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Die vorliegende Arbeit beschreibt Untersuchungen zur Beurteilung der pharmazeutischen Qualität von Phytopharmaka am Beispiel der häufig eingesetzten Johanniskrautextrakt-Präparate. Elf Johanniskrautextrakt-Präparate des deutschen Arzneimittelmarktes wurden hinsichtlich Chargenhomogenität, Chargenkonformität und Gehalt der wirksamkeitsmitbestimmenden Inhaltsstoffe Gesamthypericin und Hyperforin untersucht. Außerdem wurde die Freisetzung von Hyperforin, Hypericinen und Flavonoiden aus verschiedenen Präparaten in kompendialen und biorelevanten Medien geprüft. Zur Analytik des Hyperforins und der Flavonoide wurden zwei HPLC-Verfahren etabliert und nach ICH-Guidelines validiert. Die Analysenzeit der isokratischen Methode zur Bestimmung von Hyperforin war mit 10 Minuten sehr kurz. Somit war die Methode sowohl für die Gehaltsbestimmungen als auch für die Freisetzungsuntersuchungen sehr gut geeignet. Zur Bestimmung der Flavonoide Rutin, Hyperosid/ Isoquercitrin und Quercitrin wurde eine Gradientenelution verwendet, wodurch eine Analysenzeit von 18 Minuten resultierte. Gesamthypericin wurde mittels Differentieller Puls-Polarographie nach Belichtung der Proben bestimmt. Die Ergebnisse der Untersuchung zur Chargenhomogenität von Gesamthypericin und Hyperforin belegten für nahezu alle Präparate eine gute Gleichförmigkeit des Gehaltes der analysierten wirksamkeitsmitbestimmenden Inhaltsstoffe. Im Bezug auf die Chargenkonformität hinsichtlich Gesamthypericin wiesen die Präparate unterschiedliche Resultate auf. Zwar ist es seit Erscheinen des „Bühler-Papiers“ nicht mehr zulässig auf einen definierten Gehalt an Gesamthypericin, zu normieren, einige Extrakthersteller ziehen diese Substanzgruppe jedoch als analytischen Qualitätsparameter bei der Herstellung standardisierter Extrakte heran. So zeigten vier Präparate bei der Untersuchung von je fünf Chargen mit relativen Standardabweichungen von unter 10% eine gute Reproduzierbarkeit des Gesamthypericingehaltes. Die übrigen Präparate wiesen mehr oder weniger starke Schwankungen im Gesamthypericingehalt auf. Die Untersuchung der Chargenkonformität bezüglich Hyperforin führte zu dem Ergebnis, daß lediglich für zwei Präparate (eines Herstellers) eine sehr gute Reproduzierbarkeit des Hyperforingehaltes erreicht wurde. Hier betrugen die relativen Standardabweichungen weniger als 4%. Die übrigen Präparate zeigten mehr oder weniger starke Schwankungen, wobei für ein Präparat der Variationskoeffizient 70% betrug. Auffällig ist, daß die Präparate mit einheitlichen Hyperforingehalten höhere relative Standardabweichungen von ca. 20% bzgl. des Gesamthypericingehaltes zeigten. Umgekehrt zeigten Präparate mit einheitlichem Gesamthypericingehalt oftmals höhere Variationskoeffizienten bei den Hyperforingehalten. Eine gute Chargenkonformität für beide Analyten wiesen lediglich drei Präparate auf. Der relative Gesamthypericingehalt im Extrakt betrug zwischen 0,11 und 0,43%, während der Absolutgehalt an Gesamthypericin Werte zwischen 0,33 und 1,92 mg je Darreichungsform aufwies. Orientiert an den Einnahmeanweisungen der Hersteller lagen die maximalen Tagesdosen Gesamthypericin zwischen 1,00 und 3,69 mg Gesamthypericin. Die gefundenen relativen Hyperforinmengen lagen in der Regel zwischen 1,09 und 4,48% im Extrakt, wobei ein einzelnes Präparat weniger als 0,2% Hyperforin im Extrakt aufwies. Für den Absolutgehalt an Hyperforin wiesen die Präparate Werte zwischen weniger als 0,5 und 28,88 mg auf. Unter Berücksichtigung der Einnahmeempfehlungen des Herstellers ergaben sich daraus Tagesmaximaldosen zwischen < 1 und 53,76 mg Hyperforin. Die Ergebnisse der Freisetzungsuntersuchungen in kompendialen und biorelevanten Medien zeigten, daß Hyperforin im sauren Milieu des Magensaftes nicht freigesetzt wird und es auch unter Bedingungen, die den nüchternen Zustand im proximalen Dünndarm simulieren lediglich zu einer geringfügigen Freisetzung aus der Arzneiform kam. Eine gute Freisetzung konnte hingegen im Medium FeSSIF erreicht werden, daß die Bedingungen des proximalen Dünndarms im gesättigten Zustand simuliert. Gesamthypericin ging zwar im sauren pH-Milieu des Magensaftes ebenfalls nicht in Lösung, unter simulierten Nüchternbedingungen im Dünndarm konnte im