo
sull’azione antidiabetica.
6.3.8 DOSE E T½ DELLE SOLFONILUREE
Questi farmaci devono essere somministrati prima dei pasti (circa 45 minuti prima) in
modo di poter esercitare con efficacia la loro azione (infatti, i carboidrati introdotti
tendono a far aumentare il livello glicemico già dopo circa 10 minuti dalla loro
ingestione mentre l’aumento dell’insulina ha un ritardo di almeno 30 - 45 minuti).
Farmaci che effetto
ipoglicemizzante:
Fans Curarine Uricosurici Alcol MAO inibitori Antibatterici (Cloranfenicolo)
Farmaci che effetto
ipoglicemizzante:
Diuretici Tiazidici Corticosteroidi
48
Nella tabella 3 sono riportati i valori della dose giornaliera e del tempo di emivita di
ciascuna delle solfoniluree presenti in commercio. tab. 2
Nome Dose in mg/die t½
Clorpropamide 100-750 36h
Tolbutamide 500-3000 4.5-6.5h
Tolazolamide 100-1000 7h
I Gen
eraz
ione
Acetoesamide 250-1500 6-8h
Glibenclamide 1.25-20 10h
Glibenclamide µnizzata 0.75-6 4h
Glipizide 2.5-40 2-4h
II G
ener
azio
ne
Glimepiride 1-8 9h
6.4 GLIBENCLAMIDE
Solfonilurea della II generazione per la cura del diabete NDDM.
La glibenclamide viene assorbita per 85%, il cibo non sembra interferire con la velocità
e grado di assorbimento e si lega per il 99% con le proteine del plasma con predilezione
per l’albumina.
Dopo somministrazione orale di una dose di glibenclamide, il massimo di
concentrazione plasmatica viene raggiunto dopo 2-6h e l’effetto ipoglicemizzante dura
24h.
Il 50% della dose viene escreto per via renale, l’altro 50% per via biliare. L’analisi dei
dati farmacocinetici sembra indicare assenza di accumulo del farmaco anche dopo
ripetute somministrazioni.
49
CAPITOLO II
MATERIALI E METODI
7 MATERIALI
I materiali utilizzati in questo studio sono il principio attivo (glibenclamide
micronizzata e non), le ciclodestrine naturali (α, β, γCD) e sostituite (idrossi-propilβCD,
metil-βCD)e tre diversi polimeri idrofili usati nei composti ternari: polivinilpirrolidone,
carbossi-metil-cellulosa,
idrossipropil-metil-cellulosa.
7.1 IL PRINCIPIO ATTIVO: GLIBENCLAMIDE
La glibenclamide o 1-[4-[2-(5-cloro-2-metossibenzammido) etil] benzensolfonil]-3-
cicloesilurea, è conosciuta anche col nome di gliburide, è un ipoglicemizzante orale
appartenente alla solfoniluree della II generazione.
La sua formula bruta è C23H28ClN3O5S mentre quella di struttura è la seguente:
OCH3
Cl NH
O
S
O O
NH N
H
O
Si è usato sia la glibenclamide non micronizzata (10.73 µm) sia la micronizzata (1.66
µm) della ditta Guidotti Laboratori s.p.a. (Italia).
Caratteristiche fisiche. La sostanza appare come una polvere cristallina, bianca,
praticamente insolubile in acqua ed in soluzione diluita di sodio idrossido
50
moderatamente solubile in diclorometano, poco solubile in alcool e in metanolo,
praticamente insolubile in etere, poco solubile in etanolo.
Il peso molecolare è 494, ha un punto di fusione che va da 169 °C a 174 °C e una pKa
pari 6,8.
La soluzione acquosa del farmaco mostra un massimo di assorbimento all’UV a 300 nm
e secondo massimo meno intenso a 275 nm.
7.2 CICLODESTRINE
7.2.1 CICLODESTRINE NATURALI
α-Ciclodestrina (αCD) Cavamax W6 Pharma
P.M.: 973, solubilità: 145 mg/mL
β-Ciclodestrina (βCD) Roquette,
P.M.: 1135, P.M. idrato: 1304,6,
solubilità: 18,5 mg/mL
γ-Ciclodestrina (γCD) Wacker Chemie
P.M.: 1297. P.M. idrato 1380,9,
solubilità: 232 mg/mL
fig. 23
51
7.2.2 CICLODESTRINE DERIVATE
Idrossipropil-β-Ciclodestrina (HPβCD), Roquette.
MS: 0,76, P.M. medio: 1588,98
solubilità circa 200 mg/mL
R = -CH2CHOHCH3
Metil-β-Ciclodestrina (MeβCD), Cavasol W7M.
D.S.: 1,8, P.M.medio: 1310,
P.M.idrato (7 H2O) 1403,31,
solubilità 80g/100mL
R = - CH3
fig. 24
7.3 POLIMERI IDROSOLUBILI
Polivinilpirrolidone K25 (PVP K25) Merk, (Munchen, Germany).
Il povidone è un insieme di polimeri lineari di 1-vinilpirrolidin-2-one. I differenti tipi di
povidone sono caratterizzati dalla loro viscosità in soluzione, espressa come parametro
K. E’ un polimero molto solubile in acqua.
Idrossipropilmetilcellulosa (HPMC) Sigma Chemical Co. (St. Louis, MO, USA).
E’ un derivato della cellulosa ottenuto con la sostituzione degli OH del glucosio di
gruppi idrossipropilici. L’HPMC ha elevata capacità di rigonfiamento in acqua dovuto
al rilassamento delle catene polimeriche e alla diffusione del solvente all’interno di esse.
Per tale motivo viene definita come “polimero idrofilo rigonfiabile”. Come conseguenza
del rigonfiamento, dà luogo ad una soluzione colloidale viscosa. L’HPMC è usata come
agente disperdente e solubilizzante nella preparazione farmaceutiche.
Sodiocarbossimetilcellulosa (NaCMC) Hercules (U.S.) prestato gentilmente da
Menarini.
Ha caratteristiche del tutto analoghe all’idrossi-propil-metil-cellulosa.
