NEM SZTEROID GYULLADÁSCSÖKKENTŐ GYÓGYSZEREK (NSAIDS) SZÁLLÍTÁSÁRA ALKALMAS NANORENDSZEREK FIZIKAI-KÉMIAI KARAKTERIZÁLÁSA

Egészségtudományi Közlemények, 2. kötet, 1. szám (2012), pp. 25–31.

NEM SZTEROID GYULLADÁSCSÖKKENTŐ GYÓGYSZEREK (NSAIDS) SZÁLLÍTÁSÁRA ALKALMAS NANORENDSZEREK FIZIKAI-KÉMIAI KARAKTERIZÁLÁSA DR. EMMER JÁNOS1, DR. LOVRITY ZITA1, DOJCSÁKNÉ KISS-TÓTH ÉVA1, JUHÁSZNÉ SZALAI ADRIENN1, KOSKA PÉTER1, DR. FODOR BERTALAN1 Összefoglalás: A széles körben, terápiás célra használt nem szteroid gyulladáscsökkentő gyógyszerek (NSAIDs) mellékhatásai mérsékelhetők nanoméretű gyógyszerhordozókkal. Az összefoglalónk célja, hogy rövid áttekintést adjunk a NSAIDs-tartalmú hagyományos és nem konvencionális gyógyszerformákról, a gyógyszerhordozó nanorendszerek alkalmazásáról és karakterizálásáról. Ismertetjük a karakterizálásra alkalmas fizikai-kémiai sajátságokat és vizsgálati módszereket. A vizsgálati módszerek elvének bemutatása után a nemzetközi szakirodalom és saját méréseink alapján példákat hozunk a konkrét alkalmazásokra. Kulcsszavak: karakterizálás, NSAIDs, nanorendszerek, gyógyszerhordozók Bevezetés A nem szteroid gyulladáscsökkentő gyógyszereket (NSAIDs) széles körben használják a humán- és állatgyógyászatban. A nem szteroid gyulladáscsökkentő vegyületeket elsősorban fájdalom- és lázcsillapításra használják, valamint reumás megbetegedések kezelésében alkalmazott hatóanyagok, hatásukat a ciklooxigenáz enzimek (COX-1 és COX-2) aktivitásainak csökkentésével érik el. A hatóanyagokat orális gyógyszerkészítményekben és helyi kezelésre szánt készítményekben használják fel. A vegyületcsoport egyik káros mellékhatása, hogy tartós alkalmazásuk a gyomornyálkahártyát jelentős mértékben károsíthatja, ráadásul a savas jelleg helyi irritációt okozhat. Ezek a hatások csökkenthetők, ha a nem szteroid gyulladáscsökkentő készítményeket bevonattal látják el. Egy másik megoldás lehet nanoméretű gyógyszerhordozók előállítása, amelyekben a hatóanyagot nanorészecskékhez kötik vagy nanokapszulákba zárják. A nanorészecskék eltérő hatásai elsősorban a szemcsemérettel magyarázhatóak. A fajlagos felszín növekedésével megváltozik többek között az oldhatóság, valamint a felületi sajátságok, amelyek eltérő biológiai hatást okozhatnak. Nagyon fontos, hogy a gyógyszerhordozók fizikai-kémiai jellemzőit ismerjük, mert ezek jelentősen befolyásolhatják a farmakológiai hatást. Gyógyszerformák A nem szteroid gyulladáscsökkentő anyagokat hagyományos gyógyszerformákban (tabletta, kúp, oldat), illetve a dermatológiai készítményeknél gél-, krém- és kenőcsformákban alkalmazzák.