Gegensatz zu Hyperforin aber bereits eine gute Freisetzung verzeichnet werden. Die untersuchten Flavonoide zeigten in allen verwendeten Medien eine gute Freisetzung. Der Vergleich verschiedener Präparate ergab starke Unterschiede hinsichtlich ihrer Freisetzungscharakteristik. Dabei ergaben sich Abweichungen sowohl hinsichtlich Geschwindigkeit als auch bezüglich Vollständigkeit der Freisetzung der untersuchten Inhaltsstoffe. Eine Tatsache ist, daß Präparate, die laut Deklaration als pharmazeutisch äquivalent einzustufen wären, sich einerseits im Bezug auf den Gehalt an pharmazeutisch-relevanten Inhaltsstoffen und andererseits auch in ihrem in-vitro-Freisetzungverhalten unterschiedlich verhalten und somit nicht als biopharmazeutisch äquivalent gelten können. Dies läßt den Schluß zu, daß Johnniskrautextrakt-Präparate zur Therapie leichter bis mittelschwerer Depressionen nicht ohne weiteres untereinander ausgetauscht werden sollten. Es ist unumstritten, daß Bedarf an neuen aussagekräftigen Beurteilungsansätzen zur Qualität von Phytopharmaka vorhanden ist. In dieser Arbeit wurde eine neue und verfolgenswerte Idee zur vergleichenden Bewertung der pharmazeutischgalenischen Qualität von Phytopharmaka am Beispiel von Johanniskrautextrakt-Präparaten aufgezeigt.
Lipidartige Formulierungen zur Verbesserung der Bioverfügbarkeit schwer löslicher Arzneistoffe
(2002)
In dieser Arbeit wurde anhand der zwei schwerwasserlöslichen Modellsubstanzen EMD 57033 und Danazol untersucht, inwieweit sich (schwerpunktmäßig halbfeste) lipidartige Hilfsstoffe zur Verbesserung der Wirkstofffreigabe aus der Arzneiform eignen, um dadurch eine im Vergleich mit einer Standardrezeptur erhöhte Bioverfügbarkeit zu erhalten.
A generic drug product (World Health Organization (WHO) terminology: multisource product) is usually marketed and manufactured after the expiry date of the innovator’s patent. Generic drugs are less expensive than the innovator products because generic manufacturers do not have to amortize the investment costs of research, development, marketing, and promotion. Multisource products must contain the same active pharmaceutical ingredients (APIs) as the original formulation and have to be shown to be interchangeable with the original formulation. Multisource products have to be shown bioequivalent to the innovator counterpart with respect to pharmacokinetic and pharmacodynamic properties. Multisource products are therefore identical in dose, strength, route of administration, safety, efficacy, and intended use. Bioequivalence can be demonstrated by in vitro dissolution, pharmacokinetic, pharmacodynamic or clinical studies. Since 2000, the U.S. Food and Drug Administration (FDA) allows the approval of certain multisource products solely on the basis of in vitro studies, i.e. by waiving in vivo studies in humans (“Biowaiver”), based on the Biopharmaceutics Classification Scheme (BCS). The BCS characterizes APIs by their solubility and permeability in the gastrointestinal tract (GIT). The different BCS Classes I-IV (Class I: high solubility, high permeability; Class II: low solubility, high permeability; Class III: high solubility, low permeability and Class IV: low solubility, low permeability) result from all possible combinations of high and low solubility with high and low permeability. Since the adoption of the BCS by the FDA in 1995, the BCS criteria have been under continuous development. In 2006, the WHO has released the most recent bioequivalence guidance including relaxed criteria for bioequivalence studies based on modified BCS criteria. According to this guidance, APIs belonging to the BCS classes I – and under defined conditions - II and III – are eligible for a biowaiver-based approval. The principal objective of this work was to characterize the first-line anti tuberculosis APIs, isoniazid, pyrazinamide, ethambutol dihydrochloride and rifampicin, according to their physicochemical, biopharmaceutical, pharmacokinetic and pharmacological properties and to classify them according to the BCS. Ethambutol dihydrochloride and isoniazid were classified as borderline BCS class I/III APIs. Pyrazinamide was classified as a BCS class III and rifampicin as a BCS class II API. Based on the BCS classification and the additional criteria