Автореферат и диссертация по медицине (14.00.25) на тему:Пористые матричные системы контролируемого высвобождения лекарственных веществ на примере анаприлина и верапамила

На правах рукописи

РГБ ОД

АВРАМЕНКО Антон Валентинович ^ ^д^д

ПОРИСТЫЕ МАТРИЧНЫЕ СИСТЕМЫ КОНТРОЛИРУЕМОГО ВЫСВОБОЖДЕНИЯ ЛЕКАРСТВЕННЫХ ВЕЩЕСТВ НА ПРИМЕРЕ АНАПРИЛИНА И ВЕРАПАМИЛА

14.00.25 - Фармакология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата фармацевтических наук

Купавна - 1999

Работа выполнена во Владимирском государственном университете и Всероссийском научном центре по безопасности биологически активных веществ

Научные руководители: - доктор медицинских наук

Мирошниченко И.И. - доктор технических наук, профессор Лабутин В.А.

Официальные оппоненты: - доктор биологических наук

Бобров В.И. - доктор биологических наук Сергеева С. А.

Ведущая организация - ММСИ им. Семашко НА.

Защита состоится «А » (■'¿¿ОсО1999 г. в 10 часов 30 мин на заседании диссертационного совета Д 098.01.02 во Всероссийском научном центре по безопасности биологически активных веществ (ВНЦ БАВ) по адресу: 142450, Московская область, Старая Купавна, ул. Кирова, д. 23. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНЦ БАВ.

Автореферат разослан «Я57> рСг-СиЯ^ 1999 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор биологических наук Робакидзе Т.Н.

р^. 5~/ О

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Разработка лекарственных форм с контролируемым высвобождением и их совершенствование - актуальная задача фармации. Для многих лекарственных препаратов контролируемое высвобождение оптимизирует фармакотерапию, повышает ее эффективность и безопасность.

Анаприлин и верапамил используются для лечения и профилактики сердечно-сосудистых заболеваний. Эти препараты эффективны при гипертонической болезни, ишемической болезни сердца и аритмиях. Распространение получили твердые лекарственные формы анаприлина и верапа-мила с быстрым высвобождением: таблетки, драже и капсулы. В то же время анаприлин и верапамил обладают свойствами, указывающими на целесообразность применения к ним контролируемого высвобождения [Лоуренс Д.Р., Беннит П.Н., 1993]:

1) недостаточная терапевтическая широта, при передозировках возможны опасные побочные эффекты: АУ- блокада, гипотония, коллапс, бради-кардия, бронхоспазм;

2) относительно быстрое всасывание и выведение из организма: максимальная концентрация после перорального приема наступает через 1,5-2 часа, период полувыведения 3-4 часа, кратность приема 3-4 раза в день;

3) препараты назначаются амбулаторно длительными курсами.

Изыскание и внедрение новых лекарственных веществ становится все более дорогостоящим, так как ужесточаются требования к ним. Лекарственные формы с контролируемым высвобождением позволяют сгладить ряд недостатков и более полно раскрыть достоинства уже известных лекарственных веществ [Голиков С.Н., 1989; МаЛеи 1Р., 1984]. Технологии контролируемого высвобождения рентабельны и применимы ко многим лекарствам.

Лекарственные формы с контролируемым высвобождением - сложные структурированные системы, одним из видов которых являются пористые матричные системы (ПМС). ПМС представляют собой инертные матрицы, обычно на полимерной основе, содержащие лекарственное вещество в твердом виде. При попадании в желудочно-кишечный тракт система пропитывается жидкой средой, вещество постепенно растворяется и диффундирует из матрицы в среду. ПМС обладают рядом достоинств, что делает их перспективными:

1) уменьшается число факторов, обуславливающих вариабельность высвобождения, так как оно происходит только за счет диффузии, без разрушения матрицы;

2) уменьшается ксенобиотическая нагрузка на организм, связанная со вспомогательными веществами, так как материал инертной матрицы не распадается в ЖКТ и не всасывается в кровь;

3) быстрое начало высвобождения вещества;

4) простая и надежная структура, при повреждении поверхности не происходит массированного выхода вещества.

Недостатком ПМС является неравномерность высвобождения: высокая начальная скорость и последующее ее быстрое уменьшение [Bechard S., McMullen J.N., 1986], это ограничивает их использование.

Различие скоростей высвобождения может быть причиной фармако-кинетической неравноценности лекарств, выпускаемых разными производителями [Berhard Е., 1983]. Для решения этой проблемы и обоснованного выбора скорости высвобождения представляется необходимым, во-первых, установление закономерностей высвобождения in-vitro, во-вторых, определение корреляции показателей высвобождения in-vitro и параметров фармакокинетики.