1

Miskolci Egyetem, Egészségügyi Kar, Nanobiotechnológiai és Regeneratív Medicina Tanszék

26

Emmer – Lovrity – Dojcsákné Kiss-Tóth – Juhászné Szalai – Koska – Fodor

A bőrbe és bőrön át történő bejuttatásnál nagyon fontosak a gyógyszerek fizikai-kémiai tulajdonságai [1]. Az ideális tulajdonságok a következők: oldhatóság vízben (> 1 mg/ml), lipofilicitás (log P = 1–3), kis molekulatömeg (< 500 Da) és alacsony olvadáspont (< 200 °C). A nem szteroid gyulladáscsökkentő anyagok molekulatömege kisebb, mint 400 Da. A log P értékük, ami a lipofil jelleget mutatja, 2,0 és 3,8 között változik, más szóval közepesen lipofil tulajdonságúak. Az olvadáspontjuk kisebb, mint 200 °C. A fizikai-kémiai tulajdonságok alapján ezek a molekulák ideálisak a bőrbe való bejuttatáshoz. Az újabb NSAIDs gyógyszerhordozók képesek a bőrön áthatolni. Ilyen hordozók a folyadékkristályok, a mikro- és nanoemulziók, a liposzómák, a szilárd lipid részecskék és a tapaszok. A kolloid gyógyszerhordozók, mint például a micelláris oldatok, üreges gömb és folyadékkristály diszperziók, valamint a nanorészecske diszperziók, 10–400 nm átmérőjű kis részecskékből állnak [2]. Vizsgálati módszerek gyógyszerhordozók fizikai-kémiai jellemzésére A gyógyszerhordozók fejlesztésnél a termék vizsgálatához és jellemzéséhez nélkülözhetetlenek a megfelelő fizikai-kémiai módszerek [2]. Részecskeméret meghatározása A részecskeméret egy igen fontos paraméter a folyamatellenőrzésben és különösen a minőségbiztosításban, mert a hordozó diszperziók fizikai stabilitása függ azok részecskeméretétől és méreteloszlásától. A készítmények részecskeméretének meghatározására általában dinamikus fényszórással (DLS) vagy fotonkorrelációs spektroszkópiával (PCS) történik. A dinamikus fényszórás méréshez a hordozókat folyadékban kell szuszpendálni. A szórt fény intenzitásának időbeni fluktuációját elemzik, ami abból adódik, hogy a fényt szóró részecskék Brown-mozgást végeznek, ezért a szórócentrum helyzete és orientációja folytonosan változik. Minél kisebb a részecske, annál gyorsabb a mozgása. Az így meghatározott méret az ún. hidrodinamikai átmérő, ami nem azonos a geometriai mérettel. Zéta-potenciál mérése A zéta-potenciál a részecskék felületi töltésének mértéke. Ez két okból is érdekes. Egyrészt a töltés hatással van a részecske stabilitására, másrészt a gyógyszerhordozók farmakológiai viselkedésére. Vizes oldatban az elektromos töltéssel rendelkező diszpergált részecskéket egy ellentétes töltésű diffúz ionréteg veszi körül, amelynek egy része erősen kötött (ún. Stern-réteg), majd könnyebben megbontható réteg következik. A két réteget elválasztó határvonalon mérhető potenciál az ún. zéta-potenciál. Ha a zéta-potenciál értéke nulla, akkor a rendszerek stabilitása lecsökken, a részecskék könnyen összetapadhatnak, koagulátumok, aggregátumok alakulhatnak ki. Ha a zéta-potenciál értéke pozitív vagy negatív irányban messzebb van az izoelektromos ponttól, tapasztalatok alapján az érték nagyobb, mint +30 mV vagy kisebb, mint –30 mV, a kolloid rendszer stabil, a részecskék taszítják egymást, összetapadásuk valószínűsége lecsökken. A zéta-potenciál értékét befolyásolja a pH, a közeg vezetőképessége, az oldott ionok minősége és mennyisége. Mikroszkópos mérések A készítmények részecskeméretének meghatározása a közvetlen megjelenítés pásztázó (SEM) vagy transzmissziós (TEM) elektronmikroszkóppal lehetséges. Az elektronmikro-

