Podjęzykowe podawanie leków – nowa era w terapii nadciśnienia

Czy podjęzykowe podawanie może zmienić terapię?

Droga podjęzykowa podawania leków zyskuje coraz większe zainteresowanie w badaniach farmaceutycznych i przemyśle ze względu na liczne korzyści w dostarczaniu różnych substancji leczniczych. Podanie podjęzykowe (buccalne) zapewnia szybki początek działania, bezpośredni dostęp do krążenia ogólnoustrojowego oraz omija efekt pierwszego przejścia przez wątrobę, co pozwala na stosowanie mniejszych dawek leku przy zachowaniu tego samego efektu terapeutycznego. Dzięki temu możliwe jest ograniczenie skutków ubocznych. Ta droga podania stanowi również nieinwazyjną alternatywę dla pacjentów mających trudności z połykaniem lub cierpiących na zaburzenia żołądkowo-jelitowe.

Błona śluzowa jamy ustnej charakteryzuje się stosunkowo wysoką przepuszczalnością, bogatym unaczynieniem i łatwym dostępem, co czyni ją idealnym miejscem do podawania leków. Podjęzykowe systemy dostarczania leków występują w różnych postaciach, takich jak tabletki, żele, pastylki, spraye i plastry/filmy, a każda z nich została zaprojektowana z myślą o konkretnych wymaganiach terapeutycznych. Spośród nich błonowe filmy mukoadhezyjne mogą być preferowane przez pacjentów ze względu na małe rozmiary, niewielką grubość, wysoką elastyczność i łatwość aplikacji. Te cienkie filmy przylegają do mucyny błony śluzowej jamy ustnej, zapewniając miejscowe lub ogólnoustrojowe dostarczanie leku przy jednoczesnym minimalizowaniu ryzyka przypadkowego połknięcia lub przemieszczenia.

Przygotowanie filmów mukoadhezyjnych obejmuje dwie konwencjonalne techniki: odlewanie z użyciem rozpuszczalnika oraz metodę ekstruzji na gorąco. Badane są również nowsze metody wykorzystujące najnowsze technologie, takie jak druk 2D i 3D, elektrorozpylanie i elektroprzędzenie. Jednak metoda odlewania z rozpuszczalnika jest najczęściej stosowanym procesem produkcyjnym ze względu na łatwość procesu i niski koszt. Metoda ta składa się z kilku etapów, przy czym suszenie roztworu jest najbardziej czasochłonnym krokiem, szczególnie w przypadku roztworów wodnych. Jednak stwierdzono, że zastosowanie wentylowanego pieca w określonych zoptymalizowanych warunkach skróciło czas suszenia z około 72 godzin do 8 godzin.

Jakie są kluczowe składniki w filmach mukoadhezyjnych?

W przygotowaniu filmów mukoadhezyjnych kluczowy jest dobór odpowiedniego polimeru tworzącego film. Wśród tych polimerów chitosan (CHI) wzbudził szczególne zainteresowanie ze względu na swoją biokompatybilność, biodegradowalność i wrodzone właściwości mukoadhezyjne. W przeciwieństwie do innych często używanych polimerów, które są anionowe, chitosan jest polimerem kationowym, co umożliwia tworzenie silniejszego wiązania z anionową mucyną błony śluzowej jamy ustnej. Chitosan jest liniowym polisacharydem z losowo połączonymi jednostkami β-(1–4) D-glukozaminy i N-acetylo-D-glukozaminy. Posiada właściwości zwiększające przepuszczalność, które można dodatkowo poprawić przez salifikację polimeru kwasem cytrynowym.

Ze względu na swoją naturę chemiczną, CHI rozpuszcza się w warunkach kwaśnych. Kwas askorbinowy (AA), znany również jako witamina C, jest jednym z kwasów, które można wykorzystać do zakwaszenia roztworu. AA posiada kwaśne grupy hydroksylowe, podczas gdy CHI zawiera grupy aminowe, które mogą być protonowane w warunkach kwaśnych, umożliwiając tworzenie kompleksu chitosan-askorbinian poprzez interakcje jonowe. AA jest niezbędny w diecie człowieka, konieczny do tworzenia tkanek łącznych i kości, a jego działanie przeciwutleniające jest również dobrze znane.