52
7.4 ECCIPIENTI PER LE COMPRESSE
Cellulosa microcristallina: PH 102, F.M.C., USA (diluente-legante)
Lattosio monoidrato Spry-dried Flowlac 100, Meggle (diluente-legante)
Amido mais Cerestar (diluente-disgregante)
Amido mais pregelatinizzato C Pharmagel DC93000, Cerestar (diluente-
disgregante)
Silice colloidale anidra Aereosil 200 Degussa Germania (adsorbente, antiaderente,
coadiuvante lo scorrimento)
Magnesio stearato Peter Greven Belgio (lubrificante)
53
8 METODI
8.1 PREPARAZIONE DEI CAMPIONI
Lo scopo di questo studio è:
I. Valutare l’influenza del metodo preparativo dei sistemi farmaco CD per i due set
di ciclodestrine esaminate: naturali [21] e derivate [22-23] .
II. Selezionare il metodo che determini la maggiore riduzione della cristallinità del
farmaco .
III. Realizzare tramite il metodo scelto, composti multicomponente con polimeri
idrofili aggiunti nella percentuale del 5% in peso rispetto a quello
glibenclamide-CD, per migliorare ulteriormente le caratteristiche di dissoluzione
del farmaco.
La selezione è stata fatta in base ai risultati ottenuti con le varie analisi allo stato liquido
e solido, ed alla facilità di trasposizione su scala industriale.
Per le analisi (dopo la selezione del rapporto migliore), le preparazioni sono state fatte
in rapporto molare farmaco:ciclodestrina 1:1 (mol/mol) per i composti binari, ed in
rapporto farmaco:CD:polimero 1:1:5%.
8.1.1 MISCELE FISICHE
Si ottengono per pesatura in rapporto stechiometrico scelto, dei componenti necessari
per la preparazione di 40 compresse e successivo mescolamento con spatola di osso in
mortaio .
8.1.2 KNEADED
Dopo preparazione della miscela fisica come sopra, la si pone in un mortaio e vi si
aggiunge poi una piccola quantità di solvente volatile, nel nostro caso etanolo. Si
54
mescola energicamente fino a completa evaporazione del solvente; il prodotto così
ottenuto appare sottoforma di polvere finissima. Molto spesso, grazie alle sollecitazioni
meccaniche a cui è sottoposta la miscela di partenza, si ha la transizione del sistema in
una fase amorfa.
8.1.3 GRINDING (MACINANZIONE IN MICROMOLINO)
Si usa un micromolino a palle Retsh MM 200, formato da un alloggiamento in cui si
inserisce una camera di molitura cilindrica in acciaio, che possiede gli spigoli
arrotondati per evitare la presenza di punti morti nella fase di macinazione e per favorire
la raccolta del prodotto. Al suo interno viene posta la miscela da macinare e quattro
sfere anch’esse in acciaio, a due a due uguali con diametro di 9 mm e di 12 mm.
La giara, chiusa a tenuta, viene posta nell’apposito alloggiamento che è fissato ad un
albero motore e che gli consente un movimento oscillatorio. Tutto questo provoca
pertanto lo sbattere delle sferette all’interno della camera, sia tra di loro che con le pareti
del recipiente e con la polvere, provocandone la molitura.
8.1.4 COEVAPORATO
Si solubilizza la glibenclamide in un adatto volume di etanolo a caldo (75°C) e sotto
agitazione magnetica. Tale volume deve essere sufficiente a solubilizzare il farmaco in
un tempo ragionevole (20’) e soprattutto ad evitare la ricristallizzazione della sostanza,
durante la fase di evaporazione sottovuoto. Sono state fatte numerose prove e si è scelto
di usare un volume pari a 70 mL per 200 mg di glibenclamide (necessaria per la
preparazione di 40 compresse).
Contemporaneamente si solubilizza la ciclodestrina in un volume di acqua sufficiente a
solubilizzarla, sotto agitazione magnetica. Nella seguente tabella sono riassunti i volumi
necessari. tab. 3
αCD βCD γCD HPβCD MeβCD
Vol. H2O in
mL 15 15 25 13 10
55
Si uniscono le soluzioni limpide nel pallone a tappo smerigliato e si evapora sottovuoto
con rotavapor a 75°C a 120 Rpm (fig.25). Di norma si ottiene il coevaporato in un
tempo di 20-30’. L’eliminazione dei solventi (EtOH/H2O) permette di recuperare un
residuo solido che viene essiccato completamente, tenendolo per 48 ore in essiccatore
sottovuoto. fig. 25
Il coevaporato ternario si prepara nello stesso modo, con la differenza che nella
soluzione acquosa di ciclodestrina si aggiunge anche il polimero idrofilo, (idrossi-
propil-metil-cellulosa, PVP, carbossi-metil-cellulosa). Nel caso di difficoltà di
solubilizzazione del polimero, si aggiungono piccoli volumi di acqua. Si evapora a 75°C
a 120 Rpm per un tempo che va dai 20-30’ e il solido si mette in essiccatore.
8.2 STUDI IN SOLUZIONE
8.2.1 STUDI DI SOLUBILITA’ DI FASE E COSTANTE DI SOLUBILITA’
Sono stati ottenuti diagrammi di solubilità di fase su sistemi binari, operando con un
eccesso di farmaco in quantità crescenti di ciclodestrina (βCD e HpβCD) in tampone
fosfato a pH 7,4 (19,216g di NaHPO4 + 1.78g di KH2PO4 in 1L), per poi determinare la
costante di stabilità dei complessi binari.
Metodologia. In ogni beuta contenente 10 mL di tampone e un eccesso di glibenclamide
pari a 50 mg (quantità che rimangono fisse), si aggiungono quatità di βCD e poi di
HpβCD via via crescenti uguali a 0 mM (bianco), 5 mM, 7 mM, 10 mM, 13 mM e
anche 25 mM solo per HpβCD e MeβCD.
56
Gli studi sono stati fatti:
• Sotto agitazione magnetica (500 giri/minuto) per favorire la solubilizzazione.
• In bagno termostatizzato alla temperatura di 25°C.
• I prelievi sono stati fatti dopo 24, 36 e 72h.
Le aliquote prelevate, vengono filtrate con siringhe munite di setto filtrante Millipore di
cellulosa nitrato (porosità 0.45 µm); sulle soluzioni limpide ottenute si è fatto un
ulteriore diluizione per poi eseguire il dosaggio spettrofotometrico UV del farmaco,
usando lo spettrofotometro Shimadzu UV-1601, misurando l’assorbanza a 300 nm.
I diagrammi che si ottengono ponendo in ascissa la concentrazione di ciclodestrina ed in
ordinata la concentrazione totale di farmaco in soluzione, sono di tipo AL per ambedue
le ciclodestrine.
