Mehko tabletiranje Bifidobacterium longum: Presejalna študija vpliva različnih polnil in veziv

Zupan, Nina (author), German Ilić, Ilija (mentor), Muschert, Susanne (comentor)

Zanimanje za proizvodnjo peroralnih farmacevtskih oblik s probiotičnimi kulturami se v farmacevtski industriji povečuje. Človeški prebavni trakt je gostitelj številnim mikroorganizmom in neuravnoteženo stanje lahko vodi do mnogih bolezni. Dejavniki, ki to ravnovesje v črevesni flori lahko porušijo, so okužbe, bolezni, diete in zdravljenje z antibiotiki. Odpornost na antibiotike postaja vse večja težava. Zdravljenje z antibiotiki bi lahko nadomestili z zdravljenjem s probiotiki in tako zmanjšali hitrost razvoja odpornosti na antibiotike. Obstaja tudi pomembna povezava med črevesjem in možganskimi funkcijami. Neuravnoteženo stanje v prebavnem traktu lahko vodi do povečanja stresa, občutkov tesnobe in depresije. Tablete so farmacevtske oblike prvega izbora, saj je tu sodelovanje bolnikov največje. Imajo številne prednosti v primerjavi z drugimi farmacevtskimi oblikami, kot so priročnost in enostavnost uporabe ter pravilno odmerjanje zdravila (ena enota predstavlja definirani odmerek). V naši raziskavi smo tablete izdelali s procesom direktnega stiskanja polnil,veziv, maziva in 10 % vsebnostjo Bifidobacterium longum. Probiotik je bil pridobljen s tehnološko kompleksnim procesom sušenja z zamrzovanjem. Tablete smo stiskali na tabletirki Styl One Nano, kjer se spodnji pečat dviguje in izvaja silo, potrebno za izdelavo mehansko trdne tablete. Za dobro procesibilnost mora imeti zmes predvsem dobre pretočne lastnosti in stisljivost. Opazovali smo ustreznost razpadnega časa izdelanih tablet. Zaradi občutljivosti bakterij na inaktivacijo med procesom stiskanja smo uporabili pristop »mehkega tabletiranja«. Manjša mehanska obremenitev vodi do višje stopnje preživetja oziroma živosti bakterij. Namen magistrske naloge je bil določiti najbolj ustrezna polnila in veziva za direktno tabletiranje probiotikov. Variirali smo vrsto ter količino različnih polnil in veziv, iz katerih smo pripravili zmesi za tabletiranje. Tem smo vrednotili pretočne lastnosti, stisljivost (tabletabilnost oziroma natezno trdnost od tlaka stiskanja in kompresibilnost oziroma poroznost od tlaka stiskanja, oboje znotrajmatrično) in lastnosti tablet (trdnost in razpadni čas). V drugem delu smo na najbolj obetavnih zmeseh ponovno preučevali stisljivost in lastnosti tablet še ob dodatku Bifidobacterium longum. Na izbranih najboljših formulacijah smo izvedli preizkus živosti probiotičnih bakterij v sodelovanju z Univerzo v Burgundiji v Dijonu v Franciji. Preizkus živosti smo izvedli z dvema različnima metodama, natančneje s štetjem bakterij na agarski plošči in z metodo pretočne citometrije, ki je bolj kompleksna. Z izbiro dveh metod za preizkus živosti smo ocenili učinkovitost pristopa mehkega tabletiranja. Ugotovili smo, da so imeli velikost delcev in njihova oblika ter kohezijski indeks pomemben vpliv na pretočne lastnosti, ki so pomembne za pravilno polnjenje matrične vdolbine. Dejavniki, ki so vplivali na stisljivost, so deformacijski mehanizmi (elastičnost, plastičnost ali fragmentiranje) in lastnosti pomožnih snovi, različna razmerja med vsebnostjo veziva in polnila ter prisotnost probiotikov v pripravljeni zmesi. S študijo tabletabilnosti smo dokazali, da so imele snovi s plastično deformacijo (mikrokristalna celuloza (MCC), MCC s silicijem in sorbitol) najboljše tabletabilne lastnosti, saj smo pri nizkih tlakih stiskanja dosegli visoke natezne trdnosti. Ob dodatku veziva HPC (Klucel EXF) se je tabletabilnost še izboljšala, medtem ko jo je dodatek probiotikov malo zmanjšal, vendar ne kritično. Kompresibilnost materialov smo določili z metodo Hecklove analize oz. na podlagi inverzne vrednosti Hecklovega koeficienta. Dobro kompresibilni materiali imajo visok Hecklov koeficient oz. nizek mejni tlak stiskanja. Obe