W literaturze istnieje kilka badań dotyczących możliwości zastosowania chitosanu w podjęzykowych systemach dostarczania leków. Jednak istnieje ograniczona liczba badań dotyczących filmów mukoadhezyjnych z chitosanu i askorbinianu. W jednym z badań wykazano przydatność AA w filmach CHI, a optymalny skład filmu został wybrany w oparciu o podejście “One-Factor-at-a-Time”, tradycyjną metodę w eksperymentach farmaceutycznych.

W obecnych czasach zasady jakości przez projektowanie (QbD) są coraz częściej stosowane w różnych działaniach badawczych i przemysłowych, a szczególnie ważne są w rozwoju produktów farmaceutycznych. Design of experiment (DoE), główny komponent farmaceutycznego QbD, jest ustrukturyzowaną i zorganizowaną metodą określania relacji między czynnikami wejściowymi wpływającymi na jedną lub więcej odpowiedzi wyjściowych poprzez ustanowienie modeli matematycznych. Jego struktura składa się z trzech kolejnych kroków: znajdowania zakresu czynników, badania przesiewowego i optymalizacji. W niniejszej pracy zastosowano podejście DoE, aby ułatwić formułowanie i optymalizację buccalnych filmów z chitosanu i askorbinianu.

Czy CAP w filmach podjęzykowych zwiększa biodostępność leku?

W badaniu wykorzystano captopril (CAP) jako modelowy lek, który jest inhibitorem enzymu konwertującego angiotensynę (ACEI). CAP należy do klasy I w biofarmatycznej klasyfikacji systemów (BCS), choć inni autorzy podają, że należy do BCS klasy III. CAP jest szeroko stosowany w leczeniu nadciśnienia tętniczego, niewydolności serca, dysfunkcji lewej komory po zawale mięśnia sercowego i nefropatii cukrzycowej. Jest dostępny w postaci tabletek o różnych dawkach, a mianowicie 12,5, 25 i 50 mg. Po podaniu doustnym ulega metabolizmowi wątrobowemu pierwszego przejścia, co skutkuje biodostępnością na poziomie 60–75%, która jest zmniejszona o 25 do 55% przy podawaniu z jedzeniem. Dlatego dostarczanie CAP za pomocą filmów podjęzykowych może zwiększyć biodostępność i przezwyciężyć ograniczenia związane z doustną drogą podawania.

Celem pracy było opracowanie i optymalizacja mukoadhezyjnych filmów z chitosanu i askorbinianu poprzez zastosowanie zasad QbD i podejścia DoE do podawania podjęzykowego. W zależności od wyników badań wstępnych, badacze podjęli próbę włączenia CAP do optymalnego systemu polimerowego. Ponadto zaplanowano przeprowadzenie testów fizycznych i chemicznych tych filmów. Ostatecznym celem było znalezienie optymalnego składu, który można wykorzystać jako potencjalny system podawania leków drogą podjęzykową.

Czy proces optymalizacji gwarantuje jakość filmów?

W badaniu przeprowadzono optymalizację składu filmów mukoadhezyjnych z chitosanu i askorbinianu przy użyciu zasad QbD. W pierwszym etapie badania przesiewowego określono krytyczne atrybuty jakościowe (CQAs) filmów, takie jak twardość przy łamaniu (BH), wydłużenie (EL) i siła mukoadhezyjna (MF). Wcześniejsze prace wykazały, że wartości BH filmów powinny być większe lub równe 10 N, aby zapewnić wygodne użytkowanie, a wartości MF powinny wynosić co najmniej 7 N, aby zapewnić odpowiedni czas pozostawania na błonie śluzowej dla wchłaniania leku. Dla wartości EL ustalono, że filmy z wartością wydłużenia 8 s stanowią dolną granicę, wskazującą na wystarczającą elastyczność filmów do wygodnej aplikacji.