Dall’equazione della retta, è stata calcolata la costante di stabilità:
8.2.2 STUDI DI DISSOLUZIONE
Servono per valutare i parametri di dissoluzione del farmaco a partire dalla forma
farmaceutica. Tali prove sono state fatte su compresse mediante un apparecchio Sotax
AT7 USP Paddle, che permette di simulare le condizioni fisiologiche (pH, temperatura,
agitazione) a livello gastro-intestinale e fare sei prove in contemporanea.
Lo strumento è formato da un bagno termostatato in cui si trovano sei contenitori di
plexiglass con il fondo stondato detti vessel ( di cui uno funge da riferimento)
contenenti 900 mL di soluzione tampone (fig. 26). Le compresse introdotte dall’alto si
adagiano sul fondo e poi si disgregano e dissolvono sotto l’azione dell’agitatore a
paletta di forma di sezione di cerchio sottesa da due corde parallele (fig. 27).
Il campionamento avviene attraverso un condotto presente all’interno della barra di
agitazione e tramite una pompa peristaltica, va direttamente nella cella dello
spettrofotometro UV Perkin Elmer Lambda 2 dopo essere stato filtrato. Dopo che la
misura è stata fatta la soluzione viene reintrodotta in continuo nel vessel, sempre grazie
ad una pompa peristaltica.
K1:1 = pendenza
intercetta (1 - pendenza)
57
Le condizioni sperimentali utilizzate sono:
• Tampone fosfato a pH 7,4
• Temperatura di 37°C ± 0.5
• Velocità di agitazione di 70 rpm
• Prelievi effettuati ai tempi (in minuti): 0, 1’,2’, 3’, 5’, 10’, 15’, 20’, 30’, 40’, 50’,
60’.
• Concentrazione del farmaco misurata a 300 nm.
fig. 26 fig. 27
8.3 STUDI ALLO STATO SOLIDO
8.3.1 CALORIMETRIA DIFFERENZIALE A SCANSIONE (DSC)
Le curve termiche dei vari campioni sono state registrate con apparecchio Mettler
TA4000.
Metodologia. Si pesano i campioni di sostanza in microbilancia Mettler M3, in quantità
comprese tra 5-10 mg; si pongono in appositi crogiuolini di alluminio e chiusi con gli
appositi coperchi dello stesso materiale, su cui viene fatto un forellino, che permette la
fuoriuscita di gas durante il riscaldamento.
I parametri dell’analisi sono:
58
• Scansione in un intervallo di temperatura tra 30-250°C
• Velocità di riscaldamento 10°C/min
• Atmosfera statica d’aria
8.3.2 DIFFRAZIONE AI RAGGI X
I diffrattrogrammi dei campioni in polvere sono stati ottenuti con diffrattometro Philips
PW 1130 Parametri della radiazione:
• Cu Kα
• Range 10-50 2θ
• velocità di scansione di 1°/min.
8.3.3 SPETTROSCOPIA INFRAROSSA
Gli spettri sono stati ottenuti con apparato IR Perkin-Elmer Mod. 1600 in compresse di
KBr nel range 4000-600 cm-1. Il software lavora in trasformata di Fourier, per avere
migliore risoluzione.
Procedura. Si seleziona la zona tra 1800 e 1500 cm-1, tipica dello ν C-O (stretching
carbonio-ossigeno) e si notano le variazioni dello spettro.
8.4 PREPARAZIONE DELLE COMPRESSE
Le compresse sono state preparate per compressione diretta .
Si è preparato una miscela premix TFE0305 contenente gli eccipienti secondo un
precedente lavoro [25] in quantità descritte nella tabella 8: tab. 4
Nome componente mg per cps g per 100 cps
Lattosio Monoidrato S.D. 50 50
Amido mais 15 15
Amido mais preg. 10 10
Silice colloidale 1 1
Magnesio stearato 2 2
59
Procedura. Si tiene come riferimento il peso fisso di una compressa che deve essere
140±2 mg in cui la quantità anch’essa fissa di glibenclamide e di premix, sono
rispettivamente di 5 mg e 78 mg. Si aggiunge cellulosa microcristallina (variabile a
seconda del tipo di composto binario/ternario) per raggiungere il peso totale.
Ricapitolando, i prodotti binari e ternari si setacciano con 50 Mesh ASTM e poi si
uniscono alla miscela TFE0305 (anch’essa setacciata senza magnesio stearato che viene
aggiunto dopo, con 35 Mesh ASTM ) ed infine si porta a peso con la cellulosa
microcristallina.
Segue compressione diretta in comprimitrice Manestry E2 a punzoni piatti di diametro 7
mm con segno di frattura sulla faccia superiore.
Su ogni compressa si effettuano i controlli richiesti dalla farmacopea con gli opportuni
strumenti quali:
• Peso medio in mg (140±2)
• Spessore in mm
• Durezza in Kp
• Friabilità in %
• Tempo di disgregazione in acqua a 37°C
La composizione e le caratteristiche fondamentali sono descritte nelle seguenti tabelle 5,
6, 7
60
Tabella 5: Formulazione e proprietà delle compresse contenenti i composti
binari ottenuti mediante miscela fisica e kneading.
61
Tabella 6: Formulazione e proprietà delle compresse contenenti i composti
binari ottenuti mediante coevaporazione, comacinazione ed il farmaco da solo.
62
Tabella 7: Formulazione e proprietà delle compresse contenenti i composti
ternari ottenuti mediante coevaporazione e comacinazione
63
Capitolo III
RISULTATI E DISCUSSIONE
9 STUDIO DELLE INTERAZIONI IN SOLUZIONE: ANALISI DI
SOLUBILITA’ DI FASE
Gli studi di solubilità di fase in tampone a pH = 7.4 del farmaco in presenza delle varie
ciclodestrine sia naturali che derivate, hanno mostrato grafici del tipo AL (fig. 28).
fig. 28
y = 0,029x - 0,0015R2 = 0,9877
y = 0,0215x - 0,007R2 = 0,9934
y = 0,0213x - 0,0135R2 = 0,9889
y = 0,0027x + 0,0153R2 = 0,9494 y = 0,0026x + 0,0139
R2 = 0,954
0,000
0,100
0,200
0,300
0,400
0,500
0,600
0 5 10 15 20 25
Conc. Ciclodestrine mM
Con
c. G
b m
M
Gb-alfaCd Gb-BetaCd Gb-MeBetaCd Gb-HpBCD Gb-GammaCd
Tali risultati sono indicativi della presenza di interazioni tra farmaco e ciclodestrina in
soluzione, attribuibili alla probabile formazione di complessi di inclusione solubili.
