Majhne sile, velik vpliv: kvantifikacija gastrointestinalnih mehanskih obremenitev v pogojih s hrano za izgradnjo biorelevantnih modelov sproščanja

Zabukovnik, Janja (avtor), Locatelli, Igor (mentor), Garbacz, Grzegorz Zdzislaw (komentor)

Ozadje: Celovito razumevanje prebavnega sistema je ključno za razvoj novih farmacevtskih izdelkov. Gastrointestinalni trakt (GIT) je organ v stalnem gibanju z značilnimi razlikami med. posamezniki, zato je nujno razumeti procese, ki v njem potekajo. Senzorji so neprecenljivo orodje za pridobivanje fizioloških podatkov, ki so ključnega pomena pri razvoju farmacevtskih izdelkov. Večina senzorjev meri pH, pritisk in temperaturo. Pomembno je tudi preučiti vpliv kontrakcij na trdne farmacevtske oblike, saj te omogočajo potovanje hrane skozi trakt. Mnoge farmacevtske oblike so slabo topne ali prepustne, zato je podrobno preučevanje fizioloških pogojev v GIT-u nujno. Pri načrtovanju biorelevantnih in in vitro testov ter uporabi in silico modelov je treba upoštevati dejavnike, ki vplivajo na farmacevtsko obliko. Tradicionalni biorelevantni testi raztapljanja se osredotočajo na različne pogoje pH, temperature in pritiske. Pri testiranju kontrakcij se preučujejo vplivi visokih pritiskov na farmacevtsko obliko skozi čas oz. tekom določenega časovnega obdobja. Vendar se vse bolj ugotavlja, da so v GIT-u pogostejše manjše, intenzivne kontrakcije, ki bi lahko pomembno vplivale na farmacevtske oblike in tako na sproščanje in absorpcijo vgrajenih zdravilnih učinkovin. Z uporabo biorelevantnih testov bi lahko simulirali te manjše kontrakcije ter natančneje opredelili vpliv na trde farmacevtske oblike, kar bi lahko vodilo k izboljšani formulaciji in učinkovitosti zdravil. Metode: V magistrskem delu smo proučevali vpliv kontrakcij, zbranih s telemetrično SmartPill® kapsulo pri 19 pacientih. Kapsula je merila kontrakcije, pH in temperaturo. Neobdelani podatki so bili pridobljeni iz članka z naslovom "Intragastric pH and Pressure Profiles after Intake of a High-Caloric, High-Fat Meal [1]. Nato smo te podatke obdelali s programi R Studio, Clarity Chromatography Software in Excel. Ugotovitve so pokazale pogostost in intenzivnost kontrakcij v različnih delih gastrointestinalnega trakta. Kontrakcije smo analizirali glede na velikostne kategorije v milibarih. Rezultati: Glavni zaključek je, da so kontrakcije manjšega obsega (do 100 mbar) precej pogostejše, kot tiste večjega obsega (nad 100 mbar). Najpogostejše kontrakcije so bile v območju od 15 do 50 mbar. Največje intenzitete so bile opažene v želodcu v razponu od 15 do 25 mbar. V tankem črevesu so najpogostejše kontrakcije v razponu od 25 do 50 mbar, medtem ko so tiste nad 50 mbar redke. Podobno v debelem črevesu prevladujejo kontrakcije med 25 in 50 mbar. Kontrakcije nad 150 mbar so redke v vseh regijah, čeprav izrazite pri prehodu skozi pilorus v tanko črevo. Analiza intenzitet kontrakcij na uro je pokazala, da so najpogostejše kontrakcije v razponu od 15 do 50 mbar, z najvišjo intenziteto v kolonu. Grafični prikaz podatkov jasno kaže prevalenco manjših kontrakcij. Pri vseh udeležencih je bilo mogoče zaznati odsotnost oddajanja signala. To smo pripisali težavam kapsule z oddajo signala, ne pa odsotnosti kontrakcij. Primerjava profilov pacientov je pokazala pomembne razlike v trajanju zadrževanja kapsule v posameznih delih gastrointestinalnega trakta. Nekateri pacienti so imeli kapsulo v želodcu do 20 ur, drugi pa le 4 ure. Zaključek: Da bi dobili boljši vpogled v obnašanje trdnih oblik po peroralni aplikaciji, bi bilo koristno v biorelevantne modele raztapljanja poleg večjih kontrakcij vključiti tudi pogostost manjših kontrakcij. To bi omogočilo natančnejše napovedovanje modelov raztapljanja in vpogled v vpliv manjših intenzivnosti krčenja. Večina kontrakcij v prebavilih je nizke do srednje intenzivnosti, kar je v nasprotju z obstoječimi biorelevantnimi testi, ki se pretežno osredotočajo na večje in manj pogoste kontrakcije. Naše ugotovitve kažejo, da bi morali testi, ki simulirajo prebavne procese, večjo pozornost nameniti manjšim kontrakcijam, saj te bolj natančno odražajo dejanske razmere v prebavnem traktu. Prav tako smo zaznali visoko variabilnost med posamezniki. V magistrski nalogi smo ovrednotili pogostost manjših kontrakcij v GIT, kar pa je dobra osnova za kasnejši morebiten razvoj biorelevantnega modela raztapljanja.