Закономерности высвобождения in-vitro носят универсальный характер, прямая же экстраполяция данных о корреляции параметров фармакокинетики и высвобождения с одного вещества на другое весьма проблематична ввиду сложности фармакокинетических процессов. Однако накопление таких данных способствует углубленному пониманию явления и установлению общих закономерностей. Фармакокинетика анаприлина и вера-памила в пероральных формах с контролируемым высвобождением исследовалась рядом ученых [Bleske В., et al, 1995; Fuenmayor N., et al, 1992; Mulligan S., et al, 1991]. В то же время, в литературе не приводятся данные о корреляции параметров фармакокинетики и скорости высвобождения in-vitro.

Вышеизложенное послужило основанием для проведения настоящей работы, которая посвящена развитию систем контролируемого высвобождения лекарственных веществ на основе пористых инертных матриц.

Цель исследования: разработать и изучить пористые матричные системы контролируемого высвобождения лекарственных веществ, отличающиеся более равномерным высвобождением, установить корреляцию параметров фармакокинетики анаприлина и скорости высвобождения in-vitro.

Основные задачи исследования:

1. Провести анализ структуры и свойств систем контролируемого высвобождения лекарственных веществ.

2. Обосновать применение контролируемого высвобождения для анаприлина и верапамила.

3. Усовершенствовать структуру пероральных ПМС с целью получения более равномерного высвобождения лекарственного вещества.

4. Разработать математическую модель высвобождения для ПМС с постоянным градиентом содержания вещества.

5. Изучить высвобождение анаприлина и верапамила из ПМС в эксперименте т-укго.

6. Исследовать экспериментальную фармакокинетику анаприлина при пероральном введении в виде таблеток и ПМС с различной скоростью высвобождения, установить корреляцию параметров фармакокинетики и скорости высвобождения ш-уйго.

7. Составить схему проектирования ПМС с требуемыми свойствами.

Научная новизна. Предложено для пероральных ПМС создавать неравномерное распределение лекарственного вещества с увеличением от поверхности к глубине матрицы. Данный тип структуры позволяет сделать высвобождение более равномерным.

Разработана математическая модель высвобождения из ПМС с постоянным градиентом содержания вещества. Методом интегральных соотношений получены в алгебраическом виде кинетические уравнения и производные от них зависимости параметров для систем трех геометрических форм (пластина, цилиндр, сфера). В результате исследования высвобождения анаприлина и верапамила ш-уНго установлена адекватность математической модели.

В результате экспериментального исследования фармакокинетики анаприлина при пероральном введении в виде таблеток и ПМС с различной скоростью высвобождения установлена корреляция параметров фармакокинетики и скорости высвобождения анаприлина ш-уЛо. Предложена схема проектирования ПМС с требуемыми свойствами.

Научно—практическая значимость работы. Данные о том, что ПМС с градиентом содержания вещества имеют более равномерное высвобождение, позволяют рекомендовать использовать такой тип систем контролируемого высвобождения в качестве пероральных лекарственных форм. Разработанная математическая модель дает возможность проводить расчет процесса высвобождения, не прибегая к лабораторному эксперименту. Проектирование по предложенной схеме позволяет определить структуру и технологию изготовления ПМС с требуемыми свойствами.

Корреляция параметров фармакокинетики анаприлина и скорости высвобождения т-у^о указывает на целесообразность использования систем контролируемого высвобождения для достижения требуемой фармакокинетики анаприлина и позволяет прогнозировать фармакокинетический профиль анаприлина, исходя из скорости его высвобождения ш-уНго.

Предложенный вариант технологии получения систем контролируемого высвобождения на основе пористых сэвиленовых матриц может быть применен для пероральных форм с анаприлином, верапамилом и др. лекарственными веществами.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Пористые матричные системы с отрицательным градиентом содержания вещества обладают более равномерным высвобождением, по сравнению с системами с равномерным содержанием.

2. Математическая модель позволяет рассчитать процесс высвобождения для ПМС с постоянным градиентом содержания вещества.

3. Результаты комплексного экспериментального исследования высвобождения анаприлина и верапамила из ПМС in-vitro.

4. Результаты экспериментального фармакокинетического исследования анаприлина в формах с различной скоростью высвобождения. Корреляция параметров фармакокинетики и скорости высвобождения in-vitro.

5. Структура и технология изготовления ПМС с требуемыми свойствами определяются в ходе проектирования.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на международных научных конференциях "Конверсия. Приборостроение. Рынок" (г. Суздаль, 1997 г.), "Актуальные проблемы химии и химической технологии" (г. Иваново, 1997 г.), "Математические методы в химии и химических технологиях" (г. Владимир, 1998 г.).

