A mia madre,

sempre presente nel mio cuore e nei miei ricordi.

Ringraziamenti:

Ringrazio la Prof.ssa Mura per i suoi insegnamenti e disponibilità, Marzia per la sua

pazienza, Francesca per la sua disponibilità, Giovanna per la sua simpatia.

Ringraziamenti speciali:

Ringrazio tutto lo staff di Tecnica Farmaceutica della Menarini per il buon umore e

professionalità, in modo particolare il Dott. Valleri per la sua preziosa collaborazione e

sensibilità e Paolo Nencioni per i suoi insegnamenti informatici.

Ringraziamenti anche a Barbara per la sua solidale amicizia, Bruna per il suo sostegno

nei momenti più difficili.

I

INDICE pag. INTRODUZIONE 1

CAPITOLO I: PARTE GENERALE 3 1 LE CICLODESTRINE 3 1.1 GENERALITA’ 3 1.2 PROPRIETA’ CHIMICO-FISICHE 4 1.3 STRUTTURA CHIMICA/SOSTITUZIONI E CLASSIFICAZIONI 5 1.4 SINTESI 8 1.5 FARMACOCINETICA E TOSSICITA’ 9

1.5.1 Assorbimento ed eliminazione 9 1.5.2 Tossicità 9

1.6 PRINCIPALI USI ED APPLICAZIONI IN CAMPO FARMACEUTICO 10 1.7 LIMITAZIONI NELL’IMPIEGO 11 2 COMPLESSI FARMACO-CICLODESTRINA: SISTEMI BINARI 13 2.1 CARATTERISTICHE DELL’INTERAZIONE 13 2.2 TERMODINAMICA DEL PROCESSO DI COMPLESSAZIONE 13 2.3 STECHIOMETRIA DEI COMPLESSI 14 2.4 PREPARAZIONE DEI COMPLESSI 15 2.4.1 Metodi in fase solida 15 2.4.2 Metodi in fase semisolida 16 2.4.3 Metodi in fase liquida 17 3 COMPLESSI FARMACO-CICLODESTRINA-POLIMERO: SISTEMI TERNARI 18 3.1 SISTEMI TERNARI IN GENERALE 18 3.2 SISTEMI TERNARI CON POLIMERI IDROSOLUBILI 18 3.3 PROPRIETA’ DEI POLIMERI ALLO STATO SOLIDO 18 3.4 STATO FISICO E CLASSIFICAZIONE 19 4 ANALISI DELL’INTERAZIONE FARMACO-CICLODESTRINA 21 4.1 STUDI DI EQUILIBRIO SOLIDO-SOLUZIONE 21 4.1.1 Determinazione della stechiometria 21 4.1.2 Studi di solubilità di fase 23 4.1.3 Calcolo della costante di equilibrio del complesso 25

II

4.1.4 Trattamento termodinamico della costante di stabilità 26 4.1.5 Velocità di dissoluzione 27 4.2 METODI DI ANALISI IN SOLUZIONE 28 4.2.1 Spettroscopia UV-VISIBILE 29 4.2.2 Dicroismo circolare 30 4.2.3 Fluorescenza 30 4.2.4 N.M.R. 31 4.2.5 Titolazioni acido-base 31 4.3 METODI DI ANALISI ALLO STATO SOLIDO 31 4.3.1 Analisi termica: D.S.C. 32 4.3.2 Diffrazione di raggi X 33 4.3.3 Spettroscopia I.R. 34 5 PREFORMULAZIONE: LE COMPRESSE 35 5.1 INTRODUZIONE GENERALE 35 5.2 PROPRIETA’ 36 5.3 ECCIPIENTI 36 5.3.1 Leganti 37 5.3.2 Disaggreganti 37 5.3.3 Lubrificanti 37 5.3.4 Diluenti 38 5.3.5 Altri 38 5.4 COMPRESSIONE DIRETTA 38 6 IL FARMACO E IL DIABETE 40 6.1 CARATTERISTICHE GENERALI DEL DIABETE 40 6.1.1 Diabete di tipo II 42 6.1.2 Complicazioni dovute all’iperglicemia 43 6.2 IPOGLICEMIZZANTI ORALI 43 6.3 SULFONILUREE IN GENERALE 43 6.3.1 Classificazione 44 6.3.2 Formula generale 45 6.3.3 Meccanismo d’azione 45 6.3.4 Farmacocinetica, 46 6.3.5 Caratteristiche farmacodinamiche 46 6.3.6 Tossicità 46 6.3.7 Interazione con altri farmaci 47 6.3.8 Dose e t1/2 delle solfoniluree 47 6.4 GLIBENCLAMIDE 48 CAPITOLO II: MATERIALI E METODI 49 7 MATERIALI 49

III

7.1 PRINCIPIO ATTIVO: LA GLIBENCLAMIDE 49 7.2 CICLODESTRINE 50 7.2.1 Ciclodestrine naturali 50 7.2.2 Ciclodestrine derivate 51 7.3 POLIMERI IDROSOLUBILI 51 7.4 ECCIPIENTI PER LE COMPRESSE 52 8 METODI 53 8.1 PREPARAZIONE DEI CAMPIONI 53 8.1.1 Miscele fisiche 53 8.1.2 Kneaded 53 8.1.3 Grinding 54 8.1.4 Coevaporato 54 8.2 STUDI IN SOLUZIONE 55 8.2.1 Studi di solubilità di fase e costate di solubilità 55 8.2.2 Studi di dissoluzione 56 8.3 STUDI ALLO STATO SOLIDO 57 8.3.1 Calorimetria differenziale a scansione 57 8.3.2 Diffrazione ai raggi X 58 8.3.3 Spettroscopia infrarossa 58 8.4 PREPARAZIONE DELLE COMPRESSE 58 CAPITOLO III: RISULTATI E DISCUSSIONE 63 9 STUDIO DELLE INTERAZIONI IN SOLUZIONE: ANALISI DI SOLUBILITA’ DI FASE 63 9.1 INCREMENTO DI SOLUBILITA’ 64 9.2 COSTANTE DI STABILITA’ 65 10 CARATTERIZZAZIONE ALLO STATO SOLIDO 66 10.1 CALORIMETRIA DIFFERENZIALE A SCANSIONE: DSC 66 10.1.1 Scelta dello stato solido del farmaco 66 10.1.2 Scelta del rapporto stechiometrico 66 Studi sui prodotti binari di ciclodestrine naturali e derivste, realizzati con la comacinazione 68 10.1.3 Selezione della tecnica preparativa 71 10.2 DIFFRAZIONE AI RAGGI X 74 10.3 SPETTROSCOPIA INFRAROSSA 76 11 TEST DI DISSOLUZIONE 80

IV

11.1 DISSOLUZIONE SU COMPRESSE CONTENENTI IL FARMACO 80 11.2 DISSOLUZIONE SU COMPRESSE CON SISTEMI BINARI: INFLUENZA DEL TIPO DI CICLODESTRINA E DELLA TECNICA PREPARATIVA USATA PER OTTENERE IL SISTEMA BINARIO 81 11.2.1 Influenza del tipo di ciclodestrina 81 11.2.2 Influenza del tipo di tecnica 84 12 COMPLESSI TERNARI 87 12.1 STUDI ALLO STATO SOLIDO 87 12.1.1 DSC 87 12.1.2 Raggi X 88 12.1.3 IR 89 12.2 DISSOLUZIONE DI COMPRESSE CON SISTEMI TERNARI 90 CONCLUSIONI 92 BIBLIOGRAFIA 94

1

INTRODUZIONE

Un farmaco per essere assorbito e quindi raggiungere la circolazione sistemica per dare

l’effetto terapeutico, deve essere in soluzione.

Per farmaci poco solubili in acqua, la bassa velocità di dissoluzione, rappresenta lo step

limitante il processo di assorbimento e causa problemi di scarso e/o variabile

biodisponibilità.

La glibenclamide, farmaco ipoglicemizzante orale utile per combattere il diabete non

insulino dipendente, ne è un tipico esempio.

Sono state sviluppate diverse metodologie per migliorare la solubilità di un farmaco

idrofobico.

Si può intervenire ad esempio riducendo le dimensioni delle particelle di farmaco,

aumentando così la superficie di esposizione al solvente o formandone dei sali.

Si possono altresì usare eccipienti particolari, come ad esempio le ciclodestrine, che

influenzano positivamente l’efficacia terapeutica di un farmaco poco solubile, grazie

alla loro capacità di formare complessi di inclusione, vale a dire ospitare nella loro

cavità idrofobica molecole chimiche poco idrofile e di opportuna grandezza.

Le ciclodestrine stanno riscuotendo un grande successo in campo farmaceutico perchè

tale fenomeno viene sfruttato appunto per aumentare la solubilità , stabilità e

biodisponibilità di farmaci poco solubili in acqua come la glibenclamide.

Tuttavia il loro uso in forme farmaceutiche è limitato da una serie di motivi come il

costo, il peso molecolare elevato e la tossicità.

La compresse risultano essere la forma farmaceutica più largamente utilizzata per la

facilità d’uso e compliance del paziente.

L’utilizzo di complessi farmaco-ciclodestrina in forme farmaceutiche richiede dunque

adeguati studi di preformulazione, che consentono la scelta del tipo di carrier più

efficace e della tecnica preparativa più conveniente.

Esistono diverse tecniche per la preparazione del complesso e la scelta viene fattain

base a vari fattori: semplicità di esecuzione, resa, trasposizione su scala industriale,

performance del prodotto finito. Inoltre può risultare utile l’utilizzo di sistemi ternari

2

farmaco-ciclodestrina ed un terzo componente, quale ad esempio un polimero idrofilo

che possa favorire l’interazione e promuovere ulteriormente la velocità di dissoluzione.

Lo scopo di questo lavoro di tesi, è stata la realizzazione di una nuova formulazione in

compresse di glibenclamide a base di ciclodestrine.

Sono state valutate due diverse ciclodestrine (βCD ed HPβCD) ed i sistemi binari sono

stati preparati con tre diverse metodiche: kneading (KN), comacinazione (GR)

coevaporazione (COE).

Le compresse preparate con tali sistemi binari sono state sottoposte a test di

dissoluzione.

Sono state inoltre preparate compresse contenenti sistemi ternari farmaco-HPβCD e tre

diversi polimeri idrofili, HPMC, PVP, CMC ed anche queste soggette a test di

dissoluzione.

Tutte le compresse sono state sottoposte a controllo (spessore, durezza, disgregazione,

ecc).

Inoltre tutti i sistemi sono caratterizzati allo stato solido con analisi DSC, diffrattometria

ai raggi X e spettrometria IR.

3

Capitolo I

PARTE GENERALE

1 LE CICLODESTRINE

1.1 GENERALITA’

Le ciclodestrine (CD) sono prodotti di degradazione enzimatica dell’amido di patata o

mais, ad opera della ciclodestrina-glicosil-transferasi (CGT). Chimicamente sono

oligosaccaridi costituiti unità da glucosio unite con legame α-1,4-glucosidico, formanti

una struttura troncoconica (fig. 1).

fig. 1 fig. 2

Storia

Furono isolate nel 1891 dal chimico francese Villiers [1], e caratterizzate come

oligosaccaridi ciclici nel 1903 da Shardinger.

Tilden e Hudson (1939) dimostrarono che la degradazione dell’amido in ciclodestrine

era dovuto all’azione della CGT, amilasi secreta da numerosi microrganismi come il

Bacillus Macerans (fig. 2).

All’anno 1953 risale il primo brevetto di un complesso con le ciclodestrine.

4

Dagli anni ’70 si sono utilizzate ciclodestrine amorfe e semisintetiche, grazie anche a

nuovi metodi chimici e biotecnologici che hanno permesso la loro produzione su larga

scala con alta qualità.

Applicazioni generali

Attualmente si usano in diversi campi.

1- Farmaceutico che è il principale.

2- Nell’industria alimentare per eliminare ad es. il colesterolo dal latte, burro e

uova e per togliere i cattivi sapori .

3- Nell’industria chimica ad es. nelle colonne per cromatografia per separare

stereoisomerie.

4- Nella cosmetica (dentifrici, creme per la pelle, ecc.) per migliorare la stabilità e

l’odore ma soprattutto per convertire ingredienti liquido-volatili in forma solida.

5- Nell’agro-industria, per la produzione di sostanze chimiche usate in agricoltura

come insetticidi, erbicidi, fungicidi, repellenti, ferormoni e regolatori della

crescita, in quanto aumenta la solubilità e stabilità delle sostanze in questione.

6- Adesivi, rivestimenti polimerici.

1.2 PROPRIETA’ CHIMICO-FISICHE

Le ciclodestrine naturali sono sostanze di natura cristallina con p.f. con decomposizione

intorno a 280°C.

Il loro profilo termo-analitico è caratterizzato da:

a- Banda di disidratazione (range 25-120°C)

b- Decomposizione intorno ai 250°C

In tabella 1 sono riportati le principali caratteristiche chimico-fisiche, a seconda del tipo

di ciclodestrina utilizzata.

5

Tab1. Caratteristiche chimico-fisiche delle ciclodestrine naturali utilizzate.

α β γ

n° unità glucosio 6 7 8

P.M. (anidro) 972 1135 1297

Solubilità in H2O g/100 mL a 25°C 14.2 1.85 23.2

Intervallo del p.f. in °C 255-260 255-265 240-245

Volume cavità in (mL/mol) 174 262 472

Diametro medio cavità anello maggiore (Ả) 5.7 7.8 9.5

Diametro esterno medio anello maggiore (Ả) 13.7 15.3 16.9

Altezza anello (Ả) 8 8 8

Molecole di H2O dentro la cavità 6 11 17

Presentano proprietà complessanti e tensioattive.

La solubilità in H2O a 25°C ed il suo andamento in funzione della temperatura è diversa

a seconda del tipo di sostanza: la beta risulta essere meno solubile della alfa e gamma.

Ciò è spiegabile con la formazione di legami a ponte di H tra unità glucosio adiacenti,

particolarmente stabili nel caso della βCD, conferendole una struttura più rigida che non

permette di solubilizzarsi bene in acqua.

All’aumentare della temperatura la solubilità delle CD naturali aumenta, mentre le CD

derivate (ad esempio dimetil-βCD e trimetil-βCD) hanno un comportamento opposto,

cioè la loro solubilità diminuisce.

Ciò è stato spiegato col fenomeno di progressiva disidratazione all’aumentare della

temperatura.

1.3 STRUTTURA CHIMICA SOSTITUZIONE E

CLASSIFICAZIONE

Le ciclodestrine sono oligosaccaridi ciclici formati da 6-8 unità di glucosio unite fra

loro con legami α-1,4-glucosidico (fig. 3). Nello spazio assumono una forma tronco-

conica come illustrato in fig. 4 e 5

6

fig. 3 fig. 4 fig. 5

O

H

HO

H

HO

H

OH

OHHH

OH

a-D-glucopiranosio

Nell’unità glucosidica si evidenziano 3 OH: quello in C6 che è primario e quelli in C2 e

C3 che sono secondari. Gli OH primari si trovano sul lato più stretto della cavità, mentre

gli OH secondari in quello più largo: tutti gli ossidrili si trovano nella superficie esterna

, che perciò presenta carattere idrofilo. La cavità interna invece è piuttosto idrofobica per i

gruppi -CH- e per gli O glucosidici che con i loro doppietti liberi determinano alta densità

elettronica conferendo alla sostanza un carattere di base di Lewis [2].

fig. 6

Gli OH primari presenti nella cavità inferiore, sono più ‘mobili’ rispetto ai secondari,

permettendo alla cavità di allargarsi.

