«Фармацевтическая отрасль», октябрь № 5 (46) 2014
Тема номера:
мягкие лекарственные формы
22
Мягкие лекарственные средства:
фармацевтическая разработка
и трансфер технологии
Н. А. Ляпунов, Е. П. Безуглая,
И. А. Зинченко, А. Н. Ляпунов,
Ю. М. Столпер
ГНУ «НТК «Институт монокристаллов»
НАН Украины»,
г. Харьков
lyapunov_na@mail.ru
Введение
Общий методологический подход к фармацевтической разработке ле- карственных препаратов стандарти- зован в руководстве ICH Q8 [1]. В
Украине принято гармонизирован- ное с ним руководство СТ-Н МОЗУ
42-3.0:2011 «Лікарські засоби.
Фармацевтична розробка (ICH Q8)»
[2]. В соответствии с Руководством
ICH Q10, регламентирующим фар- мацевтическую систему качества, фармацевтическая разработка яв- ляется первым этапом жизненного цикла препаратов, а перенос (транс- фер) технологии – вторым этапом, который предшествует промышлен- ному производству [3, 4].
Фармацевтическая система ка- чества должна преследовать три основные цели: достижение каче- ства продукции, установление и поддержание контролируемого со- стояния, способствование постоян- ному улучшению [3, 4]. Цель фарма- цевтической разработки – создать препарат соответствующего каче- ства и обосновать процесс его про- изводства, чтобы постоянно выпу- скать продукцию с заданными функциональными характеристи- ками [1, 2]. Краеугольным камнем при этом является качество, под которым понимают соответствие действующего вещества или лекар- ственного препарата его назначе- нию; это понятие включает такие показатели, как идентичность, сила действия и чистота [1, 2, 5, 6]. Об- щие требования к качеству препа- ратов в различных лекарственных формах, предназначенных для раз- ных путей введения, установлены в общих статьях ведущих фармако- пей (например, Европейской Фар- макопеи [7]), в специальных моно- графиях (например, «Aciclovir
Cream» British Pharmacopoeia,
2013) и в определенных руковод- ствах по качеству (например, [5, 6,
8, 9]). Общие требования должны быть уточнены и конкретизированы в спецификациях производителей на препараты.
Несмотря на общий подход, пла- ны экспериментов по фармацевти- ческой разработке, целевые про- фили качества, критические пока- затели качества и критические па- раметры процессов будут карди- нально отличаться для препаратов в разных лекарственных формах, а также для различных препаратов в одной и той же лекарственной фор- ме, что необходимо учитывать при планировании каждой разработки и каждого трансфера технологии.
Для фармацевтической разработ- ки необходимы многофакторные взаимосвязанные эксперимен- тальные научные исследования, которые специфичны для данной лекарственной формы и конкрет- ного препарата. Необходимо, что- бы стратегия экспериментов вклю- чала фазы скрининга, определения параметров (количественной оцен- ки эффектов переменных и их вза- имодействия друг с другом) и опти- мизации (в том числе изучения устойчивости процесса). При этом важнейшее значение приобретают аналитическое сопровождение экспериментов и оценка аналити- ческих методик, необходимых для исследований, контроля процесса и продукции [10].
Общие методологические подхо- ды к фармацевтической разработке мягких лекарственных средств
(МЛС) в настоящее время офици- ально не стандартизованы, в отли- чие от, например, подходов к раз- работке и включению в специфика- ции требуемых показателей каче- ства для ингаляционных и назаль- ных препаратов [8, 9]. В Европей- ской Фармакопее [7] установлена классификация МЛС по лекарствен- ным формам (мази, кремы, гели, пасты, припарки, медицинские и кожные пластыри) и препаратам для разных путей введения (накож- ные, ректальные, вагинальные, уш- ные, назальные, оромукозные и глазные). Кроме того, изложены об- щие требования к их качеству и не- которым методам испытаний, кото- рые лишь предполагают проведе- ние соответствующих исследований при фармацевтической разработке и трансфере технологий. Поэтому исследователю приходится каждый раз самостоятельно решать пере- численные выше задачи по плани- рованию экспериментов, принятию решений на основе их результатов, выявлению критических показате- лей и параметров, а также их стан- дартизации.
Цель настоящей статьи – определить особенности фарма- цевтической разработки препара- тов в форме мазей, кремов и гелей, которые могут распространяться и на трансфер их технологий, приме- нительно к методологическому под- ходу, установленному в Руковод- стве ICH Q8 [1, 2].