Объем н структура работы. Диссертация изложена на 125 страницах машинописного текста, состоит из введения, пяти глав, заключения и выводов. Главы содержат обзор литературы, описание материалов и методов исследования, теоретические и экспериментальные результаты. Список цитируемой литературы включает 149 отечественных и зарубежных источников. Таблиц 8, рисунков 35.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Для моделирования высвобождения в ПМС использован метод интегральных соотношений, который является приближенным методом решения задач массопереноса. Метод заключается в составлении приближенного балансового соотношения массы вещества в системе и точного его математического решения [Аксельруд Г.А., Альтщулер М.А., 1983]. Балансовое соотношение определяется данными о начальном распределении вещества в системе и о его переносе, который описывается первым законом диффузии Фика:

аг

где J - поток вещества, D - эффективный коэффициент диффузии вещества в пористой матрице, с - концентрация вещества, г - координата по толщине матрицы, S— площадь поперечного сечения области диффузии.

В результате решения определяется параметрическая зависимость общего вида

<<Ро) =Л(<Ро), (1)

где г - безразмерное время процесса высвобождения, сро - относительная координата положения фронта растворения твердого вещества. Параметр т определяется следующим образом:

г = Dt/R2, (2)

где t - время высвобождения, R - толщина матрицы рис. 1.

центр ПМС

фронт растворения твердого, вещества

поверхность ПМС

W

L. zu 4. J_ 4_ _L— -А

К* "¿liVt^^ Д-.ft 1 1 _!

'■- ■ .Г ly ,-O-Li.II»* ■ in.« • -L. 1— 1 —J

v iT — Д.

_L J_ _L

Ob

fn!

R1 мм

<P0

матрица -]--[вещество

в твердой ■ ■ •

фазе " *

в растворе " ' |

направление

диффузии

вещества

направление движения уткгаа фронта жЗ растворения

Рис. 1. Схема строения ПМС (поперечный разрез) в действии, Я(1) - толщина системы, Го(щ) - положение фронта растворения твердого вещества в абсолютных и относительных единица

В практической части работы использовались пористые инертные матрицы на основе еэвилена с добавкой аэросила. Сэвилен - сополимер этилена и винилацетата, обладает гидрофобными свойствами. В работах Захаровой Э.Л., Октябрьского Ф.В. (1993 г.) и др. исследователей показано, что сэвилен может использоваться в технологии лекарств. Аэросил -полимер оксида кремния, обладает гидрофильными свойствами. Используется как вспомогательное вещество и как энтеросорбент. Пористые матри-

цы получали по современной отечественной технологии [Христофоров А.И. с соавт., 1995], в основе которой фазоинверсионный термический процесс. Получены матрицы в форме пластин и приближенно сферических гранул. Внутренняя структура матриц изучалась с помощью оптического микроскопа в проходящем свете. Установлено, что матрицы имеют откры-топористую изотропную микроструктуру без барьерного слоя у поверхности рис. 2, диаметр капилляров 0,2 - 1,0 мкм. Значение пористости, определенное пикнометрически, для матриц обеих форм составило 60+3%.

Рис. 2. Структура пористой сэвиленовой матрицы в глубине (1) и вблизи поверхности (2) [микрофотографии поперечного среза], белые линии соответствуют полимерным перегородкам, темные участки - порам

В работе использовались субстанции анаприлина и верапамила, отвечающие требованиям ФС 42-2021-83 и ФС 42-1449-84. Для получения систем с равномерным содержанием веществ формы пластины и гранулы матрицы насыщали концентрированными спиртовыми растворами анаприлина и верапамила, затем сублимационно сушили. После сушки пластин проводили изолирование всех поверхностей нанесением тонкого слоя клея БФ-2, затем скальпелем отрезали часть матрицы на определенной высоте, освобождая таким образом одну поверхность, через которую происходило высвобождение. В пластинах, изготовленных указанным способом, фронт растворения твердого вещества имеет форму плоскости, что соответствует условию модели. Получены ПМС с равномерным содержанием веществ следующих размеров: гранулы диаметром 2 мм, пластины толщиной 3; 4; 6; 8 мм.

Пластины с неравномерным содержанием веществ толщиной 6 мм получали следующим образом. Край матрицы вертикально погружали в концентрированный спиртовой раствор вещества, при этом раствор поднимался вверх за счет капиллярных сил, что отслеживалось визуально. По достижению фронтом раствора высоты 6 мм матрицу вынимали из раствора и сушили. Повторно производили пропитку матрицы до высоты 4 мм, третий раз до высоты 2 мм. После насыщения боковые поверхности матрицы изолировали указанным выше способом. Осуществляли контроль распределения вещества в ПМС с неравномерным содержанием. Для этого проводили извлечение вещества из фрагментов матриц и количественное определение спектрофотометрическим методом, результаты определения приведены на рис. 3.