Nem szteroid gyulladáscsökkentő gyógyszerek (NSAIDs) szállítására alkalmas nanorendszerek... 27

szkópos méretmeghatározás nem alkalmas folyamatok követésére és minőségellenőrzésre, mert a minta-előkészítés hosszadalmas, a vizsgált részecskék száma kicsi, ezért a minta nem reprezentatív. Az atomerő mikroszkópia (AFM) jól alkalmazható liposzómák morfológiai vizsgálatára, mert nem igényel minta-előkészítést és nincs szükség különleges atmoszférára. A technika lényege, hogy egy vékony, könnyen hajló konzolra szerelt, kis görbületi sugarú tűvel letapogatják a mintát. Amikor a tű hegye, amely egyetlen atomból áll, közel kerül a minta felszínéhez, megváltozik annak helyzete a fellépő erőhatások miatt. Az elhajlás detektálását lézerrel és fotodiódákkal végzik, és egy visszacsatoló mechanizmus ennek megfelelően igazítja a tű minta feletti magasságát. A finom mozgásokat piezokristályok segítségével lehet előállítani. A végeredmény egy nagyfelbontású, háromdimenziós profil a vizsgált felszínről. Szerkezetvizsgálat röntgendiffrakciós (XRD) módszerrel A röntgendiffraktometria a kristályos anyagok fázisainak megállapítására alkalmas módszer. A gyógyszerhordozók mikroszerkezetének vizsgálatára a röntgenszórást használhatjuk. Ha a vizsgált mintában az atomok szabályos elrendeződésűek, és az ismétlődő egységek távolsága azonos nagyságrendben van a hullámhosszal, azt észleljük, hogy a beeső sugár elhajlást (diffrakciót) szenved. Az ismétlődő egységek távolsága (d) a Braggegyenlettel számolható. d  n / 2 sin  , ahol λ a röntgensugár hullámhossza, n a reflexió rendje, θ a kristálysíkok és a beesési sugár által bezárt szög. Differenciál pásztázó kalorimetria (DSC) A differenciál pásztázó kalorimetriát használják általában az átalakulási hőmérséklet meghatározására. A fázisátalakulást a szabadenergia megváltozása kíséri, ami a rendszer entalpiájának vagy entrópiájának változásából következik. Az entalpiaváltozás endoterm vagy exoterm jelet eredményez attól függően, hogy a fázisátalakulás energiafelvétellel vagy -leadással jár. A minták jellemző DSC-görbéjén megjelenő exoterm és endoterm csúcsok száma, megjelenési hőmérsékletük, valamint a csúcsok alatti terület az adott anyagra jellemző értékek. NSAID gyógyszerhordozó nanorendszerek alkalmazása és karakterizálása Liversidge és munkatársai [3] a naproxen szemcseméretét őrléssel 20–30 µm-ről 270 nm-re csökkentették, és az elkészített szuszpenziót Pluronic F-68 tenziddel stabilizálták. A patkánykísérleteknél azt tapasztalták, hogy az orális adagolásnál a felszívódási arány közel négyszeresére növekedett, ugyanakkor csak hasonló irritációt váltott ki, mint az intravénás bevitel. A részecskeméret meghatározását fotonkorrelációs spektroszkópiával (PCS) végezték. Az átlagos szemcseméret 270 nm-nek adódott, és nem volt 400 nm fölötti részecske. A plazma naproxen koncentrációját nagyhatékonyságú folyadékkromatográfiás (HPLC) módszerrel mérték UV-detektálással, 240 nm hullámhosszon, indomethacin belső standard mellett. Roullin és munkatársai [4] olyan biokompatibilis, polimer alapú, NSAIDs töltésű nanorészecskéket állítottak elő, amelyek alkalmasak lehetnek protézisek felületének bevonására. Az előállított részecskék átlagos hidrodinamikai átmérőjének és polidiszperzitási indexének meghatározására dinamikus fényszórást (DLS) használtak. A hidrodinamikai

28


átmérőjének alapján a készítmény használható lehet terápiás célra, mivel az átlagos érték 200 nm, és a polidiszperzitási index kisebb, mint 0,12, ami monodiszperz részecskeeloszlást jelent. A morfológiai vizsgálatokat transzmissziós (TEM) elektronmikroszkóppal és atomerő mikroszkóppal (AFM) végezték. A felvételek az 1. ábrán láthatók.