vrsti MCC s silicijem (Prosolv SMCC 90 in Prosolv SMCC HD 90) sta bili najbolj kompresibilni oz. najbolj plastični, medtem ko se je za najmanj kompresibilnega izkazal Emdex NON-GMO. Med drugimi preučevanimi materiali ni bilo velike razlike in bili so podobno stisljivi. Ob dodatku probiotikov smo opazili, da je prišlo do majhne spremembe v stisljivosti. Izračunali smo razlike v stisljivosti pred in po dodatku Bifidobacterium longum. Pozitivna razlika je pomenila izboljšanje stisljivosti ob dodatku probiotikov, ki je bila opažena pri dveh snoveh, vendar je bila zanemarljivo majhna, medtem ko je negativna razlika pomenila, da se je ob dodatku stisljivost zmesi zmanjšala. Pozitivna razlika je bila zanemarljivo majhna, zato lahko zaključimo, da prisotnost probiotikov nima vpliva na stisljivost polnil Avicel PH 302, Ludiflash in GalenIQ 720. Stisljivost se je poslabšala obema Prosolvoma, Neosorbu, Emdexu in Avicel PH 200 NF. Med tabletiranjem smo spremljali tudi silo izmeta in potrdili, da je imela večina pomožnih snovi stalno silo izmeta glede na uporabljeno silo stiskanja. Izstopale pa so tri zmesi, in sicer Flowlac 100, Pearlitol 200SD ter Ludiflash z vezivom, kjer se je pojavilo lepljenje na matrico ob dodatku manjših vsebnosti veziva (1 % in 3 % Klucel EXF), kar smo lahko opazili prek linearnega povečanja sile izmeta s silo stiskanja. Razpadni čas smo ovrednotili po farmakopejski metodi in zahtevah za tablete s takojšnjim sproščanjem. Pogoj za ustreznost tablet je, da ima vseh šest tablet razpadni čas krajši od 15 minut. Vse zmesi oziroma tablete, ki so imele razpadni čas daljši od 15 minut, smo izločili iz študije, saj niso bile ustrezne. Čas razpadnosti je izjemno pomemben za pravilno dostavo probiotikov na tarčno mesto, saj je cilj študije določiti sestavo farmacevtske oblike s takojšnjim sproščanjem. V nadaljevanju smo z metodama štetja bakterij in pretočne citometrije določili živost bakterij. Živost smo določili štirim zmesem, ki so glede na oceno preizkusov, ki smo jih izvedli, največ obetale. Za preizkus določitve živosti bakterij smo izbrali zmesi z najnižjo silo stiskanja, ki je potrebna, da dosežemo trdnost 100 N. Izgubo živosti se podaja v zmanjšanju vrednosti logaritma in meritve naših vzorcev (Prosolv SMCC 90, Neosorb XTAB 200S in Avicel PH200 NF z 10 % Klucel EXF) so pokazale, da se je živost bakterij zmanjšala za eno logaritemsko enoto. Le pri zmesi Avicel PH200 NF ob prisotnosti 20 % veziva Klucel EXF je bila vrednost preživetja manjša za dve logaritemski enoti. Zmanjšanje vrednosti za dve logaritemski enoti pripisujemo daljšemu času razpadanja, saj smo tableto morali dlje časa mešati in stresati. Pomemben dejavnik pri vrednotenju rezultatov živosti celic je tudi atmosferski kisik, saj je ta navkljub vsem ukrepom odstranjevanja v manjši meri še vedno prisoten v okolici pri procesu izdelave in pri pripravi vzorca za analizo živosti. Ob stiku z bakterijami le-te poškoduje oziroma jih ubije. Poleg okoljskih dejavnikov (temperatura, kisik) in časa shranjevanja imata pomemben vpliv na živost tudi količina uporabljenega markerja za označevanje bakterij in tlak stiskanja. Ob koncu raziskave smo ugotovili, da je dodatek Bifidobacterium longum zmesi Avicel PH200 NF in 20 % veziva povzročil občutno podaljšanje razpadnega časa (nad 15 minut), kar je vplivalo tudi na vrednost preživetja. Potrebno bi bilo nadalje raziskati vpliv probiotikov v zmeseh z večjo količino veziva na razpadni čas oziroma optimizirati postopek tabletiranja, saj se je v komori ob prisotnosti vrečk za absorbcijo kisika nakopičilo veliko vlage. Naša raziskava je potrdila visoko vrednost živosti bakterij v procesu mehkega tabletiranja z izbranimi pomožnimi snovmi. Med procesom tabletiranja smo odstranili kisik in pomožne snovi ob dobri stisljivosti niso povzročile prevelikega delovanja mehanskih sil in posledično poškodb oziroma smrti velikega števila bakterij.