defined in the WHO bioequivalence guidance, the possibility of biowaiver-based approval for immediate release (immediate release) solid oral dosage forms containing the first-line antituberculosis drugs was evaluated. A biowaiver-based approval with defined constraints was recommended for immediate release solid oral dosage forms containing isoniazid (interaction with reducing sugars), pyrazinamide and ethambutol dihydrochloride (relative narrow therapeutic index). Rifampicin was classified as a BCS class II API, and it was concluded that rifampicin containing solid oral immediate release drug products as well as Scale-Up and Post-Approval Changes (SUPAC) changes should not be approved by a biowaiver on the following basis: (i) its solubility and dissolution are highly variable due to polymorphism and instability, (ii) concomitant intake of food and antacids reduces its absorption and bioavailability, (iii) no in vitro predictive dissolution test has been found which correlates to in vivo absorption and (iv) several publications reporting cases of non-bioequivalent and bioinequivalent rifampicin products have been located in the literature. Thus, it is recommended that bioequivalence of rifampicin containing solid oral immediate release drug products should be established by in vivo pharmacokinetic studies in humans. This risk-benefit benefit assessment of a biowaiver-based approval was presented as a poster at the American Association of Pharmaceutical Scientists (AAPS) 2005 and subsequently published as “Biowaiver Monographs” in the Journal of Pharmaceutical Sciences. Based on the assessment of the dissolution properties of the antituberculosis drugs for a biowaiver approval, quality control dissolution methodologies for the International Pharmacopoeia (Pharm. Int.) were developed, presented at the WHO expert meeting and adopted in the Pharm. Int. (http://www.who.int/medicines/publications/pharmprep/OMS_TRS_948.pdf). Additionally, preliminary biowaiver recommendations were also developed for four firstline antimalarial drugs listed on the WHO Essential Medicines List (EML): Quinine, as both the hydrochloride and sulphate, and proguanil hydrochloride were classified as borderline BCS class I/III APIs. Since quinine is a narrow therapeutic index drug and many cases of non-bioequivalence have been reported in the literature, a biowaiverbased approval was not recommended. For solid oral immediate release dosage forms containing proguanil a biowaiver-based approval was recommended under the condition that they dissolve very rapidly. Primaquine phosphate was classified as a BCS class I API. Therefore, a biowaiver-based approval was recommended for immediate release solid oral dosage forms containing primaquine phosphate. Mefloquine hydrochloride was classified as a basic, BCS class IV/II API, making it ineligible for the biowaiver. Additionally, reports of non-bioequivalence and a narrow therapeutic index were found in the scientific literature. Consequently, bioequivalence of solid oral immediate release dosage forms containing mefloquine hydrochloride should be established by in vivo pharmacokinetic studies. The results for quinine hydrochloride and sulphate, proguanil hydrochloride, primaquine diphosphate and mefloquine hydrochloride were presented as a poster at the Pharmaceutical Sciences World Congress (PSWC) 2007 and published as a WHO Collaborating Center Report in June 2006. The aim of this project was to collect, evaluate, generate and publish relevant information for a biowaiver-based approval of essential medicines in order to provide a summary to local regulatory authorities. This information complements the selected list of essential medicines by providing information about the biopharmaceutical properties and pharmaceutical quality of solid oral immediate release dosage forms containing these APIs. The aim of the biowaiver project, inspired by the WHO and brought in life by the International Pharmaceutical Federation (FIP), is to enable access to essential medicines in standardized quality at an affordable price. In this work, a significant contribution to this aim in the form of four biowaiver monographs for the antituberculosis drugs and several reports on the antimalarials has been achieved.
