Stopnja amorfizacije mletega indometacina in določanje njenega vpliva na raztapljanje

Krivec, Jure (author), Planinšek, Odon (mentor), Peltonen, Leena (comentor)

Zaradi slabe topnosti, ki je ena izmed glavnih omejitev uporabe zdravilnih učinkovin, je bilo raziskanih veliko metod, s katerimi bi jo lahko izboljšali. En od načinov za izboljšanje topnosti so amorfne oblike oziroma polimorfizem. Predmet naših raziskav je bil indometacin, saj izkazuje več polimorfnih oblik in ga je relativno lahko pretvoriti v amorfno, s tem pa mu potencialno izboljšamo topnost. Stabilni gama indometacin smo pretvorili v metastabilni alfa indometacin, tako da smo gama indometacin raztopili v etanolu in ga ponovno oborili z dodatkom vode. To smo nato posušili. Obe obliki, gama in alfa indometacin, smo uporabili kot referenci, saj sta popolnoma kristalni in predstavljata v celoti urejeno strukturo. Primerni sta za primerjavo z vzorci, ki so delno kristalni in delno amorfni, pa tudi s popolnoma amorfnimi vzorci. Amorfni indometacin smo pripravili s suhim mletjem in s segrevanjem do taline, nakar smo ga hitro ohladili, da se je strdil v amorfni obliki. Slednjega smo uporabili kot referenco, ta predstavlja alternativno metodo priprave amorfne snovi, vzorec pridobljen s to metodo pa je v celoti amorfen. Identiteta kristaliničnega alfa in gama indometacina je bila potrjena z rentgensko praškovno difrakcijo in diferenčno dinamično kalorimetrijo, kjer smo rezultate primerjali s podatki iz literature. Reference smo primerjali s suho - mletimi vzorci, ki smo jih mleli s planetarnim mlinom neodvisno iz alfa in gama indometacina. Mleli smo različne časovne intervale; 30 minut, 60 minut, 180 minut in 240 minut. Mleti vzorci so bili analizirani z rentgensko praškovno difrakcijo, diferenčno dinamično kalorimetrijo in tehnikami ne – linearne mikroskopije, koherentne anti – Stokes Ramanske razpršitve in generiranja vsote frekvenc. Naši glavni cilji so bili primerjanje polimorfnih oblik, primerjanje občutljivosti analitskih tehnik pri merjenju kristalnega ostanka v suho – mletih vzorcih in vrednotenje mletja kot metode primerne za pripravo amorfnih snovi. Rentgenska praškovna difrakcija ni prikazala razlik med polimorfnima oblikama, suho mleti vzorci so po 60 minutah mletja pokazali manjši ostanek kristalne snovi. Vzorci mleti daljša časovna obdobja izkazujejo le amorfnost. Analiza je bila le kvalitativna. Z diferenčno dinamično kalorimetrijo smo pridobili več parametrov za interpretacijo. Podatki o steklastem prehodu, sprememba toplotne kapacitete in temperatura steklastega prehoda so bili nezanesljivi, zato iz teh podatkov nismo dobili dokončnih zaključkov glede kristalnega ostanka oziroma stopnje amorfnosti vzorca. Informacije o entalpiji rekristalizacije pa nakazujejo težnjo, da se pri časovno dlje mletih vzorcih ta pojavi pri višji temperaturi. Domnevali smo, da imajo vzorci podvrženi daljšim časovnim intervalom mletja večji delež amorfne snovi in manjši delež oziroma ostanek kristalne snovi. Ostanek kristalne snovi bi lahko deloval kot spodbujevalec in pospeševalec heterogene kristalizacije. Predpostavljali smo, da je referenčni amorfni indometacin, ki je bil pripravljen iz taline, v celoti amorfen in ima zato največjo entalpijo rekristalizacije. Rentgenska praškovna difrakcija referenčnega amorfnega indometacina ni pokazala kristalnega ostanka. Ostanek kristalne snovi smo zaznali tudi v vzorcih mletih 240 minut. Kljub temu pa so ti vzorci po stopnji amorfnosti zelo blizu referenčnemu amorfnem vzorcu. Entalpija rekristalizacije je potrdila, da imajo z daljšim časovnim obdobjem mletja vzorci večjo stopnjo amorfnosti, pri katerih se samo alfa indometacin približa popolnoma amorfni referenčni obliki. Z ne – linearno mikroskopijo pridobimo veliko informacij o vzorcih in povečamo celokupno analitsko zmogljivost. S tehnikami ne – linearne mikroskopije, natančneje tehniko koherentne anti – Stokes Ramanske razpršitve in tehniko generiranja vsote frekvenc, smo analizirali vzorce mlete 180 minut in 240 minut. Medtem ko je bil po mletju 180 minut gama indometacin amorfen, so vzorci mleti iz alfa indometacina vsebovali sledove kristalne snovi po mletju 180 minut. Z meritvijo nismo uspeli potrditi identitete kristalne snovi. V vzorcu, mletem 240 minut iz alfa indometacina smo našli kristalni ostanek in dokazali, da gre za alfa indometacin. Tehnika generiranja vsote frekvenc se je izkazala za bolj občutljivo v primerjavi z tehniko koherentne anti – Stokes Ramanske razpršitve. Ta metoda ne ustvari signala pri snoveh, ki so centro – simetrične oziroma imajo inverzno simetrijo, tudi amorfne snovi ne ustvarijo signala. Signal te tehnike je vsota interakcij med molekulami v vzorcu, pri centro – simetričnih snoveh je zato signal destruktiven. Posledično smo s to metodo lahko izmerili le kristalni alfa indometacin. Po analizi več mest v vzorcih se je tehnika generiranja vsote frekvenc pokazala kot izjemno občutljiva. Slabosti tehnik ne – linearne mikroskopije, kot so poškodbe vzorca, slabša dostopnost in potreba po specifičnih nastavitvah pri vsakem vzorcu, nakazujejo na potrebo po nadaljnjem razvoju pred širšo uporabo teh tehnik. Študijo intrinzičnega raztapljanja smo izvedli v skladu z Evropsko farmakopejo in z linearno regresijo pridobili obliko profilov raztapljanja. Vsak mlet vzorec je izkazoval dve stopnji oziroma dve hitrosti raztapljanja. Najprej višjo, zaradi raztapljanja amorfne snovi in čez nekaj časa nižjo, saj se je večina amorfne snovi raztopila in začela se je raztapljati tudi kristalna snov. Obstaja možnost, da je vzorec med raztapljanjem podvržen pretvorbam v druge polimorfne oblike. Poleg tega lahko vzorci z večjo vsebnostjo kristalnega ostanka na začetku raztapljanja pospešijo pretvorbo iz amorfne v kristalno obliko. Vzorci, mleti iz gama indometacina dosežejo stopnjo raztapljanja popolnoma amorfne oblike po suhem mletju 180 minut, medtem ko vzorci iz alfa indometacina dosežejo stopnjo raztapljanja popolnoma amorfne oblike po 240 minutah mletja. Stopnja raztapljanja vzorcev mletih 240 minut celo presega stopnjo raztapljanja amorfnega referenčnega vzorca. Vzrok za to bi lahko bila drugačna priprava vzorca. Izračunali smo tudi časovno točko, v kateri stopnja raztapljanja preide iz višje v nižjo. Pokazalo se je, da se vzorci mleti iz gama indometacina pri daljšem mletju raztapljajo pri višji stopnji raztapljanja dlje časa, kar potrjuje predpostavko, da kristalni ostanek lahko pospešuje pretvorbo iz amorfne v kristalno snov. Vzorci mleti iz alfa indometacina niso prikazali enakega trenda. Kljub razlikam med kristalnima oblikama in razlikami med meritvami kristalnega ostanka, stopnja raztapljanja ostaja podobna oziroma se te razlike ne odražajo enako intenzivno v testu raztapljanja. Mleti dlje kot 240 minut potemtakem ne bi imelo praktičnega pomena. Polimorfi spojine izražajo razlike v lastnostih in obnašanju, te razlike pa se ne pokažejo pri raztapljanju. Ne – linearna mikroskopija se je pokazala kot močno orodje pri analizi kristalnega ostanka in uporaba teh tehnik bi znatno dodala k zmožnosti analiziranje amorfne oblike.