Le CD sono classificate in:

a) CD naturali

b) CD derivate o semisintetiche, che comprendono:

1) CD alchilate

2) CD ramificate

3) CD polimeriche

7

4) CD collegate (dimeriche)

a) Le prime sono quelle direttamente derivate dall’idrolisi enzimatica ossia le αCD,

βCD, γCD, sostanze di natura cristallina che fondono con decomposizione sui 280 °C

(fig. 7). fig. 7

b) Le CD derivate o semisintetiche, si ottengono per sostituzione degli atomi di H

degli ossidrili presenti su ciascuna unità glucosio.

1) Le CD alchilate: presentano una migliore solubilità in H2O, anche se i

gruppi sostituenti sono a carattere lipofilo come metile e idrossipropile.

L’alchilazione può essere:

Simmetrica cioè si tratta di una sostituzione specifica con ottenimento

di prodotti cristallini

Random ossia non si conosce esattamente quanti OH vengono

sostituiti ma solo il grado medio di sostituzione che può essere anche

un numero decimale. Esso può essere definito come DS (Degree of

sobstitution) che va da 1 3, utilizzato quando il sostituente è un

alchile e non può essere ulteriormente sostituito. Oppure può essere

MS (Molar Substitution) che va da 0 ∞, quando il sostituente

introdotto può essere a sua volta sostituito, es. gruppi idrossialchilici.

Dalla alchilazione random si ottengono di norma prodotti amorfi.

2) Le CD ramificate hanno una solubilità > 50g/100mL, non hanno

proprietà emolitiche ma potere complessante minore (glucosio e diglucosil-βCD

e maltosil e dimaltosil-βCD)

8

3) Le CD polimeriche (fig. 8) sono usate come eccipienti per le forme a

rilascio prolungato perché poco solubili.

fig. 8

OCH2 CHOH CH2O

Ciclodestrine polimeriche

O O n

4) Le collegate sono dei dimeri collegati con catena adatta. Sono state

progettate per permettere l’inclusione di molecole di grosse dimensioni (fig. 9).

fig. 9

Ciclodestrine collegate

1.4 SINTESI

Le ciclodestrine si ottengono per degradazione enzimatica dell’amido ad opera della

ciclodestrina-glicosil-transferasi . La reazione per l’ottenimento del macrociclo è in 2

step:

a- L’enzima frammenta l’amido stesso in frammenti di grandezza variabile per

idrolisi.

b- In seguito si uniscono mediante legame due estremi di uno stesso frammento.

9

Siccome la reazione dà origine ad una miscela di composti ciclici ed a catena aperta

importante è la metodologia di separazione dei prodotti. I procedimenti più usati sono

due:

1- Precipitazione delle ciclodestrine con opportuni solventi organici, seguita da

filtrazione. I componenti vengano separati per successive solubilizzazioni e

precipitazioni della miscela solida.

2- Si utilizzano enzimi per eliminare i frammenti aciclici della miscela

trasformandoli in frammenti di glucosio. I composti ciclici invece vengono

separati tramite ripetute distillazioni e precipitazioni in opportuni solventi

organici.

Questo ultimo metodo viene preferito per l’uso moderato dei solventi durante tutto il

procedimento.

1.5 FARMACOCINETICA E TOSSICITA’

1.5.1 ASSORBIMENTO ED ELIMINAZIONE

Per os sono poco assorbite e la parte assorbita è all’incirca il 10% indice di ridotto

rischio di intossicazione per questa via.

Vengono metabolizzate dalle α-amilasi della saliva del pancreas e dalla flora batterica

intestinale; le CD derivate sono più resistenti all’attacco enzimatico di quelle naturali.

Sono eliminate in gran parte non metabolizzate e in parte metabolizzate.

1.5.2 TOSSICITA’

CD naturali La potenziale tossicità delle ciclodestrine è a livello parenterale

soprattutto per la β, che a causa della sua scarsa solubilità in acqua è nefrotossica in

quanto precipita nei tubuli renali. La γCD è la meno tossica.

10

CD modificate Le ciclodestrine modificate sono più solubili ma hanno mostrato

un grave problema di tossicità, ossia sono emolitiche a causa delle loro proprietà

tensioattive in grado di solubilizzare la membrana dei globuli rossi. Tra queste, le più

sicure per la somministrazione parenterale sono la 2-idrossipropil-CD, la 6-O-

dimaltosilβCD e la solfobutiletere-βCD.

Studi di tossicità acuta e cronica hanno dimostrato che le CD non hanno attività:

- mutagena

- teratogena

- cancerogena

1.6 PRINCIPALI APPLICAZIONI IN CAMPO FARMACEUTICO

1) AUMENTO SOLUBILITA’ E VELOCITA’ DI DISSOLUZIONE DI

FARMACI SCARSAMENTE IDROSOLUBILI: Sono stati raggiunti grandi

risultati nell’applicazione a ormoni steroidei, Fans e prostaglandine. Infatti

l’aumento della solubilità può dare anche aumento della biodisponibilità del

principio attivo, con conseguente abbassamento della dose e riduzione degli

effetti collaterali [3-10].

2) MIGLIORAMENTO BIODISPONIBILITA’ ORALE [11], RETTALE,

TRANSDERMICA, NASALE, OCULARE, SUBLINGUALE

3) AUMENTO DELLA STABILITA’: la complessazione con ciclodestrine

permette una maggiore protezione della molecola inclusa contro reazioni di:

a) Degradazione ossidativa

b) Idrolisi

c) Degradazione termica

4) MASCHERAMENTO ODORI E SAPORI SGRADEVOLI

5) RIDUZIONE EFFETTI SECONDARI

11

6) TRASFORMAZIONE DI FARMACI LIQUIDI IN POLVERI: olii essenziali e

nitroglicerina, clofibrato, ecc per una migliore manipolazione nella produzione

della forma farmaceutica.

7) DIMINUZIONE DI VOLATILITA’ per sostanze volatili come mentolo e

canfora.

8) POSSIBILITA’ DI RILASCIO PROLUNGATO: sfruttato per p.a.. con t ½

breve complessati con CD che hanno alta K di stabilità o insolubili.

9) ECCIPIENTI PER COMPRESSE [12]: la βCD ha proprietà leganti, le CD

polimeriche invece sono rigonfiabili ed hanno proprietà disgreganti.

10) ELIMINAZIONE DI INCOMPATIBILITA’: In forme multicomponenti, si

complessa un farmaco per proteggerlo da interazioni sfavorevoli con sostanze

(altro principio attivo o eccipiente) incompatibili.

11) SEPARAZIONE ANALITICA DI ENANTIOMERI

12) CATALISI DI REAZIONI STEREOSPECIFICHE

1.7 LIMITAZIONI NELL’IMPIEGO

1) DIMENSIONE E PROPRIETA’ DELLA CAVITA’ DELLA CD: il farmaco

deve avere un buon ‘fit’ perché l’inclusione avvenga.

2) DOSE DEL FARMACO:siccome il P.M. delle CD va da 970 a 1200, se il

farmaco fosse in grande quantità e occorresse una CD in rapporto equimolare, si

otterrebbe una compressa troppo ‘grossa’.

3) PROBLEMI TOSSICOLOGICI: per os non sono tossiche, per via enterale

evitare la β.

12

4) SCARSA SOLUBILITA’ DELLE CD NATURALI E SCARSA STABILITA’

DI COMPLESSI

5) COSTO: relativamente elevato.

13

2 COMPLESSI FARMACO-CICLODESTRINA: SISTEMI BINARI

Le ciclodestrine formano complessi di inclusione, dove la ciclodestrina è la molecola

host ed il farmaco è il guest. Le interazioni implicate nella formazione di tali composti

sono di tipo fisico cioè forze di Wan der Walls , legami a idrogeno, interazioni

idrofobiche .

2.1 CARATTERISTICHE DELL’INTERAZIONE

La formazione del complesso dipende da alcune caratteristiche chimico-fisiche e

molecolari del guest. Occorre un ‘buon fit’ ossia dimensioni adatte ad essere contenuto

all’interno della ciclodestrina e caratteristiche lipofile per la natura apolare della cavità.

Formato il complesso, il farmaco (guest) si orienta per rendere massimo il contatto con

la cavità idrofoba del host. L’inclusione o incapsulazione può essere totale o parziale.

Non si ha la formazione di legami covalenti.

In soluzione le molecole libere sono in equilibrio col complesso. E’ importante

ricordare, che l’esistenza del complesso in soluzione non implica che esso sia presente

obbligatoriamente anche allo stato solido.

2.2 TERMODINAMICA DEL PROCESSO DI COMPLESSAZIONE

La ‘driving force’ della reazione di inclusione è l’espulsione delle molecole di acqua

dalla cavità della ciclodestrina (situazione energeticamente sfavorita) e sostituzione di

queste con la molecola guest, meno polare dell’acqua e di dimensioni opportune.

La diminuzione dell’energia libera in seguito alla formazione del complesso è dovuta

all’aumentata interazione solvente-solvente ossia all’interazione idrofobica.

Il meccanismo è chiamato ‘squeezing-out’: le molecole d’acqua si attraggono fra loro

spingendo la molecola guest ad entrare all’interno della cavità dell’host.

Se consideriamo l’equazione di Gibbs ed esaminiamo i componenti implicati nel

processo di complessazione:

14

∆G è negativo

∆H è negativo per l’aumentata interazione solvente-

solvente, ossia è un processo esotermico

∆S ha invece due possibilità: puo essere negativo o

positivo

∆S < 0 significa perdita dei gradi di libertà traslazionali e rotazionali per l’associazione

host-guest diminuendo il disordine del sistema.

∆S > 0 contributo favorevole se le molecole di acqua che circondano ordinatamente la

molecola guest vengono disordinate in seguito all’inclusione.

Esiste un effetto di compensazione tra ∆H e ∆S.

Se ∆H è fortemente negativo e la formazione del complesso è favorita, ∆S è negativo

(sfavorevole); se ∆H è debolmente negativo, occorre che ∆S sia favorevole cioè

positivo.

2.3 STECHIOMETRIA DEI COMPLESSI

In genere si fa riferimento ad un rapporto stechiometrico farmaco ciclodestrina 1:1 ma

esiste la possibilità di rapporti stechiometrici diversi ad esempio 1:2 (fig. 10) oppure 2:1

o 2:2 (fig.11). fig. 10

∆G = ∆H - T∆S

15

fig. 11

2.4 PREPARAZIONE DEI COMPLESSI

I metodi usati per la preparazione dei complessi si scelgono in base a diversi parametri:

caratteristiche del farmaco e della ciclodestrina, migliore resa , facilità e rapidità di

esecuzione, costo e possibilità di applicazione su larga scala, ecc.

Bisogna tenere presente due cose:

1) che il tipo di tecnica di preparazione può influenzare moltissimo le caratteristiche

chimico-fisiche (ad es. la solubilità e quindi la biodisponibilità) del prodotto.

2) che non è detto che il complesso di inclusione si formi anche se si hanno variazioni

delle caratteristiche chimico-fisiche del prodotto di partenza.

I metodi di preparazione si suddividono in:

1. Metodi in fase solida

2. Metodi in fase semisolida

3. Metodi in fase liquida

2.4.1 METODI IN FASE SOLIDA

MISCELA FISICA

La miscela fisica, consiste nella semplice miscelazione in capsula di porcellana con

spatola di osso di un piccolo quantitativo di farmaco e ciclodestrina, in un preciso

rapporto stechiometrico e per un certo tempo (15’).

La miscela fisica è alla base per la preparazione di altre tecniche come la macinazione e

kneading, e viene considerata come riferimento nella dimostrazione della formazione di

un complesso con varie tecniche.

16

GRINDING O BALL-MILLING O MACINAZIONE IN MOLINO AD ALTA

ENERGIA

Si prepara la miscela fisica che poi viene messa in particolari contenitori cilindrici dette

camere di macinazione assieme a delle sfere .Sia il contenitore che le sfere sono in

acciaio inox.

Si montano poi su opportuni alloggiamenti semimobili a cui viene impartito un

movimento oscillatorio di opportuna frequenza misurata in Hertz per un certo tempo.

Si ha una duplice azione meccanica dovuto allo sfregamento delle sfere e della polvere

con le pareti dei cilindri. Ciò comporta una riduzione del particle-size e maggiore

omogeneizzazione della miscela fisica assieme ad una maggiore interazione host-guest

che si manifesta con un miglioramento della solubilità rispetto alla miscela fisica.

L’energia fornita al sistema può comportare transizioni polimorfe o amorfizzazione.

Tale metodo non può esser usato per sostanze termolabili e viscose o che lo diventano

per azione meccanica.

SEALED HEATING

La miscela fisica viene messa con pochissima acqua in una particolare fiala che verrà

sigillata e posta in stufa ad una temperatura di poco inferiore a quella di fusione del

farmaco per un certo tempo. La temperatura e la pressione dovuta alla evaporazione

dell’acqua favoriscono la formazione del complesso. La sostanza viene recuperata

previo raffreddamento e rottura della fiala.

2.4.2 METODI IN FASE SEMISOLIDA

KNEADING O IMPASTO MOLLE

Si tratta la miscela fisica farmaco-ciclodestrina con poche gocce di solvente opportuno e

si miscela energicamente in mortaio l’impasto ottenuto per alcuni minuti, fino a che il

solvente sia completamente evaporato. Dall’impasto semisolido si ottiene di nuovo la

polvere.

17

2.4.3 METODI IN FASE LIQUIDA

COEVAPORAZIONE

Si solubilizza la ciclodestrina in acqua ed il farmaco in opportuno solvente volatile. Le

due soluzioni vengono poi unite in pallone e sottoposte ad evaporazione sottovuoto.

LIOFILIZZAZIONE

Si aggiunge il farmaco ad una soluzione acquosa o in miscela acqua-etanolo di

ciclodestrina, sotto agitazione magnetica per facilitare la solubilizzazione. La soluzione

viene sottoposta prima al congelamento, raggiungendo temperature inferiori al punto

triplo del diagramma di fase dell’acqua e poi eliminazione del solvente per

sublimazione. Si tratta di un metodo che permette la completa eliminazione del

solvente, aumenta la bagnabilità del farmaco e quindi della sua solubilità, facilita l’

amorfizzazione, è applicabile a sostanze termolabili ma ha un grande svantaggio che ne

limita l’applicazione: occorrono grandi volumi di solvente.

SPRAY-DRYING

La soluzione contenente il farmaco e ciclodestrina viene nebulizzata con atomizzatore

all’interno della camera di essiccamento. Le goccioline che si formano vengono

sottoposte ad un getto d’aria calda che fa evaporare istantaneamente il solvente

ottenendo così una polvere finissima.