Рассмотрим поэтапно исследо- вания по фармацевтической разра- ботке МЛС. Номер каждого этапа соответствует обозначению струк- турного элемента модуля 3 «Каче- ство» регистрационного досье в формате CTD [11].
3.2.Р.2.1. Компоненты
лекарственного препарата
3.2.Р.2.1.1. Лекарственное веще-
ство
Должны быть установлены и обсуж- дены физико-химические и биоло- гические свойства лекарственного вещества, которые могут влиять на функциональные характеристики лекарственного препарата и воз- можность его производства, или такие характеристики лекарствен-
«Фармацевтическая отрасль», октябрь № 5 (46) 2014
Тема номера:
мягкие лекарственные формы
23
ного вещества, которые специаль- но для него установлены. При раз- работке МЛС такими свойствами являются: растворимость, содер- жание воды, размер частиц, свой- ства кристаллов, биологическая активность, проницаемость. Если разные свойства взаимосвязаны, их надо рассматривать в сочета- нии. Для планирования таких ис- следований необходимо принять решение о применении лекар- ственного вещества в форме рас- твора, эмульсии или суспензии с определенным размером частиц.
При разработке препарата-генери- ка следует учитывать состояние ле- карственного вещества в рефе- рентном препарате, а при разра- ботке оригинального препарата такое решение должно быть при- нято на основании:
•
медико-биологических требова- ний к препарату;
•
результатов фармакологиче- ских и токсикологических иссле- дований;
•
результатов исследования ста- бильности.
Например, чтобы МЛС для ле- чения воспалительных и дегене- ративно-дистрофических заболе- ваний суставов обеспечивали проникновение действующих ве- ществ через кожу, последние должны находиться в растворен- ном состоянии. Применение не- стероидных противовоспалитель- ных препаратов (НПВП) в МЛС в форме суспензии окажет проти- вовоспалительное и анальгетиче- ское действие на кожу, но не на сустав. В соответствии с этим надо планировать исследования по определению растворимости
НПВП в зависимости от состава смешанных растворителей, тем- пературы и рН. Если планируется использование одного и того же лекарственного вещества (напри- мер, кетопрофена) разных произ- водителей, то следует исследо- вать растворимость для каждой из субстанций. Разные схемы син- теза и разные остаточные раство- рители обусловливают разную растворимость, разные свойства кристаллов, которые по мере по- нижения температуры могут вы- падать в осадок, нуждаться в при- менении разных составов раство- рителей, а также разные темпера- турные режимы хранения МЛС.
Хондропротекторы (хондроитин, глюкозамин и др.) хорошо раство- римы в воде, но имеют разную мо- лекулярную массу, от которой за- висит их проникновение через кожу. В связи с этим необходимо планировать исследования по изу- чению их высвобождения в опытах in vitro через полупроницаемую мембрану и эксперименты, связан- ные с определением проницаемо- сти через кожу, например, биологи- ческое действие на эксперимен- тальной модели патологии сустава.
Если два вещества взаимодей- ствуют между собой, то можно при- нять решение о разработке крема или крем-геля, в котором одно ве- щество локализовано в дисперс- ной фазе, а другое – в дисперсион- ной среде эмульсии, что требует проведения соответствующих ис- следований.
При разработке крема с глюко- кортикостероидом (ГКС) на основе эмульсии 1 рода следует решить вопрос о физическом состоянии
ГКС в препарате: раствор или су- спензия? Если установлено, что в форме раствора ГКС в креме обла- дает более высокой противовоспа- лительной активностью, но в подо- стром эксперименте оказывает свойственные ГКС системные по- бочные эффекты, то следует при- нять решение о введении ГКС в форме суспензии.
При разработке суспензионных препаратов с помощью метода ла- зерной дифракции необходимо ис- ходно определить у лекарственного вещества распределение частиц по размерам. Для стандартизации размера частиц следует оценить его потенциальное влияние на функциональные характеристики лекарственного препарата и выяс- нить, является ли размер частиц критическим:
•
для эффективности действия?
•
для технологичности лекар- ственного препарата?
•
для стабильности и качества ле- карственного препарата?
•
для однородности содержания в лекарственном препарате?
•
для сохранения внешнего вида препарата?
Если на эти свойства препарата размер частиц не влияет, то опре- делять для него критерий приемле- мости не требуется. Если имеется взаимная связь размера частиц хотя бы с одним из свойств препа- рата, необходимо установить и обо- сновать критерий приемлемости для размера частиц или их распре- деления по размерам.