СО

Г, мм

Рис. 3. Распределение вещества по толщине матрицы в системах с градиентом содержания анапргтша (I) и верапамила (2), [по оси абсцисс-расстояние от центра матрицы, по оси ординат - объемная доля твердого вещества в порах матрицы]

Всего изготовлено 12 серий ПМС формы гранулы и пластины с равномерным и неравномерным содержанием анаприлина и верапамила.

Исследование высвобождения веществ из ПМС проводили на приборе "Вращающаяся корзинка" [тест "Растворение", ГФ XI, т. 2, с.159]. В использованной математической модели не учитывается процесс "пропитки систем жидкостью, который предшествует высвобождению. Чтобы исклю-

чить влияние капиллярной пропитки в эксперименте in-vitro, перед высвобождением проводили пропитку систем в насыщенных растворах веществ.

Для высвобождения использовались среды со значениями рН 1,5 (0,1 М раствор соляной кислоты) и 6,0 (бидистиллированная вода), что соответствует кислотности желудочного и кишечного соков. Объем среды высвобождения в приборе "Вращающаяся корзинка" для каждого образца составлял 200 мл, скорость вращения корзинки 60 об/мин, диаметр корзинки 25 мм, высота 45 мм. Объем проб, отбиравшихся для определения концентрации - 1 мл. Пробы отбирались через 2; 5; 10; 20; 40; 60 мин, далее с интервалом 30 мин до полного высвобождения вещества. После отбора пробы объем среды восстанавливался добавлением 1 мл чистой среды. Концентрации веществ в среде определяли спектрофотометрически по собственному поглощению в УФ-области.

Фармакокинетическое исследование проведено с анаприлином в трех формах: прессованные таблетки производства ОАО "ХФК "Акрихин" и две пористых матричных системы контролируемого высвобождения формы пластины толщиной 3 и 4 мм с равномерным содержанием вещества. Доза анаприлина во всех формах равнялась 10 мг. Кинетика высвобождения анаприлина in-vitro для каждой формы исследована на пяти образцах на приборе "Вращающаяся корзинка" (тест "Растворение") в среде со значением рН 1,5.

Изучение экспериментальной фармакокинетики проводилось на 15-ти кроликах-самцах породы "Шиншилла". Животные содержались в стандартных условиях вивария, при 12-часовом режиме освещения. Перед экспериментом за 18 часов и во время него животные голодали, получая только воду [Benziger et al, 1996]. Каждая форма была исследована на пяти животных.

Кровь из ушной вены отбирали непосредственно перед введением препарата и после него через 0,25; 0,5; 1,0; 2,0; 4,0; 8,0; 24,0 часа. Пробы крови выдерживали при комнатной температуре до образования сгустка, после чего образцы центрифугировали в течение 10 мин при п=2500 об/мин в термостатируемой центрифуге при 0°С и отбирали сыворотку. До анализа сыворотку хранили при температуре -18°С.

Анализ содержания анаприлина в сыворотке крови проводили методом высокоэффективной жидкостной хроматографии с флуоресцентной детекцией по адаптированной методике [Xie H.G., Chen X., 1982]. Образцы сыворотки крови объемом 0,5 мл подщелачивали добавлением 200 мкл 10% раствора карбоната натрия. Экстракцию анаприлина проводили дважды, добавляя по 1,5 мл диэтилового эфира, встряхивая смесь в герметично закрытых пробирках в течение 5 мин на продольном встряхивателе. Для лучшего разделения слоев образцы центрифугировали в течение 10 мин

при п=5000 об/мин. Эфирный экстракт отбирали, объединяли, упаривали досуха в токе азота на водяной бане при t = 40°С. Сухой остаток растворяли в 250 мкл метанола. Процент извлечения, определенный по модельным пробам, достигал 55-60%. Линейная зависимость высоты хроматографиче-ского пика от концентрации наблюдалась в диапазоне концентраций от 5 до 150 мг/мл. Предел обнаружения равнялся 3 нг/мл.

Пробы хроматографировали на жидкостном хроматографе "Shimadzu LC-6A " (Япония) в следующих условиях: хроматографическая колонка Spherisorb Cis (250x4,6 мм) производства Bishoff (Германия), защищенная предколонкой картриджного типа производства Millipore (США), подвижная фаза 0,01 М раствор калия дигидрофосфата и ацетонитрил в объемных соотношениях 45:55 (рН = 3,0), скорость элюирования 2,0 мл/мин. Длина волны возбуждения - 280 нм, испускания - 340 нм. Объем вводимой пробы 50 мкл. Время удерживания вещества составило 5,2±0,1 мин. Обработка хроматографических данных проводилась на компьютерном интеграторе по методу абсолютной калибровки. Предел обнаружения равнялся 3 нг/мл.