• Language: Slovenian
• Keywords: indometacin, amorfnost, kristalni ostanek, ne – linearna mikroskopija, raztapljanje
• Work type: Master's thesis/paper
• Organization: FFA - Faculty of Pharmacy
• Year: 2021
• PID: 20.500.12556/RUL-129576
• Publication date in RUL: 05.09.2021

Secondary language

• Language: English
• Title: Degree of milled indomethacin amorphization and evaluation of its effect on dissolution

Abstract

Many of the active pharmaceutical ingredients have poor solubility as the main limitation in production of a soluble and permeable pharmaceutical form. Therefore, many methods were examined to increase solubility in vitro and in vivo. The subject of our studies was indomethacin due to existence of many polymorphs and ability to form amorphous state, since amorphization is a viable way to increase solubility. Stable gamma indomethacin was converted into metastable alpha indomethacin, then these were used as references. We analysed complete crystallinity of these two forms with x – ray powder diffraction and differential scanning calorimetry, to confirm that they are entirely crystalline and therefore we could use them as a comparison against amorphous samples. Amorphous indomethacin was prepared by dry milling and quench cooling, sample prepared with the latter method served as a reference that is entirely amorphous. References were compared to dry – milled samples, which were performed for different sets of time; 30 minutes, 60 minutes, 180 minutes and 240 minutes. All samples were analysed with x – ray powder diffraction, differential scanning calorimetry and non – linear microscopy techniques; coherent anti- Stokes Raman scattering and sum frequency generation. Our main focus was comparing polymorphic forms, their willingness to become amorphous, moreover we compared sensitivity of analytical techniques and measuring crystalline residue in dry – milled samples. Traditional analytical techniques, particularly differential scanning calorimetry can compete with modern analytical techniques as they detected residual crystallinity in dry – milled samples, milled for 240 minutes. Data regarding glass transition temperature using traditional techniques was, however, less reliable and inconclusive. Modern non – linear microscopy techniques; sum frequency generation and coherent anti – Stokes Raman scattering microscopy, gave a lot of information and increased analytical capability. These techniques are capable of analysing samples in multiple sites and modes, we detected residual crystallinity in samples milled for 240 minutes, where sum frequency generation proved to be exceptionally sensitive. Shortcomings, such as sample burning, narrower availability and the need for specific adjustment for each sample suggest further development is in line before wider adoption. Finally, intrinsic dissolution studies indicate that despite the difference between crystalline polymorphic forms and a difference in measurements of residual crystallinity, rate of dissolution is practically similar and these differences do not reflect in dissolution with the same magnitude. Samples dry milled from gamma indomethacin for 180 minutes showed the same rate of dissolution as quench cooled amorphous indomethacin, while samples dry milled from alpha indomethacin showed the same rate of dissolution as quench cooled amorphous indomethacin after 240 minutes of milling. Milling longer than 240 minutes would be impractical. All things considered, polymorphs can behave independently and not reflect this behaviour in dissolution. Optical non – linear techniques proved to be a noteworthy tool when detecting crystalline residue and its use greatly adds to characterization of amorphous form.

• Keywords: indomethacin, amorphousness, residual crystallinity, non – linear microscopy, dissolution