Razvoj in vrednotenje novih modelov za sproščanje zdravilnih učinkovin iz trdnih peroralnih farmacevtskih oblik s simulacijo peristaltike v želodcu in črevesjuHribar, Melita (Avtor) Trontelj, Jurij (Mentor) farmacevtske obliketrdne farmacevtske oblikeperoralne farmacevtske oblikezdravilne učinkovinesproščanjefarmakokinetikaprebavilaželodecčrevesjeperistaltikasimulacijaaparaturemodelivrednotenjeoptimizacijadisertacijeV sklopu raziskovalnega dela za doktorsko disertacijo smo vrednotili dve aparaturi, ki sta bili razviti v sodelovanju podjetja Lek d.d., člana skupine Sandoz, in Fakultete za strojništvo v Ljubljani. Vsebina raziskovalnega dela je bila razdeljena na dva tematska sklopa in sicer na vrednotenje in optimizacijo delovanja aparature za posnemanje želodčnega gibanja ter aparature za posnemanje črevesnega gibanja. Obe temeljita na podobnem principu delovanja. Sestavljeni sta iz fleksibilne silikonske vreče, ki predstavlja lumen organa ter zaslonk, ki izvajajo zunanji pritisk in s tem vplivajo na obliko ter premik vsebine. Aparatura za posnemanje črevesnega gibanja dodatno sestoji še iz platforme, ki se nagiba v smeri dveh osi in s tem omogoča gibanje tekočine. Premikanje platforme in zaslonk, ki delujejo v sosledju, ustvari specifične hidrodinamske pogoje in nastanek gibanja, ki skuša posnemati vzorec peristaltičnega gibanja v želodcu in tankem črevesu. Nastavitve parametrov, kot so amplituda zaprtja zaslonk, hitrost in zakasnitev med njimi, je možno nastavljati preko računalniške programske opreme. Glede na veliko fizično podobnost omenjenih aparatur anatomiji človeškega želodca in črevesa smo želeli v doktorski nalogi raziskati in oceniti dejansko uporabnost novih modelov za napovedovanje kinetike sproščanja zdravilnih učinkovin (ZU) iz farmacevtskih oblik (FO). Testirali smo več izbranih vrst FO z različnimi ZU in rezultate primerjali s klasičnimi in vitro preskusi sproščanja (na primer s farmakopejsko metodo z vesli). Na aparaturi za posnemanje želodčnega gibanja smo testirali običajne tablete, mini tablete in kapsule. Na aparaturi za posnemanje črevesnega gibanja smo testirali ogrodne tablete z dvema različnima polimeroma - polietilen oksidom (PEO) in hidroksipropilmetil celulozo (HPMC). Primerjava je pokazala, da aparaturi za posnemanje želodčnega oz. črevesnega gibanja uspešno in nazorno ločita med izbranimi (različnimi) vzorci formulacij ter jih smiselno razporedita glede na njihovo sestavo ali izbrane pogoje testa. Pomemben del našega dela je bila optimizacija delovanja aparatur, s čimer smo dosegli večjo ponovljivost (RSD vrednosti smo zmanjšali z začetnih 15-20% v povprečju na vrednosti pod 10%). S pripravo natančnega protokola izvedbe testov smo z eksperimentalno določenimi parametri (določitev najprimernejšega mesta aplikacije FO v aparaturo in načina nadomeščanja medija) bistveno zmanjšali variabilnost med meritvami in zagotovili ponovljivo izvedbo eksperimentov, kar je pogoj tako za razvojno kot tudi za rutinsko delo. Eksperimenti za zmanjšanje variabilnosti so poleg optimizacije izvedbe obsegali tudi mehansko optimizacijo. Pri aparaturi za posnemanje črevesnega gibanja smo določili končno obliko in dimenzije vreče, ustrezen izbor materialov ter v sodelovanju s specializiranim podjetjem izdelali model za industrijsko izdelavo. Na ta način smo zagotovili odsotnost večjih razlik med posameznimi vrečami, ki so bile prisotne pri ročni izdelavi, kar je priporočljivo tudi pri vreči v aparaturi za posnemanje želodčnega gibanja, ki je še v fazi razvoja. Med raziskovalnim delom smo ovrednotili vpliv pogojev med testiranjem. Pri aparaturi za posnemanje želodčnega gibanja smo z namenom primerjave testirali tako zaprt način delovanja kot tudi odprt način (vzpostavljen pretok skozi aparaturo) ter testirali vpliv različnih pretokov in programskih nastavitev na sproščanje ZU