Schwerlösliche Arzneistoffe besitzen häufig unbeliebte biopharmazeutische Eigenschaften und ihre erfolgreiche Formulierung zur oralen Verabreichung stellt eine der häufigsten und größten Herausforderungen an die pharmazeutische Technologie dar. Unter zahlreichen Verfahren zur Überwindung von absehbaren Bioverfügbarkeitsproblemen kommt den physikalischen Methoden nach wie vor eine zentrale Bedeutung zu. In der vorliegenden Arbeit wurde erforscht, wie die Bioverfügbarkeit schwerlöslicher Verbindungen durch Anwendung physikalischer Verfahren und in fester Formulierung erhöht und ihre Auflösungsgeschwindigkeit als entscheidender Schritt hierzu optimiert werden kann. Als schwerlösliche Substanzen wurden die Arzneistoffe EMD 57033 und Albendazol, die eine vergleichweise niedrige Lipophilie aufwiesen, sowie Danazol, Felodipin und Fenofibrat (hohe Lipophilie) ausgewählt. Zunächst wurde untersucht, inwieweit eine klassische Wirkstoffmikronisierung dem Problem der schlechten Wasserlöslichkeit und der unzureichenden Auflösungsgeschwindigkeit zu begegnen vermag. In klassischer Art und Weise wurde gemäß der Noyes-Whitney-Beziehung durch Partikelgrößenreduktion die Auflösungsrate gesteigert. Bei großem Dosislöslichkeitsvolumen (>1000 ml) war eine Verbesserung nur bis zu einem gewissen Ausmaß möglich. Es wurde auch festgestellt, dass mit alleiniger Wirkstoffmikronisierung selbst bis in den unteren Mikrometerbereich und sogar bei Vorliegen eines kleinen Dosislöslichkeitsvolumens (<100 ml) eine optimale Auflösungsgeschwindigkeit nicht garantiert und oft nicht erzielt werden kann. Der Ansatz der Wirkstoffmikronisierung kann jedoch grundsätzlich empfohlen werden, da sich unabhängig von Dosis und Löslichkeit signifikante Verbesserungen in der Auflösungskinetik ergeben können. Luftstrahlmahlung ist eine zahlreichen anderen Verfahren überlegene Vermahlungstechnik. Sie erlaubt bei entsprechenden Einstellungen die trockene Herstellung ultrafeiner Partikel (1–3 Mikrometer) in kontinuierlichem oder Batch-Betrieb bei gut steuerbarem Prozess, der das Mahlgut praktisch keiner Temperaturbelastung unterwirft. Staubentwicklung und Abrieb müssen jedoch beachtet werden. Freisetzungen wurden in biorelevantem Medium (z.B. FaSSIF), das bestmöglich die gastrointestinalen Gegebenheiten simuliert, sowie zusätzlich in einem Mediumhöheren Tensidgehaltes durchgeführt, das zur Berücksichtigung einer ungehinderten Absorption der BCS-Klasse II-Substanzen in vivo-Sink-Bedingungen darstellte. Diese Vorgehensweise ist grundsätzlich zu empfehlen. Für EMD 57033 wurde zudem nachgewiesen, dass eine biorelevante Freisetzungsprüfung auch in einfachen SLSLösungen möglich ist. Das Dosislöslichkeitsvolumen nimmt grundsätzlich bedeutenden Einfluss auf das Freisetzungsverhalten. Die trockene Covermahlung ist ein äußerst erfolgreicher prozesstechnischer Schritt zur Formulierungsverbesserung. Sie wird durch Vermahlung eines Wirkstoffes mit einem oder mehreren Hilfsstoffen dargestellt. Durch Covermahlung per Gasstrahl zubereitete Formulierungen mit 10% Wirkstoffanteil erzielten für alle untersuchten Arzneistoffe eine optimale Auflösungsgeschwindigkeit und rasches Erreichen maximaler Freisetzung. Vergleichbaren physikalischen Mischungen sowie einfacher Mikronisierung war sie deutlich überlegen. Im Gegensatz zu reiner Wirkstoffmikronisierung bildete die Freisetzung nach Covermahlung nicht ausschließlich diskrete messbare Stoffeigenschaften ab (z.B. Korngröße), sondern war vielmehr das Ergebnis eines Herstellungsprozesses. Die qualitative und quantitative Auswahl der Hilfsstoffe prägte zudem das Freisetzungsverhalten entscheidend und in stärkerem Ausmaß als der Vermahlungsgrad. Die deutliche Verbesserung der Auflösungsgeschwindigkeit eines Wirkstoffes nach Covermahlung war unabhängig von der Wahl des Freisetzungsmediums und dem vorliegenden Dosislöslichkeitsvolumen. Die Kristallinität aller Arzneistoffe, mittels