Фрамацевтическая технология. "Микорокапсулированные фармацевтические препараты"

Введение
1. Микрокапсулирование как новая прогрессивная технология лекарственных форм
2. Задачи микрокапсулирования в фармацевтической технологии
3. Краткая характеристика пленкообразователей
4. Способы микрокапсулирования
4.1. Физические методы
4.2. Физико-химические методы
4.3. Химические методы
5. Лекарственные формы из микрокапсул
6. Биофармацевтические исследования лекарственных форм с микрокапсулами
6.1. Исследование микрокапсулирования этмозина и свойства микрокапсул
6.2. Технология микрокапсулирования теофиллина
6.3. Исследование процесса микрокапсулирования левомицетина
6.4. Микрокапсулы дибунола в оболочке из ацетилфталилцеллюлозы
6.5. Технология и анализ микрокапсул кислоты ацетилсалициловой
6.6. Исследование микрокапсул уросульфана
Заключение

Фрамацевтическая технология. "Микорокапсулированные фармацевтические препараты"

Суть всех этих методов заключается в механическом нанесении оболочки на твердые или жидкие частицы лекарственных веществ.
Использование того или иного метода находится в зависимости от того, является ли «ядро» (содержимое микрокапсулы) твердым или жидким веществом12.
1) Метод дражирования. Применим для микрокапсулирования твердых лекарственных веществ. Последние в виде однородной кристалличе­ской массы (с требуемым размером частиц) во вращающемся дражи­ровочном котле опрыскивается из форсунки раствором пленкообразователя. Образующиеся пленки высыхают в токе нагретого воздуха, по­даваемого в котел. Толщина оболочки микрокапсулы зависит от температуры, концентрации и скорости пульверизации раствора пленкообразователя. Микрокапсулы с твердым ядром, получаемые методом дражирования, называются также микродраже.
2) Метод распыления. Применяется обычно для микрокапсулирования твердых веществ, которые перед этим должны быть переведены в со­стояние тонких суспензий. При получении таких микрокапсул, обычно имеющих жировую оболочку, ядра суспендируются в растворе или расплаве жировых веществ (воск, цетиловый спирт, моно- или дистеарат глицерина и др.) с последующим распылением и сушкой суспензии в распылительной сушилке. Получаемые сухие микрокапсулы имеют размер 30—50 мкм.
3) Методы диспергирования в несмешивающихся жидкостях. Применим для капсулирования жидких веществ. В частности, капельный, применяемый для получения мягких капсул, может быть использован и для микрокапсул. Для этого скорость потока струи во­ды в наружной трубе должна быть настолько велика (например, 4,73 л/мин) по сравнению со скоростью движения жидкого лекарствен­ного вещества и расплавленного пленкообразователя (например, 30 мл/мин), чтобы поток воды отрывал капельки требуемого размера.
Обычно этот способ технологически осуществляется следующим об­разом. Нагретую эмульсию масляного раствора лекарственного веще­ства, стабилизированную желатином (эмульсия типа М/В), дисперги­руют в охлажденном жидком парафине с помощью мешалки. В ре­зультате охлаждения мельчайшие капельки покрываются быстро за­студневающей желатиновой оболочкой. Застывшие шарики отделяют от жидкого парафина, промывают органическим растворителем и сушат. Размер микрокапсул, получаемых таким способом, обычно колеб­лется в пределах 100—150 мкм.
4) Метод «напыления» в псевдоожиженном слое. Этот метод применя­ется в аппаратах, принципиальная конструкция которых сходна с СП-30 и СГ-30, применяемых в таблеточном производстве или грану­лировании.
Наиболее просто процесс напыления протекает при микрокапсулировании твердых лекарственных веществ. Твердые ядра сжижают по­током воздуха, или другого газа и «напыляют» на них раствор (или расплав) пленкообразующего вещества с помощью форсунки. Затвер­дение жидких оболочек происходит в результате испарения раствори­теля или охлаждения, или того и другого одновременно13.
В случае микрокапсулирования жидких лекарственных веществ по­следние эмульгируют (если они нерастворимы в воде) или растворяют (если они водорастворимы) при нагревании в водном растворе пленкообразователя (например, желатина). Нагретую эмульсию (раствор) разбрызгивают с помощью форсунки в псевдосжиженную систему с гидрофобизированным крахмалом. Капельки, представляющие собой жидкие микрокапсулы, попадая в эту систему, покрываются мельчай­шим и частицами крахмала, прилипающими к желатиновой оболочке, и быстро высыхают.