Для термодинамической устой- чивости суспензий важны узкое распределение частиц по разме- рам и плохая растворимость лекар- ственного вещества в требуемом диапазоне температур, что позво- ляет предотвратить перекристалли- зацию при хранении суспензий. В связи с этим необходимо планиро- вать исследования по растворимо- сти лекарственного вещества и определению размера суспендиро- ванных частиц при хранении МЛС.
При этом выбор для препарата ми- кронизированной или немикрони- зированной субстанции – важный момент, определяющий также вы- бор технологического процесса.
Некоторые лекарственные ве- щества имеют разную стабиль- ность в форме раствора и суспен- зии, а также в виде различных про- изводных (основания, соли, эфира и др.), что требует планирования соответствующих скрининговых ис- следований стабильности с опреде- лением продуктов разложения.
Важными являются исследова- ния по оценке совместимости ле- карственного вещества со вспо- могательными веществами, а так- же лекарственных веществ друг с другом при разработке комбини- рованных препаратов. Совмести- мость можно прогнозировать на основе знаний химии и данных на- учной литературы. Для оценки со- вместимости наиболее перспек- тивны хроматографические мето- ды, позволяющие оценить образо- вание иных химических соедине- ний и продуктов разложения. Так, с помощью метода ВЭЖХ было установлено, что взаимодействие бета метазона-17-валерата с кати- онными антисептиками (напри- мер, с хлоргексидина биглюкона- том) при производстве и хранении кремов приводит к его постепен- ной трансформации в бета ме та зо- на-21-ва лерат.
Использование вместо жидкостной хроматогра- фии спектрофотометрического ме- тода не позволяет определить та- кую несовместимость.
Два вещества могут быть несо- вместимы в одном препарате, если для их стабилизации или осущест-
«Фармацевтическая отрасль», октябрь № 5 (46) 2014
Тема номера:
мягкие лекарственные формы
24
вления их функций требуются раз- ные условия, например, разные об- ласти рН. Так, кетоконазол стаби- лен в слабощелочной среде, поэто- му он несовместим с сорбиновой и бензойной кислотами, оказываю- щими антимикробное консервиру- ющее действие в кислой среде, а также с парабенами, которые при хранении в щелочной среде гидро- лизуются.
Оценить совместимость можно с помощью биологических мето- дов. Например, при разработке препаратов с ферментами необхо- димо исследовать влияние вспомо- гательных веществ на фермента- тивную активность. При разработ- ке препаратов с антибактериаль- ными и антифунгальными лекар- ственными веществами целесоо- бразно исследовать взаимное вли- яние компонентов на антибактери- альное и антифунгальное действие с использованием методов диффу- зии в плотную питательную среду и
/ или бактерицидной / фунгицид- ной кинетики.
Примером несовместимости, связанной с физико-химическими взаимодействиями, является со- вместное мицеллообразование та- ких катионных поверхностно-ак- тивных веществ (ПАВ), как бензал- кония хлорид, цетилпиридиния хло- рид и др., с неионогенными ПАВ, которое приводит к частичной или полной потере антимикробной ак- тивности катионных антисептиков.
Методом спиновых зондов нами было установлено, что вещества, содержащие аминогруппы, взаи- модействуют с карбоксильными группами карбомеров; при этом время корреляции их вращатель- ной диффузии замедляется и про- ходит через максимум в зависимо- сти от рН гелей. Следствием такого взаимодействия становится, на- пример, снижение антифунгальной активности тербинафина гидрохло- рида. По результатам этих исследо- ваний при разработке препарата- генерика, который является анало- гом инновационного препарата
Ламизил® Дермгель гель 1 %, по- требовалась разработка специаль- ной технологии, устраняющей про- явление такой несовместимости. В связи с этим хотелось бы отметить, что многие референтные препара- ты, несмотря на кажущуюся просто- ту составов, имеют ноу-хау, связан- ные с технологическими процесса- ми, что требует проведения серьез- ных многоплановых исследований для создания терапевтически экви- валентных препаратов-генериков.
В отношении каждого лекар- ственного вещества, с которым планируется разработка конкрет- ного препарата в данной лекар- ственной форме, необходимо про- ведение определенных научных ис- следований, которые связаны с критичностью для качества, эффек- тивности и безопасности.
3.2.Р.2.1.2. Вспомогательные ве-
щества
Следует указать, обосновать и обсу- дить функциональное назначение каждого вспомогательного веще- ства, а также доказать необходи- мость его использования для обе- спечения предполагаемой функции
(например, растворителей, эмульга- торов, гелеобразователей, антиок- сидантов, антимикробных консер- вантов, регуляторов рН и др.) и со- хранение этой функции в течение предполагаемого срока хранения препарата.