• Language: Slovenian
• Keywords: direktno stiskanje, stisljivost, probiotik, Bifidobacterium longum, mehko tabletiranje, živost bakterij
• Work type: Master's thesis/paper
• Organization: FFA - Faculty of Pharmacy
• Year: 2021
• PID: 20.500.12556/RUL-129130
• Publication date in RUL: 27.08.2021

Secondary language

• Language: English
• Title: Soft tableting of Bifidobacterium longum: A screening study of various filler and binder influences

Abstract

The pharmaceutical industry’s interest in oral probiotics is growing. Tablets are the dosage form of choice that represents the highest level of adherence to treatments. They are convenient for patients and the drug dosing is accurate. In this study, the tablets were produced by direct compression using various fillers/binders, lubricant, and 10 % of freeze-dried Bifidobacterium longum with the Styl One Nano tableting press. The observed parameters that we wanted to achieve were excellent powder flowability and compaction properties of the powder blend as well as fast disintegration of the produced tablet. Soft tableting was chosen as an approach to reduce mechanical stress during production, which is expected to lead to higher bacterial viability. We evaluated and compared the impact of different excipients used (physico-chemical properties), the filler/binder ratio, and the influence of the addition of Bifidobacterium longum on the compaction behavior. Tabletability was evaluated by tensile strength versus compaction pressure profiles and compressibility was determined with the Heckel profile based on yield pressure (inverse Heckel coefficient). Moreover, the hardness and disintegration time of tablets were measured. For the few selected most promising formulations, bacterial viability was determined with two different methods (plate counting and flow cytometry). We obtained the best tabletability using silicified MCC, followed by sorbitol and MCC fillers. They produced tablets with high tensile strengths at low pressures (they required between 40 and 70 MPa pressure to obtain a tensile strength of 1.5 MPa). Furthermore, increasing binder concentration induced better tabletability, while probiotics reduced it a little. Silicified MCC and sorbitol were the most compressible materials, exhibiting high plasticity and low yield pressure. Furthermore, the viability method of plate counting confirmed a good bacterial survival rate, which meant that the chosen materials exhibited potentially good manufacturing properties. Fillers and binder did not induce any severe stress on the probiotics and the method detected viable cells. The results showed that silicified MCC (Prosolv SMCC 90), sorbitol (Neosorb XTAB 200S), and MCC (Avicel PH200 NF) with 10 % of HPC (Klucel EXF) content had only 1 log-reduction in viability, while the blend of MCC (Avicel PH200 NF) and 20 % of HPC (Klucel EXF) exhibited slightly lower viability. Nevertheless, the selected best formulations maintained encouraging viability for further study into the soft tableting approach.

• Keywords: direct compression, compaction, probiotic, Bifidobacterium longum, soft tableting, bacterial viability