Röntgendiffraktometrie und DSC untersucht, wurde durch die Covermahlung nicht verändert. Die Korngröße eines covermahlenen Produktes konnte bei Einsatz schwer vermahlbarer Hilfsstoffe unter Umständen nicht auf den Wirkstoff projiziert werden. HPMC erwies sich als schwer vermahlbar. Für eine Aktivsubstanz (EMD 57033) wurde sogar die Ausbildung übersättigter Lösungen bei Freisetzung covermahlener Formulierungen nachgewiesen, die nicht in Phasenumwandlungen des Wirkstoffes oder in reiner Partikelgrößenreduktion begründet war. Lactose als Hilfsstoff förderte eine sehr hohe initiale Auflösungsgeschwindigkeit, oftmals wurde vollständige Freisetzung bereits nach 15 Minuten erreicht. Polymere wie HPMC und PVP wirkten stabilisierend, jedoch auch verzögernd. SLS förderte ebenfalls eine optimale Auflösungsrate durch Überwindung von etwaigen Benetzbarkeitsproblemen einesein gemahlenen) Wirkstoffes, unterband jedoch die Bildung von übersättigten Konzentrationen. Covermahlungen zeichneten sich durch eine sehr gute Reproduzierbarkeit von Herstellungsprozess und Produkt (einschließlich Freisetzungscharakteristik) aus und waren als deutlich robuster gegenüber reinen Wirkstoffvermahlungen einzustufen. Covermahlene Mischungen zeigten perfekte Homogenität. Der Wirkstoffgehalt ist zwingend nach Covermahlung zu prüfen, da sich durch den Herstellungsprozess leichte Verschiebungen in der quantitativen Zusammensetzung der Formulierung ergeben können. Covermahlungen sind industriell problemlos abbildbar. Covermahlene Formulierungen von EMD 57033 mit Lactose oder Polymeren bildeten ihre Überlegenheit gegenüber reinen Wirkstoffmikronisierungen, die sich in vitro durch die Ausbildung übersättigter Lösungen darstellte, auch in vivo in Hunden ab. Zwar steigerte bereits die Vermahlung des reinen Arzneistoffes seine orale Bioverfügbarkeit (0% - 37% relative BV), der Einsatz der Covermahlung konnte diese jedoch noch weiter erhöhen und nahezu verdoppeln (55%, 68%). Multiple Level CKorrelationen covermahlener und mikronisierter Wirkstoffformulierungen belegten erfolgreiche in vitro-Simulationen. Sprühtrocknungen schwerlöslicher Stoffe aus wässriger Umgebung geht das Problem voraus, den Stoff nicht in ausreichendem Maße auflösen zu können. In der vorliegenden Arbeit wurde daher mit Hilfe einer Rührwerkskugelmühle Kristallsuspensionen von Wirkstoffnanopartikeln (<200 nm, Messung durch Laserbeugung und Auswertung nach der Mie-Theorie) hergestellt, die dann getrocknet wurden. Den zwischenzeitigen Vorteil der extrem hohen Oberfläche in Form von Nanoteilchen gab der Wirkstoff nach Sprühtrocknung oder Sprüheinbettung (bei Anwesenheit gelöster oder (nano-) suspendierter Hilfsstoffe) wieder ab. Die Kombination aus Nanonisierung und Sprühtrocknung stellt prozesstechnisch zwei Herstellungsschritte dar und beeinträchtigt – neben der fundamentalen Problematik der Stabilisierung von Intermediaten – die Stabilität eines Wirkstoffes durch Flüssigkeitskontakt (Nassmahlung) und thermische Belastung (Sprühtrocknung). EMD 57033 verblieb bei Sprühtrocknungen kristallin und wies verglichen mit covermahlenen Formulierungen eine schwächere Auflösungsgeschwindigkeit auf. Eine Ausnahme bildete die Sprüheinbettung mit SLS, die jedoch in derPharmakokinetikstudie den Covermahlungen unterlegen war (relative Bioverfügbarkeit 47%). Fenofibrat ging fast vollständig in den amorphen Zustand über und zeigte bei Freisetzung das typische Bild einer schnellen Rekristallisation. Fazit Im Gegensatz zu Wirkstoffmikronisierungen oder Sprühtrocknungsverfahren können trockene Covermahlungen mit ausgewählten Hilfsstoffen universell das Ausmaß und die Geschwindigkeit der Auflösung schwerlöslicher Stoffe optimieren (vollständige Auflösung oder Sättigung erreicht). In Abhängigkeit von Wirk- und Hilfsstoffen werden sogar Übersättigungen erzielt, die auch in vivo in einer gesteigerten oralen Bioverfügbarkeit abgebildet werden können.