Anche questo è un processo molto vantaggioso perché si può applicare a sostanze

termolabili ed accresce la solubilità del farmaco per l’aumento della superficie efficace

e la formazione di sostanze amorfe. Lo svantaggio è che la polvere micronizzata tende a

formare degli agglomerati fra particelle dovuti a cariche elettrostatiche presenti sulla

superficie.

18

3 COMPLESSI FARMACO-CICLODESTRINA-POLIMERO:

SISTEMI TERNARI

3.1 SISTEMI TERNARI IN GENERALE

Sono stati fatti numerosi studi di sistemi multicomponente con polimeri, ottenendo

buoni risultati nell’aumento della dissoluzione del farmaco rispetto al sistema binario

[13-16].

La terza sostanza viene aggiunta al tradizionale sistema farmaco-ciclodestrina e si tratta

o di acido[17] se il farmaco ha caratteristiche basiche (ad esempio: Acido Lattico,

Tartarico, Citrico, Malico) o di una base se il farmaco ha caratteristiche acide, o di un

polimero (PVP, e derivati idrofili della cellulosa) e sali [18].

L’aumentata solubilità del sistema ternario rispetto al secondario avviene perché il terzo

componente:

1. favorisce la complessazione

2. nel processo di solubilizzazione ha un’azione sinergica assieme alla

ciclodestrina.

3.2 SISTEMI TERNARI CON POLIMERI IDROSOLUBILI

I polimeri più usati sono il PVP (polivinilpirrolidone), l’HPMC

(idrossipropilmetilcellulosa), la CMCNa (sodiocarbossimetilcellulosa) ed i PEG

(polietilenglicoli).

3.3 PROPRIETA’ DEI POLIMERI ALLO STATO SOLIDO

I polimeri lineari possono impacchettare le loro catene in maniera regolare formando

aggregati ordinati nello spazio, che possono definire una vera cella elementare.

19

Si può parlare quindi di reticolo cristallino.

Se coesistono aree cristalline ed aree amorfe si parla di grado di cristallinità e l’esatta

percentuale si valuta con Raggi X e DSC.

Quando tale grado è elevato si possono avere fenomeni di polimorfismo.

La percentuale di cistallinità può influenzare sia la densità sia la permeabilità del

polimero.

3.4 STATO FISICO E CLASSIFICAZIONE fig. 12

STATO FISICO DEL POLIMERO

Cristallino

Vetroso

Gommoso-elastico

Fluido-viscoso

In base allo stato fisico dei polimeri, si può avere la seguente classificazione:

1. polimeri cristallini con temperatura di fusione Tf che aumenta

proporzionalmente all’aumentare della cristallinità e si parla di stato cristallino.

2. polimeri semicristallini, dove nella loro struttura si alternano zone a struttura

amorfa a zone cristalline e presentano oltre Tf, la temperatura Tg (glass

transitions o transizione vetrosa) che è sempre inferiore a quella di fusione.

3. polimeri amorfi che possono essere di 2 tipi;

a. Quelli che si trovano nello stato vetroso cioè a T ambiente sono duri,

rigidi e fragili con Tg > T ambiente. Ciò è dovuto alla presenza di catene

e gruppi che impediscono i movimenti della molecola e non sono in

grado di rispondere a sollecitazioni meccaniche

b. Quelli che si trovano nello stato gommoso-elastico a T ambiente sono

flessibili e malleabili con Tg < T ambiente. Al di sopra della transizione

vetrosa nelle zone amorfe diventano possibili i movimenti

microbrowniani che rendono la sostanza malleabile, rispondendo alle

20

sollecitazioni applicate. Innalzando ulteriormente la temperatura i moti

microbrowniani si estendono a tutta la massa del polimero avendo così lo

stato fluido-viscoso.

21

4 ANALISI DELL’INTERAZIONE FARMACO-CICLODESTRINA

Dopo che si è ottenuto il complesso farmaco ciclodestrina, si effettuano su di esso

diverse analisi per convalidare la effettiva inclusione, verificare se sono variate le

proprietà chimico fisiche del farmaco stesso, determinarne il rapporto stechiometrico ed

i parametri termodinamici dell’interazione.

Tali analisi comprendono:

a) Studi di equilibrio solido-soluzione

b) Studi in soluzione

c) Studi allo stato solido

4.1 STUDI DI EQUILIBRIO SOLIDO-SOLUZIONE

Si basano sulla reazione di formazione del complesso:

dove: S = substrato o farmaco

L = legante o ciclodestrina

n, m = coefficienti stechiometrici

4.1.1 DETERMINAZIONE DELLA STECHIOMETRIA

Permette di determinare il rapporto n/m , tenendo costante [LTot] + [STot ].

Esistono due metodi:

1) METODO DI JOB O DELLE VARIAZIONI CONTINUE

Si preparano due soluzioni equimolari del legante e del substrato e si preparano

mescolanze delle due soluzioni, prelevando aliquote tali che volume e concentrazione

totale siano costanti.

mS + nL ∏ SmLn

22

Per ogni soluzione si misura una proprietà del farmaco che varia in funzione della

complessazione, ad es. assorbanza o fluorescenza, e si calcola la variazione rispetto al

riferimento che è la soluzione a quella stessa concentrazione del solo farmaco.

Si costruisce il grafico che per ascissa il rapporto:

[LTot] / ([LTot] + [STot ]) che è la frazione molare del legante,

per ordinata i valori di variazione di assorbanza o fluorescenza , chiamata ∆Α.

fig. 13 Diagramma di Job

Dal grafico (fig. 13) si osserva che l’assorbanza aumenta con l’aumentare del legante,

fino al raggiungimento del massimo che coincide col miglior rapporto stechiometrico.

Se tale massimo corrisponde ad un valore delle x di 0.5, significa che la stechiometria

del complesso farmaco-ciclodestrina è di 1:1.

Questo metodo ci permette di valutare anche la stabilità del complesso. Nel grafico sono

mostrate tre tipi di curve: più netta è la variazione, più stabile è il complesso, più

spanciata è la curva, meno precisa è la determinazione della stechiometria.

Infatti più netta è la variazione più stabile è il complesso, più spanciata è la curva più

difficile è la determinazione della stechiometria.

0

∆Α

[LTot] / ([LTot] + [STot ])

23

2) METODO DEL RAPPORTO DI MOLE

Analogo al precedente.

Si preparano una serie di soluzioni in cui viene mantenuta costante la concentrazione

del substrato ed aumenti gradatamente la concentrazione del legante

Anche in questo metodo si misura la variazione di un parametro tipico del farmaco ad

es. l’assorbanza ossia la variazione tra il valore del farmaco senza ciclodestrina e quello

del complesso formatosi.

Riportando in grafico i valori di ∆Α sull’asse delle y e i valori di [LTot]/ [STot] su quella

delle x, si ottengono curve con brusche variazioni di pendenza in corrispondenza del

rapporto stechiometrico ottimale.

4.1.2 STUDI DI SOLUBILITA’ DI FASE

Tali studi si fanno aggiungendo un eccesso di principio attivo in un certo volume di

solvente contenenti quantità crescenti di ciclodestrina, mantenuti ad una certa

temperatura e sotto agitazione magnetica per un tempo necessario al raggiungimento

dell’equilibrio.

Si valuta la concentrazione del farmaco in soluzione all’equilibrio, generalmente

mediante metodi spettroscopici. L’equilibrio è raggiunto quando si ottengono due valori

di concentrazione uguali per due successivi prelievi.

Si costruisce il grafico mettendo sull’asse delle y la concentrazione totale del farmaco e

su quello delle x la concentrazione crescente di ciclodestrina. Ottengo il diagramma di

solubilità di fase.

Secondo la classificazione di Higuchi e Connors [19] esistono due tipi di diagrammi:

quelli di tipo A e quelli di tipo B.

1) DIAGRAMMI DI TIPO A

Sono tipici di complessi solubili a tutte le concentrazioni e hanno tre sottotipi (fig. 14):

AL: quando esiste una correlazione lineare tra concentrazione di farmaco in

soluzione e la concentrazione di ciclodestrina (rapporto 1:1).

AP: deviazione positiva dalla linearità e si hanno quando si formano complessi

con rapporto diverso da 1:1.

24

AN: deviazione negativa dalla linearità, dovuti o a fenomeni di auto-associazione

del legante oppure a mancanza di corpo di fondo.

fig. 14

2) DIAGRAMMI DI TIPO B

Caratteristici dei complessi insolubili, utili per la preparazione di prodotti con effetto

prolungato (fig15). Si possono avere anche qui due sottotipi:

BS: dove la concentrazione del substrato aumenta linearmente fino ad A dove comincia

a precipitare il complesso per ulteriore aggiunta del legante. Si ha un plateau A-B dove

la concentrazione del substrato rimane costante. Al punto B è esaurito tutto il substrato

presente come corpo di fondo; il complesso continua a formarsi a discapito del substrato

libero, ossia la sua concentrazione diminuisce fino a raggiungere un secondo plateau

che rappresenta la solubilità del complesso

La quantità di legante che reagisce per formare il complesso nel tratto A - B è data da

LB - LA mentre la quantità di substrato è uguale S = ST - S’.

Dal rapporto delle due concentrazioni si ottiene il rapporto stechiometrico.

BI : analogo al precedente, ma non c’è aumento della concentrazione del substrato, il

complesso precipita subito.

25

fig. 15

4.1.3 CALCOLO DELLA COSTANTE DI EQUILIBRIO DEL COMPLESSO

Serve per valutare le proprietà chimico-fisiche del farmaco dopo l’inclusione.

Per semplicità si considera la costante di equilibrio della reazione substrato-legante con

stechiometria 1:1 (diagramma di tipo AL) che è detta costante apparente di stabilità.

S + L ∏ S –L

Dove : [S] = S0 = concentrazione del substrato in assenza di legante

[SL] = concentrazione del complesso = STot - S0

[L] = concentrazione del legante = LTot – (STot - S0 )

Sostituendo nell’equazione:

K1:1 =[SL]

[S] · [L]

ST

S0

LT

BS

BI

A B

LA LB

S”

S’

26

Siccome la retta che descrive il diagramma AL è la seguente (fig. 16):

Dividendo numeratore e denominatore dell’equazione * per LTot , si ottiene l’equazione

che permette di calcolare la costante apparente di stabilità.

4.1.4 TRATTAMENTO TERMODINAMICO DELLA COSTANTE DI

STABILITA’

Conoscendo la costante di stabilità apparente K1:1 si possono calcolare tutti i parametri

termodinamici (Energia libera, Entalpia, Entropia) associati alla formazione del

complesso.

a) La variazione di Energia libera all’equilibrio del sistema si calcola dalla relazione:

∆G = Gprodotti – Greagenti = ∆G0 · RT · Ln K1:1 < 0

All’equilibrio ∆G = 0 e cambiando la base del logaritmo:

K1:1 = S0· [LTot – (STot - S0 )]

( STot - S0 ) LTot

LTot

pendenza intercetta (1 - pendenza)

=

* K1:1 = STot - S0

S0· [LTot – (STot - S0 )]

STot

LTot

S0

STot = m LTot + S0 m = (STot - S0)/ LTot coeff. angolare

fig. 16

27

∆G0 = - 2.303 · RT · Log K1:1

Dove:

R = costante dei gas

T = temperatura in gradi Kelvin

b) La variazione di Entalpia si può calcolare con due metodi:

1) Sostituire il valore ∆G0 nella precedente equazione:

∆G0 = ∆H0 - T·∆S0

Questa è l’equazione di una retta dalla cui pendenza si trova ∆H0.

2) Se si conoscono almeno due valori della temperatura si può usare l’equazione

di Van’t Hoff:

Log (k2/K1) = (∆H0/ 2.303R) ·[(T2 - T1)/ (T1 · T2)]

c) La variazione di Entropia si calcola per sostituzione dei precedenti valori trovati in:

∆S0 = (∆G0- ∆H0 )/ T

4.1.5 VELOCITA’ DI DISSOLUZIONE

La velocità di dissoluzione di un solido in un liquido,dipende dalla velocità con cui le

forze di interazione soluto-solvente superano quelle soluto-soluto allo stato solido e

viene espressa dall’equazione di:

Dove:

∂C/ ∂T = Quantità di sostanza solubilizzata nell’unità di tempo

D = Coefficiente di diffusione

- ∆H0 2.303 R

T 1

· + Cost.

∂C ∂t

=D·S (Cs - Ct)

V·hNerst-Brunner

28

S = Superficie efficace (superficie del solido esposta al solvente)

Cs = Concentrazione alla saturazione

Ct = Concentrazione al tempo t

h = Spessore dello strato stazionario di diffusione che dipende dalle condizioni

operative cioè velocità di agitazione, posizione dell’agitatore, dimensione delle

pale

V = Volume del mezzo di dissoluzione

Quando la concentrazione è molto inferiore alla solubilità della sostanza, cioè Ct = 10-

15 % rispetto a Cs, si può trascurare Ct e si dice che il sistema è in “sink conditions“

(lavandino biologico). In tali condizioni non c’è accumulo della sostanza in situ, che

invece si scioglie e diffonde a velocità costante. La velocità di dissoluzione non viene

rallentata dal raggiungimento della saturazione.

Ciò serve per simulare le condizioni biologiche “in vivo”, come ad esempio avviene

l’assorbimento nel tratto gastro-intestinale, dove la sostanza disciolta passa le

membrane e viene continuamente portata via dal sistema circolatorio.

“In vitro” il metodo migliore per realizzare le condizioni di “sink” è aggiungere

continuamente solvente fresco al sistema ossia operare a “flusso continuo”.

4.2 METODI DI ANALISI IN SOLUZIONE

La scelta dei metodi viene fatta in base alle caratteristiche del farmaco. Se il farmaco

presenta dei gruppi cromofori si possono usare le seguenti tecniche:

a) Spettroscopia UV-Visibile

b) Fluorescenza

c) Dicroismo circolare

d) N.M.R.

29

4.2.1 SPETTROSCOPIA UV-VISIBILE

La formazione del complesso può alterare lo spettro originale di assorbimento Uv-

visibile del farmaco, determinando uno shift batocromico e/o un allargamento della sua

tipica banda di assorbimento. Lo shift verso il rosso può essere dovuto alla schermatura

degli elettroni eccitabili nella cavità della ciclodestrina.

Da tali variazioni si determina la costante di stabilità del complesso attraverso

l’equazione di Benesi-Hildebrand o quella di Scott, che derivano per successive

rielaborazioni matematiche dalla legge di Lambert-Beer:

Lambert-Beer A = ε b [St]

Dove:

ε = coefficiente di estinzione molare ad una determinata lunghezza d’onda λ

b = cammino ottico che in genere è 1 cm

St = concentrazione totale del substrato

Dove:

K1:1 = costante stabilità del complesso con stechiometria 1:1

∆ε 1:1 = coefficiente di estinzione molare del complesso con stechiometria 1:1

Ponendo [L] = [Lt] e riportando in grafico la variazione di assorbanza in funzione della

concentrazione di ciclodestrina, ottengo una retta, dai cui parametri si calcola la costante

di stabilità:

K1:1 = intercetta/ pendenza

Moltiplicando numeratore e denominatore per [L] ottengo un equazione simile di:

∆A

=1

[St]·K1:1 · ∆ε 1:1 +

[L] ∆ε 1:1· [St]

Scott b· [L]

b ∆A

=1

[St]·K1:1 · ∆ε 1:1 · [L] +

1 ∆ε 1:1· [St]

Benesi-Hildebrand

30

Dove la costante di stabilità è

K1:1 = pendenza/ intercetta

4.2.2 DICROISMO CIRCOLARE

E’ tipico di molecole chirali (otticamente attive) capaci di modificare il piano di luce

polarizzata circolarmente, dando una modificazione ellittica. La radiazione incidente è

nel range dell’UV.

