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Erhhung der in vitro Lsungsgeschwindigkeit durch Einschlu╤Яverbindungen mit -Cyclodextrin.

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290
Fromming und Weyermann
Arch. Pharmaz.
hlfung am Yoshidcr-Sarkomder Ratte
Es wurden 150-200 g schwere miinnliche Ratten des Stammes BD I1 als Versuchstiere verwendet. Zur Verimpfuq kam 5-7 Tage altes Yoshida-Ascites-Sarkom. Der Ascites wurde unter
sterilen Bedingungen entnommen und im Verhiiltnis 1: 10 mit Ringer-Losung DAB 6, die zusiitzlich 200 mg %Glucose und 100 mg % Natriwnhydrogencarbonat enthielt, verdiinnt. Von
dieser Verdiinnung injizierten wir den T h e n jeweils 0,2 ml subcutan unter die Riickenhaut. Zur
Therapie, die nach 5-8 Tagen bei einem Tumorgewicht von 0,5-2,2 g begann, wurde an 4-7
aufeinandafotgenden Tagen jeweils 1/4 der DL,, (1) der zu untersuchenden Substanz ip. verabreicht. Die Wachstumsentwidrlung der Tumoren wurde tiiglich nach H.DmJtrey durch Anfertigum von Plastilinmodellen nach dem perkutanen Tastbefund ermittelt. Unter Beriidcsichtigung des spezifschen Gewichtes von Plastilin (1,8) ergab sich aus dem Modellgewicht das jeweilige Tumorgewicht. Die Auswertung erfotgte im Vergleich zu den unbehandelten Kontrolltieren, wobei als Kriterium der Wiksamkeit die Hemmung des Tumorwachstums und die Lebensdauer der Tiere diente.
Rufing am Sarkom 180 der Maus
Als Veauchstiere dienten erbreine m m l i c h e Mause der NMRI-Linie, Gewicht 20-25 g. Fiir
jede Konzentration einer Substanz wurden etwa 20 Mause und ebensoviele Kontrolltiere verwendet. Zur Verimpfung kam 5-7 Tage altes Sarkom 180. Die Mause erhielten das Impfmaterial - je ein Tumorstiickchen von etwa 2 mm3 - subcutan unter die rechte Flanke implantiert.
Nach 8 Std. wurde mit der Therapie begonnen, wobei die Tiere an 5-8 aufeinanderfolgenden Tagen je eine ip. Injektion der zu priifenden Substanzlosung erhielten. Die TumorgroDe
wurde am 10. Tag des Versuchs nach Totung der Tiere ermittelt. Die Tumorem wurden herausgeschalt und gewogen; Methodik sieke 11*12).
11 W. Oettel, Arzneimittel-Forsch. 4, 696 (1954).
12 W. J. Gay, Methods of Animal Experimentation, Vol. 11, Academic Press New York, S. 171
(1965).
Anschrift: Prof. Dr. H. Schonenberger, 8 Miinchen 2, Sophienstrah 10
[Ph 451
K.-H. Fromming und 1. Weyermann*)
Eahohung der in vitro Losungsgeschwindigkeit durch
Einschluherbindungen mit &Cyclodextrin
Aus dem Pharmazeutischen Institut der Freien Universitat Berlin
(Eingegangen am 19. April 1971)
Durch Uberfuhrung in eine feste EinschluDverbindung mit PCyclodextrin l i t sich die in vitro
Lijsungsgeschwindigkeit der betreffenden Gastkomponente erhohen.
Dissolution Rate Enhancement by BCyclOdextrin Inclusion Compounds
The in vitro dissolution rate of an appropriate substance can be enhanced by formation of a
solid inclusion compound with P-cyclodextrin.
* Auszug aus der Dissertation von I. Weyermann, Freie Universitat Berlin, 197 1.
29 1
Einschlufiverbidungcn mit PCycbdurrrin
305172
Cyclodextrine, auch Schardinger-Dextrine genannt, sind cyclische Verbindungen,
die beim Abbau der Starke mit einer Amylase aus Bacillus macerans entstehen').
Es handelt sich urn durch 1 ,CBindungen verknupfte Glu~oseeinheiten~-~
).
Die bekanntesten Cyclodextrine sind6) :
- Cyclodextrin (Cyclohexaamylose), innerer Durchmesser
p - Cyclodextrin (Cycloheptaamylose), innerer Durchmesser
7 - Cyclodextrin (Cyclooctaamylose), innerer Durchmesser
6A
7- 8 A
9-10 A
Freudenberg und spater Cramer erkannten, daO in diesen Hohlraumen ,,Gastmolekiile" eingeschlossen werden konnen7'8)wobei ein gleichzeitiges Aufeinanderlagern verschiedener ringformiger Cyclodextrinmolekule erfolgt, so daO ein kanalformiger Hohlrmm gebildet wird,
in dem sich die Castmolekule befinden. Da es sich hierbei um rein raumliche Komplexe handelt,
konnen z. B. in einen von der 7-Komponente gebildeten Kana1 relativ grosere Molekiile als in
einen OL-Cyclodextrin-Kana1 eingeschlossen werden.