5) Метод микрокапсулирования с помощью центрифугирования. Под воздействием центробежной силы частицы капсулируемых лекарст­венных веществ (твердых или жидких) проходят через пленку раство­ра пленкообразователя, покрываются ею, образуя микрокапсулу. Пленкообразователями применяются вещества, растворы которых обла­дают достаточным поверхностным натяжением (желатин, натрия альгинат, поливиниловый спирт и некоторые др.) и оптимальной вяз­костью. От этих параметров будет зависеть размер и форма микро­капсул.
6) Электростатический метод микрокапсулирования. Один из новых и оригинальных методов, разработанный в США. Предложен ряд при­боров. Размер получаемых микрокапсул от 5 до 20 мкм14.
4.2. Физико-химические методы
Образование микрокапсул является сложным физико-химическим процессом, который включает, как правило, три стадии:
— получение трехфазной системы, состоящей из жидкой среды, капсулируемого вещества полимерного материала для покрытия;
— отложение полимерного материала на частицах капсулируемого вещества в результате уменьшения свободной межповерхностной энергии системы за счет уменьшения площади поверхности полимерного покрытия при коалесценции жидких капель полимерной фазы. Решающим условием для получения эффективной оболочки является адсорбция полимерного покрытия на поверхности капсулируемого вещества;
— отверждение оболочки путем тепловой обработки, поперечным сшиванием или методом десольватации15.
Основным физико-химическим методом является микрокапсулирование с использованием явления коацервации.
В настоящее время процесс коацервации высокомолекулярных со­единений рассматривается как образование двухфазной системы в ре­зультате расслаивания. Одна фаза представляет собой раствор высо­комолекулярного вещества в растворителе, вторая — раствор раствори­теля в высокомолекулярном веществе. Раствор, более богатый высо­комолекулярным веществом, часто выделяется в виде капелек коацервата. При дальнейшем обезвоживании коацерваты переходят в осадок. Впоследствии оболочки капель подвергают затвердению для повыше­ния механической прочности микрокапсул, которая осуществляется различными способами (охлаждением, испарением растворителя и др.).
Необходимо различать простую и сложную коацервацию. Первая имеет место при взаимодействии раствора одного полимера и лекарст­венного (низкомолекулярного) вещества. Коацервация при взаимодей­ствии двух полимеров называется сложной или комплексной.
А) Метод простой коацервации. Процесс образования микрокапсул про­стой коацервации протекает следующим образом. Капсулируемое вещество (масло, масляные растворы витаминов, гормонов и других лекарственных препаратов) эмульгируют в растворе желатина при 50°С. Полу­чается эмульсия М/В с воз­можной степенью дисперсно­сти 2—5 мкм. В раствор пленкообразователя (последний в данной си­стеме является внешней сре­дой) при постоянном помеши­вании добавляют 20% водный раствор натрия сульфата. Де­гидратирующие свойства нат­рия сульфата вызывают коацервацию желатина. Образуется гетероген­ная жидкая система с неоднородным распределением в ней растворен­ного вещества, состоящая из двух фаз — обогащенной и обедненной молекулами растворенного вещества (желатин). Например, в 3% растворе желатина образуются две фазы с разным содержанием желатина: в коацерватном слое 2,02%, а в остальной — равновесной жидкости 0,98%.
Микрокапли коацервата с понижением температуры начинают кон­центрироваться вокруг капель масла, образуя вначале «ожерелье» из микрокапель коацервата. Затем микрокапли сливаются, покрывая каплю масла сплошной тонкой, пока жидкой пленкой жела­тина —образуется микрокапсула. Для застудневания оболочек микрокапсул смесь быстро выливают в емкость с холодным раствором натрия сульфата (18—20°С).
Отфильтровывают микрокапсулы и промывают водой с целью уда­ления раствора натрия сульфата. Эта операция может быть проведена на нутч-фильтрах, рамных фильтрпрессах или с помощью центрифуг.