Le ciclodestrine sono molecole otticamente attive ma per la loro alta simmetria non

danno spettri di dicroismo circolare.

Se al loro interno si trova una molecola di per sé chirale, si hanno modifiche dello

spettro della molecola, mentre se la molecola è achirale ma contenente un cromoforo, si

ha il fenomeno dicroismo circolare indotto (effetto Cotton indotto), in seguito alla

riduzione della simmetria della molecola della CD, causata dall’inclusione del guest.

La misura della variazione di ellitticità molecolare in seguito a complessazione può

essere usata per dterminare il rapporto stechiometrico host-guest col metodo di Job o la

costante di stabilità del complesso col metodo di Scott.

4.2.3 FLUORESCENZA

Per farmaci che presentano tale fenomeno si può riscontrare variazione di Intensità della

banda, in seguito a complessazione.

La costante di stabilità si calcola con l’equazione:

Dove:

f0 = Intensità di fluorescenza in assenza di ciclodestrina

fm = Intensità di fluorescenza in presenza di ciclodestrina

Lt = Concentrazione totale di ciclodestrina

ΦLS = Quanto di fluorescenza del complesso

ΦS = Quanto di fluorescenza del farmaco (substrato)

[Lt] =

ΦLS · εLS · f0 · k ΦS · εS · fm

Mataga-Tsumo [20] + - K1:1 1+ ( f0/fm )

31

εLS = Coefficiente di estinzione molare del complesso alla λ di eccitazione

εS = Coefficiente di estinzione molare del substrato alla λ di eccitazione

Tale equazione correla la variazione di fluorescenza in funzione della concentrazione di

L aggiunta. Si ottiene una retta non passante per l’origine. Dall’intercetta con l’asse

delle y si ha il valore della costante di stabilità del complesso (K1:1).

4.2.4 RISONANZA MAGNETICA NUCLEARE (N.M.R.)

Si usa sia la tecnica N.M.R. del protone sia quella del carbonio con le quali ottengo non

solo la costante di stabilità ma anche importanti informazioni sulla modalità di

inclusione del farmaco nella ciclodestrina.

Per H-N.M.R. i limiti di applicabilità sono dovuti ala scarsa solubilità del complesso in

D2O (acqua deuterata). La tecnica C13-N.M.R. permette di fare rilevazioni in soluzione

acquosa della variazione del chemical shift degli atomi di carbonio dell’ host e del

guest. Maggiore è la variazione del chemical shift, maggiore sarà l’interazione host-

guest e quindi la stabilità del complesso.

4.2.5 TITOLAZIONI ACIDO-BASE

Se la molecola possiede gruppi acidi o basici, si può usare questa metodica per valutare

le interazioni host-guest e la costante di stabilità del complesso.

Si costruiscono curve di titolazione con il solo farmaco e in presenza di concentrazioni

crescenti di ciclodestrina; si calcolano le varie costanti di dissociazioni Ka del farmaco

libero e del farmaco complessato con la ciclodestrina K’a, K”a, ecc.

4.3 METODI DI ANALISI ALLO STATO SOLIDO

Siccome la presenza del complesso di inclusione in soluzione non ne garantisce

l’esistenza anche allo stato solido, sono necessarie una serie di tecniche per dimostrarlo.

Infatti si può avere solo semplice interazione tra i componenti o modifiche dello stato

solido dovute alla formazione di fasi amorfe, polimorfi, pseudopolimorfi, ecc.

32

Le tecniche usate sono diverse:

a) Analisi termica

b) Diffrazione Raggi X su cristallo o polvere

c) IR o FTIR

d) Spettroscopia Raman

e) N.M.R. allo stato solido

f) Analisi ottica

g) Massa

Solo le prime tre sono state usate in questo lavoro e quindi solo queste verranno

descritte.

4.3.1 ANALISI TERMICA

Comprende tutti i metodi nei quali viene misurato uno specifico parametro durante il

riscaldamento del campione (fig. 17).

Il parametro valutato dipende dal tipo di tecnica . Nel nostro caso si tratta del valore di

Entalpia misurata con la calorimetria differenziale a scansione, DSC. fig. 17 fig. 18

Questa tecnica è una delle più usate per la caratterizzazione solida dei complessi perché:

a- permette un’analisi qualitativa e quantitativa

b- Si individuano principalmente i seguenti fenomeni (fig. 18):

1- picchi endotermici di fusione

2- transizioni vetrose

3- bande endotermiche di disidratazione o solvatazione o sublimazione

33

4- picchi esotermici di cristallizzazione

5- fenomeni di ossidazione (eso ed endotermici)

6- fenomeni di decomposizione (eso ed endotermici)

7- amorfizzazione

Procedura: Si confrontano le curve DSC del farmaco da solo, della ciclodestrina da

sola, della loro miscela fisica (MF) e di prodotti ottenuti con le varie tecniche di

complessazione. La variazione del picco endotermico di fusione (scomparsa o

spostamento del massimo o riduzione di intensità) indica che esiste interazione farmaco-

ciclodestrina.

La scomparsa dell’endoterma di fusione può essere dovuta alla formazione del

complesso ma non necessariamente.

Infatti è possibile che si sia semplicemente ottenuto un composto amorfo.

Occorre quindi confermare una delle due ipotesi con l’aiuto di analisi complementari

come i raggi X e l’IR..

4.3.2 DIFFRAZIONE RAGGI X

La diffrazione ai raggi X avviene quando una radiazione monocromatica di raggi X

interagisce con la materia e viene diffusa in varie direzioni senza essere assorbita.

Servono per ottenere informazioni sui legami, in quanto si osserva diffrazione quando la

lunghezza d’onda della radiazione incidente è dello stesso ordine di grandezza della

distanza tra ioni o atomi del cristallo. Solo i raggi X hanno questa caratteristica.

Si usano sia per l’analisi qualitativa che per la quantitativa.

Le tecniche che usano i raggi X sono due:

1) DIFFRAZIONE SU CRISTALLO SINGOLO

Permette di risolvere i parametri della cella elementare della sostanza. Ha però lo

svantaggio della difficoltà di ottenimento del complesso allo stato cristallino e di

opportune dimensioni tali da permettere l’analisi.

2) DIFFRAZIONE SU POLVERE

Questa contiene numerosi piccoli cristalli che differiscono per l’orientazione.

34

La tecnica non permette di determinare i parametri della cella elementare ma dà

informazioni generali per la caratterizzazione della sostanza e del suo stato solido se

(cristallino o amorfo, formazioni di polimorfi o pseudopolimorfi).

Tale informazione è importantissima al fine di rilevare se esiste interazione farmaco

ciclodestrina in funzione del tipo di host e del tipo di tecniche usate per

l’incapsulazione.

4.3.3 SPETTROSCOPIA IR

Usata sia in analisi qualitativa che quantitativa per avere informazioni di interazioni

host-guest, ma da sola non è sufficiente. Si usa come tecnica aggiuntiva alle precedenti,

ed è particolarmente utile per evidenziare la presenza di polimorfi.

Procedura: Si fanno spettri in nujol o in pasticche di KBr o NaCl del farmaco, della

ciclodestrina, della miscela fisica e dei prodotti ottenuti con le varie tecniche di

incapsulazione e si confrontano.

La variazione dell’intensità e/o lo shift di alcune bande è indice di interazione fra i

componenti del complesso.

35

5 PREFORMULAZIONE: LE COMPRESSE

Forma farmaceutica più usata per la somministrazione orale di più della metà dei

farmaci attualmente in uso.

5.1 INTRODUZIONE GENERALE

Secondo la F.U.I. le compresse sono preparazioni solide, contenenti ciascuna dosi

singole di una o più sostanze attive farmaceuticamente. Possono essere addizionate o no

di eccipienti e si preparano comprimendo volumi uguali di polveri mediante opportune

macchine.

Si usano per via orale; alcuni tipi sono ingerite intere, altri disciolti o disaggregati in

acqua prima della somministrazione.

Oppure possono rilasciare il principio attivo in opportune parti del tratto gastro-

intestinale, come le compresse gastro-resistenti o quelle a rilascio prolungato nel tempo.

Esistono anche compresse destinate ad altre vie di somministrazione (quelle vaginali,

oftalmiche ecc.).

Il peso varia da 0.06 a 0.8 g mentre il diametro va da 6 a 14 mm.

I vantaggi rispetto ad altre forme farmaceutiche sono:

- Buona compliance del paziente nell’assunzione

- Facile maneggiabilità e trasporto

- Preciso dosaggio

- Mezzo favorevole ad una buona conservazione

- Basso costo quindi forma eletta dalla produzione industriale

- Facilità nella produzione su larga scala e nel confezionamento

- Possibilità di edulcorare i principi attivi con cattivo sapore.

Lo svantaggio principale è che non tutti i principi attivi sono idonei alla formulazione in

compresse.

Fortunatamente le tecnologie industriali hanno fatto passi da gigante per il

miglioramento formulazioni tradizionali e per crearne delle nuove.

36

5.2 PROPRIETA’

Le compresse, indipendentemente dal metodo di preparazione, devono soddisfare

alcune qualità specifiche:

♦ All’interno di uno stesso lotto devono avere peso, diametro, aspetto omogenei ed

uguale contenuto di principio attivo

♦ Una sufficiente resistenza agli urti e sollecitazioni meccaniche a cui possono andare

incontro prima dell’uso

♦ Una volta ingerite devono avere una rapida disgregazione e permettere la successiva

dissoluzione del principio attivo per ottenere una buona biodisponibilità.

Siccome la compressione è eseguita in apposite macchine, la polvere da comprimere

deve a sua volta avere:

• Buon scorrimento, per garantire il riempimento omogeneo delle matrici

• Buona comprimibilità, al fine di ottenere una massa sufficientemente dura e non

friabile

• Scarsa adesione alle pareti della matrice ed ai punzoni

Raramente il principio attivo possiede tutte queste qualità, perciò prima della

compressione viene miscelato con adatti eccipienti

5.3 ECCIPIENTI

Sono sostanze farmacologicamente inerti che tuttavia possano influenzare le proprietà

del farmaco nella forma farmaceutica finale. Si classificano in:

1) LEGANTI O AGGREGANTI

2) DISAGGREGANTI

3) LUBRIFICANTI

4) DILUENTI

5) ALTRI

37

5.3.1 LEGANTI

Servono a trasformare la polvere in graulato quando con sola acqua o alcol si avrebbero

granuli friabili. Si classificano in base alla loro solubilità in solvente in:

a) Solubili in acqua: gomma arabica, saccarosio, PEG, gelatina, amido, metil-

cellulosa, carbossi-metil-cellulosa. In parte solubilizzano ed in parte

inglobano il principio attivo. Allontanata l’acqua rimane il solo granulato con

migliori caratteristiche rispetto alle polveri.

b) Solubili in solventi organici: etil-cellulosa, PVP. Sono adatti per polveri

idrosensibili ma hanno l’inconveniente di ritardare la disgregazione della

compressa.

5.3.2 DISAGGREGANTI

Aggiunti nel 5-20%, bilanciano l’azione dei leganti favorendo la disaggregazione della

compressa e la dispersione del farmaco nei succhi gastrici.

Il meccanismo d’azione non è unico. Per alcuni si basa sulla capacità di queste sostanze

di assorbire acqua e rigonfiare, mentre altri, come l’amido, facilitano la penetrazione

dell’acqua all’interno della compressa per capillarità.

Ricordiamo alcune sostanze: alginati, silice in polvere, cellulosa microcristallina,

povidone reticolato, carbossi-metil-cellulosa reticolata, miscele effervescenti (NaHCO3

+ Acido Tartarico o Citrico).

1. Sono aggiunti:

a. A secco: associati al granulato prima della compressione

b. Insieme alla massa in polvere, prima della granulazione ad umido perché

si ha il vantaggio di portare il disgregante all’interno dei granuli stessi

5.3.3 LUBRIFICANTI

Si aggiungono prima della compressione in quantità pari a 0.5-2 %.

38

Esempi: stearati metallici, talco, Ac. Stearico, amido, cere altofondenti, PEG, Ac.

Borico ma solo per uso esterno.

Queste sostanze hanno tre funzioni diverse:

1) POTERE GLIDANTE: migliorare lo scorrimento dei granuli in modo da

favorire il riempimento della matrice con un volume costante

2) POTERE ANTIADERENTE: diminuire l’adesione del materiale ai punzoni

e matrice

3) POTERE LUBRIFICANTE: diminuire l’attrito fra parete interna della

matrice e compressa e favorire la trasmissione della forza di compressione

5.3.4 DILUENTI

Usati quando il principio attivo è troppo poco per dare origine ad una compressa.

I più utilizzati sono: lattosio, amido, saccarosio, mannitolo, cellulosa microcristallina,

5.3.5 ALTRI

BAGNANTI: tensioattivi che migliorano la bagnabilità della compressa favorendone il

contatto con i liquidi gastro-intestinali.

TAMPONI: per stabilizzare alcuni principi attivi.

COLORANTI: per distinguere le compresse e migliorarne l’aspetto organolettico.

AROMATIZZANTI: per migliorare il sapore.

ADSORBENTI: quando il medicamento è liquido, viene adsorbito su polvere inerte e

poi si prepara la compressa, o in caso di miscele igroscopiche.

5.4 COMPRESSIONE DIRETTA

Le polveri possono essere compresse direttamente o dopo che sono state granulate, in

modo da dare al materiale quelle caratteristiche di scorrimento e comprimibilità tali da

avere compresse dure, non friabili e con dosaggio uniforme.

39

In questo lavoro, le compresse sono state ottenute per compressione diretta, quindi le

altre metodologie non verranno trattate.

La compressione diretta viene usata in pochi casi ossia quando la miscela di polveri da

comprimere possiede:

1) Buon scorrimento

2) Scarsa friabilità

3) Elevata densità al versamento

I vantaggi di questa tecnica si riscontrano nel minor tempo di preparazione, minori costi

e si evita al farmaco l’azione dell’acqua e del calore.

Gli svantaggi sono che il farmaco non può superare il 30% in peso della compressa,

differenti granulometrie dei componenti della compressa che possono causare un

dosaggio non omogeneo.

40

6 IL FARMACO ED IL DIABETE

6.1 CARATTERISTICHE GENERALI DEL DIABETE

Il diabete è un’antica malattia metabolica, conosciuta già nell’antico Egitto.

La parola stessa deriva dal greco e significa “passare attraverso” perché uno dei segni

clinici più distintivi di tale patologia è, infatti, la presenza di zucchero nelle urine, che vi

giunge attraverso il rene quando la sua concentrazione nel sangue supera un certo

valore. L’ iperglicemia (elevati livelli ematici di glucosio) è dovuta principalmente alla

incapacità totale o parziale di produrre l’insulina, o ad alterata sensibilità dei tessuti a

tale ormone.