iz FO. Pri obeh aparaturah smo testirali programe z različno hitrostjo in intenziteto ter ovrednotili njihov vpliv na kinetiko sproščanja učinkovine. Spreminjali smo amplitudo in hitrost krčenja zaslonk (ter nagib in hitrost gibanja platforme) ter posledično vplivali na premikanje tekočine v notranjosti silikonskih vsebnikov. Na podlagi dobljenih rezultatov smo dokazali, da s spreminjanjem amplitude in periode gibanja spreminjamo hidrodinamske pogoje v notranjosti silikonske vreče in s tem vplivamo na kinetiko sproščanja ZU iz različnih FO. Programska oprema nam nudi, da se s frekvenco kontrakcij približamo in vivo vrednostim peristaltičnih kontrakcij. Aparaturi omogočata, da se tudi z nekaterimi drugimi parametri približamo določenim in vivo pogojem. Teste na aparaturah za posnemanje želodčnega in črevesnega gibanja izvajamo z volumni, ki so bliže dejanskim in vivo pogojem (≤ 250 mL) v primerjavi s farmakopejsko metodo z vesli, kjer se običajno uporabi volumen medija 500-900 mL. Pri aparaturi za posnemanje želodčnega gibanja smo namestili ventil, ki omogoča, da vzorce zbiramo na izstopni strani silikonske vreče in določamo že raztopljeno učinkovino v frakcijah, ki pritečejo skozi vrečo želodca. Na ta način je omogočeno, da raziskujemo ne samo, kako hitro se učinkovina raztopi, ampak tudi, kako hitro raztopljena učinkovina priteče iz želodca, kar je z vidika in vivo procesa absorpcije v tankem črevesu zelo pomemben dejavnik. Izberemo lahko poljubno vrednost pretoka v in iz silikonske vreče, med našimi eksperimenti pa smo običajno uporabili in vivo relevantne pretoke. Z mehansko optimizacijo smo ventil nadgradili tako, da omogoča spreminjanje pretoka v časovni odvisnosti med potekom eksperimenta, tako da aparatura za posnemanje želodčnega gibanja lahko ponazori tudi in vivo vzorec želodčnega praznjenja tekočin. Metoda ponuja možnost in vitro ponazoritve želodčnega praznjenja v stanju na tešče po zaužitju kozarca vode (240 mL), kar je po smernicah ameriške agencije za hrano in zdravila (angl. Food and Drug Administration) predpisan protokol za in vivo farmakokinetične študije. Trditev, da z aparaturama lahko posnemamo nekatere in vivo parametre, smo podprli z dodatnimi meritvami z endoskopsko kapsulo SmartPill®, s katero smo opravili eksperimente merjenja tlakov v notranjosti obeh omenjenih aparatur in rezultate primerjali z dostopnimi literaturnimi in vivo podatki. Za razliko od klasičnih aparatur aparaturi za posnemanje želodčnega in črevesnega gibanja omogočata oblikovanje takih programov gibanja, ki kapsulo v notranjosti silikonske vreče mehansko obremenijo, saj zaradi stiskanja zaslonk omogočijo neposreden kontakt stene vreče in kapsule ter dosežejo in vivo relevantne vrednosti tlaka. Prav tako smo pokazali, da obstaja odvisnost med amplitudo kontrakcije in izmerjenim tlakom. Večja kot je bila nastavitev zožanja zaslonke, večji je bil izmerjeni tlak kontrakcije. Pomembnost vzpostavitve odvisnosti med izbiro programa in intenziteto izmerjenega tlaka se kaže v možnosti oblikovanja vnaprej pripravljenih programov, ki bi ponazorili različne faze želodčnega gibanja. Na podlagi do sedaj opravljenih eksperimentov in uspešnih in vitro-in vivo korelacij lahko zaključimo, da sta aparaturi za simulacijo želodčnega in črevesnega gibanja uporabni kot in vitro preskus sproščanja za različne FO. Aparaturi dobro ločita med izbranimi vzorci v več uporabljenih medijih z ustrezno ponovljivostjo. Obenem smo pokazali, da omogočata nadzorovano izvedbo eksperimenta, saj je možen nadzor nad različnimi parametri, ki vplivajo na kinetiko sproščanja ZU. Pri obeh aparaturah lahko zagotovimo izbiro ustreznega volumna medija v vreči, volumna vzorčenja, aplikacije FO, načina nadomeščanja medija ter uporabe različnih gibanj; pri aparaturi za simulacijo želodčnega gibanja je možno nadzorovati in spreminjati tudi