1. ábra. Mikroszkópos képek [4] szerint: (a) TEM-felvétel a nanorészecskékről, (b) AFM felszíni topográfia ugyanarról a mintáról, (c) izolált nanorészecske AFM-képe. A bezárási hatékonyság és a gyógyszerkibocsátás meghatározásához a NSAID koncentrációját nagyhatékonyságú folyadékkromatográfiás (HPLC) módszerrel mérték UVdetektálással, az indomethacint 225 nm, az ibuprofent 222 nm hullámhosszon. Néhány gyógyszerhatóanyag képes kialakítani mezofázisokat oldószerrel (liotrop folyadékkristály) vagy egymagában (termotropikus folyadékkristály). A terápiás célra gyakran használt NSAID-vegyületcsoport két legismertebb képviselője az aril-ecetsav származék diclofenac és az aril-propionsav származék ibuprofen. Mindkét vegyület savas jellegű, oldódás közben disszociálnak és amfifil tulajdonságú sókat képezhetnek. Ezek az amfifil szerves savak a jelenlevő ellenionokkal együtt kialakíthatnak liotrop mezofázisokat a vízzel szoba- vagy testhőmérsékleten. Példaként említhető a diclofenac-dietilamin vagy az ibuprofen-lizinát. Ráadásul néhány NSAID-anhidrát termotropikus mezomorfizmust mutat a kristályos sójának termikus dehidratációja után, például a fenoprofen-kalcium [2]. Az NSAID-tartalmú folyadékkritályokat gélekben használják fel dermatológiai készítményeknél. A kialakult szerkezeteket transzmissziós (TEM) elektronmikroszkóppal vizsgálták. Puglia és munkatársai [5], valamint Bhaskar és munkatársai [6] NSAID töltésű lipid nanorészecskéket állítottak elő bőrbe, illetve bőrön át történő bejuttatáshoz. Az előbbi esetben a hatóanyag ketoprofen és naproxen, míg az utóbbi esetben flurbiprofen volt. A kapott termékeket [5] fotonkorrelációs spektroszkópiával (PCS) és differenciál pásztázó kalorimetriával (DSC) karakterizálták. A flurbiprofen koncentrációját nagyhatékonyságú folyadékkromatográfiás (HPLC) módszerrel határozták meg UV-detektálással, 245 nm-en [6]. Ketoprofen tartalmú nanorészecskéket állított elő Eerikäinen munkatársaival [7], különböző akril polimerek felhasználásával. Vizsgálták a kapott termékek méreteloszlását, morfológiáját, termikus tulajdonságait és a gyógyszerkibocsátást. Pignatello és munkatársai [8] flurbiprofennel töltött akrilát nanoszuszpenziót állítottak elő szemészeti felhasználásra. A kapott nanorészecskék átlagos mérete 100 nm körül volt,