L’insulina è un ormone importantissimo prodotto dalla porzione endocrina del pancreas

detta “isole del Langherans” e più precisamente dalle cellule β (fig. 19 e 20). fig. 19

Secondo i dati dell’O.M.S. il valore della glicemia plasmatica a digiuno deve essere <

110 mg/dL; un valore >126 mg/dL indica una diagnosi provvisoria di diabete mentre

valori compresi tra 110-126 suggeriscono alterata glicemia.

Si manifesta con sintomi quali la sete, l’eccessivo bere ed urinare, debolezza, calo

ponderale, vomito. Nei casi più gravi da ricovero ospedaliero: confusione mentale,

disidratazione, tachipnea, alito acetonico dovuto alla chetoacidosi.

41

fig. 20

La diagnosi viene fatta con esami del sangue e delle urine, dove si dosa il glucosio e si

rileva la possibile presenza di corpi chetonici. Da notare che la glicosuria non sempre

indica diabete.

Classificazione dei vari tipi di diabete:

I. DIABETE DI TIPO I, insulino dipendente (IDDM) detto anche diabete

giovanile, che è dovuto alla mancata produzione di insulina. Si parla di

distruzione delle cellule β a causa di fattori genetici-ambientali e si cura con

iniezioni di insulina associata ad appropriata dieta ed esercizio fisico.

II. DIABETE DI TIPO II, non insulino dipendente (NDDM) detto anche dell’età

adulta, dovuto ad una diminuzione della produzione di insulina o un aumento

di volume delle cellule α del pancreas adibite alla produzione di glucagone che

aumenta. E’ il più frequente, presenta una componente ereditaria ed è

conseguente a problemi quali obesità dislipidemia, malattie cardiovascolari.

III. DIABETE DI TIPO SECONDARIO indotto da farmaci (corticosteroidi,

pillola anticoncezionale, diuretici tiazidici, ecc) o persone affette da

pancreatine

IV. DIABETE GESTAZIONALE di natura transitoria che compare in gravidanza,

dovuto a ormoni della placenta.

α: che producono glucagone per la [glucosio] pl

β: producono insulina che serve:

δ: producono somatostatina che ha un ruolo pancreatico indiretto negativo:

produzione di glucagone e di insulina

metabolismo del glucosio

controllo della [glucosio] pl

Le cellule del

Langherans

42

V. DIABETE INSIPIDO caratterizzato da grande sete e orinazione per mancata

produzione dell’ormone antidiuretico ADH, con conseguente diminuzione del

riassorbimento di acqua nel tubulo renale.

VI. DIABETE SENILE malattia genetica che crea anticorpi contro insulina,

mentre le cellule β sono sane

6.1.1 DIABETE DI TIPO II (NDDM)

Negli adulti è la forma più comune e predominante di diabete, mentre nei giovani lo è

meno ma si sta riscontrando molto più frequentemente in molti paesi in associazione

della crescita percentuale di obesità. Inizialmente si manifesta con livelli di insulina

superiore rispetto al normale, che però non riesce ad agire a livello tissutale periferico,

determinando il fenomeno della insulino-resistenza. Tale incapacità di captare il

glucosio per portarlo all’interno delle cellule (fig. 21), si traduce successivamente in un

aumento del glucosio ematico con manifestazione del diabete. fig. 21

Esordio:

• l’obesità

• la componente genetica ereditaria

• associata a particolari infezioni o stress.

Da notare che spesso la malattia è asintomatica all’inizio o con sintomi minimi.

Eziologia:

• sconosciuta

• fattori genetici poligenici

• stile di vita quali il troppo mangiare e la sedentarietà

43

• ipertensione e malattie cardiovascolari ,obesità.

Terapia:

• riduzione di peso

• ginnastica e stile di vita salutare

• controllo dell’assunzione delle calorie

• agenti ipoglicemizzanti orali come la Glibenclamide

• somministrazione occasionale di insulina

6.1.2 COMPLICAZIONI DOVUTI ALL’IPERGLICEMIA

1) Se aumenta la glicemia ematica, si ha un aumento dell’accumulo di Sorbitolo

responsabile di effetti tossici come neuropatie. Infatti il Glucosio inutilizzato

viene trasformato in Sorbitolo dall’Aldoreduttasi NADPH dipendente; per

formare NADPH si consuma GSH (Glutatione ridotto). Se i livelli di GSH

diminuiscono, aumentano i rischi di citotossicità dei metabolici ossidanti

2) Diminuisce la Na/K ATPasi dei tessuti eccitabili assieme al pool del

Mioinositolo, aumentando la diuresi

3) Il diabete accellera l’aterosclerosi, in quanto il glucosio forma delle basi di

Schiff con proteine dando origine a particolari prodotti che portano il nome dello

scopritore cioè Amadori, che reagiscono con altri gruppi carbonilici in una

reazione a catena che porta alla degenerazione della parete vascolare dove

passano albumina e anticorpi. L’albumina si lega alla lisina del collagene,

deformando le proteine basali dei vasi e determinando il loro ispessimento.

4) Danni microvascolari (retinopatia, nefropatia, neuropatia)

5) Danni macrovascolari (infarto del miocardio, stroke, arteropatia periferica)

6.2 IPOGLICEMIZZANTI ORALI

Gli ipoglicemizzanti orali sono alla base della normale terapia contro il diabete di tipo

II. Sono classificati in 5 classi fondamentali:

I. Solfoniluree

44

II. Biguanidi

III. Inibitori delle α-glucosidasi

IV. Derivati dell’acido benzoico

V. Derivati del tiazolidinedione

6.3 LE SOLFONILUREE IN GENERALE

Sono derivate della sulfonamide, e la loro scoperta fortuita risale agli anni ’40, quando

si vide che un sulfamidico, la Carbutamide provocava ipoglicemia su animali da

esperimento.

Tale sostanza divenne la prima usata per il diabete ma in seguito fu abbandonata per la

sua tossicità al midollo osseo.

Sono farmaci secretagoghi, cioè che aumentano il rilascio di insulina ma occorre che le

cellule β siano integre, per questo non vanno bene per il diabete di tipo I. Sono anche

capaci di aumentare la sensibilità dei tessuti periferici all’insulina.

6.3.1 CLASSIFICAZIONE

Sono suddivise in due generazioni in base al tempo di emivita e alla potenza:

I. SOLFONILUREE DI I GENERAZIONE – oggi sono raramente

usate, meno potenti ma con t½ lungo (6-12h fino a 24h) che può

aumentare il rischio ipoglicemico. Esempi: la Clorpropamide,

Tolbutamide, Tolazolamide.

II. SOLFONILUREE DI II GENERAZIONE – con maggiore potenza

(fino 100 volte) e con t½ ridotto (1.5-5h) per non creare crisi

ipoglicemiche. Esempi:Glipizide e Glibenclamide, Glimepiride

45

6.3.2 FORMULA GENERALE

Le molecole di II generazione hanno in R1 un eterociclo terminale legato ad un ponte

ammidico.

Pare che l’NH ammidico sia importante perché rappresenta una seconda possibilità di

legame con il recettore, oltre che con NH ureico.

In più presentano due aree lipofile importanti per il legame recettoriale: una è il

sostituente R2, l’altra l’eterociclo terminale. La glibenclamide appartiene a tale gruppo

ed è il prototipo degli ipoglicemizzanti di II generazione.

6.3.3 MECCANISMO D’AZIONE

Le solfoniluree hanno uno specifico recettore di membrana sulle β-cellule del pancreas

che costituisce una subunità del canale del potassio ATP-dipendente.

Tale legame determina la chiusura dei suddetti canali con conseguente riduzione

dell’afflusso di K+ e depolarizzazione della membrana che causa l’apertura dei canali

del calcio voltaggio-dipendenti con ingresso di Ca2+ all’interno della cellula e

promozione della esocitosi dei granuli secretori contenenti insulina (fig. 22). fig. 22

46

L’insulina così rilasciata raggiunge il circolo portale e quindi il fegato, riducendo la

produzione epatica di glucosio. Inoltre gli elevati livelli di tale ormone nel plasma

promuovono la captazione del glucosio da parte dei tessuti periferici (soprattutto quello

muscolare ed adiposo), riducendo i livelli glicemici post-prandiali e miglioramento

dell’insulino-resistenza.

6.3.4 FARMACOCINETICA

Assorbite per 80-85% dal tratto gastro-intestinale e si legano quasi totalmente alle

proteine plasmatiche. Hanno effetto dopo 30-45 minuti dall’assunzione.

Vengono metabolizzate a livello epatico ad opera del Citocromo P450 e quindi possono

essere soggette a fenomeni di interazione con farmaci che usano tale sistema; la

Tolbutamide e la Tolazolamide sono inattivate dal fegato.

I metaboliti sono escreti con le urine.

6.3.5 CARATTERISTICHE FARMACODINAMICHE

La potenza dell’effetto ipoglicemizzante delle solfoniluree è direttamente proporzionale

ai livelli glicemici di partenza: sarà tanto maggiore quanto più alta è la glicemia a

digiuno. L’efficacia della loro azione dipende da:

• una diagnosi recente di diabete di tipo II

• iperglicemia a digiuno moderata

• buona funzione β-cellulare

Tuttavia più della metà dei pazienti trattati con tali sostanze necessita l’aggiunta di un

secondo farmaco ipoglicemizzante orale o dell’insulina.

6.3.6 TOSSICITA'

Gli effetti collaterali sono rari e scompaiono con la sospensione del trattamento.

I più comuni sono:

47

• Ipoglicemia che può portare a coma che si manifesta con mal di testa,

agitazione, tremore, debolezza, sudorazione profusa e confusione.

• Agranulocitosi, anemia aplastica ed emolitica

• Rush cutaneo e ipersensibilità

• Disturbi gastro-intestinali: nausea e vomito

• Teratogenicità (sono tossiche per il feto) in quanto passano la barriera

ematoencefalica, da evitare nelle gestanti

• Stimolano l’appetito, controindicate per persone obese

• Si legano a proteine plasmatiche e spiazzano altri farmaci come il Clofibrato,

Salicilati, Sulfamidici, Probenecid.

6.3.7 INTERAZIONI CON ALTRI FARMACI

Si tratta di farmaci che hanno in comune con le solfoniluree la via metabolica del

Citocromo P450. Sono suddivisi in farmaci che hanno effetto positivo e negativo

sull’azione antidiabetica.

6.3.8 DOSE E T½ DELLE SOLFONILUREE

Questi farmaci devono essere somministrati prima dei pasti (circa 45 minuti prima) in

modo di poter esercitare con efficacia la loro azione (infatti, i carboidrati introdotti

tendono a far aumentare il livello glicemico già dopo circa 10 minuti dalla loro

ingestione mentre l’aumento dell’insulina ha un ritardo di almeno 30 - 45 minuti).

Farmaci che effetto

ipoglicemizzante:

Fans Curarine Uricosurici Alcol MAO inibitori Antibatterici (Cloranfenicolo)

Farmaci che effetto

ipoglicemizzante:

Diuretici Tiazidici Corticosteroidi

48

Nella tabella 3 sono riportati i valori della dose giornaliera e del tempo di emivita di

ciascuna delle solfoniluree presenti in commercio. tab. 2

Nome Dose in mg/die t½

Clorpropamide 100-750 36h

Tolbutamide 500-3000 4.5-6.5h

Tolazolamide 100-1000 7h

I Gen

eraz

ione

Acetoesamide 250-1500 6-8h

Glibenclamide 1.25-20 10h

Glibenclamide µnizzata 0.75-6 4h

Glipizide 2.5-40 2-4h

II G

ener

azio

ne

Glimepiride 1-8 9h

6.4 GLIBENCLAMIDE

Solfonilurea della II generazione per la cura del diabete NDDM.

La glibenclamide viene assorbita per 85%, il cibo non sembra interferire con la velocità

e grado di assorbimento e si lega per il 99% con le proteine del plasma con predilezione

per l’albumina.

Dopo somministrazione orale di una dose di glibenclamide, il massimo di

concentrazione plasmatica viene raggiunto dopo 2-6h e l’effetto ipoglicemizzante dura

24h.

Il 50% della dose viene escreto per via renale, l’altro 50% per via biliare. L’analisi dei

dati farmacocinetici sembra indicare assenza di accumulo del farmaco anche dopo

ripetute somministrazioni.

49

CAPITOLO II

MATERIALI E METODI

7 MATERIALI

I materiali utilizzati in questo studio sono il principio attivo (glibenclamide

micronizzata e non), le ciclodestrine naturali (α, β, γCD) e sostituite (idrossi-propilβCD,

metil-βCD)e tre diversi polimeri idrofili usati nei composti ternari: polivinilpirrolidone,

carbossi-metil-cellulosa,

idrossipropil-metil-cellulosa.

7.1 IL PRINCIPIO ATTIVO: GLIBENCLAMIDE

La glibenclamide o 1-[4-[2-(5-cloro-2-metossibenzammido) etil] benzensolfonil]-3-

cicloesilurea, è conosciuta anche col nome di gliburide, è un ipoglicemizzante orale

appartenente alla solfoniluree della II generazione.

La sua formula bruta è C23H28ClN3O5S mentre quella di struttura è la seguente:

OCH3

Cl NH

O

S

O O

NH N

H

O

Si è usato sia la glibenclamide non micronizzata (10.73 µm) sia la micronizzata (1.66

µm) della ditta Guidotti Laboratori s.p.a. (Italia).

Caratteristiche fisiche. La sostanza appare come una polvere cristallina, bianca,

praticamente insolubile in acqua ed in soluzione diluita di sodio idrossido

50

moderatamente solubile in diclorometano, poco solubile in alcool e in metanolo,

praticamente insolubile in etere, poco solubile in etanolo.

Il peso molecolare è 494, ha un punto di fusione che va da 169 °C a 174 °C e una pKa

pari 6,8.

La soluzione acquosa del farmaco mostra un massimo di assorbimento all’UV a 300 nm

e secondo massimo meno intenso a 275 nm.

7.2 CICLODESTRINE

7.2.1 CICLODESTRINE NATURALI

α-Ciclodestrina (αCD) Cavamax W6 Pharma

P.M.: 973, solubilità: 145 mg/mL

β-Ciclodestrina (βCD) Roquette,

P.M.: 1135, P.M. idrato: 1304,6,

solubilità: 18,5 mg/mL

γ-Ciclodestrina (γCD) Wacker Chemie

P.M.: 1297. P.M. idrato 1380,9,

solubilità: 232 mg/mL

fig. 23

51

7.2.2 CICLODESTRINE DERIVATE

Idrossipropil-β-Ciclodestrina (HPβCD), Roquette.

MS: 0,76, P.M. medio: 1588,98

solubilità circa 200 mg/mL

R = -CH2CHOHCH3

Metil-β-Ciclodestrina (MeβCD), Cavasol W7M.

D.S.: 1,8, P.M.medio: 1310,

P.M.idrato (7 H2O) 1403,31,

solubilità 80g/100mL

R = - CH3

fig. 24

7.3 POLIMERI IDROSOLUBILI

Polivinilpirrolidone K25 (PVP K25) Merk, (Munchen, Germany).