Krytyczne parametry procesu (CPPs) i krytyczne atrybuty materiałowe (CMAs) obejmowały ilość roztworu/płytki, rodzaj i stężenie CHI, rodzaj i stężenie plastyfikatora oraz stężenie AA. Przeprowadzono badanie przesiewowe w celu identyfikacji najważniejszych czynników wpływających na CQAs. Czynniki i ich poziomy zostały wybrane na podstawie przeglądu literatury, wcześniejszych doświadczeń grupy badawczej i kilku podstawowych eksperymentów. Badanie przesiewowe przeprowadzono przy użyciu sześciu czynników na dwupoziomowym frakcyjnym projekcie czynnikowym z ośmioma przebiegami.

Na podstawie analizy statystycznej wyników badania przesiewowego zidentyfikowano najważniejsze czynniki wpływające na właściwości filmów. Stężenie chitosanu okazało się najistotniejszym czynnikiem wpływającym zarówno na BH, jak i EL, a także miało stosunkowo duże znaczenie dla MF. Stężenie kwasu askorbinowego było istotne dla MF i BH z paradoksalnym efektem i wykazywało dużą ważność dla EL. Wybrano glicerol jako plastyfikator, a jego stężenie wykazało istotny wpływ na właściwości filmów. Ilość roztworu odlanego na płytkę miała pozytywny wpływ na wszystkie trzy odpowiedzi i znacząco wpływała na BH.

W kolejnym etapie optymalizacji przeprowadzono dalsze badania dla trzech wybranych czynników (stężenie CHI, stężenie AA i stężenie glicerolu). Na podstawie wyników utworzono przestrzeń projektową i wybrano optymalny skład (CHI 1,4%, AA 2,5%, GLY 0,3%) do dalszych badań i wprowadzenia substancji leczniczej.

Jak CAP modyfikuje właściwości mechaniczne filmu?

Filmy polimerowe przygotowano metodą odlewania z rozpuszczalnika. W pierwszym etapie AA rozpuszczono w wodzie destylowanej, a następnie CHI rozpuszczono w roztworze AA (pH = 2,51). Mieszano za pomocą mieszadła VELP z mieszadłem typu śmigłowego przez cztery godziny, aż uzyskano przezroczysty roztwór. Następnie dodano CAP i wymieszano z roztworem polimeru. W ostatnim etapie do roztworu dodano plastyfikator (GLY lub PG) i mieszano przez 20 minut. Roztwór polimeru wylano na plastikowe płytki Petriego i pozostawiono do wyschnięcia w wentylowanym piecu w kontrolowanych warunkach (temperatura: 30°C, przepływ powietrza: 30% wydajności wentylatora, czas: od 12 do 24 godzin w zależności od formulacji). Wysuszone filmy przechowywano w zamkniętych pojemnikach (25 ± 1°C, 60 ± 2% RH) do dalszej charakterystyki.

Captopril został włączony do optymalnej formuły w ilościach 10 mg/4 cm² i 20 mg/4 cm², a następnie zbadano właściwości fizyczne i mechaniczne filmów. Wszystkie filmy spełniały wcześniej określone CQAs. Włączenie CAP do filmów podjęzykowych wpłynęło znacząco na ich właściwości fizyczne i mechaniczne. Grubość filmów zawierających CAP wzrastała wraz ze wzrostem stężenia CAP, ale mieściła się w zalecanym zakresie grubości filmów podjęzykowych (między 50 a 1000 µm). Zauważono, że masa filmu była wprost proporcjonalna do zawartości substancji czynnej, a wartości zawartości wilgoci były podobne dla filmów bez leku i z lekiem.

Jakie wyniki uzyskano w badaniach in vitro i spektroskopowych?