Необходимо обосновать выбор вспомогательных веществ, их кон- центраций и характеристик с уче- том влияния на функциональные свойства лекарственного препара- та (например, реологические пара- метры, стабильность, высвобожде- ние в опытах in vitro и др.), возмож- ность его производства или пока- затели качества. Обоснование должно базироваться на результа- тах исследований, выполненных, по возможности, в соответствии с результатами фармакопейных (на- пример, фармако-технологических) тестов с применением, при необхо- димости, валидированных методик анализа.
Каждая группа вспомогательных веществ, имеющих определенное функциональное назначение, требу- ет специальных методов исследова- ний, которые могут включать иссле- дование свойств и функциональных характеристик соответствующих ти- пов основ для МЛС и конкретных препаратов на этих основах. Для научно обоснованного применения вспомогательных веществ необхо- димы результаты фундаментальных исследований, понимание механиз- мов происходящих явлений, а также проведение многофакторных при- кладных исследований на этапе фармацевтической разработки кон- кретного препарата. Такой подход соответствует принципу «качество путем разработки» («quality by design» – QbD), установленному в части II руководства ICH Q8 [1, 2].
В нашей лаборатории по основ- ным направлениям, связанным со вспомогательными веществами, на постоянной основе осуществля- ются определенные фундаменталь- ные исследования. Так, исследуют- ся различные физико-химические свойства смешанных растворите- лей, например, проводится поли- термическое определение вязко- сти, плотности, диэлектрической проницаемости, а также поверх- ностно-активных свойств. Эти ис- следования позволяют оценить структуру растворителей и в каж- дом конкретном случае осуще- ствить правильный выбор их соста- ва. Например, анализ квазитермо- динамических характеристик акти- вации вязкого течения и их зависи- мостей от состава растворителя показал, что в исследуемой систе- ме вода-неводный растворитель имеются концентрационные обла- сти составов с доминирующей структурной организацией воды, смешанного растворителя с преоб- ладанием структуры воды, смешан- ного растворителя с преобладани- ем структуры неводного раствори- теля и структурой неводного рас- творителя [12].
Для технологии дисперсных ле- карственных форм с жидкой дис- персионной средой результаты та- ких исследований представляются важными по следующим причинам.
В гетерогенных дисперсных систе- мах, стабилизированных ПАВ, рас- творители, создающие дефицит эн- тропии, должны способствовать проявлению термодинамической неустойчивости эмульсий, суспен- зий, пен. Наоборот, растворители, разрушающие структуру воды, долж- ны способствовать повышению их стабильности. В случае преоблада- ния структуры неводного раствори- теля ослабевают гидрофобные вза- имодействия и эмульсии расслаива- ются. При этом требуется другой механизм стабилизации дисперс- ной системы, связанный, например, с гелеобразованием. Это позволяет разрабатывать препарат на основе крем-геля, а не крема.
«Фармацевтическая отрасль», октябрь № 5 (46) 2014
Тема номера:
мягкие лекарственные формы
25
Варьируя состав смешанных растворителей, химическую приро- ду неводных растворителей и темпе- ратуру, можно управлять раствори- мостью гидрофобных и гидрофиль- ных лекарственных веществ в ши- роком интервале, что важно для разработки составов и технологий
МЛС. В связи с этим мы проводим систематизированные исследова- ния по определению растворимости действующих веществ [13].
Следующий пример связан с фундаментальными исследования- ми ПАВ. При исследовании структу- ры мицелл коллоидных ПАВ и их агрегатов с высшими жирными спиртами (ВЖС) с использованием метода спиновых зондов было уста- новлено, что в смешанных агрега- тах происходит латеральное разде- ление фаз с образованием на гра- нице с полярной частью жидких в латеральном направлении обла- стей, образованных молекулами коллоидного ПАВ, и твердообраз- ных в латеральном и радиальном направлениях участков, образован- ных молекулами жирных спиртов. В отличие от сферических мицелл в смешанных агрегатах возрастает свобода движения алкильных це- пей по мере удаления от полярной части, что свидетельствует об их не- сферической форме. При опреде- ленных массовых соотношениях между коллоидным ПАВ и жирными спиртами из таких агрегатов в воде и водно-гликолевых растворах об- разуются коагуляционные структу- ры, имеющие пластический тип те- чения и тиксотропные свойства.