és a zéta-potenciál +40 és +60 mV között változott. Az előállított nanoszuszpenziós rendszer infravörös spektroszkópiás (IR) és röntgendiffrakciós (XRD) vizsgálata azt mutatta, hogy a gyógyszer mikrokristályos formában diszpergálódott a polimer mátrixban, polimorf változás vagy amorf átalakulás nélkül. Gonzalez-Mira munkatársaival [9] ugyancsak szemészeti kezelésre alkalmas flurbiprofennel töltött nanostrukturált lipid hordozót (NLC) tervezett és állított elő. Az optimalizált eljárással kapott termék átlagos átmérője 288 nm, a polidiszperziós index 0,245 és a zéta-potenciál –29 mV értéket mutatott. A tiszta gyógyszert és a töltött nanorészecskéket differenciál pásztázó kalorimetriával (DSC) is vizsgálták. A liposzómák jelenleg a legelterjedtebben használt, nanotechnológiával előállított gyógyszerhordozók. A liposzóma egy foszfolipid kettős membránnal burkolt üreges gömb, amely magába zárja a zsír- vagy vízoldható gyógyszerhatóanyagot. Begum és munkatársai [10] flurbiprofent csomagoltak különböző összetételű liposzómákba. A kapott termékeket a fizikai-kémiai tulajdonságaikkal karakterizálták. Ezek a következők voltak: méret, méreteloszlás, bezárási százalék, stabilitás (gyógyszerszivárgás és visszatartás). Az optimalizált eljárással kapott termék átlagos átmérője 5 µm volt. Kumar és munkatársai [11] kétféle módszerrel (etanol injekciós és rotációs elpárologtatásos technika) állítottak elő nimesulid szállító liposzómális rendszert. A két technikával kapott termékek átlagos mérete 270–703 nm, illetve 1–12 µm volt, míg a zéta-potenciálra –21,23 mV és –26,78 mV értéket mértek. Elron-Gross és munkatársai [12] liposzómába zártak dexamethason-diclofenac kombinációkat. A tanszék kutatólaboratóriumában különböző összetételű liposzómákat mint lehetséges gyógyszerhordozókat vizsgáltunk. Mértük a méreteloszlást és a zéta-potenciált. A vizsgált részecskék átlagos hidrodinamikai átmérőjének és polidiszperzitási indexének meghatározására dinamikus fényszórást (DLS) használtunk. A hidrodinamikai átmérő alapján a készítmény használható lehet gyógyszerhordozásra, mivel az átlagos érték 83,95 ± 0,32 nm és a polidiszperzitási index 0,086 ± 0,008, ami közel monodiszperz méreteloszlást jelent. A méreteloszlás a 2. ábrán látható. A mért zéta-potenciál értéke –10,40 ± 1,33 mV. Size Distribution by Intensity

Intensity (%)

20 15 10 5 0 0.1

1

10

100

1000

10000

Size (d.nm)

Record 50: LipC1 1

Record 51: LipC1 1

Record 52: LipC1 1

2. ábra. Liposzóma méreteloszlása DLS-módszerrel mérve, Malvern Zetasizer Nano-ZS készüléken Yiyun és Tongwen [13] a dendrimereket vizsgálták mint lehetséges gyógyszerhordozókat. Mérték néhány NSAID (ketoprofen, ibuprofen, diflunisal és naproxen) vízoldhatóságát

30


poliamidoamin (PAMAM) dendrimerek jelenlétében 37 °C-on. Az oldhatóság a következő rend szerint növekedett: naproxen > ketoprofen > ibuprofen > diflunisal. Következtetések A terápiás célra gyakran használt nem szteroid gyulladáscsökkentő vegyületcsoportnál a hagyományos gyógyszerformákat alkalmazva gyakran lépnek fel mellékhatások. A mellékhatásokat igyekeznek csökkenteni nem konvencionális készítmények előállításával, amelyek lehetnek a nanotechnológia hasznosításán alapuló megoldások. A hagyományostól eltérő módon megváltoztatható így a hatóanyag felszabadulás helye és sebessége. Nagyon fontos, hogy a nanoméretű gyógyszerhordozók fizikai-kémiai jellemzőit ismerjük, és azokat optimalizálni tudjuk a felhasználás sajátos igényeinek megfelelően. Ha a jellemzőket megbízható módszerekkel mérjük a gyártásközi ellenőrzés során, akkor megteremthetjük a biológiailag hatásos készítmények előállításának lehetőségét. Köszönetnyilvánítás Jelen munka a TÁMOP-4.2.1.B-10/2/KONV-2010-0001 jelű projekt részeként – az Új Magyarország Fejlesztési Terv keretében – az Európai Unió résztámogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósult meg. Irodalomjegyzék [1]