In tutti i casi è confermato un aumento della solubilità della glibenclamide (0.016 mM a
pH 7.4) proporzionale alla concentrazione delle ciclodestrine.
64
9.1 INCREMENTO DI SOLUBILITA’
Il potere solubilizzante è risultato diverso a seconda del tipo di ciclodestrina: il più alto
appartiene alla β che alla più alta concentrazione utilizzata ha portato ad un aumento
della solubilità della glibenclamide di 24 volte rispetto al farmaco da solo.
Tra quelle naturali, la βCD è la migliore, mentre la α e γ hanno mostrato uno scarso
potere solubilizzante.
Le derivate, hanno presentato un comportamento simile tra loro ma comunque sono
risultate meno efficaci della β.
Nella tabella sono riportati i valori di concentrazione del farmaco in soluzione in
presenza delle diverse CD e l’incremento di solubilità ottenuto.
tab. 8
Ciclodestrina Conc. CD, mM
Conc Gb, mM
Increm. Solub
α CD 13 0,047 812,50 βCD 13 0,391 24,44
HpβCD 13 0,268 16,75 MeβCD 13 0,243 15,19
γCD 13 0,050 3,13 HpβCD 25 0,542 33,88 MeβCD 25 0,537 33,56
fig. 29
0,000
0,100
0,200
0,300
0,400
0,500
0,600
Con
c. G
B m
M
0 5 7 10 13 25
Conc. Ciclodestrine mM
Gb-AlfaCd Gb-BetaCd Gb-MeBCd Gb-HpBCd Gb-GammaCd
65
Nell’istogramma (fig. 29) sono mostrati i valori di concentrazione di glibenclamide
otteuti con le diverse CD alle diverse concentrazioni utilizzate.
9.2 COSTANTE DI STABILITA’
Si calcola il valore delle costanti di stabilità dei complessi binari, utilizzando le curve
dei diagrammi di solubilità di fase, secondo la seguente equazione:
I risultati ottenuti a 25°C in tampone fosfato pH 7.4, sono riportati nella tabella seguente
(tab. 9) e sempre a favore della βCD e di quelle modificate: tab. 9
Il complesso più stabile è quello tra glibenclamide e βCD, il più debole è invece è
quello con la γCD. Per le altre, la stabilità dei relativi complessi varia nell’ordine:
βCD > HpβCD > MeβCD > αCD > γCD
Ciclodestrina Pendenza Intercetta K1:1 [M-1] αCD 0,003 0,014 179βCD 0,029 0,002 19910
HpβCD 0,022 0,007 3138MeβCD 0,021 0,014 1612γCD 0,003 0,015 176
K1:1 = pendenza
intercetta (1 - pendenza)
66
10 CARATTERIZZAZIONE ALLO STATO SOLIDO
10.1 CALORIMETRIA A SCANSIONE DIFFERENZIALE
L’ analisi DSC ha permesso di effettuare una serie di selezioni per arrivare alla scelta
del miglior composto binario.
1) La prima selezione riguarda la scelta tra glibenclamide normale e
micronizzata
2) La seconda il rapporto stechiometrico farmaco e substrato tra 1:1 e 1:2
mol/mol.
3) La terza selezione, in concomitanza con il test di dissoluzione, ha permesso
di indirizzare gli studi verso la migliore tecnica per l’ottenimento di
composti sempre più amorfi e quindi più solubili.
4) Scelta la migliore tecnica, la selezione finale ha riguardato i complessi
ternari farmaco-ciclodestrina-polimero. L’ analisi DSC insieme ai test di
dissoluzione, ha permesso di determinare il miglior sistema ternario.
10.1.1 SCELTA DELLO STATO SOLIDO DEL FARMACO
La glibenclamide ha una bassa solubilità in etanolo, tanto che occorre un grande volume
di tale solvente alla temperatura di 60°C, per solubilizzarla in un tempo ragionevole.
Allo scopo di facilitare la preparazione del coevaporato (che necessita di tale
solubilizzazione), si è testato la forma normale e micronizzata del farmaco.
Si è quindi scelta la micronizzata , in quanto possiede una maggiore velocità di
dissoluzione in etanolo a caldo, rispetto alla glibenclamide normale.
10.1.2 SCELTA DEL RAPPORTO STECHIOMETRICO
Si è fatta basandosi su due fattori:
67
A. L’importante considerazione che le forme di dosaggio farmaceutico devono
contenere minor quantità di ciclodestrine possibile, per problemi di costo, per la
loro potenziale tossicità, per problemi di volume della formulazione [12].
B. Risultati dell’analisi DSC.
fig. 30
fig. 31
68
Le analisi effettuate (fig. 30 e 31), dimostrano che i prodotti nei rapporti stechiometrici
1:1 ed 1:2 mol/mol (miscele fisiche e kneading) del farmaco con βCD e con HpβCD,
non mostrano differenze significative nei valori delle temperature di fusione ed in quelli
di entalpia delle endoterme di fusione.
In accordo a quanto detto al punto A, si è dunque optato per il rapporto 1:1.
STUDI SUI PRODOTTI BINARI DI CICLODESTRINE NATURALI E
DERIVATE REALIZZATI CON LA COMACINAZIONE.
Interessanti sono risultati gli studi dell’effetto del tempo di macinazione in molino, per
le ciclodestrine naturali [25] (fig.32-36). Si è eseguita l’analisi DSC ogni 15’ fino ad 1
ora, allo scopo di controllare la perdita di cristallinità del farmaco durante il processo.