Расчет фармакокинетических параметров проводили по программе Резольвента (автор Мирошниченко И.И.).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Системы с градиентом содержания вещества и математическое моделирование высвобождения

На основании анализа процессов переноса вещества в ПМС предлагается способ модификации структуры ПМС для получения более равномерного высвобождения. Способ заключается в создании неравномерного содержания вещества по толщине матрицы с увеличением от поверхности к центру. В простейшем случае объемная доля твердого вещества со по толщине матрицы изменяется линейно, то есть существует постоянный градиент содержания, grad&> = const рис. 3.

Методом интегральных соотношений получены уравнения кинетики высвобождения вещества для систем трех основных геометрических форм-пластины (3), цилиндра (4), сферы (5):

г = С<р03 + Вср02 + А<р0 + К, (3)

г = J<p0} In ср0 + F<p02 In <р0 +С<р0г + Вер; + К+\\[(рп —-) (4)

4;Л РоЛпРо

г= Ед>0* +С<р03 +В<ра2 -!($>„ + 1пр0)+Г, (5)

о

где А, В, С, Е, ¥,3, К - постоянные, зависящие от физических свойств вещества и параметров структуры системы, одним из которых является градиент содержания вещества со.

В частном случае равномерного содержания вещества по толщине матрицы (¿рж1<у = 0), представленные уравнения упрощаются и совпадают с кинетическими уравнениями высвобождения для изотропных систем, полученными Аксельрудом А.Г. (1983 г.).

Уравнения (3), (4), (5) трансцендентны относительно <ро, обратную зависимость <ро(т) = //г), определяют численными математическими методами. Каждому значению <ро, по балансу массы, соответствует определенное значение массы вещества, находящегося в системе. Исходя из этого осуществляется переход к основной зависимости доли вещества, высвободившегося из системы, от времени:

Мг/М0=/з(т), (6)

где Мт- масса вещества, высвободившегося к моменту времени т, Мо - начальная масса вещества в системе. При дифференцировании зависимости (6) получается аналитическая зависимость

Кг)=Яг), (7)

где v- относительная скорость высвобождения вещества.

Недостаток представленной модели в том, что процесс высвобождения рассматривается только до момента полного растворения твердого вещества (<ро = 0), реально же вещество продолжает высвобождаться еще некоторое время, находясь в системе только в растворенном виде. Вызванная этим ошибка может быть существенной при высокой растворимости вещества, в таких случаях при расчете процесса необходимо делать соответствующую поправку.

Произведен расчет кинетики высвобождения анаприлина и верапа-мила из ПМС трех геометрических форм с неравномерным и равномерным распределением вещества. Для систем с неравномерным распределением использовано предельное значение градиента содержания вещества, 6 относительных единицах цгас!&> = -1, при этом объемная доля твердого вещества в центре системы а>о= 1, у поверхности системы соц= 0. Для систем с равномерным распределением вещества задавали такую же общую дозу вещества, что обеспечивало корректность сравнения, в случае пластины объемная доля твердого вещества по всей матрице со = 0,5. Графики зависимостей (1), (6), (7) высвобождения анаприлина из ПМС формы пластины приведены на рис. 4.

Равномерность высвобождения характеризуется параметром в, который равен отношению периода растворения первой половины дозы вещества к периоду растворения второй половины, чем значение в ближе к единице, тем высвобождение равномернее. В табл. 1 приводятся значения параметра в, а также безразмерного времени полного растворения вещества г; для систем, содержащих верапамил. Приращения значений этих параметров при переходе от систем с равномерным содержанием вещества к системам с градиентом содержания обозначены как Д£?и Дг/.

По графикам рис. 4, а также из табл. 1 видно, что системы с отрицательным постоянным градиентом содержания вещества обладают более равномерным и длительным высвобождением по сравнению с системами с равномерным распределением вещества.

Промышленное создание систем с градиентом содержания вещества является сложной технологической задачей и требует специальных дополнительных разработок. Одним из вариантов решения этой задачи может быть следующий. Инертная матрица пропитывается концентрированным раствором вещества в растворителе с большей растворяющей способностью, чем у среды высвобождения. При последующем погружении в раствор с меньшей концентрацией происходит диффузия растворенного вещества из матрицы и образование неравномерного распределения: содержание в глубине матрицы больше, чем у поверхности. Далее необходимо кристаллизовать вещество, чтобы зафиксировать неравномерное его содержание и удалить растворитель, это реализуется сублимационной сушкой.