Il povidone è un insieme di polimeri lineari di 1-vinilpirrolidin-2-one. I differenti tipi di

povidone sono caratterizzati dalla loro viscosità in soluzione, espressa come parametro

K. E’ un polimero molto solubile in acqua.

Idrossipropilmetilcellulosa (HPMC) Sigma Chemical Co. (St. Louis, MO, USA).

E’ un derivato della cellulosa ottenuto con la sostituzione degli OH del glucosio di

gruppi idrossipropilici. L’HPMC ha elevata capacità di rigonfiamento in acqua dovuto

al rilassamento delle catene polimeriche e alla diffusione del solvente all’interno di esse.

Per tale motivo viene definita come “polimero idrofilo rigonfiabile”. Come conseguenza

del rigonfiamento, dà luogo ad una soluzione colloidale viscosa. L’HPMC è usata come

agente disperdente e solubilizzante nella preparazione farmaceutiche.

Sodiocarbossimetilcellulosa (NaCMC) Hercules (U.S.) prestato gentilmente da

Menarini.

Ha caratteristiche del tutto analoghe all’idrossi-propil-metil-cellulosa.

52

7.4 ECCIPIENTI PER LE COMPRESSE

Cellulosa microcristallina: PH 102, F.M.C., USA (diluente-legante)

Lattosio monoidrato Spry-dried Flowlac 100, Meggle (diluente-legante)

Amido mais Cerestar (diluente-disgregante)

Amido mais pregelatinizzato C Pharmagel DC93000, Cerestar (diluente-

disgregante)

Silice colloidale anidra Aereosil 200 Degussa Germania (adsorbente, antiaderente,

coadiuvante lo scorrimento)

Magnesio stearato Peter Greven Belgio (lubrificante)

53

8 METODI

8.1 PREPARAZIONE DEI CAMPIONI

Lo scopo di questo studio è:

I. Valutare l’influenza del metodo preparativo dei sistemi farmaco CD per i due set

di ciclodestrine esaminate: naturali [21] e derivate [22-23] .

II. Selezionare il metodo che determini la maggiore riduzione della cristallinità del

farmaco .

III. Realizzare tramite il metodo scelto, composti multicomponente con polimeri

idrofili aggiunti nella percentuale del 5% in peso rispetto a quello

glibenclamide-CD, per migliorare ulteriormente le caratteristiche di dissoluzione

del farmaco.

La selezione è stata fatta in base ai risultati ottenuti con le varie analisi allo stato liquido

e solido, ed alla facilità di trasposizione su scala industriale.

Per le analisi (dopo la selezione del rapporto migliore), le preparazioni sono state fatte

in rapporto molare farmaco:ciclodestrina 1:1 (mol/mol) per i composti binari, ed in

rapporto farmaco:CD:polimero 1:1:5%.

8.1.1 MISCELE FISICHE

Si ottengono per pesatura in rapporto stechiometrico scelto, dei componenti necessari

per la preparazione di 40 compresse e successivo mescolamento con spatola di osso in

mortaio .

8.1.2 KNEADED

Dopo preparazione della miscela fisica come sopra, la si pone in un mortaio e vi si

aggiunge poi una piccola quantità di solvente volatile, nel nostro caso etanolo. Si

54

mescola energicamente fino a completa evaporazione del solvente; il prodotto così

ottenuto appare sottoforma di polvere finissima. Molto spesso, grazie alle sollecitazioni

meccaniche a cui è sottoposta la miscela di partenza, si ha la transizione del sistema in

una fase amorfa.

8.1.3 GRINDING (MACINANZIONE IN MICROMOLINO)

Si usa un micromolino a palle Retsh MM 200, formato da un alloggiamento in cui si

inserisce una camera di molitura cilindrica in acciaio, che possiede gli spigoli

arrotondati per evitare la presenza di punti morti nella fase di macinazione e per favorire

la raccolta del prodotto. Al suo interno viene posta la miscela da macinare e quattro

sfere anch’esse in acciaio, a due a due uguali con diametro di 9 mm e di 12 mm.

La giara, chiusa a tenuta, viene posta nell’apposito alloggiamento che è fissato ad un

albero motore e che gli consente un movimento oscillatorio. Tutto questo provoca

pertanto lo sbattere delle sferette all’interno della camera, sia tra di loro che con le pareti

del recipiente e con la polvere, provocandone la molitura.

8.1.4 COEVAPORATO

Si solubilizza la glibenclamide in un adatto volume di etanolo a caldo (75°C) e sotto

agitazione magnetica. Tale volume deve essere sufficiente a solubilizzare il farmaco in

un tempo ragionevole (20’) e soprattutto ad evitare la ricristallizzazione della sostanza,

durante la fase di evaporazione sottovuoto. Sono state fatte numerose prove e si è scelto

di usare un volume pari a 70 mL per 200 mg di glibenclamide (necessaria per la

preparazione di 40 compresse).

Contemporaneamente si solubilizza la ciclodestrina in un volume di acqua sufficiente a

solubilizzarla, sotto agitazione magnetica. Nella seguente tabella sono riassunti i volumi

necessari. tab. 3

αCD βCD γCD HPβCD MeβCD

Vol. H2O in

mL 15 15 25 13 10

55

Si uniscono le soluzioni limpide nel pallone a tappo smerigliato e si evapora sottovuoto

con rotavapor a 75°C a 120 Rpm (fig.25). Di norma si ottiene il coevaporato in un

tempo di 20-30’. L’eliminazione dei solventi (EtOH/H2O) permette di recuperare un

residuo solido che viene essiccato completamente, tenendolo per 48 ore in essiccatore

sottovuoto. fig. 25

Il coevaporato ternario si prepara nello stesso modo, con la differenza che nella

soluzione acquosa di ciclodestrina si aggiunge anche il polimero idrofilo, (idrossi-

propil-metil-cellulosa, PVP, carbossi-metil-cellulosa). Nel caso di difficoltà di

solubilizzazione del polimero, si aggiungono piccoli volumi di acqua. Si evapora a 75°C

a 120 Rpm per un tempo che va dai 20-30’ e il solido si mette in essiccatore.

8.2 STUDI IN SOLUZIONE

8.2.1 STUDI DI SOLUBILITA’ DI FASE E COSTANTE DI SOLUBILITA’

Sono stati ottenuti diagrammi di solubilità di fase su sistemi binari, operando con un

eccesso di farmaco in quantità crescenti di ciclodestrina (βCD e HpβCD) in tampone

fosfato a pH 7,4 (19,216g di NaHPO4 + 1.78g di KH2PO4 in 1L), per poi determinare la

costante di stabilità dei complessi binari.

Metodologia. In ogni beuta contenente 10 mL di tampone e un eccesso di glibenclamide

pari a 50 mg (quantità che rimangono fisse), si aggiungono quatità di βCD e poi di

HpβCD via via crescenti uguali a 0 mM (bianco), 5 mM, 7 mM, 10 mM, 13 mM e

anche 25 mM solo per HpβCD e MeβCD.

56

Gli studi sono stati fatti:

• Sotto agitazione magnetica (500 giri/minuto) per favorire la solubilizzazione.

• In bagno termostatizzato alla temperatura di 25°C.

• I prelievi sono stati fatti dopo 24, 36 e 72h.

Le aliquote prelevate, vengono filtrate con siringhe munite di setto filtrante Millipore di

cellulosa nitrato (porosità 0.45 µm); sulle soluzioni limpide ottenute si è fatto un

ulteriore diluizione per poi eseguire il dosaggio spettrofotometrico UV del farmaco,

usando lo spettrofotometro Shimadzu UV-1601, misurando l’assorbanza a 300 nm.

I diagrammi che si ottengono ponendo in ascissa la concentrazione di ciclodestrina ed in

ordinata la concentrazione totale di farmaco in soluzione, sono di tipo AL per ambedue

le ciclodestrine.

Dall’equazione della retta, è stata calcolata la costante di stabilità:

8.2.2 STUDI DI DISSOLUZIONE

Servono per valutare i parametri di dissoluzione del farmaco a partire dalla forma

farmaceutica. Tali prove sono state fatte su compresse mediante un apparecchio Sotax

AT7 USP Paddle, che permette di simulare le condizioni fisiologiche (pH, temperatura,

agitazione) a livello gastro-intestinale e fare sei prove in contemporanea.

Lo strumento è formato da un bagno termostatato in cui si trovano sei contenitori di

plexiglass con il fondo stondato detti vessel ( di cui uno funge da riferimento)

contenenti 900 mL di soluzione tampone (fig. 26). Le compresse introdotte dall’alto si

adagiano sul fondo e poi si disgregano e dissolvono sotto l’azione dell’agitatore a

paletta di forma di sezione di cerchio sottesa da due corde parallele (fig. 27).

Il campionamento avviene attraverso un condotto presente all’interno della barra di

agitazione e tramite una pompa peristaltica, va direttamente nella cella dello

spettrofotometro UV Perkin Elmer Lambda 2 dopo essere stato filtrato. Dopo che la

misura è stata fatta la soluzione viene reintrodotta in continuo nel vessel, sempre grazie

ad una pompa peristaltica.

K1:1 = pendenza

intercetta (1 - pendenza)

57

Le condizioni sperimentali utilizzate sono:

• Tampone fosfato a pH 7,4

• Temperatura di 37°C ± 0.5

• Velocità di agitazione di 70 rpm

• Prelievi effettuati ai tempi (in minuti): 0, 1’,2’, 3’, 5’, 10’, 15’, 20’, 30’, 40’, 50’,

60’.

• Concentrazione del farmaco misurata a 300 nm.

fig. 26 fig. 27

8.3 STUDI ALLO STATO SOLIDO

8.3.1 CALORIMETRIA DIFFERENZIALE A SCANSIONE (DSC)

Le curve termiche dei vari campioni sono state registrate con apparecchio Mettler

TA4000.

Metodologia. Si pesano i campioni di sostanza in microbilancia Mettler M3, in quantità

comprese tra 5-10 mg; si pongono in appositi crogiuolini di alluminio e chiusi con gli

appositi coperchi dello stesso materiale, su cui viene fatto un forellino, che permette la

fuoriuscita di gas durante il riscaldamento.

I parametri dell’analisi sono:

58

• Scansione in un intervallo di temperatura tra 30-250°C

• Velocità di riscaldamento 10°C/min

• Atmosfera statica d’aria

8.3.2 DIFFRAZIONE AI RAGGI X

I diffrattrogrammi dei campioni in polvere sono stati ottenuti con diffrattometro Philips

PW 1130 Parametri della radiazione:

• Cu Kα

• Range 10-50 2θ

• velocità di scansione di 1°/min.

8.3.3 SPETTROSCOPIA INFRAROSSA

Gli spettri sono stati ottenuti con apparato IR Perkin-Elmer Mod. 1600 in compresse di

KBr nel range 4000-600 cm-1. Il software lavora in trasformata di Fourier, per avere

migliore risoluzione.

Procedura. Si seleziona la zona tra 1800 e 1500 cm-1, tipica dello ν C-O (stretching

carbonio-ossigeno) e si notano le variazioni dello spettro.

8.4 PREPARAZIONE DELLE COMPRESSE

Le compresse sono state preparate per compressione diretta .

Si è preparato una miscela premix TFE0305 contenente gli eccipienti secondo un

precedente lavoro [25] in quantità descritte nella tabella 8: tab. 4

Nome componente mg per cps g per 100 cps

Lattosio Monoidrato S.D. 50 50

Amido mais 15 15

Amido mais preg. 10 10

Silice colloidale 1 1

Magnesio stearato 2 2

59

Procedura. Si tiene come riferimento il peso fisso di una compressa che deve essere

140±2 mg in cui la quantità anch’essa fissa di glibenclamide e di premix, sono

rispettivamente di 5 mg e 78 mg. Si aggiunge cellulosa microcristallina (variabile a

seconda del tipo di composto binario/ternario) per raggiungere il peso totale.

Ricapitolando, i prodotti binari e ternari si setacciano con 50 Mesh ASTM e poi si

uniscono alla miscela TFE0305 (anch’essa setacciata senza magnesio stearato che viene

aggiunto dopo, con 35 Mesh ASTM ) ed infine si porta a peso con la cellulosa

microcristallina.

Segue compressione diretta in comprimitrice Manestry E2 a punzoni piatti di diametro 7

mm con segno di frattura sulla faccia superiore.

Su ogni compressa si effettuano i controlli richiesti dalla farmacopea con gli opportuni

strumenti quali:

• Peso medio in mg (140±2)

• Spessore in mm

• Durezza in Kp

• Friabilità in %

• Tempo di disgregazione in acqua a 37°C

La composizione e le caratteristiche fondamentali sono descritte nelle seguenti tabelle 5,

6, 7

60

Tabella 5: Formulazione e proprietà delle compresse contenenti i composti

binari ottenuti mediante miscela fisica e kneading.

61

Tabella 6: Formulazione e proprietà delle compresse contenenti i composti

binari ottenuti mediante coevaporazione, comacinazione ed il farmaco da solo.

62

Tabella 7: Formulazione e proprietà delle compresse contenenti i composti

ternari ottenuti mediante coevaporazione e comacinazione

63

Capitolo III

RISULTATI E DISCUSSIONE

9 STUDIO DELLE INTERAZIONI IN SOLUZIONE: ANALISI DI

SOLUBILITA’ DI FASE

Gli studi di solubilità di fase in tampone a pH = 7.4 del farmaco in presenza delle varie

ciclodestrine sia naturali che derivate, hanno mostrato grafici del tipo AL (fig. 28).

fig. 28

y = 0,029x - 0,0015R2 = 0,9877

y = 0,0215x - 0,007R2 = 0,9934

y = 0,0213x - 0,0135R2 = 0,9889

y = 0,0027x + 0,0153R2 = 0,9494 y = 0,0026x + 0,0139

R2 = 0,954

0,000

0,100

0,200

0,300

0,400

0,500

0,600

0 5 10 15 20 25

Conc. Ciclodestrine mM

Con

c. G

b m

M

Gb-alfaCd Gb-BetaCd Gb-MeBetaCd Gb-HpBCD Gb-GammaCd

Tali risultati sono indicativi della presenza di interazioni tra farmaco e ciclodestrina in

soluzione, attribuibili alla probabile formazione di complessi di inclusione solubili.

In tutti i casi è confermato un aumento della solubilità della glibenclamide (0.016 mM a

pH 7.4) proporzionale alla concentrazione delle ciclodestrine.

64

9.1 INCREMENTO DI SOLUBILITA’

Il potere solubilizzante è risultato diverso a seconda del tipo di ciclodestrina: il più alto

appartiene alla β che alla più alta concentrazione utilizzata ha portato ad un aumento

della solubilità della glibenclamide di 24 volte rispetto al farmaco da solo.

Tra quelle naturali, la βCD è la migliore, mentre la α e γ hanno mostrato uno scarso

potere solubilizzante.

Le derivate, hanno presentato un comportamento simile tra loro ma comunque sono

risultate meno efficaci della β.