Dodanie leku zwiększyło elastyczność filmu, co objawiło się znacznym wzrostem EL i znacznym zmniejszeniem BH. Zwiększenie stężenia CAP prowadziło do wyraźnego zmniejszenia BH, podczas gdy wpływ na EL był ograniczony. Jednakże wartości BH filmów zawierających lek były znacznie powyżej wcześniej określonej dolnej granicy (10 N), zapewniając odpowiednie właściwości użytkowe.

Mukoadhezyjność in vitro filmów również uległa zmianie pod wpływem obecności substancji czynnej. Obecność CAP znacząco zwiększyła mukoadhezyjność in vitro filmów. Zjawisko to można wyjaśnić interakcją między składnikami filmów. W filmie bez CAP glicerol tworzył interakcję z chitosanem, dlatego mniej grup funkcjonalnych pozostawało w układzie do wiązania z mucyną. W przypadku filmu zawierającego lek, glicerol może również wchodzić w interakcję z CAP, więc w tych filmach można znaleźć więcej grup funkcjonalnych CHI, które mogą silnie wiązać się z mucyną.

Do oceny jednolitego rozmieszczenia CAP wycięto próbki o powierzchni 4 cm² z różnych części filmu. Próbki te rozpuszczono w 100 ml buforu fosforanowego o pH = 6,8 i mieszano przez 1 godzinę. Próbki analizowano za pomocą spektrofotometru UV-vis przy długości fali λ = 208 nm. Średnią zawartość leku z 3 próbek powtórzonych przyjęto jako ostateczny odczyt.

Test rozpuszczalności przeprowadzono za pomocą 6-stanowiskowego aparatu do rozpuszczania typu 2 (wiosło nad dyskiem) USP XXIV. Jako medium do rozpuszczania użyto 500 ml roztworu buforu fosforanowego (pH = 6,8, 37°C), a podczas testu zastosowano prędkość mieszania 50 obr/min. W celu uzyskania jednokierunkowego uwalniania leku, film o powierzchni 4 cm² umieszczono na szklanym slajdzie za pomocą dwustronnej taśmy klejącej, a następnie slajd zanurzono w kolbie do rozpuszczania. Próbki pobierano w określonych wcześniej odstępach czasu (5, 10, 15, 20, 30, 45, 60, 90, 120, 150, 180 min) i analizowano za pomocą spektrofotometru UV-vis przy długości fali 208 nm.

Badania spektroskopowe RAMAN i FT-IR potwierdziły obecność CAP w filmach i wykazały interakcje między składnikami. Analiza RAMAN wykazała, że drganie rozciągające grupy S-H przy 2567 cm⁻¹ nie było widoczne w filmach o niskiej zawartości CAP, ale wraz ze wzrostem zawartości substancji czynnej, intensywność rozciągania S-H również wzrastała bez żadnych przesunięć. Zmiany te były również całkowicie zgodne ze zmianami koloru w filmach. W filmach o niskiej zawartości CAP kolor był ciemnożółty, co wskazuje na interakcję oksydacyjną substancji czynnej i kwasu askorbinowego. Zwiększenie zawartości substancji czynnej spowodowało zmianę koloru i rozjaśnienie barwy, co oznacza, że grupy S-H były w nadmiarze. Mapowanie chemiczne filmów z różną zawartością CAP wykazało homogeniczny rozkład substancji czynnej w filmach.

Analiza FT-IR wykazała szerokie pasmo spektralne w filmach pustych i zawierających CAP przy 3416 cm⁻¹, które jest związane z drganiami rozciągającymi grup OH- AA, GLY i CHI. Ponadto przy 3370 cm⁻¹ w filmie polimerowym pojawiło się drganie rozciągające N-H chitosanu. Intensywność tego pasma była bardzo wysoka, więc można stwierdzić, że między grupami N-H chitosanu a grupami OH glicerolu utworzyły się wiązania wodorowe. Przy 2567 cm⁻¹ w widmie CAP pojawiło się ostre pasmo, które jest związane z drganiem rozciągającym S-H. To pasmo zniknęło w systemie filmu polimerowego z powodu interakcji, które powstały między innymi składnikami filmów w postaci wiązań wodorowych. Jednocześnie obecność substancji czynnej wykazano w filmach polimerowych za pomocą spektroskopii RAMAN, więc substancja czynna może być obecna w filmie polimerowym chitosan-askorbinian bez znaczących zmian chemicznych lub rozkładu.