Таблица 1.

Характеристические параметры кинетики высвобождения для ПМС с верапа-мшом (г/ - безразмерное время полного растворения, 9 - равномерность)

Форма ПМС гргйсо г, в Лт,, % лв, %

Сфера 0 0,65 0,08 54 75

-1 1,00 0,14

Цилиндр 0 1,34 0,25 ** п 44

-1 1,78 0,36

Пластина 0 2,22 0,33 30 58

-1 2,88 0,52

Рис. 4. Расчетные кинетические зависимости параметров высвобождения для ПМС формы пластины с анаприлином [А - безразмерное время растворения от координаты фронта (уравнение (3)); В - доля растворившегося вещества от безразмерного времени; С - безразмерная скорость высвобождения от безразмерного времени]

Исследование ПМС с анапршпшом и верапамилом ш-укго

Проведено комплексное исследование кинетики высвобождения ана-прилина и верапамила из ПМС т-лайо и установлено влияние следующих факторов:

1) распределение вещества в системах формы пластины: равномерное и неравномерное с линейным отрицательным градиентом;

2) геометрическая форма систем: гранула (сфера) и пластина;

3) толщина систем формы пластины: 4, 6, 8 мм;

4) доза вещества;

5) физические свойства веществ на примере анаприлина и верапамила;

6) кислотность среды высвобождения;

7) капиллярная пропитка.

Ввиду неопределенности эффективного коэффициента диффузии вещества в пористой матрице О сравнение теоретических и экспериментальных данных возможно только по зависимости между параметрами в относительной форме: М,/МГ; = /(£//;), где - время полного растворения вещества, М^ - масса вещества, высвободившегося к моменту полного растворения твердой фазы. По экспериментальным данным определяется время полного высвобождения вещества 7/, время полного растворения находится с учетом поправки на растворенное вещество. Кинетика высвобождения в некоторых опытах и расчетная зависимость представлены на рис. 5. Участок графика, выходящий за точку (1; 1) соответствует периоду высвобождения после полного растворения твердого вещества внутри матрицы.

Установив время полного растворения вещества //, исходя из выражения (2), можно рассчитать значение эффективного коэффициента диффузии вещества в пористой матрице И

О = тА (8)

где г/ - безразмерное время полного растворения, определяемое по уравнениям (3) - (5) при подстановке <ро=0, толщина матрицы Я известна. Значения эффективного коэффициента диффузии для одного вещества и матриц одной геометрической формы должны совпадать. Результаты расчета эффективного коэффициента диффузии, а также дисперсии адекватности экспериментальных кинетических зависимостей по отношению к теоретическим для систем со средним значением коэффициента О по всем опытам представлены в табл. 2.

На основании корреляционного анализа по критерию Фишера сделан вывод об адекватности разработанной математической модели высвобождения.

Рис. 5. Сопоставление расчетных данных по кинетике высвобождения из пластин с равномерным содержанием вещества (сплошная пиния) с экспериментальными для пластин: толщиной 4 мм с анапршином (1) и ве-рапамилом (2) и толщиной 8 мм с анапршином (3) и верапамилом (4)

Таблица 2

Значения эффективного коэффициента диффузии веществ в пористых инертных матрицах (Р=95%) и дисперсии адекватности опытных данных

Вещество Форма ПМС ЛЬ опыта О, см2/мин Г)+Л Д см2/мин Дисперсия

Гранула 1 23,1 23,1 0,0052

2 44,0 0,0068

3 46,8 0,0051

Анаприлин Пластина 4 51,6 46,6 ±3,1 0,0093

5 - 50,9 0,0091

6 42,4 0,0088

7 44,1 0,0065

Гранула 8 14,2 14,2 0,0071

9 30,2 0,0094

10 36,3 0,0072

Верапамил Пластина 11 35,8 35,1 ±2,0 0,0048

12 35,4 0.0056

13 35,8 0,0051

14 37.1 0,0067

Некоторое различие значений эффективных коэффициентов диффузии веществ для систем формы гранулы и пластины можно объяснить следующим образом. Матрицы этих форм изготавливались независимо друг от друга, что привело к различию микроструктуры. Поскольку эффективный коэффициент диффузии зависит от структуры матрицы {D = D 'm/s, где D 'коэффициент диффузии вещества в растворе, т - пористость матрицы, s -извилистость пор матрицы), он оказался различным для этих форм. Различие коэффициентов диффузии у анаприлина и верапамила объясняется, в первую очередь, различием молекулярной массы.