The development of a drug product, beginning with the synthesis of the drug substance through approval for marketing, may take up to 15 years and a total amount of investment of up to half a billion Euro. After the discovery of a potential drug substance, many different investigations have to be performed: e.g. characterization of the physical-chemical properties, the pharmacological and toxicological profile and, especially relevant for this work, the development of the first dosage forms. After achieving these steps, first investigations in human studies can be carried out. After a positive assessment of the benefit to risk ratio, further investigations, such as food effects on the pharmacokinetics, multiple dosing studies and further studies on patients can be implemented. After successfully completing this second part the new drug product can be approved. With broader clinical experience it often becomes apparent that changes in relevant aspects of the formulation of the registered drug product e.g. excipients, concentration of the drug substance or excipient versus drug substance ratio, are necessary to optimise the therapy. This often leads to additional clinical investigations and a new registration, a procedure which is time and cost intensive. A possible way to reduce the financial and time investments, is to establish an appropriate in vivo- in vitro correlation (IVIVC). If it is possible to predict the in vivo performance of a drug product adequately with in vitro methods (dissolutions tests), it will no longer be necessary to perform additional clinical investigations. In this work, IVIVCs were investigated for three different drug substances and several different types of formulations.... ...Results of this work clearly show that successful IVIVCs can be achieved for the fasted state using biorelevant dissolution media. A prerequisite of achieving a good IVIVC is the availability of in vivo data of a reference product (i.v., oral solution or IR) tested within the same group of volunteers as the product of interest. Only with this procedure, one can obtain adequate IVIVCs for drug substances with high inter-individual variability of the plasma concentrations and with high first-pass metabolism. This work also shows that predictions of the in vivo behavior of a modified release dosage form after administration with a high fat meal are more difficult to obtain. This is mainly related to an absence of a medium, which could mimic the situation of the fed stomach adequately. Ensure plus®, which was chosen in this work, failed to simulate the fed stomach adequately in several cases; it suppressed the release of rosiglitazone from lipid formulations and led to rapid disruption of the HPMC-matrix of the 5-ISMN Geomatrix formulations. Future work should be directed towards optimization of the test media in the BioDis apparatus. This work clearly shows the inability of Ensure plus® to predict the in vivo performance of a drug under fed state conditions and indicates that alternative media must be developed. It is known that the pH of the stomach rises up to six after the intake of a meal. During the following hours the pH decreases until reaching the baseline value of approximately 1.8. One possibility of simulating the fed state stomach more precisely will be to divide the overall residence time into 4 different parts: 1. half a hour at pH 6 2. half a hour at pH 4 3. one hour at pH 3 4. two hours at pH 1.8 Another option is not only to modify the pH of the medium, but also to change its composition. During the decomposition of the food contents, the composition of the gastric juice changes, the ionic strength, the buffer capacity and the osmolarity rises, while the pH value decreases. A third possibility will be the addition of enzymes, mainly pepsin, lipases and amylases. Again, the quantity of the enzymes differs during the residence time of the food in the stomach. Highest quantities are expected in the first two hours after food intake and decreases in the remaining two hours. Another issue of this work was an assessment of the two dissolution apparatus, Paddle and BioDis. In general, the choice of the dissolution apparatus should be done primarily with respect to the solubility behavior of the drug substance. For high soluble drugs the USP apparatus II, Paddle, is sufficient (e.g. diltiazem or 5-ISMN). In cases of a poorly soluble drug (rosiglitazone), where the release strongly depends on the medium used, the USP apparatus III (BioDis) is favored, due to the advantage of simulating the GI-tract with a gradient of different dissolution media, each simulating one part of the GI-tract. In summary, the results of this work indicate that it is acurrently possible to predict fasted state behavior of a variety of controlled release products using in vitro tests. Prognoses was also made in terms of predicting food effects on the behavior of controlled release products, although it is clear that the media compositions will have to be revised to establish releiable predictive methods for the fed state.