Nella tabella sono riportati i valori di concentrazione del farmaco in soluzione in

presenza delle diverse CD e l’incremento di solubilità ottenuto.

tab. 8

Ciclodestrina Conc. CD, mM

Conc Gb, mM

Increm. Solub

α CD 13 0,047 812,50 βCD 13 0,391 24,44

HpβCD 13 0,268 16,75 MeβCD 13 0,243 15,19

γCD 13 0,050 3,13 HpβCD 25 0,542 33,88 MeβCD 25 0,537 33,56

fig. 29

0,000

0,100

0,200

0,300

0,400

0,500

0,600

Con

c. G

B m

M

0 5 7 10 13 25

Conc. Ciclodestrine mM

Gb-AlfaCd Gb-BetaCd Gb-MeBCd Gb-HpBCd Gb-GammaCd

65

Nell’istogramma (fig. 29) sono mostrati i valori di concentrazione di glibenclamide

otteuti con le diverse CD alle diverse concentrazioni utilizzate.

9.2 COSTANTE DI STABILITA’

Si calcola il valore delle costanti di stabilità dei complessi binari, utilizzando le curve

dei diagrammi di solubilità di fase, secondo la seguente equazione:

I risultati ottenuti a 25°C in tampone fosfato pH 7.4, sono riportati nella tabella seguente

(tab. 9) e sempre a favore della βCD e di quelle modificate: tab. 9

Il complesso più stabile è quello tra glibenclamide e βCD, il più debole è invece è

quello con la γCD. Per le altre, la stabilità dei relativi complessi varia nell’ordine:

βCD > HpβCD > MeβCD > αCD > γCD

Ciclodestrina Pendenza Intercetta K1:1 [M-1] αCD 0,003 0,014 179βCD 0,029 0,002 19910

HpβCD 0,022 0,007 3138MeβCD 0,021 0,014 1612γCD 0,003 0,015 176

K1:1 = pendenza

intercetta (1 - pendenza)

66

10 CARATTERIZZAZIONE ALLO STATO SOLIDO

10.1 CALORIMETRIA A SCANSIONE DIFFERENZIALE

L’ analisi DSC ha permesso di effettuare una serie di selezioni per arrivare alla scelta

del miglior composto binario.

1) La prima selezione riguarda la scelta tra glibenclamide normale e

micronizzata

2) La seconda il rapporto stechiometrico farmaco e substrato tra 1:1 e 1:2

mol/mol.

3) La terza selezione, in concomitanza con il test di dissoluzione, ha permesso

di indirizzare gli studi verso la migliore tecnica per l’ottenimento di

composti sempre più amorfi e quindi più solubili.

4) Scelta la migliore tecnica, la selezione finale ha riguardato i complessi

ternari farmaco-ciclodestrina-polimero. L’ analisi DSC insieme ai test di

dissoluzione, ha permesso di determinare il miglior sistema ternario.

10.1.1 SCELTA DELLO STATO SOLIDO DEL FARMACO

La glibenclamide ha una bassa solubilità in etanolo, tanto che occorre un grande volume

di tale solvente alla temperatura di 60°C, per solubilizzarla in un tempo ragionevole.

Allo scopo di facilitare la preparazione del coevaporato (che necessita di tale

solubilizzazione), si è testato la forma normale e micronizzata del farmaco.

Si è quindi scelta la micronizzata , in quanto possiede una maggiore velocità di

dissoluzione in etanolo a caldo, rispetto alla glibenclamide normale.

10.1.2 SCELTA DEL RAPPORTO STECHIOMETRICO

Si è fatta basandosi su due fattori:

67

A. L’importante considerazione che le forme di dosaggio farmaceutico devono

contenere minor quantità di ciclodestrine possibile, per problemi di costo, per la

loro potenziale tossicità, per problemi di volume della formulazione [12].

B. Risultati dell’analisi DSC.

fig. 30

fig. 31

68

Le analisi effettuate (fig. 30 e 31), dimostrano che i prodotti nei rapporti stechiometrici

1:1 ed 1:2 mol/mol (miscele fisiche e kneading) del farmaco con βCD e con HpβCD,

non mostrano differenze significative nei valori delle temperature di fusione ed in quelli

di entalpia delle endoterme di fusione.

In accordo a quanto detto al punto A, si è dunque optato per il rapporto 1:1.

STUDI SUI PRODOTTI BINARI DI CICLODESTRINE NATURALI E

DERIVATE REALIZZATI CON LA COMACINAZIONE.

Interessanti sono risultati gli studi dell’effetto del tempo di macinazione in molino, per

le ciclodestrine naturali [25] (fig.32-36). Si è eseguita l’analisi DSC ogni 15’ fino ad 1

ora, allo scopo di controllare la perdita di cristallinità del farmaco durante il processo.

Nei composti binari con ambedue i tipi di ciclodestrine, si osserva un aumento di

amorfizzazione del farmaco col passare del tempo. Le α e β presentano la scomparsa del

picco di fusione della glibenclamide dopo 60’. Si è osservato un comportamento

particolare nella MeβCD, dove la perdita di cristallinità nella miscela fisica è la più

evidente ma non si raggiunge mai l’amorfizzazione completa a 60’.

fig. 32

EXO

°C40 60 80 100 120 140 160 180

Gb

MF

GR 15’

GR 30’

GR 45’

GR 60’

αCD

EXO

EXO

°C40 60 80 100 120 140 160 180 °C40 60 80 100 120 140 160 180

Gb

MF

GR 15’

GR 30’

GR 45’

GR 60’

αCD

69

fig. 33

fig.34

fig. 35

°C40 60 80 100 120 140 160 180

Gb

MF

GR 15’

GR 30’

GR 45’

GR 60’

EXO

γCD

°C40 60 80 100 120 140 160 180 °C40 60 80 100 120 140 160 180

Gb

MF

GR 15’

GR 30’

GR 45’

GR 60’

EXO

EXO

γCD

°C40 60 80 100 120 140 160 180

Gb

MF

GR 15’

GR 30’

GR 45’

GR 60’

EXO

HPβCD

°C40 60 80 100 120 140 160 180 °C40 60 80 100 120 140 160 180

Gb

MF

GR 15’

GR 30’

GR 45’

GR 60’

EXO

EXO

HPβCD

°C40 60 80 100 120 140 160 180

Gb

MF

GR 15’

GR 30’

GR 45’

GR 60’

EXO

βCD

°C40 60 80 100 120 140 160 180

Gb

MF

GR 15’

GR 30’

GR 45’

GR 60’

EXO

EXO

βCD

70

fig. 36

L’analisi raggi X, ha confermato i risultati dell’analisi DSC.

Infatti i diffrattogrammi delle miscele fisiche con le CD naturali corrispondono alla

sovrapposizione di quelli dei singoli componenti cristallini, mentre si nota una marcata

diminuzione nel numero e nell’intensità dei picchi nel caso della miscela fisica con la

MeβCD. Soltanto nel caso dei sistemi comacinati con le CD naturali si osserva la

scomparsa totale dei picchi, mentre con la MeβCD si ottiene un pattern quasi amorfo.

fig. 3

Tale studio ci ha permesso di individuare le condizioni ottimali di macinazione.

°C40 60 80 100 120 140 160 180

Gb

MF

GR 15’

GR 30’

GR 45’

GR 60’

EXO

MeβCD

°C40 60 80 100 120 140 160 180 °C40 60 80 100 120 140 160 180

Gb

MF

GR 15’

GR 30’

GR 45’

GR 60’

EXO

EXO

MeβCD

10 20 30 40 502 Θ

Gb

MF

GR 60’

βCD

Gb

MF.

GR 60’

αCD

10 20 30 40 502 Θ

Gb

MF

GR 60’

MeβCD

10 20 30 40 502 Θ

10 20 30 40 502 Θ

Gb

MF

GR 60’

βCD

Gb

MF.

GR 60’

αCD

10 20 30 40 502 Θ

Gb

MF

GR 60’

MeβCD

10 20 30 40 502 Θ

10 20 30 40 502 Θ

Gb

MF

GR 60’

βCD

10 20 30 40 502 Θ

10 20 30 40 502 Θ

10 20 30 40 502 Θ

Gb

MF

GR 60’

βCD

Gb

MF.

GR 60’

αCD

10 20 30 40 502 Θ

Gb

MF.

GR 60’

αCD

10 20 30 40 502 Θ

10 20 30 40 502 Θ

10 20 30 40 502 Θ

Gb

MF

GR 60’

MeβCD

10 20 30 40 502 Θ

Gb

MF

GR 60’

MeβCD

10 20 30 40 502 Θ

10 20 30 40 502 Θ

10 20 30 40 502 Θ

71

Successivamente si è voluto confrontare il comportamento dei sistemi binari ottenuti

con tale metodo con quelle di prodotti ottenuti con altre tecniche, quali kneading e

coevaporato.

10.1.3 SELEZIONE DELLA TECNICA PREPARATIVA

L’analisi DSC è stata fatta sulla glibenclamide, e le ciclodestrine pure e sui composti

binari preparati con varie tecniche.

Il farmaco puro presenta un picco di fusione a 175°C con ∆Hf = 95 J·g-1.In generale si

osserva una variazione del profilo dell’endoterma di fusione del farmaco e più

specificatamente riduzione del valore dell’entalpia specifica di fusione e della

temperatura di fusione, tanto maggiore è l’interazione tra farmaco e ciclodestrina.

La scomparsa del picco di fusione del farmaco (endoterma), è indice di amorfizzazione

del farmaco e/o possibile complessazione.

I termogrammi dei sistemi binari con le ciclodestrine naturali e derivate sono riportati

nelle fig. 38, 39, 40, 41, 42.

CICLODESTRINE NATURALI

Per i composti con αCD, i termogrammi mostrano che l’intensità dell’endoterma di

fusione diminuisce dalla miscela fisica allo kneading e coevaporato e scompare

totalmente dopo 60’ di macinazione a 24 Hz in micromolino.

Tale fenomeno indica o avvenuta complessazione o formazione di un prodotto amorfo.

In genere la macinazione è un processo meccanico che porta il farmaco ad uno stato

energetico maggiore, causando la completa amorfizzazione

72

fig. 38 Curve di DSC glibenclamide (GB), αCD e composti binari : Miscela fisica (MF), Kneaded (KN),

Coevaporato (COE), Comacinato (GR)

Per i composti con la βCD si possono fare le stesse considerazioni come per l’αCD.

Il grinding risulta la tecnica migliore per l’ottenimento di un complesso o completa

amorfizzazione.

fig. 39 Curve DSC di glibenclamide (GB), βCD e composti binari. Miscela fisica (MF), Kneaded (KN),

Coevaporato (COE), Comacinato (GR)

73

Anche per la γCD , vale lo stesso discorso. La macinazione, è la tecnica che permette la

quasi completa scomparsa dell’endoterma di fusione del farmaco.

fig. 40 Curve DSC di glibenclamide (GB), γCD e composti binari : Miscela fisica (MF), Kneaded (KN),

Coevaporato (COE), Comacinato (GR)

CICLODESTRINE DERIVATE fig. 41 Curve DSC di glibenclamide (GB), HPβCD e composti binari : Miscela fisica (MF), Kneaded

(KN), Coevaporato (COE), Comacinato (GR)

74

fig. 42 Curve DSC di glibenclamide (GB), MeβCD e composti binari : Miscela fisica (MF), Kneaded

(KN), Coevaporato (COE), Comacinato (GR)

Per le ciclodestrine derivate si nota un comportamento comune, ossia una diminuzione

notevole dell’intensità e concomitante allargamento dell’endoterma del farmaco

passando dalla miscela fisica allo kneaded al grinding, fino alla scomparsa completa del

picco nel caso del coevaporato. La MeβCD riesce comunque a diminuire la cristallinità

del farmaco già nella miscela fisica e kneading, più efficacemente della HpβCD.

Quindi riassumendo, i risultati dell’analisi DSC indicano che per i composti binari

glibenclamide-ciclodestrine naturali la tecnica del grinding è quella che permette la

maggiore interazione, mentre per le derivate è il coevaporato.

10.2 DIFFRAZIONE AI RAGGI X

L’analisi diffrattometrica ai raggi X, i cui risultati sono riportati nelle figure 43, 44, è

stata molto utile come analisi complementare, per confermare o meno i risultati delle

analisi DSC. In particolare la glibenclamide presenta dei picchi di cristallinità tra 10-38°

2θ. Lo stesso avviene per le ciclodestrine naturali, mentre le derivate, presentano lo

spettro tipico delle sostanze amorfe.

75

Da notare che gli spettri delle miscele fisiche sono la somma di quelli delle sostanze

pure.

fig. 43 Spettri di diffrazione di Raggi X dei composti con ciclodestrine naturali

fig. 44 Spettri di diffrazione di Raggi X dei composti con ciclodestrine derivate

76

CICLODESTRINE NATURALI

Per i composti binari con le ciclodestrine naturali, l’analisi ai raggi X conferma

l’avvenuta amorfizzazione con la tecnica del grinding in micromolino per 60’.

CICLODESTRINE DERIVATE

Per i composti binari con ciclodestrine derivate, si notano nella miscela fisica, dei picchi

di cristallinità del farmaco mentre nel grinding e coevaporato si notano le bande slargate

tipiche di composti amorfi.

10.3 SPETTROSCOPIA INFRAROSSA

L’analisi è stata fatta sulle miscele fisiche, kneaded e coevaporati dei composti binari,

come ulteriore supporto ai risultati ottenuti con la tecnica DSC.

La glibenclamide presenta delle bande di assorbimento IR :

• 1715 cm-1 stretching carbonilico dell’ammide

• 1617 cm-1 stretching carbonilico dell’urea

• 1523 cm-1 bending N-H dell’urea

Nei casi in cui la DSC e RX descrivevano la presenza di interazioni ed amorfizzazione,

gli spettri IR mettono in evidenza la scomparsa dello stretching carbonilico dell’amide e

dell’urea, indice di un’interazione tra glibenclamide e ciclodestrina.

SISTEMI CON CICLODESTRINE NATURALI

Negli spettri dei composti binari con αCD, si nota che nel grinding scompare la banda di

stretching C=O sia dell’ammide che dell’urea, mentre il bending dell’urea perde

notevolmente di intensità.

Nel coevaporato invece lo spettro risulta fortemente modificato: la banda a 1715 non è

più ben differenziata, quella del bending diminuisce di intensità, mentre la banda di

stretching dell’urea passa a frequenze maggiori da 1617 a 1627 cm-1.

77

fig. 45 Spettri IR dei vari composti binari con αCD

Lo stesso accade nei sistemi con la βCD: scompare il picco di stretching C=O a 1715

cm-1, mentre sia lo stretching a 1617 che il bending a 1523 cm-1 del carbonile dell’urea,

passano a frequenze maggiori (1635 e 1538 cm-1 rispettivamente).

fig. 46 Spettri IR dei vari composti binari con βCD

78

SISTEMI CON CICLODESTRINE DERIVATE

In ambedue le ciclodestrine derivate si nota una forte interazione con il farmaco nei

prodotti ottenuti per coevaporazione e comacinazione e per la MeβCD anche nello

Kneaded.

Nella fig. 47 per la HPβCD, nella tecnica del coevaporato si vede la scomparsa della

banda di stretching a 1715 cm-1e del bending carbonilico a 1524 cm-1, mentre lo

stretching ureico passa a numeri d’onda maggiori da 1617 a 1638 cm-1.