При нагревании происходит плавле- ние твердообразных участков в смешанных агрегатах, что приводит к уменьшению структурной вязкости эмульсионных основ 1-го рода с по- следующим переходом пластиче- ского типа течения в ньютоновский.
Этот термоиндуцированный пере- ход является обратимым [14].
На основании результатов таких фундаментальных исследований можно заключить, что при фарма- цевтической разработке препара- тов в форме кремов значимыми факторами для выбора состава эмульгаторов являются соотноше- ния между эмульгаторами 1-го и
2-го рода, их природа и концентра- ция, гидрофильно-липофильный ба- ланс, длина алкильных цепочек, фракционный состав эмульгаторов, температура, а также состав дис- персионной среды, в котором долж- на преобладать структура воды.
При планировании фармацев- тической разработки препаратов в форме гелей на основе карбоме- ров необходимо учитывать такие факторы, как тип карбомера, при- роду щелочного агента для данного состава дисперсионной среды, со- отношение между карбомером и щелочным агентом, от которого за- висят реологические параметры и рН гелей [14]. Реологические пара- метры гелей на основе карбоме- ров мало зависят от температуры; препараты сохраняют гелеобраз- ную консистенцию при достаточно высоких температурах.
При разработке мазей и кремов на гидрофобных основах необходи- мо учитывать реологические пара- метры вазелина и их зависимость от температуры, поскольку у разных производителей они могут суще- ственно отличаться. Качество вспо- могательных веществ, имеющих одно и то же международное непа- тентованное название, для которых декларируется соответствие моно- графии Европейской Фармакопеи, но поставляемых разными произво- дителями, может существенно отли- чаться. Особенно это относится к смешанным вспомогательным ве- ществам, которые могут иметь раз- ный фракционный состав, напри- мер, к вазелину белому и цетостеа- риловому спирту [14].
Исследование таких вспомога- тельных веществ, как антимикроб- ные консерванты, предполагает из- учение их антимикробного консер- вирующего действия в отношении лекарственного препарата, а иссле- дование антиоксидантов – в отно- шении компонента, который спосо- бен окисляться при хранении. Не- обходимо учитывать распределение этих вспомогательных веществ между водной средой / фазой и масляной фазой / средой в гетеро- генных дисперсных системах, а так- же их взаимодействие и совмести- мость с другими компонентами
МЛС, что может повлиять на функ- циональные свойства консерван- тов и антиоксидантов. Примером несовместимости, которая приво- дит к выпадению осадка в ходе тех- нологического процесса и сниже- нию эффективности антимикробно- го консервирующего действия, мо- жет служить совместное использо- вание в геле карбомера и бензал- кония хлорида.
При выборе усилителей проник- новения следует доказать, что они обеспечивают предусматриваемую для них функцию. Скрининговые исследования необходимо прово- дить в отношении МЛС, используя метод диализа через полупроница- емую мембрану (опыты in vitro). Ко- личественное определение лекар- ственного вещества в диализате необходимо проводить с помощью валидированных методик анализа.
Если лекарственное вещество не попадает в диализат в опытах in vitro, то, скорее всего, усилитель проникновения не выполнит свою функцию и в опытах in vivo. Можно привести примеры, когда в присут- ствии усилителя проникновения ле- карственное вещество не диффун- дирует в диализат через полупро- ницаемую мембрану:
•
хондроитин сульфат натрия под влиянием ДМСО не диффунди- рует из геля, крема и мази че- рез полупроницаемую мембра- ну вследствие высокой молеку- лярной массы этого хондропро- тектора, хотя сам ДМСО высво- бождается в диализат;
•
мелоксикам практически не диффундирует через полупро- ницаемую мембрану из крема, в котором он находится в фор- ме суспензии.
В то же время под влиянием усилителей проникновения через полупроницаемую мембрану легко диффундирует такой низкомолеку- лярный хондропротектор, как глю- козамина гидрохлорид и мелокси- кам, который находится в геле в форме раствора. В опытах in vivo на экспериментальных животных крем-гели глюкозамина гидрохло- рида оказывают выраженное хон- дропротекторное действие, а ме- локсикам из геля пролонгирован- но абсорбируется в системный кровоток, что подтверждает функ- циональное действие усилителей проникновения (рис. 1 и 2).
Эти примеры показывают, что отдельные исследования относи- тельно лекарственных и вспомога- тельных веществ могут являться од- новременно исследованиями по разработке состава препарата, изу- чению его свойств и доклиническо- му изучению, результаты которого
«Фармацевтическая отрасль», октябрь № 5 (46) 2014
1 2 3