In dieser Arbeit wurden Methoden entwickelt, mit denen das Auflösungsverhalten schwer wasserlöslicher schwacher Säuren verbessert werden kann. Als Modellwirkstoffe wurden drei Vertreter der Sulfonylharnstoff-Gruppe (Glibenclamid, Glipizid und Glimepirid) gewählt. Diese Wirkstoffe, werden zur oralen Standardtherapie des Typ 2 Diabetes eingesetzt. Die Ergebnisse aus den Löslichkeits- und Freisetzungsuntersuchungen der reinen Arzneistoffe bildeten in dieser Arbeit den Ausgangspunkt der Entwicklungsarbeit. Um den Einfluss der galenischen Methoden auf das Freisetzungsverhalten der entwickelten Formulierungen besser zu beurteilen, wurden ebenfalls entsprechende Handelspräparate (Euglucon N 3,5 mg, Luditec 5 mg und Amaryl 4 mg) untersucht. Zunächst wurden mit Glibenclamid und dem natürlichen ?-CD sowie verschieden Cyclodextrin-Derivaten (M-?-CD und HP-?-CD) binäre Komplexe im molaren Verhältnis von 1:2 (Glibenclamid:CD) hergestellt und charakterisiert. Anschließend wurden feste Lösungen aus Glibenclamid und Kollicoat(r) IR bzw. PVP K30 entwickelt. Bei den nachfolgenden Freisetzungsuntersuchungen zeichnete sich im Falle der binären Cyclodextrin-Komplexe ab, dass der Glibenclamid-HP-?-CD-Komplex das beste Freisetzungsverhalten von Glibenclamid in den untersuchten Medien erreichte. Bei den festen Lösungen von Glibenclamid gab es zwischen den beiden untersuchten Polymeren keine signifikanten Unterschiede im Ausmaß der Glibenclamidfreisetzung. Im nächsten Schritt wurden ternäre Komplexe (Glibenclamid-HP-?-CD-Polymer) entwickelt, eine Kombination aus binären CD- Komplexen und festen Lösungen. Als dritte Komponente wurden Kollicoat(r) IR, PVP K30 und PEG 6000 in unterschiedlichen Zusätzen, 5, 10 und 20% bezogen auf den zugrunde liegenden binären Glibenclamid-HP-?-CD-Komplex eingearbeitet. Die Charakterisierung der verschiedenen ternären Komplexe ergab, dass das beste Freisetzungsverhalten bei den Komplexen, welche einen 10%igen Kollicoat(r) IR- bzw. 20%igen PVP K30-Zusatz enthielten, generiert werden konnte. Bei den drei verwendeten Methoden (binäre-, ternäre Komplexe und feste Lösungen) erhielt man während der Freisetzungsuntersuchungen in den Medien mit einem pH-Wert unterhalb des pKs-Wertes von Glibenclamid (5,4) eine übersättigte Wirkstofflösung, was zum Teil innerhalb kürzester Zeit zum Präzipitieren des Wirkstoffes führte. Initiale DSC-Untersuchungen hatten gezeigt, dass Glibenclamid in den beschriebenen Präformulierungen in amorpher Form vorlag, was der Grund für die rasche Freisetzung war. Anschließend wurde versucht, das Präzipitieren zu verlangsamen und im besten Fall zu verhindern. Hierfür wurde HPMC in verschiedenen Formen verwendet. Das einfache Hinzumischen von HPMC in eine Gelatine-Kapsel zu der Glibenclamid-Formulierung führte aufgrund von Agglomeratbildungen zu einer deutlichen Verzögerung der Wirkstofffreisetzung. Pankreatin als Zusatz zum Freisetzungsmedium konnte die Bildung eines Agglomerates nicht verhindern, was darauf schließen ließ, dass dieses nicht durch sogenanntes "Cross-linking" der Gelatine entstanden war. In einem nächsten Schritt wurden HPMC-Kapseln eingesetzt. Die Glibenclamidfreisetzung konnte durch einfaches Austauschen der Gelatine-Kapseln gegen Vcaps(r) Plus-Kapseln in allen untersuchten Medien deutlich gesteigert werden, was auf die durch die Anwesenheit von HPMC verzögerte Präzipitation des Wirkstoffes im Freisetzungsmedium zurückzuführen war. Im nächsten Schritt wurde, die Formulierungsmethode von Glibenclamid, auf Glipizid übertragen. Es wurde analog zu Glibenclamid ein binärer Glipizid-HP-?-CD-Komplex im molaren Verhältnis von 1:2 (Glipizid:HP-?-CD) hergestellt. Dieser Komplex führte zu einer deutlichen Verbesserung des Auflösungsverhaltens von Glipizid, was zu einer annähernd 100%igen Wirkstofffreisetzung in allen untersuchten Medien führte. Weiterhin wurden die mit Glibenclamid entwickelten Methoden auch auf Glimepirid übertragen. Die Formulierung von Glimepirid zu einem binären Glimepirid-HP-?-CD-Komplex führte zu einer höheren Wirkstofffreisetzung, verglichen mit der kristallinen Reinsubstanz und des Handelspräparates. Durch die Verarbeitung von Glimepirid in ternären Komplexen erhöhte sich das Ausmaß der Wirkstofffreisetzung deutlich. Mit Kollicoat(r) IR konnte eine Wirkstofffreisetzung von ca. 60% der Dosis und mit PVP K30 als dritter Komponente sogar ca. 85% Wirkstofffreisetzung in Blank FeSSIF erzielt werden. Das Präzipitieren des Wirkstoffes nach initialer Wirkstofffreisetzung in Blank FeSSIF konnte durch den Einsatz von Vcaps(r) Plus-Kapseln deutlich reduziert werden. Stabilitätsuntersuchungen, welche mit den in dieser Arbeit verwendeten Präformulierungen durchgeführt wurden zeigten, dass der jeweilige Wirkstoff auch nach einem Jahr der Lagerung bei Raumtemperatur und < 30% rel. Luftfeuchte, in amorpher Form in den entsprechenden Präformulierungen vorlag. All diese Untersuchungen zeigten eindrucksvoll, dass sich Cyclodextrin-Derivate in Kombination mit hydrophilen Polymeren, dazu eigneten, die Verfügbarkeit schwer löslicher Wirkstoffe im Dünndarm für deren Resorption zu verbessern. Es wurde gezeigt, dass die Herstellungsmethodik der Cyclodextrin-Komplexe einen wesentlichen Einfluss auf die Wirkstofffreisetzung hatte.