Оболочки микрокапсул содержат 70—80% воды. Сушка микрокап­сул может быть тепловая (полочные конвенктивные сушилки, аппара­ты с виброкипящим слоем) или она может быть осуществлена с по­мощью адсорбентов (силикагельные сушилки), обработкой водоотнимающими жидкостями (крепкий этанол) и другими способами.
Методом простой коацервации можно микрокапсулировать также твердые, водонерастворимые лекарственные вещества (сульфанилами­ды, антибиотики, люминал и др.)16.
Б) Метод сложной коацервации. Сложная коацервация сопровождается взаимодействием между положительными и отрицательными заряда­ми двух полимеров и вызывается обычно изменением рН. Сложные коацерваты могут быть одно-, двух- и трехкомпонентными. В однокомпонентных коацерватах оба полимера относятся к одной и той же группе химических соединений и частицы обоих являются амфионами (имеют равное количество положительных и отрицательных зарядов, амфотерные частицы). В этих системах положительные заряды одного амфиона притягиваются к отрицательным зарядам другого амфиона и наоборот. В двухкомпонентных коацерватах оба полимера являются разными соединениями и несут противоположные заряды: положитель­ные макроионы — макрокатионы или отрицательные — макроанионы.
В этих системах взаимодействие происходит между соединениями микрокатион+макроанион. Трехкомпонентные коацерваты образуются при смешении амфиона, макроиона (макрокатиона или макроаниона) и солевых добавок, содержащих микроионы (катионы и анионы)17.
Примером образования микрокапсул с лекарственными веществами методом сложной коацервации с использованием желатина и гум­миарабика.
Приготавливают 10% раствор желатина (рН-8,0). В 11% растворе гуммиарабика эмульгируют масло или масляный раствор лекарствен­ного вещества. Обе жидкости смешивают мешалкой (температура сме­си 50°С во избежание гелеобразования). Добавляют раствор едкого натра до рН смеси 6,5, при котором электрические заряды обоих поли­меров становятся противоположными. Смесь разбавляют водой и 10% раствором уксусной кислоты, рН снижают приблизительно до 4,5. При этом значении рН макрокатионы желатина притягиваются к макро­анионам гуммиарабика, капли коацервата обволакивают капельки капсулируемого масла и образуют оболочки. Для дубления оболочек микрокапсул добавляют 37% раствор формальдегида. После затвер­дения оболочек температуру смеси понижают до 10°С, а рН увеличи­вают до 9,0 для еще большей прочности оболочки. После этого микро­капсулы сушат и подвергают просеву для выделения фракции необхо­димого размера.
В случае микрокапсулирования водорастворимых лекарственных ве­ществ используют выделение новой фазы в среде органического рас­творителя, а в качестве материала оболочки —эфиры целлюлозы, силоксановые полимеры, поливинилхлорид и некоторые другие поли­меры.
Примером может служить микрокапсулирование витаминов С и В. Тонко измельченные препараты диспергируют в растворе пленкообразователя: аскорбиновую кислоту в растворе этилцеллюлозы в ме-тилэтикетоне или ацетилцеллюлозы в ацетоне, тиамина хлорид — в растворе ацетофталата целлюлозы в смеси ацетона и гексана. При медленном добавлении в эти системы высокомолекулярного осадителя (полисилоксановая жидкость) выделяется новая дисперсная фаза, ко­торая в виде микрокапель локализуется вокруг кристалликов аскорби­новой кислоты, сливаясь затем в сплошную оболочку. Последующие операции обычные: отверждение оболочек микрокапсул, отделение микрокапсул от дисперсионной среды, промывка и сушка18.
4.3. Химические методы
Получение микрокапсул химическим методом основано на реакции полимеризации и поликонденсации на границе раздела фаз вода — масло. Для получения микрокапсул этим методом должно быть определенное количественное соотношение капсулируемого вещества и материала оболочки пир определенных концентрациях полимера в растворе. Материал оболочки должен лег­ко адсорбироваться на поверхности диспергированных частичек.
В масле растворяют лекарственное вещество, мономер (например, метилметакрилат) и ката­лизатор реакции полимеризации (например, перекись бензоила). По­лученный раствор нагревают 15—20 мин при температуре 55°С и вли­вают в водный раствор эмульгатора. Образуется эмульсия типа М/В, которую выдерживают 4 ч для завершения полимеризации. Получен­ный полиметилметакрилат, нерастворимый в масле, образует вокруг капелек последнего плотную оболочку. Сформировавшиеся микрокап­сулы отделяют от среды, промывают и сушат.