Nei composti binari con ambedue i tipi di ciclodestrine, si osserva un aumento di
amorfizzazione del farmaco col passare del tempo. Le α e β presentano la scomparsa del
picco di fusione della glibenclamide dopo 60’. Si è osservato un comportamento
particolare nella MeβCD, dove la perdita di cristallinità nella miscela fisica è la più
evidente ma non si raggiunge mai l’amorfizzazione completa a 60’.
fig. 32
EXO
°C40 60 80 100 120 140 160 180
Gb
MF
GR 15’
GR 30’
GR 45’
GR 60’
αCD
EXO
EXO
°C40 60 80 100 120 140 160 180 °C40 60 80 100 120 140 160 180
Gb
MF
GR 15’
GR 30’
GR 45’
GR 60’
αCD
69
fig. 33
fig.34
fig. 35
°C40 60 80 100 120 140 160 180
Gb
MF
GR 15’
GR 30’
GR 45’
GR 60’
EXO
γCD
°C40 60 80 100 120 140 160 180 °C40 60 80 100 120 140 160 180
Gb
MF
GR 15’
GR 30’
GR 45’
GR 60’
EXO
EXO
γCD
°C40 60 80 100 120 140 160 180
Gb
MF
GR 15’
GR 30’
GR 45’
GR 60’
EXO
HPβCD
°C40 60 80 100 120 140 160 180 °C40 60 80 100 120 140 160 180
Gb
MF
GR 15’
GR 30’
GR 45’
GR 60’
EXO
EXO
HPβCD
°C40 60 80 100 120 140 160 180
Gb
MF
GR 15’
GR 30’
GR 45’
GR 60’
EXO
βCD
°C40 60 80 100 120 140 160 180
Gb
MF
GR 15’
GR 30’
GR 45’
GR 60’
EXO
EXO
βCD
70
fig. 36
L’analisi raggi X, ha confermato i risultati dell’analisi DSC.
Infatti i diffrattogrammi delle miscele fisiche con le CD naturali corrispondono alla
sovrapposizione di quelli dei singoli componenti cristallini, mentre si nota una marcata
diminuzione nel numero e nell’intensità dei picchi nel caso della miscela fisica con la
MeβCD. Soltanto nel caso dei sistemi comacinati con le CD naturali si osserva la
scomparsa totale dei picchi, mentre con la MeβCD si ottiene un pattern quasi amorfo.
fig. 3
Tale studio ci ha permesso di individuare le condizioni ottimali di macinazione.
°C40 60 80 100 120 140 160 180
Gb
MF
GR 15’
GR 30’
GR 45’
GR 60’
EXO
MeβCD
°C40 60 80 100 120 140 160 180 °C40 60 80 100 120 140 160 180
Gb
MF
GR 15’
GR 30’
GR 45’
GR 60’
EXO
EXO
MeβCD
10 20 30 40 502 Θ
Gb
MF
GR 60’
βCD
Gb
MF.
GR 60’
αCD
10 20 30 40 502 Θ
Gb
MF
GR 60’
MeβCD
10 20 30 40 502 Θ
10 20 30 40 502 Θ
Gb
MF
GR 60’
βCD
Gb
MF.
GR 60’
αCD
10 20 30 40 502 Θ
Gb
MF
GR 60’
MeβCD
10 20 30 40 502 Θ
10 20 30 40 502 Θ
Gb
MF
GR 60’
βCD
10 20 30 40 502 Θ
10 20 30 40 502 Θ
10 20 30 40 502 Θ
Gb
MF
GR 60’
βCD
Gb
MF.
GR 60’
αCD
10 20 30 40 502 Θ
Gb
MF.
GR 60’
αCD
10 20 30 40 502 Θ
10 20 30 40 502 Θ
10 20 30 40 502 Θ
Gb
MF
GR 60’
MeβCD
10 20 30 40 502 Θ
Gb
MF
GR 60’
MeβCD
10 20 30 40 502 Θ
10 20 30 40 502 Θ
10 20 30 40 502 Θ
71
Successivamente si è voluto confrontare il comportamento dei sistemi binari ottenuti
con tale metodo con quelle di prodotti ottenuti con altre tecniche, quali kneading e
coevaporato.
10.1.3 SELEZIONE DELLA TECNICA PREPARATIVA
L’analisi DSC è stata fatta sulla glibenclamide, e le ciclodestrine pure e sui composti
binari preparati con varie tecniche.
Il farmaco puro presenta un picco di fusione a 175°C con ∆Hf = 95 J·g-1.In generale si
osserva una variazione del profilo dell’endoterma di fusione del farmaco e più
specificatamente riduzione del valore dell’entalpia specifica di fusione e della
temperatura di fusione, tanto maggiore è l’interazione tra farmaco e ciclodestrina.
La scomparsa del picco di fusione del farmaco (endoterma), è indice di amorfizzazione
del farmaco e/o possibile complessazione.
I termogrammi dei sistemi binari con le ciclodestrine naturali e derivate sono riportati
nelle fig. 38, 39, 40, 41, 42.
CICLODESTRINE NATURALI
Per i composti con αCD, i termogrammi mostrano che l’intensità dell’endoterma di
fusione diminuisce dalla miscela fisica allo kneading e coevaporato e scompare
totalmente dopo 60’ di macinazione a 24 Hz in micromolino.
Tale fenomeno indica o avvenuta complessazione o formazione di un prodotto amorfo.
In genere la macinazione è un processo meccanico che porta il farmaco ad uno stato
energetico maggiore, causando la completa amorfizzazione
72
fig. 38 Curve di DSC glibenclamide (GB), αCD e composti binari : Miscela fisica (MF), Kneaded (KN),
Coevaporato (COE), Comacinato (GR)
Per i composti con la βCD si possono fare le stesse considerazioni come per l’αCD.
Il grinding risulta la tecnica migliore per l’ottenimento di un complesso o completa
amorfizzazione.
fig. 39 Curve DSC di glibenclamide (GB), βCD e composti binari. Miscela fisica (MF), Kneaded (KN),
Coevaporato (COE), Comacinato (GR)
73
Anche per la γCD , vale lo stesso discorso. La macinazione, è la tecnica che permette la
quasi completa scomparsa dell’endoterma di fusione del farmaco.
fig. 40 Curve DSC di glibenclamide (GB), γCD e composti binari : Miscela fisica (MF), Kneaded (KN),
Coevaporato (COE), Comacinato (GR)
CICLODESTRINE DERIVATE fig. 41 Curve DSC di glibenclamide (GB), HPβCD e composti binari : Miscela fisica (MF), Kneaded
(KN), Coevaporato (COE), Comacinato (GR)
74
fig. 42 Curve DSC di glibenclamide (GB), MeβCD e composti binari : Miscela fisica (MF), Kneaded
(KN), Coevaporato (COE), Comacinato (GR)
Per le ciclodestrine derivate si nota un comportamento comune, ossia una diminuzione
notevole dell’intensità e concomitante allargamento dell’endoterma del farmaco
passando dalla miscela fisica allo kneaded al grinding, fino alla scomparsa completa del
picco nel caso del coevaporato. La MeβCD riesce comunque a diminuire la cristallinità
del farmaco già nella miscela fisica e kneading, più efficacemente della HpβCD.