Analiza termiczna wykazała, że CAP był rozprowadzony w formie amorficznej/molekularnie rozproszonej w matrycy polimerowej. Przygotowane filmy można uznać za termicznie stabilne do temperatury 80°C, co oznacza, że temperatura suszenia nie wpływa negatywnie na właściwości filmów, a filmy mogą być nawet suszone w wyższych temperaturach.

Test jednolitości zawartości leku wykazał, że filmy z 10 mg CAP zawierały 96,59% ± 5,71 teoretycznej ilości substancji czynnej, a filmy z 20 mg CAP miały 95,84% ± 4,09 teoretycznej ilości. Wyniki te wskazują na równomierne rozmieszczenie leku, co zgadza się i potwierdza wyniki mapowania RAMAN. Można stwierdzić, że wyniki te spełniają odpowiedni zakres jednolitości zawartości zgodnie z Farmakopeą Europejską (Ph.Eur.), Farmakopeą Stanów Zjednoczonych (USP) i Farmakopeą Brytyjską (BP).

Test rozpuszczalności wykazał, że ponad 50% zawartej substancji czynnej zostało uwolnione w ciągu około 20 minut z obu rodzajów filmów. Po 20 minutach CAP był uwalniany z obu filmów w sposób ciągły jako krzywa nasycenia zgodnie z kinetyką pierwszego rzędu. W przypadku kryzysów nadciśnieniowych uwalnianie substancji czynnej powinno być szybkie, ale na rynku najczęściej stosowaną postacią leku są tabletki doustne. W przypadku tabletek doustnych lek musi najpierw ulec rozpadowi w żołądku, a następnie rozpuszczeniu i wchłonięciu do krążenia ogólnoustrojowego, aby znormalizować ciśnienie krwi. W przypadku opracowanych filmów początek działania powinien być szybszy, ponieważ substancja czynna jest szybko uwalniana i zapewnia ciągłe uwalnianie CAP, co może szybko obniżyć ciśnienie krwi, a efekt utrzymuje się przez dłuższy czas. Zauważono, że wzorzec uwalniania leku był prawie taki sam dla obu stężeń filmów zawierających CAP. Ponadto natychmiastowe uwalnianie osiągnięto w obu formulacjach (10 mg i 20 mg), co oznacza, że mogą być potencjalnie stosowane w podjęzykowym systemie dostarczania leków.

Podsumowanie

Badania nad podjęzykowym podawaniem leków wskazują na znaczące korzyści tej drogi aplikacji, szczególnie w kontekście szybkiego początku działania i zwiększonej biodostępności substancji aktywnych. Opracowane filmy mukoadhezyjne z chitosanu i askorbinianu jako nośniki captoprilu wykazują optymalne właściwości mechaniczne i odpowiednią mukoadhezyjność. Wprowadzenie captoprilu do filmów zwiększyło ich elastyczność i właściwości mukoadhezyjne, zachowując jednocześnie odpowiednią twardość. Badania spektroskopowe potwierdziły równomierne rozmieszczenie substancji czynnej w filmach oraz stabilność termiczną do 80°C. Testy rozpuszczalności wykazały szybkie uwalnianie leku – ponad 50% w ciągu 20 minut, co może przynieść korzyści w leczeniu kryzysów nadciśnieniowych. System ten oferuje potencjalnie szybszy początek działania w porównaniu do tradycyjnych tabletek doustnych, zapewniając jednocześnie przedłużone uwalnianie substancji czynnej.