Izdelava in vrednotenje hidrogelov z meloksikamom za zdravljenje malignega melanoma

Jug, Ana (author), Kocbek, Petra (mentor), de la Torre Iglesias, Paloma Marina (comentor)

Rak je v današnjem svetu ena izmed najbolj razširjenih bolezni, predvsem zaradi vse daljše življenjske dobe, ki jo omogoča napredek v medicini. Izpostavljenost ljudi sončnim žarkom povzroča vse več primerov malignega melanoma, ki je najbolj smrtonosna vrsta kožnega raka. Razvije se iz melanocitov - celic v naši koži, ki so odgovorne za proizvodnjo pigmenta melanina. Ta je odgovoren za barvo naše kože. Njegova primarna naloga je, da ščiti celična jedra pred nevarno ultravijolično svetlobo. Prav ta je povezana z razvojem malignega melanoma, saj povzroča poškodbe DNK. Sistemsko zdravljenje malignega melanoma ima veliko slabosti, na primer majhna biološka uporabnost protirakavih zdravilnih učinkovin, kar zahteva večje odmerke in posledično povzroča več neželenih učinkov, prav tako pa je velik problem tudi razvoj odpornosti na tovrstno zdravljenje. Razvoj dermalnih formulacij za zdravljenje malignega melanoma bi lahko rešil nekatere od teh problemov, saj v tem primeru zdravilno učinkovino dostavimo neposredno na mesto delovanja. Ena izmed zdravilnih učinkovin, ki se proučujejo v ta namen, je meloksikam. Za izboljšanje njegove biološke uporabnosti je treba izboljšati njegovo raztapljanje, da bi ga lahko uporabljali dermalno. Namen magistrskega dela je bil razvoj in vrednotenje hidrogela z meloksikamom, ki bi se lahko uporabljal dermalno za lokalno zdravljenje malignega melanoma. V ta namen smo s postopkom liofilizacije izdelali trdne disperzije, da bi izboljšali njegovo hitrost raztapljanja. Proučili smo učinek, ki ga ima nizko substituirana hidroksipropilceluloza, ki je bila nosilec v trdnih disperzijah, na hitrost raztapljanja meloksikama. V trdne disperzije smo dodali natrijev lavrilsulfat, ki je imel vlogo močljivca. Z rentgensko praškovno difrakcijo smo analizirali, kako se kristalnost meloksikama spremeni pri pretvorbi v trdne disperzije. Najprej smo s postopkom liofilizacije izdelali trdne disperzije z naraščajočim m/m razmerjem MLX : L-HPC, in sicer 1 : 1; 1 : 2,5; 1 : 5; 1 : 10 ter vzorec brez dodane nizko substituirane hidroksipropilceluloze in jih nato vgradili v hidrogel na osnovi guar gumija. V vse vzorce smo dodali enako količino natrijevega lavrilsulfata. Da bi lahko proučili učinek, ki ga ima liofilizacija na hitrost raztapljanja meloksikama, smo pripravili tudi hidrogel z izhodnim meloksikamom brez dodane nizko substituirane hidroksipropilceluloze in natrijevega lavrilsulfata ter primerjali njegovo hitrost raztapljanja z raztapljanjem iz hidrogelov z vgrajenimi trdnimi disperzijami meloksikama. Preskuse sproščanja smo izvedeni v napravi ② z diskom, kot je opisano v Evropski farmakopeji v poglavju 2.9.4. Dissolution test for transdermal patches. Količino raztopljenega meloksikama v posamezni časovni točki smo določili na podlagi ustrezne umeritvene krivulje in UV-VIS spektofotometričnih meritev. Po dveh urah se je v medij za raztapljanje iz hidrogela z vgrajenim izhodnim meloksikamom sprostilo 25 % ± 2,4 % meloksikama. Iz hidrogelov z vgrajenimi trdnimi disperzijami z meloksikamom pa se je v istem času sprostilo občutno več meloksikama, in sicer do 90,0 % ± 2,6 %. Iz dobljenih rezultatov lahko sklepamo, da vgradnja meloksikama v trdne disperzije uspešno poveča njegovo hitrost raztapljanja. Do tega pride, ker je v trdnih disperzijah meloksikam dispergiran v trdnem nosilcu. Ko le-ta pride v stik z medijem za raztapljanje, nabrekne, kar povzroči, da lahko v stik z medijem za raztapljanje pride tudi meloksikam in se v njem raztopi. Ker ima tako dispergiran meloksikam večjo specifično površino od izhodnega meloksikama, se poveča njegova hitrost raztapljanja. Prav tako se je v primerjavi s količino raztopljenega meloksikama iz hidrogela z vgrajenim izhodnim meloksikamom po dveh urah sprostilo znatno več meloksikama tudi v primeru hidrogela z vgrajenim liofiliziranim meloksikamom brez dodane nizko substituirane hidroksipropilceluloze (72 % ± 2,5 %). Ker v vzorcu ni bilo nosilca, z liofilizacijo ni nastala trdna disperzija. Večja hitrost raztapljanja je tako posledica sprememba kristalne oblike meloksikama med procesom liofilizacije, kar je potrdila tudi analiza z