При анализе кинетики высвобождения в разных опытах сделаны следующие выводы:

1) системы с линейным отрицательным градиентом содержания обладают более равномерным и длительным высвобождением по сравнению с системами с равномерным распределением вещества;

2) системы формы пластины обладают более равномерным и длительным высвобождением по сравнению с гранулой (сферой);

3) длительность высвобождения пропорциональна дозе вещества и квадрату толщины системы;

4) при увеличении растворимости вещества (в том числе по причине изменения кислотности среды) высвобождение происходит быстрее;

5) капиллярная пропитка незначительно замедляет высвобождение.

Фармакокинетическое исследование анаприлина в формах с разной скоростью высвобождения, корреляция параметров in-vitro и in-vivo

Усредненные данные о кинетике высвобождения анаприлина in-vitro из распадающихся таблеток и двух пористых матричных систем представлены на рис. 6.

В качестве параметра, характеризующего скорость высвобождения анаприлина in-vitro, принята доля вещества, высвобождающегося за 30 мин -Мзо [Berhard Е.С., 1984]. Значения этого параметра показаны на рис. б пунктирной линией и приведены в табл. 3.

Усредненные данные о динамике содержания анаприлина в сыворотке крови кроликов после перорального введения в виде распадающихся таблеток и ПМС в дозе 2,9 мг/кг приведены на рис. 7. Значения фармако-кинетических параметров анаприлина представлены в табл. 3. По ряду параметров в разных группах не установлено статистически достоверных отличий. Одной из причин этого является высокий уровнь пресистемного метаболизма анаприлина и, как следствие, широкая вариабельность фармако-кинетики.

200 250 Т, мин.

Рис. б. Высвобождение анаприлина из таблеток (1) и ПМС толщиной 3 мм (2) и 4 мм (3), п=5 [по оси абсцисс - время, по оси ординат - масса высвободившегося вещества]

24 Г. час

Рис. 7. Динамика изменения содержания анаприлина в сыворотке крови кроликов при пероралыюм введении в виое таблеток (I) и ПМС толщиной 3 (2) и 4 мм (3), в дозе 2,9 мг-мл, п=5 [по оси абсцисс - время, по оси ординат - содержание анаприлина]

Из полученных данных видно, что при использовании систем контролируемого высвобождения достигается замедление всасывания, сглаживание пика концентрации и замедление эллиминации анаприлина. С целью количественной характеристики взаимосвязи между кинетикой высвобождения и фармакокинетикой анаприлина, рассмотрены линейные зависимости параметров фармакокинетики от скорости высвобождения ш-уйго. Результаты приведены в табл. 3 и на рис. 8; 9.

Таблица 3

Фармакокинетические параметры анаприлина после однократного приема в форме распадающихся таблеток и ПМС дозой 2,9 мг/кг (п=5, р=0,05)

Формы Параметры Таблетка ПМС Змм ПМС 4 мм Параметры линейной зависимости Y=a-M;o+b

а b R

М30, % 90*±5 40*±3 25*±2 - - -

Стах, нг/мл 79*±22 51*±1б 40±12 0,59 26 0,68

^тах у Ч 0,4*±0,1 1,1*±0,3 2,0*±0,5 -0,022 2,3 -0,78

ka. ч"' 9,1*±3,5 ЗД*+1,5 1,1 *+0,1 0,122 -1,89 0,83

ket, I'1 0,67±0,23 0,48+0,17 0,46±0,15 - - -

MRT, ч 1,6*±0,4 2,4*±0,5 2,9±0,4 -0,019 3,28 -0,84

Un, ч 1,3*+0,3 2,2*±0,4 2,5+0,4 -0,018 2,95 -0,81

AUC, нг-ч/мл 149±58 188±73 191±11 - - -

Vd/F, л 107±45 117+58 118±61 - - -

*- статистически достоверное различие между средними.

Как видно из приведенных результатов, максимальная концентрация анаприлина в сыворотке крови и константа абсорбции прямо пропорциональны, а время маскимума концентрации, среднее время удерживания вещества в организме и период полуэллиминации обратно пропорциональны скорости высвобождения in-vitro. Уровень линейной корреляции параметров (величина R2) повышается в ряду Стсх, tmax, t/,2, ka, MRT, что, очевидно, связано с уменьшением вариабельности этих параметров. Все представленные линейные зависимости статистически значимы при р=0,05. Величина относительного прироста параметров увеличивается в ряду MRT,

стах, /1/2, ¡тех, ка- Таким образом, скорость высвобождения анаприлина оказывает наиболее выраженное влияние на константу абсорбции. Полученные данные позволяют прогнозировать фармакокинетический профиль анаприлина, вводимого перорально в изотропных пористых матричных системах, исходя из скорости его высвобождения т-лаШэ.