pretok skozi želodčno vrečo. Prednost aparatur v primerjavi s klasičnimi in vitro testi je v možnosti nadzora vseh omenjenih parametrov, tako posamezno, kadar želimo preučevati vpliv določenega dejavnika na sproščanje ZU iz izbrane FO neodvisno od drugih dejavnikov; obenem pa aparaturi ponujata možnost izvedbe eksperimenta z nastavitvijo vseh parametrov hkrati, kar je pomembno predvsem pri približevanju in vivo pogojem, ki naj bi nam kar najbolje omogočili napoved in vivo obnašanje izbrane FO. Za vrednotenje in vivo relevantnosti novo razvitih aparatur smo profile sproščanja primerjali z in vivo podatki, kjer smo ugotovili, da se pri izbranih primerih lahko z novo razvitimi in vitro metodami bolje kot s klasičnimi farmakopejskimi metodami za preskušanje sproščanja približamo posnemanju sproščanja ZU in vivo. Na voljo so nam bili rezultati farmakokinetičnih študij za mini tablete s takojšnjim sproščanjem in za obe vrsti ogrodnih tablet. Pri primerjavi dveh vzorcev mini tablet smo testirali različne vrednosti pretokov ter različno intenzivne programe gibanja. Napovedno moč modela smo ovrednotili z izračunanimi determinacijskimi koeficienti (R2). Izkazalo se je, da aparatura za posnemanje želodčnega gibanja izkazuje boljšo korelacijo z in vivo podatki (R2=0,99) kot farmakopejska metoda z vesli (R2=0,87). Za PEO ogrodne tablete smo na aparaturi za posnemanje črevesnega gibanja razvili metodo, s katero smo dosegli boljše ujemanje z in vivo razmerji v primerjavi s farmakopejsko metodo z vesli. Pri tem smo testirali različne medije, njihove volumne in različne programe gibanja. Izračunali smo faktor podobnosti (f2) za farmakopejsko metodo z vesli in aparaturo za posnemanje črevesnega gibanja. Po smernicah FDA profila nista enaka, v kolikor je f2<50, kar smo dosegli le z aparaturo za posnemanje črevesnega gibanja. Raziskovalno delo smo nadaljevali s testiranjem HPMC ogrodnih tablet, kjer smo s testiranjem dveh različnih vzorcev dosegli in vitro-in vivo korelacijo najvišje stopnje (level A) in tako razširili dokaz uporabnosti modela za testiranje ogrodnih tablet. Upešno smo lahko napovedali profil koncentracije učinkovine v plazmi iz obeh vzorcev. Omenjene rezultate smo dosegli z uporabo enakih programskih nastavitev kot v primeru PEO ogrodnih tablet, kar govori v prid tudi izbranemu programu, ki tako ponuja dodatne možnosti za raziskovanje vplivov na kinetiko sproščanja iz drugih mehansko občutljivih FO. V doktorski disertaciji smo predstavili inovativno metodologijo testiranja sproščanja z dvema novima modeloma, katerih prednost je predvsem čim večje približevanje pogojem in vivo. Z njima lahko raziskujemo vpliv mehanskih in hidrodinamskih obremenitev ter nekaterih drugih in vivo relevantnih pogojev na kinetiko sproščanja ZU iz FO. Na podlagi dobljenih rezultatov lahko predvidevamo, da se aparaturi za posnemanje želodčnega in črevesnega gibanja s svojo obliko in specifičnim vzorcem gibanja dobro približata nekaterim pogojem, ki in vivo vplivajo na kinetiko sproščanja ZU. Novi aparaturi smo uspešno uvedli v razvojno raziskovalno delo ter ovrednotili vpliv pogojev med testiranjem. Z dobro nadzorovanimi in ponovljivimi eksperimentalnimi pogoji, ki vključujejo tako dober nadzor hidrodinamskih vplivov, kot tudi izvajanja direktnih pritiskov stene na FO, ter s primernim izborom medijev za sproščanje, lahko vzpostavimo take pogoje, pri katerih se bodo lahko nazorno pokazale razlike, predvsem med različno mehansko občutljivimi FO. Izsledki dosedanjega dela hkrati ponujajo iztočnice za nadaljnje delo, saj bo imela napoved na podlagi in vitro rezultatov z nadaljnjim, še boljšim približevanjem fizikalnih pogojev znotraj lumna k dejansko izmerjenim in vivo vrednostim, še večjo težo. [M. Hribar]20182022-06-15 13:09:21Doktorska disertacija137378UDK: 615.453.015:612.32/.33(043.3)COBISS_ID: 295486464sl