rentgensko praškovno difrakcijo. Če je vzorec hitro zamrznjen, se molekule zdravilne učinkovine nimajo časa urediti v kristalno strukturo. Ostanejo imobilizirane v amorfni obliki, zato je hitrost raztapljanja amorfa v primerjavi s kristalno obliko večja. Primerjava hitrosti raztapljanja meloksikama iz hidrogelov z naraščajočimi m/m razmerji MLX : L-HPC je pokazala, da se hitrost raztapljanja meloksikama zmanjša, če je v trdni disperziji prisotne manj nizko substituirane hidroksipropilceluloze. Po dveh urah je bil največji delež raztopljenega meloksikama 90 % ± 2,6 %, in sicer v primeru hidrogela z vgrajeno trdno disperzijo z m/m razmerjem MLX : L-HPC = 1 : 10. Najmanj raztopljenega meloksikama (75 % ± 2.8 %) smo zaznali iz hidrogela, v katerem je bila vgrajena trdna disperzija z m/m razmerjem MLX : L-HPC = 1 : 1. Na podlagi dobljenih rezultatov lahko zaključimo, da dodatek nizko substituirane hidroksipropilceluloze poveča hitrost raztapljanja meloksikama. Verjetni razlog je, da se nizko substituirana hidroksipropilceluloza v vodnih medijih ne raztaplja, ampak v njih nabreka. Ko se ji zaradi nabrekanja poveča volumen, to omogoči mediju za raztapljanje, da pride v stik z meloksikamom in ga raztopi. Natrijev lavrilsulfat, ki smo ga v vzorce dodali kot močljivec še dodatno poveča hitrost raztapljanja meloksikama. Po primerjavi hitrosti raztapljanja izhodnega meloksikama in melokiskama v vzorcih z dodanim natrijevim lavrilsulfatom je vidno znatno povečanje hitrosti raztapljanja zdravilne učinkovine. Ker smo v vse pripravljene vzorce dodali enako količino natrijevega lavrilsulfata, je imel v vseh podoben učinek. Močljivec mediju za raztapljanje zmanjša površinsko napetost, kar zmanjša stični kot med medijem za raztapljanje in meloksikamom. Posledično je večja površina meloksikama v stiku z medijem za raztapljanje, kar poveča njegovo hitrost raztapljanja. Kristalno strukturo vzorcev smo analizirali z rentgensko praškovno difrakcijo. Analizo smo najprej izvedli za izhodni meloksikam in nizko substituirano hidroksipropilcelulozo, nato pa še za vse vzorce trdnih disperzij z različnimi m/m razmerji MLX : L-HPC in vzorec liofiliziranega meloksikama brez dodanega nosilca ter primerjali dobljene difraktograme. Rezultati so pokazali, da ima izhodni meloksikam, tj. preden je podvržen postopku liofilizacije, kristalno strukturo. Nizko substituirana hidroksipropilceluloza je semikristalinična, kar pomeni, da vsebuje tako amorfne kot tudi kristalne domene. V izdelanih trdnih disperzijah se je meloksikam nahajal v amorfni obliki. Ker je v trdni disperziji zdravilna učinkovina imobilizirana v trdnem nosilcu, se njene molekule ne morejo urediti v kristalno strukturo. Primerjava difraktogramov trdnih disperzij z naraščajočimi vsebnostmi nosilca je pokazala, da se z dodatkom večje količine nizko substituirane hidroksipropilceluloze v trdno disperzijo zmanjša njena kristalnost, kar pripisujemo razredčitvenemu učinku nosilca. To razloži tudi rezultate testa raztapljanja, kjer je bil delež raztopljenega meloksikama največji iz hidrogela s trdno disperzijo z največjim deležem nizko substituirane hidroksipropilceluloze. Če se snov nahaja v amorfni obliki, je mobilnost molekul veliko večja, kot če ima snov urejeno kristalno strukturo. Prav tako med raztapljanjem ni potrebna energija za razbitje kristalne mreže, saj ta v vzorcu ni prisotna, kar poveča hitrost raztapljanja amorfne snovi v primerjavi s kristalno. V okviru magistrske naloge smo uspešno izdelali hidrogle z meloksikamom za dermalno uporabo. Z izdelavo trdnih disperzij z meloksikamom smo uspešno povečali njegovo hitrost raztapljanja, prav tako je k temu pripomogel dodatek večje količine nizko substituirane hidroksipropilceluloze in sam proces liofilizacije. Za formulacijo z najhitrejšo hitrostjo raztapljanja meloksikama se je izkazala formulacija hidrogela, ki je vseboval trdno disperzijo z m/m razmerjem MLX : L-HPC = 1 : 10. Da bi se lahko uveljavila uporaba tako izdelanih dermalnih formulacij za lokalno zdravljenje malignega melanoma v klinični praksi, bi bile potrebne še nadaljnje raziskave, ki bi dale komplementarne rezultate, na primer diferenčna dinamična kalorimetrija in analiza z vrstično elektronsko mikroskopijo, toksikološke in stabilnostne študije, permeabilnostne študije in študije biološke uporabnosti.