Nel grinding scompaiono stretching e bending carbonilico dell’ammide, mentre lo

stretching del carbonile ureico rimane invariato.

fig. 47 Spettri IR dei vari composti binari con HPβCD

In fig. 48 per i composti binari con MeβCD si hanno risultati interessanti:

Fortissima riduzione di intensità di tutte e tre le bande caratteristiche della

glibenclamide, anche nella tecnica dello kneaded, indice di intensa interazione tra i

componenti.

79

fig. 48 Spettri IR dei vari composti binari con MeβCD

80

11 TEST DI DISSOLUZIONE

Si è valutato le velocità di dissoluzione di tutti i sistemi preparati. Quindi sono state

prodotte compresse contenenti il farmaco da solo, sistemi binari Gb-CD e ternari Gb-

CD-polimero idrofilo per compressione diretta. Sono state sottoposte al test di

dissoluzione, secondo il metodo dell’agitatore a paletta, in tampone fosfato a pH 7.4, a

37°C, per mimare le condizioni fisiologiche intestinali.

Procedura. Si introduce una compressa all’interno di ogni vessel.

I prelievi sono fatti a diversi tempi, (da 1’ a 60’) per avere un profilo di dissoluzione più

completo possibile del farmaco.

Le analisi sono state fatte in doppio ed i risultati espressi come valore .

11.1 DISSOLUZIONE SU COMPRESSE CONTENENTI IL

FARMACO

Si sono preparate le compresse senza ciclodestrina, contenenti il solo farmaco nella

forma normale e micronizzata (fig. 49) allo scopo:

1. Di confermare la miglior dissoluzione del farmaco micronizzato.

2. Di avere un termine di riferimento su cui valutare l’aumento della solubilità

della glibenclamide nei sistemi con ciclodestrine preparate con varie tecniche.

fig. 49

Glibenclamide

0

20

40

60

80

100

0 10 20 30 40 50 60

Tempo

D%

Glibenclamide normale Gb Micronizzata

81

Dai profili di dissoluzione si nota che la quantità disciolta dei due tipi di farmaco

coincide dai 50’ in poi, fino al raggiungimento di dissoluzione percentuale del 44%.

Si nota però nella glibenclamide micronizzata, una maggiore velocità di dissoluzione

(25 volte superiore rispetto a quella normale) già a 5’ fino a 40’.

11.2 DISSOLUZIONE SU COMPRESSE CON SISTEMI BINARI:

INFLUENZA DEL TIPO DI CICLODESTRINA E DELLA

TECNICA PREPARATIVA USATA PER OTTENERE IL SISTEMA

BINARIO

11.2.1 INFLUENZA DEL TIPO DI CICLODESTRINA

CICLODESTRINE NATURALI

Per i composti binari del farmaco con αCD (fig. 50), si nota che la velocità di

dissoluzione del coevaporato è peggiore addirittura di quella del farmaco da solo.

Il grinding, anche se portava a parziale amorfizzazione, non aumenta la solubilità in

maniera evidente.

Infatti la sua azione è paragonabile alla semplice miscela fisica.

fig. 50

82

Per i binari con βCD (fig. 51) il coevaporato mostra la migliore dissoluzione

raggiungendo il 75%, seguito dal grinding (70%). Le altre tecniche danno un aumento

modesto della dissoluzione raggiungendo il 40-50%.

fig. 51

Infine per i binari con la γCD, il maggior aumento della velocità di dissoluzione è dato

addirittura dalla miscela fisica. Le altre tecniche danno risultati simili arrivando solo al

50% di dissoluzione percentuale (fig. 52). fig. 52

83

CICLODESTRINE DERIVATE

I profili di dissoluzione del farmaco con la HPβCD, ha invece confermato un aumento

di solubilità soprattutto con la tecnica dello kneading, raggiungendo l’83%. Segue il

coevaporato con il 79%, per il quale DSC e raggi X hanno messo in evidenza

amorfizzazione. Le altre tecniche danno risultati analoghi, il peggiore è comunque il

grinding (fig. 53).

Comunque la solubilità è aumentata con tutti i tipi di tecnica.

fig. 53

Per i binari con MeβCD la migliore dissoluzione si è raggiunta con il coevaporato

(90%) seguito dallo kneaded. miscela fisica e grinding hanno dato valori quasi

coincidenti (fig. 54).

84

fig. 54

11.2.2 INFLUENZA DELLA TECNICA

Un ulteriore studio è stato fatto per vedere come per ogni tecnica la scelta della

ciclodestrina può influenzare più o meno positivamente la solubilità.

MISCELE FISICHE

Nella miscela fisica la HPβCD è la ciclodestrina che ha migliorato la dissoluzione del

farmaco portandolo da 44 al 79% (fig. 55). fig. 55

Miscele Fisiche

0

20

40

60

80

100

0 10 20 30 40 50 60Tempo

D%

Gb-BCD Gb-HpBCD Gb-MeBCD Gb-gCD Gb-aCD

85

KNEADED

Nell’impasto molle le ciclodestrine derivate sono state le migliori nell’aumento della

dissoluzione, superando 80% (fig. 56). fig. 56

Kneaded

0

20

40

60

80

100

0 10 20 30 40 50 60Tempo

D%

Gb-BCD Gb-aCD Gb-gCD Gb- HpBCD Gb-MeBCD

GRINDING

Anche qui le ciclodestrine derivate hanno influenzato positivamente la velocità di

dissoluzione. fig. 57

Grinding

0

20

40

60

80

100

0 10 20 30 40 50 60Tempo

D%

Gb-BCD Gb-HpBCD Gb-aCD Gb-MeBCD Gb-gCD

86

COEVAPORATI

Nei coevaporati (fig. 58) le ciclodestrine derivate e soprattutto la MeβCD che ha portato

alla dissoluzione percentuale di 90%, sono state le migliori. Tutto ciò in accordo alle

analisi DSC e raggi X, che hanno evidenziato amorfizzazione del farmaco. Da notare

che anche la βCD, pur non dando completa amorfizzazione, ha migliorato la solubilità

del farmaco con valori coincidenti a quelli della HPβCD.

fig. 58

Coevaporati

0

20

40

60

80

100

0 10 20 30 40 50 60Tempo

D%

Gb-BCD. Gb-HpBCD Gb-MeBCD Gb-aCD Gb-gCD

Nonostante che si sia ottenuto un notevole incremento nella velocità di dissoluzione del

farmaco, in nessun caso si è raggiunto il 100% di farmaco dissolto. Quindi si è voluto

valutare l’effetto della presenza di un terzo componente in aggiunta ai sistemi binari. Si

sono selezionati polimeri idrofili amorfi, come la HPMC, il PVP e la CMC Na.

87

12 COMPLESSI TERNARI

12.1 STUDI ALLO STATO SOLIDO

12.1.1 DSC

Si è proseguito lo studio con i composti ternari, selezionando i sistemi binari Gb-βCD e

Gb-HPβCD, ottenuti con la tecnica della coevaporazione, che aveva mostrato le migliori

performance dissolutive.

Lo scopo dei composti ternari è migliorare ulteriormente le caratteristiche di

dissoluzione rispetto ai corrispondenti binari.

Le curve DSC di tali composti sono descritte nelle fig. 35, 36.

fig. 59 Curve DSC di coevaporati binari e ternari: glibenclamide (Gb), Coevaporato binarioGb-βCD,

Coevaporato ternario Gb-βCD-HPMC

L’analisi mette in evidenza che l’aggiunta del polimero idrofilo amorfo, fa scomparire

completamente l’endoterma di fusione della glibenclamide, mentre nel composto

88

binario permaneva, anche se di minore intensità e di forma slargata. La presenza di un

polimero amorfo facilita l’amorfizzazione del composto binario.

fig. 60 DSC di coevaporati binari e ternari: glibrnclsmide (Gb), Coevaporato binarioGb-HPβCD,

Coevaporato ternario Gb-HPβCD-HPMC,

Coevaporato ternario Gb-HPβCD-PVP, Coevaporato ternario Gb-HPβCD-CMC.

Nel ternario Gb-HPCD con polimeri idrofili vari, in tutti quanti scompare l’endoterma

di fusione del farmaco, mentre si osservano solo le bande di disidratazione della

ciclodestrina.Quindi l’aggiunta di polimeri amorfi al binario stabilizzano ulteriormente

lo stato amorfo.

12.1.2 RAGGI X

L’introduzione di un terzo componente in sistemi binari farmaco-CDderivate, dovrebbe

dare una più marcata amorfizzazione del farmaco. Infatti nel caso del ternario Gb-

HPβCD-HPMC si notano le bande slargate, tipiche delle sostanze amorfe. Al contrario,

il diffrattogramma del sistema Gb-βCD-HPMC mostra ancora dei picchi di cristallinità

residua, nonostante la scomparsa dell’endoterma di fusione del farmaco registrata in

DSC.

89

fig. 61 Spettri di diffrazione aii Raggi X dei coevaporati ternari

12.1.3 IR TERNARI

COEVAPORATI TERNARI

Nel ternario Gb-βCD-HPMC, la banda di stretching C=O ammidico a 1715 cm-1 non è

più ben differenziata, mentra la banda di quello ureico a1617 cm-1 e del bending

ammidico a 1523 cm-1 diminuiscono notevolmente di intensità, indice di una forte

interazione. Ciò conferma i risultati delle analisi DSC e raggiX.

fig. 62 Spettri IR del coevaporato ternario Gb-βCD-HPMC e confronto con Gb

90

fig. 63 Spettri IR dei coevaporati ternari Gb-HPβCD-HPMC, -PVP,-CMC e confronto con Gb e Gb-

HPβCD coevaporato binario

Nei vari ternari Gb-HPCD con 5% di HPMC, PVP, CMC, si notano la scomparsa delle

tre bande fondamentali della glibenclamide a 1715, 1617 e1523 cm-1, indice di

interazione tra le sostanze.

Tutto ciò conferma i risultati delle analisi precedenti.

12.2 DISSOLUZIONE DI COMPRESSE CON SISTEMI TERNARI

Gli studi di dissoluzione delle compresse contenenti i composti multicomponente

farmaco-ciclodestrine-polimeri hanno mostrato un notevole aumento della velocità di

dissoluzione.

Nella fig. 64 si nota la differenza del profilo di dissoluzione tra sistema binario e

ternario.

Le compresse dove la glibemnclamide è assieme alla βCD e allaHPMC, raggiungono il

valore di 100% di dissoluzione dopo soli 40’.

91

fig. 64

Gb-BCD/Gb-BCD-HPMC

0

20

40

60

80

100

0 10 20 30 40 50 60Tempo

D%

Gb-BCD Gb-BCD-HPMC

Anche per i ternari Gb-HPβCD con vari polimeri si nota un aumento della velocità di

dissoluzione, raggiungendo il 100% con il PVP e HPMC, mentre la CMC risulta essere

un polimero meno efficace. Nella fig. 65 sono riportati i vari profili di dissoluzione

ottenuti, incluso quello del coevaporato binario. fig. 65

Gb-HPBCD/Gb-HPBCD-POLIMERI

0

20

40

60

80

100

0 10 20 30 40 50 60Tempo

D%

Gb-HPBCD Gb-HPBCD-HPMC Gb-HPBCD-PVP Gb-HPBCD-CMC

92

CONCLUSIONI

Il target fondamentale di questa tesi è stato quello di migliorare la dissoluzione e quindi

la biodisponibilità della glibenclamide, farmaco poco solubile in acqua, mediante la

formulazione di compresse a rapido rilascio. Infatti in studi precedenti si sono

riscontrati problemi sia di bassa biodisponibilità, sia di bioinequivalenza per il farmaco,

legati al basso e variabile assorbimento gastro-intestinale.

L’approccio è stato quello di realizzare sistemi binari con ciclodestrine naturali e

derivate ottenuti con varie tecniche allo scopo di aumentare la velocità di dissoluzione e

la stabilità del farmaco.

Il primo screening è stato la scelta tra glibenclamide normale e micronizzata basandosi

su semplici prove di solubilità.

Successivamente si è scelto il rapporto stechiometrico tra farmaco e ciclodestrina;

l’analisi DSC non ha messo in evidenza sostanziali differenze tra 1:1 e 1:2 mol/mol e si

è quindi optato per il primo, per ridurre al minimo i problemi di formulazione e di

tossicità della ciclodestrine stesse.

La terza fase, più lunga e complessa è stata la realizzazione di composti binari con

ciclodestrine naturali (αCD, βCD, γCD) e derivate (HPβCD e MeβCD) con opportune

tecniche, quali miscela fisica, kneaded, comacinazione, coevaporazione.

Si sono analizzate le possibili interazioni host-guest allo stato solido mediante studi

DSC, raggi X, IR . I risultati non hanno permesso di dimostrare l’effettiva formazione di

complessi, bensì l’amorfizzazione del farmaco, che generalmente aumenta la solubilità

del farmaco.

Più specificatamente si è visto che per le ciclodestrine naturali la tecnica che portava

alla scomparsa completa dell’endoterma di fusione del farmaco, è il grinding in

micromolino a 24 Hz dopo 60 minuti mentre per le derivate è il coevaporato e grinding.

I test di dissoluzione, hanno però dimostrato che per le ciclodestrine naturali nei

composti ottenuti mediante grinding (per i quali si aveva amorfizzazione), non si ha un

aumento di dissoluzione apprezzabile, mentre per quelle derivate il coevaporato ha

raggiunto la percentuale dell’80% a confronto del 44% del farmaco tal quale.

93

Tale risultato buono ma non ottimale rispetto al valore target del 100% di dissoluzione,

ha portato all’ultima fase dello studio: la realizzazione di composti ternari farmaco-

ciclodestrina-polimero idrofilo.

Basandosi sui profili di dissoluzione migliori, si è eletto la HPβCD come ciclodestrina e

il coevaporato come tecnica.

Si è scelto anche la βCD tra le naturali per valutare l’efficacia dell’effetto del polimero

rispetto al composto binario che rimaneva cristallino. Anche per la β si è scelta la

tecnica del coevaporato.

Per i composti multicomponente si sono usati i seguenti polimeri nella quantità del 5%

in peso totale farmaco-ciclodestrina: HPMC, PVP,CMCNa.

I risultati finali sono stati interessanti perché l’analisi DSC, raggi X e IR hanno messo in

evidenza la amorfizzazione della glibenclamide e nel dissolution test si sono raggiunti i

massimi di dissoluzione possibile (100%) per il ternario Gb-βCD-HPMC, Gb-HPβ-

HPMC, Gb-HPβ-PVP, mentre per Gb-HPβ-CMC si è raggiunto il 90%, risultato

comunque apprezzabile.

La conclusione è che siamo riusciti a formulare compresse a rapido rilascio, mediante

ciclodestrine e polimeri idrofili in sistemi multicomponente, raggiungendo l’obbiettivo

prefissato ossia la completa dissoluzione del farmaco, entro un breve termine di tempo

(da 15 a 40’).

I risultati di tale studio mostrano l’importanza di adeguati studi di peformulazione per la

selezione del carrier più efficace, della tecnica preparativa più idonea e della presenza di

un adatto componente ternario, al fine di massimizzare l’incremento di dissoluzione del

farmaco ottenibile.

94

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