Ссыв.! нг/мл

80 60 40 20 +

0

20

40

60

80

Мзо, %

Рис. 8. Зависимости средних значений параметров фармакокинетики анаприлина (стах, ¡тах) от скорости высвобождения т-\п!го (п-5, р=0,05)

MRT, ч

2,4 ■■

1,8 -■

1,2"

0,6-.

0,0 -

20 40 60 80 М30, %

Рис. 9. Зависимости средних значений параметров фармакокинетики анаприлина (ka, MRT) от скорости высвобождения in-vitro (п=5, р=0,05)

Необходимо подчеркнуть, что установленные зависимости действуют только для пористых матричных систем с равномерным содержанием вещества, характеризующихся подобными профилями высвобождения in-vitro. При переходе к системам другого типа, имеющим отличный от первых профиль высвобождения в относительных координатах, зависимости между параметрами in-vitro и in-vivo могут измениться. Очевидно, что системы с равномерным высвобождением будут характеризоваться более высоким уровнем корреляции параметров in-vitro

и in-vivo. Формы анаприлина с различной фармакокинетикой необходимы в различных клинических ситуациях.

Проектирование ПМС с требуемыми свойствами

Обычно разработка лекарственных форм носит эмпирический характер. Как показано в предыдущих разделах, для ПМС существует адекватная математическая модель высвобождения, что позволяет применять аналитический подход в разработке и подойти к технологии проектирования систем с требуемыми свойствами. Под проектированием понимается создание прототипа объекта [Сов. энцикл. слов., 1981 г.], то есть теоретическое определение структуры системы и технологии ее изготовления.

На рис. 10 представлена схема проектирования ПМС. Проектирование происходит поэтапно, на каждом из этапов используется ряд данных, составляющих условие, в процессе обработки данных определяются искомые результаты. Первый фармакологический этап заключается в определении оптимального режима дозирования лекарственного препарата [Фирсов A.B., Геодакян C.B., 1984; Холодов JI.E., 1985; Smolen V.F., 1984]. Необходимо использовать комплексные данные о фармакокинетике и фар-макодинамике препарата, а также корреляции параметров его фармакоки-нетики и высвобождения in-vitro. В результате анализа этих данных определяются оптимальные параметры высвобождения вещества, к которым относятся скорость и длительность высвобождения.

Второй этап состоит в проектировании структуры ПМС, обладающей требуемыми параметрами высвобождения. На данном этапе оперируют значениями физических констант вещества (плотность, растворимость, коэффициент диффузии), а также свойствами пористых инертных матриц. В этой связи представляется актуальным использование базы данных по пористым полимерным материалам, применяемым в качестве матрицы. Основными структурными параметрами материала являются пористость и извилистость пор, для проектирования технологии важны технологические свойства материала. Расчет структуры системы проводится на основании представленной математической модели, которая определяет взаимосвязь параметров структуры ПМС и высвобождения вещества. К определяемым структурным параметрам относятся форма, размер и материал матрицы, а также содержание вещества в матрице.

На заключительном третьем этапе разрабатывается технология изготовления ПМС. Условиями этого этапа являются параметры структуры системы и технологические свойства матрицы и вещества, к которым относятся реакционная способность, термостойкость, растворимость.

Рис. 10. Схема проектирования ПМС. с требуемыми свойствами

Возможные способы формирования системы - сплавление компонентов, прессование или пропитка. При проектировании определяется последовательность операций и конкретные технологические режимы.

Таким образом, при проектировании создается теоретический прототип ПМС. На следующих этапах разработки прототип системы реализуется в виде опытного образца, который исследуется на адекватность требуемым свойствам.

ВЫВОДЫ

1. Разработанная математическая модель позволяет рассчитать процесс высвобождения лекарственных веществ из пористых матричных систем с постоянным градиентом содержания, не прибегая к лабораторному эксперименту.

2. В результате комплексного исследования пористых матричных систем с анаприлином и верапамипом в условиях прибора "Вращающаяся корзинка" (тест "Растворение"), установлено влияние на высвобождение следующих факторов: форма, размер, структура системы, растворимость вещества.

3. Пористые матричные системы с отрицательным градиентом содержания вещества обладают более равномерным высвобождением по сравнению с системами с равномерным содержанием.

4. В результате исследования экспериментальной фармакокинетики ана-прилина установлено, что время максимума концентрации и среднее время удерживания вещества в организме пропорциональны, а максимальная концентрация и константа адсорбции обратно пропорциональны скорости высвобождения ¡п-чайхэ. Полученные данные позволяют прогнозировать фармакокинетический профиль анаприлина, исходя из скорости его высвобождения ш-уйго.

5. В ходе проектирования по предложенной схеме определяется структура пористых матричных систем с требуемыми свойствами и технология их изготовления.