Quindi riassumendo, i risultati dell’analisi DSC indicano che per i composti binari
glibenclamide-ciclodestrine naturali la tecnica del grinding è quella che permette la
maggiore interazione, mentre per le derivate è il coevaporato.
10.2 DIFFRAZIONE AI RAGGI X
L’analisi diffrattometrica ai raggi X, i cui risultati sono riportati nelle figure 43, 44, è
stata molto utile come analisi complementare, per confermare o meno i risultati delle
analisi DSC. In particolare la glibenclamide presenta dei picchi di cristallinità tra 10-38°
2θ. Lo stesso avviene per le ciclodestrine naturali, mentre le derivate, presentano lo
spettro tipico delle sostanze amorfe.
75
Da notare che gli spettri delle miscele fisiche sono la somma di quelli delle sostanze
pure.
fig. 43 Spettri di diffrazione di Raggi X dei composti con ciclodestrine naturali
fig. 44 Spettri di diffrazione di Raggi X dei composti con ciclodestrine derivate
76
CICLODESTRINE NATURALI
Per i composti binari con le ciclodestrine naturali, l’analisi ai raggi X conferma
l’avvenuta amorfizzazione con la tecnica del grinding in micromolino per 60’.
CICLODESTRINE DERIVATE
Per i composti binari con ciclodestrine derivate, si notano nella miscela fisica, dei picchi
di cristallinità del farmaco mentre nel grinding e coevaporato si notano le bande slargate
tipiche di composti amorfi.
10.3 SPETTROSCOPIA INFRAROSSA
L’analisi è stata fatta sulle miscele fisiche, kneaded e coevaporati dei composti binari,
come ulteriore supporto ai risultati ottenuti con la tecnica DSC.
La glibenclamide presenta delle bande di assorbimento IR :
• 1715 cm-1 stretching carbonilico dell’ammide
• 1617 cm-1 stretching carbonilico dell’urea
• 1523 cm-1 bending N-H dell’urea
Nei casi in cui la DSC e RX descrivevano la presenza di interazioni ed amorfizzazione,
gli spettri IR mettono in evidenza la scomparsa dello stretching carbonilico dell’amide e
dell’urea, indice di un’interazione tra glibenclamide e ciclodestrina.
SISTEMI CON CICLODESTRINE NATURALI
Negli spettri dei composti binari con αCD, si nota che nel grinding scompare la banda di
stretching C=O sia dell’ammide che dell’urea, mentre il bending dell’urea perde
notevolmente di intensità.
Nel coevaporato invece lo spettro risulta fortemente modificato: la banda a 1715 non è
più ben differenziata, quella del bending diminuisce di intensità, mentre la banda di
stretching dell’urea passa a frequenze maggiori da 1617 a 1627 cm-1.
77
fig. 45 Spettri IR dei vari composti binari con αCD
Lo stesso accade nei sistemi con la βCD: scompare il picco di stretching C=O a 1715
cm-1, mentre sia lo stretching a 1617 che il bending a 1523 cm-1 del carbonile dell’urea,
passano a frequenze maggiori (1635 e 1538 cm-1 rispettivamente).
fig. 46 Spettri IR dei vari composti binari con βCD
78
SISTEMI CON CICLODESTRINE DERIVATE
In ambedue le ciclodestrine derivate si nota una forte interazione con il farmaco nei
prodotti ottenuti per coevaporazione e comacinazione e per la MeβCD anche nello
Kneaded.
Nella fig. 47 per la HPβCD, nella tecnica del coevaporato si vede la scomparsa della
banda di stretching a 1715 cm-1e del bending carbonilico a 1524 cm-1, mentre lo
stretching ureico passa a numeri d’onda maggiori da 1617 a 1638 cm-1.
Nel grinding scompaiono stretching e bending carbonilico dell’ammide, mentre lo
stretching del carbonile ureico rimane invariato.
fig. 47 Spettri IR dei vari composti binari con HPβCD
In fig. 48 per i composti binari con MeβCD si hanno risultati interessanti:
Fortissima riduzione di intensità di tutte e tre le bande caratteristiche della
glibenclamide, anche nella tecnica dello kneaded, indice di intensa interazione tra i
componenti.
79
fig. 48 Spettri IR dei vari composti binari con MeβCD
80
11 TEST DI DISSOLUZIONE
Si è valutato le velocità di dissoluzione di tutti i sistemi preparati. Quindi sono state
prodotte compresse contenenti il farmaco da solo, sistemi binari Gb-CD e ternari Gb-
CD-polimero idrofilo per compressione diretta. Sono state sottoposte al test di
dissoluzione, secondo il metodo dell’agitatore a paletta, in tampone fosfato a pH 7.4, a
37°C, per mimare le condizioni fisiologiche intestinali.
Procedura. Si introduce una compressa all’interno di ogni vessel.
I prelievi sono fatti a diversi tempi, (da 1’ a 60’) per avere un profilo di dissoluzione più
completo possibile del farmaco.
Le analisi sono state fatte in doppio ed i risultati espressi come valore .
11.1 DISSOLUZIONE SU COMPRESSE CONTENENTI IL
FARMACO
Si sono preparate le compresse senza ciclodestrina, contenenti il solo farmaco nella
forma normale e micronizzata (fig. 49) allo scopo:
1. Di confermare la miglior dissoluzione del farmaco micronizzato.
2. Di avere un termine di riferimento su cui valutare l’aumento della solubilità
della glibenclamide nei sistemi con ciclodestrine preparate con varie tecniche.
fig. 49
Glibenclamide
0
20
40
60
80
100
0 10 20 30 40 50 60
Tempo
D%
Glibenclamide normale Gb Micronizzata
81
Dai profili di dissoluzione si nota che la quantità disciolta dei due tipi di farmaco
coincide dai 50’ in poi, fino al raggiungimento di dissoluzione percentuale del 44%.
Si nota però nella glibenclamide micronizzata, una maggiore velocità di dissoluzione
(25 volte superiore rispetto a quella normale) già a 5’ fino a 40’.
11.2 DISSOLUZIONE SU COMPRESSE CON SISTEMI BINARI:
INFLUENZA DEL TIPO DI CICLODESTRINA E DELLA
TECNICA PREPARATIVA USATA PER OTTENERE IL SISTEMA
BINARIO
11.2.1 INFLUENZA DEL TIPO DI CICLODESTRINA
CICLODESTRINE NATURALI
Per i composti binari del farmaco con αCD (fig. 50), si nota che la velocità di
dissoluzione del coevaporato è peggiore addirittura di quella del farmaco da solo.