Die vorliegende Dissertation stellt eine Methode zur Löslichkeitsbestimmung vor, die für die Anwendung im Rahmen von BCS-Biowaiver Monografien entwickelt wurde. Der Methode und dem dafür konzipierten Studienprotokoll liegt das Prinzip der „Minimallöslichkeit“ zugrunde. Damit lässt sich einfach, kosteneffizient und wissenschaftlich verlässlich feststellen, ob ein Arzneistoff „hochlöslich“ gemäß den BCS-Biowaiver Richtlinien der Gesundheitsbehörden FDA, EMA und WHO ist und sich dementsprechend generische Produkte des Arzneistoffs grundsätzlich für das BCS-Biowaiver Zulassungsverfahren eignen.
Dieses Verfahren für die Zulassung von Generika erlaubt die Beurteilung der Bioäquivalenz eines festen generischen Arzneimittels zur peroralen Anwendung auf Basis von in vitro-Freisetzungsuntersuchungen anstatt von in vivo-Studien wie z.B. pharmakokinetischen Studien am Menschen und erleichtert dadurch eine Marktzulassung sowohl durch Zeit- als auch Kosteneinsparung. Die Anwendung des Verfahrens ist von Vorteil, um die Verfügbarkeit von qualitativ hochwertigen, generischen (und damit kostengünstigen) Arzneimitteln zu erhöhen. Dies ist besonders wünschenswert für die Verfügbarkeit von gemäß der Weltgesundheitsorganisation essenziellen Arzneistoffen und unter denen gerade von solchen, die zur Bekämpfung von Krankheiten mit nur wenigen und/oder teuren therapeutischen Alternativen benötigt werden.
Entstanden ist die Löslichkeitsbestimmungsmethode im Rahmen von zwei Projekten, die beide zu diesem Ziel einer guten globalen Gesundheitsversorgung beitragen: die Erstellung der Biowaiver Monografien von Proguanilhydrochlorid (ein Malaria-Prophylaktikum) und Cefalexinmonohydrat (ein Antibiotikum aus der Gruppe der Cephalosporine) setzt die Publikationsreihe „Biowaiver Monograph Series“ der FIP Focus Group „Bioclassification/Biowaiver“ fort. Jede Monografie gibt eine umfassende wissenschaftliche Empfehlung zur Eignung eines Wirkstoffs der WHO „Model List of Essential Medicines“ und seiner generischen Produkte für das BCS-Biowaiver Verfahren hinsichtlich aller regulatorisch geforderten Aspekte ab. Proguanilhydrochlorid (BCS Klasse III – „hochlöslich“ und nicht „hoch permeabel“) und Cefalexinmonohydrat (BCS Klasse I – „hochlöslich“ und „hoch permeabel“) sind beide für dieses Zulassungsverfahren geeignet.
Im Zuge des anderen Projektes wurde die Löslichkeit und anschließend die BCS Klasse von Wirkstoffen bestimmt, die der 16. und 17. Version der WHO „Model List of Essential Medicines“ neu hinzugefügt wurden. Neun von 16 untersuchten Wirkstoffen, die in feste, perorale Arzneimittel formuliert werden können, sind im Hinblick auf ihre BCS Klasse für das eine Zulassung per BCS-Biowaiver geeignet. Eine umfangreichere Empfehlung könnte im Rahmen einer Biowaiver Monografie gegeben werden.
Die experimentelle Bestimmung der Löslichkeit über einen pH-Wert-Bereich von 1-6,8 war essenzieller Bestandteil beider Projekte, da Literaturdaten zur Löslichkeit der Wirkstoffe nicht oder nur unvollständig vorlagen. Die entwickelte Methode basiert auf einer im Kleinmaßstab angesetzten „Shake-Flask“-Methode zur Bestimmung der thermodynamischen Löslichkeit, wird jedoch in einem Zeitrahmen von 24 Stunden durchgeführt. Sie nutzt die höchste Dosis der Wirkstoffe als Substanzmenge, um zu bestimmen, ob dieser „hochlöslich“ gemäß den BCS-Biowaiver Richtlinien ist oder nicht. Die Methode bzw. das dazugehörige Studienprotokoll beinhalten Empfehlungen zu den einzelnen Schritten der Durchführung, der Auswahl der Medien und Herausforderungen wie Präzipitation (Fallbeispiel: Proguanilhydrochlorid) und Zersetzungsreaktionen (Fallbeispiel: Cefalexinmonohydrat). Löslichkeitsdaten, die mit dieser Methode erhoben werden, können für eine Zulassung per BCS-Biowaiver bei den Gesundheitsbehörden eingereicht werden, aber auch für ein Vorab-Screening genutzt werden, dass „hochlösliche“ Arzneistoffe aus einer Vielzahl von Substanzen herauszufiltern soll, um nähere Untersuchungen im Rahmen einer Biowaiver Monografie anzuschließen.