Химические методы применяются для микрокапсулирования как твердых, так и жидких веществ. Размеры микрокапсул можно изменять в широком диапазоне, с содержанием капсулированного вещест­ва до 99 %
В зависимости от целей, технологических возмож­ностей, свойств капсулируемых веществ и полимерных материалов выбирают метод микрокапсулирования.
5. Лекарственные формы из микрокапсул
Развитие научных исследований в последние годы подтвердило, что рациональная лекарственная форма обеспечивает оптимальное биологическое действие лекарственных веществ и определяет свойства препаратов. Передовым направлением создания современных лекарственных форм является микрокапсулирование, сущность которого состоит в заключении небольших количеств лекарственных веществ в индивидуальные изолирующие от внешней среды оболочки различной природы.
В настоящее время за рубежом проводятся работы по капсулированию уреазы, каталазы, рагиназы, β-галактозидазы и других ферментов методом межфазной конденсации, а также по изучению свойств микрокапсул и их испытанию in vitro и in vivo19. Микрокапсулы, полученные по методу Чанга, представляют с раствор фермента, окруженный сферической ультратонкой оболочкой. Материалы оболочки — полиамиды, полиуретаны, полиэфиры и др. Заключенный в микрососуд фермент не вступает в прямой такт с внешней средой, но воздействует на вещества, проникающие внутрь микрокапсулы, способствуя удалению метаболитов из организма20.
Для микрокапсулирования воды и водных растворов предложен также метод двойного эмульгирования. В этом случае водный раствор или воду эмульгируют в растворе пленкообразующего полимера в легкокипящем липофильном растворе и полученную эмульсию эмульгируют в большем избытке воды. Раствор полимера образует жидкую оболочку вокруг первоначально сформированных капель капсулируемого вещества, которая затвердевает при испарении растворителя. Этот метод широко используется для микрокапсулирования антибиотиков и ферментов.
Разработанные методы используют для микрокапсулирования самых разнообразных веществ: фармацевтических препаратов, ядохимикатов, удобрений, пищевых масел и жиров, ароматных веществ для дезодорантов, различных косметических композиций, лейкокраситслей, получения безуглеродистой копировальной бумаги и фотобумаги, адгезивов, катализаторов, растворителей, пластификаторов.
Из капсулируемых фармацевтических препаратов можно перечислить следующие: аспирин, эуфиллин, левомицетин, фурадонин, окситетрациклина дигидрат, тетрациклин, клофибрат, железа закисного сульфат, лития карбонат, метионин, масло вазелиновое, фенацетин, натрия гидрокарбонат, витамины (В1, В6, В2, B12, С), хлорфенирамин, малеат, рыбий жир, дисульфирам21.
6. Биофармацевтические исследования лекарственных форм с
микрокапсулами
6.1. Исследование микрокапсулирования этмозина и свойства микрокапсул
К числу основных факторов, определяющих разнообразность широкого применения микрокапсулирования, относятся возможность обеспечения равномерного и длительного терапевтического действия после разового приема, дополнительная защиты лекарственных веществ от воздействия факторов внешней среды, маскировка их неприятного вкуса запаха, снижение раздражающего действия.
В ТМИ были проведены экспериментальные исследования процесса микрокапсулирования и свойств микрокапсул антиаритмического препарата этмозина22.
Микрокапсулирование проводили методом испарения летучего растворителя полимера из дисперсионной среды в качестве полимерных материа-оболочек микрокапсул применяли этилцеллюлозу отечественного производства с содержанием этоксильных групп 50%, а также ацетилцеллюлозу с содержанием ацетильных групп 49%. Этилцеллюлозу растворяли в смеси ацетон-этанол (1:1), растворителем ацетилфталилцеллюлозы исследователи выбрали ацетон. В лабораторных условиях микрокапсулирование проводили в термо­статированном стакане вместимостью 600 мл, снабженном мешалкой пропел­лерного типа с регулируемой ско­ростью вращения и контактным тёрмометром. Раствор полимера подавали с помощью капельной воронки, снабжен­ной микромешалкой и присоединенной к источнику сжатого воздуха.