• Jezik: Slovenski jezik
• Ključne besede: Gastrointestinalni trakt, pritisk, biorelevantni testi raztapljanja, kontrakcije, želodec, tanko črevo, kolon.
• Vrsta gradiva: Magistrsko delo/naloga
• Organizacija: FFA - Fakulteta za farmacijo
• Leto izida: 2024
• PID: 20.500.12556/RUL-160754-cee23970-64bb-94d1-54de-94f385025379
• Datum objave v RUL: 04.09.2024

Sekundarni jezik

• Jezik: Angleški jezik
• Naslov: Small pressure, big impact: quantification of gastrointestinal motility forces in the fed state for biorelevant dissolution tests

Izvleček

Background: Understanding the gastrointestinal tract (GIT) is crucial for developing new pharmaceuticals. The GIT is dynamic and varies significantly among individuals, making it essential to study its internal processes. Telemetric capsules are invaluable for gathering key physiological data, such as pH, pressure, and temperature, which are important for drug development. Understanding peristalsis and its impact on solid dosage forms, especially in modified-release medications, is critical as it can alter drug delivery kinetics. Classical biorelevant tests focus on pH, temperature, and pressure, se osredotočajo na velike pritiske, but smaller, intense contractions in the GIT may significantly affect drug release and absorption. Utilizing biorelevant assays to simulate these contractions can enhance the predictive accuracy of drug formulation and efficacy. Methods: The present Master’s thesis investigates the impact of contractions collected with a telemetric SmartPill® capsule in 19 participants. The capsule was employed to measure contractions, pH, and temperature. The raw data were obtained from the article entitled "Intragastric pH and Pressure Profiles after Intake of a High-Caloric, High-Fat Meal, [1]. These data were then processed using R Studio, Clarity Chromatography Software, and MS Excel. The findings demonstrated the frequency and durations of contractions in discrete regions of the gastrointestinal tract. The contractions were analyzed according to categories of magnitude of contractions. Results: The main conclusion is that smaller contractions (up to 100 mbar) are significantly more frequent than larger ones (above 100 mbar). The most frequent contractions were observed between 15 and 50 mbar. The highest intensities were observed in the stomach, within the range of 15 to 25 mbar. In the small bowel, the most frequent contractions were observed to occur within the range of 25 to 50 mbar, while those above 50 mbar were rare. Similarly, in the colon, contractions between 25 and 50 mbar are the most prevalent. Contractions above 150 mbar are infrequent in all regions, although they are pronounced at the pylorus. The analysis of contraction intensities per hour revealed that contractions within the range of 15 to 50 mbar are the most frequent, with the highest durations observed in the colon. The graphical representation of the data provides a clear illustration of the prevalence of smaller contractions. It can be reasonably inferred from the data that signal transmission was absent in all participant, which may be indicative of signal-related issues rather than the absence of contractions. A comparison of the participant profiles revealed notable discrepancies in the duration of capsule retention across different regions of the GIT. Some participants retained the capsule in the stomach for up to 20 hours, while others did so for only 4 hours. Conclusion: To gain further insight into the performance of solid dosage forms after oral administration, it would be useful to include the duration of minor contraction forces in biorelevant dissolution models and the major contraction forces. This would allow more accurate prediction of dissolution models and insight into the impact of lower contraction intensities. As in our Master's thesis, we evaluated the frequency of minor contractions in the GIT, which provides a good basis for the subsequent possible development of a biorelavant dissolution model.

• Ključne besede: Gastrointestinal tract, pressure, biorelavant dissolution tests, contraction, stomach, small bowel, colon.