• Language: Slovenian
• Keywords: hidroksipropilceluloza, hitrost raztapljanja, kristalna struktura, meloksikam, trdne disperzije
• Work type: Master's thesis/paper
• Organization: FFA - Faculty of Pharmacy
• Year: 2022
• PID: 20.500.12556/RUL-136376
• Publication date in RUL: 27.04.2022

Secondary language

• Language: English
• Title: Preparation and characterization of meloxicam containing hydrogels for malignant melanoma treatment

Abstract

Nowadays, the number of patients who suffer from cancer diseases is rapidly increasing. Malignant melanoma, the most dangerous type of skin cancer, develops from melanocytes in the skin, mainly because of their exposure to ultraviolet radiation. Research on possible treatment approaches is moving towards dermal formulations where antitumor agents can be applied directly to the skin, thus smaller doses are required and possibilities of resistance development and unwanted side effects connected with systemic therapy are decreased. One of the drugs that is being investigated for this purpose is meloxicam. In order to improve its bioavailability and to make melanoma therapy more efficient, meloxicam poor solubility needs to be improved. In this study, meloxicam solid dispersions were prepared by lyophilization. Low-substituted hydroxypropyl cellulose was used as a carrier and sodium lauryl sulphate was added as a wetting agent. Solid dispersions were incorporated into hydrogels based on guar gum. Dissolution tests using Apparatus 2 with the disk assembly were carried out for hydrogels containing meloxicam solid dispersions as well as unprocessed meloxicam. To evaluate the effect of low-substituted hydroxypropyl cellulose on dissolution rate of meloxicam, solid dispersions with increasing amounts of carrier were prepared. After two hours, the amount of meloxicam dissolved from hydrogel containing unprocessed meloxicam was proven to be significantly lower at p = 0.05 than the amount of meloxicam dissolved from hydrogels containing meloxicam solid dispersions. The comparison of dissolution profiles showed that the dissolution rate of meloxicam increased with increasing amount of low-substituted hydroxypropyl cellulose in solid dispersions. X-ray diffraction was performed on lyophilized and unprocessed meloxicam as well as low-substituted hydroxypropyl cellulose to study drug and excipient crystallinity as it is tightly connected to solubility and dissolution rate. Obtained diffractograms showed that unprocessed meloxicam was in a crystalline form and the carrier was semi-crystalline. When meloxicam was transformed in solid dispersion by lyophilization it became amorphous. With increasing amount of low-substituted hydroxypropyl cellulose in solid dispersions, the drug crystallinity was decreased. To sum up, dissolution rate of meloxicam was successfully improved by formation of solid dispersions and by changing its crystal structure to amorphous during lyophilization.

• Keywords: crystallinity, dissolution rate, hydroxypropyl cellulose, meloxicam, solid dispersions