Il grinding, anche se portava a parziale amorfizzazione, non aumenta la solubilità in
maniera evidente.
Infatti la sua azione è paragonabile alla semplice miscela fisica.
fig. 50
82
Per i binari con βCD (fig. 51) il coevaporato mostra la migliore dissoluzione
raggiungendo il 75%, seguito dal grinding (70%). Le altre tecniche danno un aumento
modesto della dissoluzione raggiungendo il 40-50%.
fig. 51
Infine per i binari con la γCD, il maggior aumento della velocità di dissoluzione è dato
addirittura dalla miscela fisica. Le altre tecniche danno risultati simili arrivando solo al
50% di dissoluzione percentuale (fig. 52). fig. 52
83
CICLODESTRINE DERIVATE
I profili di dissoluzione del farmaco con la HPβCD, ha invece confermato un aumento
di solubilità soprattutto con la tecnica dello kneading, raggiungendo l’83%. Segue il
coevaporato con il 79%, per il quale DSC e raggi X hanno messo in evidenza
amorfizzazione. Le altre tecniche danno risultati analoghi, il peggiore è comunque il
grinding (fig. 53).
Comunque la solubilità è aumentata con tutti i tipi di tecnica.
fig. 53
Per i binari con MeβCD la migliore dissoluzione si è raggiunta con il coevaporato
(90%) seguito dallo kneaded. miscela fisica e grinding hanno dato valori quasi
coincidenti (fig. 54).
84
fig. 54
11.2.2 INFLUENZA DELLA TECNICA
Un ulteriore studio è stato fatto per vedere come per ogni tecnica la scelta della
ciclodestrina può influenzare più o meno positivamente la solubilità.
MISCELE FISICHE
Nella miscela fisica la HPβCD è la ciclodestrina che ha migliorato la dissoluzione del
farmaco portandolo da 44 al 79% (fig. 55). fig. 55
Miscele Fisiche
0
20
40
60
80
100
0 10 20 30 40 50 60Tempo
D%
Gb-BCD Gb-HpBCD Gb-MeBCD Gb-gCD Gb-aCD
85
KNEADED
Nell’impasto molle le ciclodestrine derivate sono state le migliori nell’aumento della
dissoluzione, superando 80% (fig. 56). fig. 56
Kneaded
0
20
40
60
80
100
0 10 20 30 40 50 60Tempo
D%
Gb-BCD Gb-aCD Gb-gCD Gb- HpBCD Gb-MeBCD
GRINDING
Anche qui le ciclodestrine derivate hanno influenzato positivamente la velocità di
dissoluzione. fig. 57
Grinding
0
20
40
60
80
100
0 10 20 30 40 50 60Tempo
D%
Gb-BCD Gb-HpBCD Gb-aCD Gb-MeBCD Gb-gCD
86
COEVAPORATI
Nei coevaporati (fig. 58) le ciclodestrine derivate e soprattutto la MeβCD che ha portato
alla dissoluzione percentuale di 90%, sono state le migliori. Tutto ciò in accordo alle
analisi DSC e raggi X, che hanno evidenziato amorfizzazione del farmaco. Da notare
che anche la βCD, pur non dando completa amorfizzazione, ha migliorato la solubilità
del farmaco con valori coincidenti a quelli della HPβCD.
fig. 58
Coevaporati
0
20
40
60
80
100
0 10 20 30 40 50 60Tempo
D%
Gb-BCD. Gb-HpBCD Gb-MeBCD Gb-aCD Gb-gCD
Nonostante che si sia ottenuto un notevole incremento nella velocità di dissoluzione del
farmaco, in nessun caso si è raggiunto il 100% di farmaco dissolto. Quindi si è voluto
valutare l’effetto della presenza di un terzo componente in aggiunta ai sistemi binari. Si
sono selezionati polimeri idrofili amorfi, come la HPMC, il PVP e la CMC Na.
87
12 COMPLESSI TERNARI
12.1 STUDI ALLO STATO SOLIDO
12.1.1 DSC
Si è proseguito lo studio con i composti ternari, selezionando i sistemi binari Gb-βCD e
Gb-HPβCD, ottenuti con la tecnica della coevaporazione, che aveva mostrato le migliori
performance dissolutive.
Lo scopo dei composti ternari è migliorare ulteriormente le caratteristiche di
dissoluzione rispetto ai corrispondenti binari.
Le curve DSC di tali composti sono descritte nelle fig. 35, 36.
fig. 59 Curve DSC di coevaporati binari e ternari: glibenclamide (Gb), Coevaporato binarioGb-βCD,
Coevaporato ternario Gb-βCD-HPMC
L’analisi mette in evidenza che l’aggiunta del polimero idrofilo amorfo, fa scomparire
completamente l’endoterma di fusione della glibenclamide, mentre nel composto
88
binario permaneva, anche se di minore intensità e di forma slargata. La presenza di un
polimero amorfo facilita l’amorfizzazione del composto binario.
fig. 60 DSC di coevaporati binari e ternari: glibrnclsmide (Gb), Coevaporato binarioGb-HPβCD,
Coevaporato ternario Gb-HPβCD-HPMC,
Coevaporato ternario Gb-HPβCD-PVP, Coevaporato ternario Gb-HPβCD-CMC.
Nel ternario Gb-HPCD con polimeri idrofili vari, in tutti quanti scompare l’endoterma
di fusione del farmaco, mentre si osservano solo le bande di disidratazione della
ciclodestrina.Quindi l’aggiunta di polimeri amorfi al binario stabilizzano ulteriormente
lo stato amorfo.
12.1.2 RAGGI X
L’introduzione di un terzo componente in sistemi binari farmaco-CDderivate, dovrebbe
dare una più marcata amorfizzazione del farmaco. Infatti nel caso del ternario Gb-
HPβCD-HPMC si notano le bande slargate, tipiche delle sostanze amorfe. Al contrario,
il diffrattogramma del sistema Gb-βCD-HPMC mostra ancora dei picchi di cristallinità
residua, nonostante la scomparsa dell’endoterma di fusione del farmaco registrata in
DSC.