[2]

[3] [4] [5] [6]

Okyar, A., Özsoy Y. and Güngör S.: Novel Formulation Approaches for Dermal and Transdermal Delivery of Non-Steroidal Anti-Inflammatory Drugs. Rheumatoid Arthritis - Treatment, 2012, Andrew B. Lemmey (Ed.), InTech, Available from: http://www.intechopen.com/articles/show/title/novel-formulation-approaches-fordermal-and-transdermal-delivery-of-non-steroidal-anti-inflammatoryMüller-Goymann, C. C.: Physicochemical characterization of colloidal drug delivery systems such as reverse micelles, vesicles, liquid crystals and nanoparticles for topical administration. European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics, 2004, 58, 343–356. p. Liversidge, G. G., Conzentino, P.: Drug particle size reduction for decreasing gastric irritancy and enhancing absorption of naproxen in rats. International Journal of Pharmaceutics, 1995, 125, 309–313. p. Roullin, V. G., Callewaert, M., Molinari, M. et al.: Optimised NSAIDs-loaded Biocompatible Nanoparticles. Nano-Micro Lett., 2010, 2, 247–255. p. Puglia, C., Blasi, P., Rizza, L. et al.: Lipid nanoparticles for prolonged topical delivery: An in vitro and in vivo investigation. International Journal of Pharmaceutics, 2008, 357, 295–304. p. Bhaskar, K., Anbu, J., Ravichandiran, V. et al.: Lipid nanoparticles for transdermal delivery of flurbiprofen: formulation, in vitro, ex vivo and in vivo studies. Lipids in Health and Disease 2009, 8:6. This article is available from: http://www.lipidworld.com/content/8/1/6


[7] [8] [9] [10] [11] [12] [13]

Eerikäinen, H., Peltonen, L., Raula, J. et al.: Nanoparticles Containing Ketoprofen and Acrylic Polymers Prepared by an Aerosol Flow Reactor Method. AAPS PharmSciTech 2004; 5 (4) Article 68 (http://www.aapspharmscitech.org). Pignatello, R., Bucolo, C., Spedalieri G. et al.: Flurbiprofen-loaded acrylate polymer nanosuspensions for ophthalmic application. Biomaterials, 2002, 23, 3247–3255. p. Gonzalez-Mira, E., Egeaa, M. A., Garcia, M. L. et al.: Design and ocular tolerance of flurbiprofen loaded ultrasound-engineered NLC. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 2010, 81, 412–421. p. Begum, M. Y., Abbulu, K., Sudhakar, M.: Design and Evaluation of Flurbiprofen Liposomes. Journal of Pharmacy Research, 2011, 4(3), 653–655. p. Kumar, A., Badde, S., Kamble, R. et al.: Development and Characterization of Liposomal Drug Delivery System for Nimesulide. International Journal of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences, 2010, Vol. 2, Suppl. 4, 8789. p. Elron-Gross, I., Glucksam, Y., Margalit, R.: Liposomal dexamethasone–diclofenac combinations for local osteoarthritis treatment. International Journal of Pharmaceutics, 2009, 376, 84–91. p. Yiyun C., Tongwen, X.: Dendrimers as Potential Drug Carriers. Part I. Solubilization of Non-Steroidal Anti-Inflammatory Drugs in the Presence of Polyamidoamine Dendrimers. European Journal of Medicinal Chemistry, 2005, 40, 1188–1192. p.

NEM SZTEROID GYULLADÁSCSÖKKENTŐ GYÓGYSZEREK (NSAIDS) SZÁLLÍTÁSÁRA ALKALMAS NANORENDSZEREK FIZIKAI-KÉMIAI KARAKTERIZÁLÁSA

Recommend Documents