Свойства микрокапсул, в значительной степени зависят от условий проведения процесса: вязкости растворов полиме­ров, соотношения полимер/капсулируемое вещество, температурного ре­жима, скорости перемешивания систе­мы и соотношения объемов дисперс­ной фазы и дисперсионной среды.
Коллективом сподвижников были разработаны оптимальные условия и установлено, что эффективность процесса микрокапсулирования и свойства микрокапсул могут изме­няться при различных значениях вяз­кости растворов этил- и ацетилцеллюлозы. С увеличением вязкости раство­ров полимеров во фракционном соста­ве продукта микрокапсулирования возрастает доля микрокапсул больше­го размера и, наоборот, при уменьшении вязкости внутренней фазы наблю­дается увеличение числа микрокапсул более узких фракций. Например, ис­пользование растворов этилцеллюлозы в концентрации 15% приводило к то­му, что во фракционном составе пре­обладали микрокапсулы размером свыше 1000 мкм, уменьшение концент­рации раствора полимера до 9 % сопровождалось ростом доли час­тиц меньшего размера, среди которых более 55 % приходилось на микрокап­сулы размером 250—750 мкм.
В зависимости от концентрации рас­творов полимеров, опреде­ля­ющей их вязкость при постоянной температуре, происходило изменение выхода готово­го продукта микрокапсулирования. Наибольший выход микрокапсул этмозина наблюдается при использовании растворов ацетилцеллюлозы концент­рации 6—8 % и растворов этилцеллюлозы концен­трации 9—12 %.
Серия экспериментов с использова­нием загрузки различных количеств полимеров и этмозина в пределах со­отношений 1:1 —1:10 показала, что содержание оболочечного материала микрокапсул может изменяться от. 47,6 до 5,2 %23.
На основании изучения кинетики высвобождения этмозина из микро­капсул с различной толщиной оболочки установлено, что наиболее рационально использовать для микро­капсулирования этмозина загрузки при соотношениях этилцеллюлозы и этмо­зина 1:5 и ацетилцеллюлозы и этмо­зина 1:4.
Были так же проведены исследования по разработки оптимальных условий перемеши­вания системы и выяснено, что образование равно­мер­ной дисперсии этмозина в растворах этил- и ацетилцеллюлозы обеспе­чи­ва­ется при регулировании скорости вращения мешалки в пределах 100—150 об/мин. При недо­статочной скорости перемешивания системы часть препарата оседает на дно стакана и безвозвратно теряется. Слишком интенсивное перемешивание сопровождается вспениванием и раз­брызгиванием суспензии, что снижает эффективность процесса микрокапсу­лирования. Эффективность протекания процес­са оценивали с помощью микроскопии и на основании результатов изучения гранулометрического состава.
Соотношение объемов фаз в процессе микрокапсулирования должно обеспечивать получение эмульсии препарата в неполярной дисперсионной среде, а не наоборот, и по возможности максимальную загрузку.
Размеры капель эмульсии и ее соответственно микрокапсул зависят не только от интенсивности перемешивания системы, но и от объемной концентрации дисперсной фазы в дисперсионной среде, поскольку с изменением концентрации степень вероятности коалесценции капель эмульсии, уменьшения или увеличения, также меняется.
Для выбора объемного соотношения фаз в исследованиях было изучено влияние этого соотношения в пределах 1:1 — 1:5 на выход конечного продукта и его гранулометрический состав. Из полученных данных следует, что с увеличением объема дисперсной фазы происходит снижение доли микрокапсул более узких фракций24.
Оптимальным интервалом температур был найден интервал 45—50 °С.
Сравнение характеристик сыпучести и насыпной массы различных фракций микрокап­сул по­казало, что наиболее технологичны­ми являются микрокапсулы, размеры которых находятся в пределах 250— 750 мкм.
Изучение скорости высво­бождения микрокапсулированного эт­мозина показало, что использование микрокапсул размером 250—750 мкм обеспечивает равномерное замедлен­ное высвобождение препарата.
Конечным результатом эксперимен­тов стала разработка условий процес­са микрокапсулирования, при которых обеспечивается преимущественное об­разование микрокапсул этмозина в этил- и ацетилцеллюлозных оболочках с необходимыми свойствами.
6.2. Технология микрокапсулирования теофиллина