89
fig. 61 Spettri di diffrazione aii Raggi X dei coevaporati ternari
12.1.3 IR TERNARI
COEVAPORATI TERNARI
Nel ternario Gb-βCD-HPMC, la banda di stretching C=O ammidico a 1715 cm-1 non è
più ben differenziata, mentra la banda di quello ureico a1617 cm-1 e del bending
ammidico a 1523 cm-1 diminuiscono notevolmente di intensità, indice di una forte
interazione. Ciò conferma i risultati delle analisi DSC e raggiX.
fig. 62 Spettri IR del coevaporato ternario Gb-βCD-HPMC e confronto con Gb
90
fig. 63 Spettri IR dei coevaporati ternari Gb-HPβCD-HPMC, -PVP,-CMC e confronto con Gb e Gb-
HPβCD coevaporato binario
Nei vari ternari Gb-HPCD con 5% di HPMC, PVP, CMC, si notano la scomparsa delle
tre bande fondamentali della glibenclamide a 1715, 1617 e1523 cm-1, indice di
interazione tra le sostanze.
Tutto ciò conferma i risultati delle analisi precedenti.
12.2 DISSOLUZIONE DI COMPRESSE CON SISTEMI TERNARI
Gli studi di dissoluzione delle compresse contenenti i composti multicomponente
farmaco-ciclodestrine-polimeri hanno mostrato un notevole aumento della velocità di
dissoluzione.
Nella fig. 64 si nota la differenza del profilo di dissoluzione tra sistema binario e
ternario.
Le compresse dove la glibemnclamide è assieme alla βCD e allaHPMC, raggiungono il
valore di 100% di dissoluzione dopo soli 40’.
91
fig. 64
Gb-BCD/Gb-BCD-HPMC
0
20
40
60
80
100
0 10 20 30 40 50 60Tempo
D%
Gb-BCD Gb-BCD-HPMC
Anche per i ternari Gb-HPβCD con vari polimeri si nota un aumento della velocità di
dissoluzione, raggiungendo il 100% con il PVP e HPMC, mentre la CMC risulta essere
un polimero meno efficace. Nella fig. 65 sono riportati i vari profili di dissoluzione
ottenuti, incluso quello del coevaporato binario. fig. 65
Gb-HPBCD/Gb-HPBCD-POLIMERI
0
20
40
60
80
100
0 10 20 30 40 50 60Tempo
D%
Gb-HPBCD Gb-HPBCD-HPMC Gb-HPBCD-PVP Gb-HPBCD-CMC
92
CONCLUSIONI
Il target fondamentale di questa tesi è stato quello di migliorare la dissoluzione e quindi
la biodisponibilità della glibenclamide, farmaco poco solubile in acqua, mediante la
formulazione di compresse a rapido rilascio. Infatti in studi precedenti si sono
riscontrati problemi sia di bassa biodisponibilità, sia di bioinequivalenza per il farmaco,
legati al basso e variabile assorbimento gastro-intestinale.
L’approccio è stato quello di realizzare sistemi binari con ciclodestrine naturali e
derivate ottenuti con varie tecniche allo scopo di aumentare la velocità di dissoluzione e
la stabilità del farmaco.
Il primo screening è stato la scelta tra glibenclamide normale e micronizzata basandosi
su semplici prove di solubilità.
Successivamente si è scelto il rapporto stechiometrico tra farmaco e ciclodestrina;
l’analisi DSC non ha messo in evidenza sostanziali differenze tra 1:1 e 1:2 mol/mol e si
è quindi optato per il primo, per ridurre al minimo i problemi di formulazione e di
tossicità della ciclodestrine stesse.
La terza fase, più lunga e complessa è stata la realizzazione di composti binari con
ciclodestrine naturali (αCD, βCD, γCD) e derivate (HPβCD e MeβCD) con opportune
tecniche, quali miscela fisica, kneaded, comacinazione, coevaporazione.
Si sono analizzate le possibili interazioni host-guest allo stato solido mediante studi
DSC, raggi X, IR . I risultati non hanno permesso di dimostrare l’effettiva formazione di
complessi, bensì l’amorfizzazione del farmaco, che generalmente aumenta la solubilità
del farmaco.
Più specificatamente si è visto che per le ciclodestrine naturali la tecnica che portava
alla scomparsa completa dell’endoterma di fusione del farmaco, è il grinding in
micromolino a 24 Hz dopo 60 minuti mentre per le derivate è il coevaporato e grinding.
I test di dissoluzione, hanno però dimostrato che per le ciclodestrine naturali nei
composti ottenuti mediante grinding (per i quali si aveva amorfizzazione), non si ha un
aumento di dissoluzione apprezzabile, mentre per quelle derivate il coevaporato ha
raggiunto la percentuale dell’80% a confronto del 44% del farmaco tal quale.
93
Tale risultato buono ma non ottimale rispetto al valore target del 100% di dissoluzione,
ha portato all’ultima fase dello studio: la realizzazione di composti ternari farmaco-
ciclodestrina-polimero idrofilo.
Basandosi sui profili di dissoluzione migliori, si è eletto la HPβCD come ciclodestrina e
il coevaporato come tecnica.
Si è scelto anche la βCD tra le naturali per valutare l’efficacia dell’effetto del polimero
rispetto al composto binario che rimaneva cristallino. Anche per la β si è scelta la
tecnica del coevaporato.
Per i composti multicomponente si sono usati i seguenti polimeri nella quantità del 5%
in peso totale farmaco-ciclodestrina: HPMC, PVP,CMCNa.
I risultati finali sono stati interessanti perché l’analisi DSC, raggi X e IR hanno messo in
evidenza la amorfizzazione della glibenclamide e nel dissolution test si sono raggiunti i
massimi di dissoluzione possibile (100%) per il ternario Gb-βCD-HPMC, Gb-HPβ-
HPMC, Gb-HPβ-PVP, mentre per Gb-HPβ-CMC si è raggiunto il 90%, risultato
comunque apprezzabile.
La conclusione è che siamo riusciti a formulare compresse a rapido rilascio, mediante
ciclodestrine e polimeri idrofili in sistemi multicomponente, raggiungendo l’obbiettivo
prefissato ossia la completa dissoluzione del farmaco, entro un breve termine di tempo
(da 15 a 40’).
I risultati di tale studio mostrano l’importanza di adeguati studi di peformulazione per la
selezione del carrier più efficace, della tecnica preparativa più idonea e della presenza di
un adatto componente ternario, al fine di massimizzare l’incremento di dissoluzione del
farmaco ottenibile.
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