Durch die Bildun eines festen Addukts wird zwar haufuer die Wasserloslichkeit der Cycledextrine reduziertS' jtrotzdem konnen derartige Komplexe auch in Losung vorliegen' - I?)
OL
I
'
Pharmazeutische Verwendungsmoglichkeitendieser Addukte sind bisher noch nicht
naher untersucht worden. Folgende Anwendungen kamen in Frage:
1) Uberfuhrung fliissiger Pharmaka in ein festes Addukt, in dem die fliissige Verbindung als Gastkomponente vorliegt.
2) Unterdriickung schlechten Geschacks oder Geruchs eines Pharmakons durch
Adduktbildung.
3) Stabilisierung oxidations- oder hydrolyseempfindlicher Verbindungen. Beispiele
hierfiir sind eine Schutzwirkung gegenuber dem 1-Ikpr~pyl-azulen'~,)
der Linolsiiure, Linolensiiure und dem Zi~ntaldehyd'~),dem
Procain, Atropin oder der
Acetylsalicylsiure ").
4) Vermeidung von Inkompatibilitaten zwischen der eingeschlossenen Gastverbindung und anderen Wirk- oder Hilfsstoffen.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
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11
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13
14
15
16
F. Schardinger, 2.Unters. Nahr. u. GenuDm. 6, 874 (1903).
K. Freudenberg, E. Plankenhorn und H. Knauber, Liebigs Ann. Chem. 558, 1 (1947).
K.Freudenberg undF. Cramer, Z. Naturforsch. 3b,464 (1948).
K.Freudenberg und F. Cramer, Chem. Ber. 83,296 (1950).
D. French und R. E. Rundle, J. Amer. chem. SOC.64,1651 (1942).
F. Cramer, Liebigs Ann. Chem. 579, 17 (1953).
K. Freudenberg, E. Schaaf, C. Dumpert und T.Ploetz, Naturwissenschaften 27, 850 (1939).
F. Cramer, Angew. Chem. 64, 136 (1952).
F. Cramer und F. M. Henglein, Chem. Ber. 90, 2561 (1957).
D. French, M. L. Levine, J. H. Pazur und E. Norberg. J. Amer. chem. Soc. 71,353 (1949).
F. Cramer, W. Saenger und H.C. Spatz, J. Amer. chem. Soc. 89, 14 (1967).
W. Broser und W. Lautsch, Z.Naturforsch. 8b, 711 (1953).
F. Cramer, Naturwissenschaften 38,188 (1951).
F. Cramer, Chem. Ber. 84,851 (1951).
H. Schlenk, D. M. Sand, J. A. Tillotson, J.Amer. chem. SOC.77,3587 (1955).
K. Koizumi, J. Tatsumi und M.Ohae, Yakugaku Zasshi 89,1594 (1969).
292
Ftomming und Weyermann
Arch. Pharmaz.
5) Liisungsbeschleunigender Effekt gegenuber bestimmten Stoffen. Einige Autoren
berichten uber Wechselwirkungen zwischen pharmazeutisch verwendeten Verbindungen und Cyclodextrinen in wariger Losung, die auf die Ausbildung von
EinschluBverbindungen und Wasserstoffbruckenbindungenzuriickgeftihrt wurden.
Hierdurch konnte teilweise eine Verbesserung der Loslichkeit einiger schwer
loslicher Verbindungen erreicht werden' 6- *).
Keine Untersuchungen sind bisher uber die Einarbeitung solcher kristalliner
Addukte in feste Arzneiformen und die nachfolgende Wirkstofffreisetzung im
Korper bekannt. Hierbei interessieren insbesondere zwei Fragen:
1) Wie verhalt sich die Geschwindgkeit der Pharmakonfreisetzung aus solchen
Einschlufiverbindungen in vitro?
2) Wie wird die Absorption einer eingeschlossenen Gastkomponente nach oraler
oder kutaner Applikation beeinflufit?
In dem Kana1 der Einschlufiverbindungliegt die Gastkomponente in molekulardisperser Form vor. Da das fiir die vorliegenden Untersuchungen verwendete
PCyclodextrin im Magen- oder Darmsaft loslich ist (1,85g/lOO ml Wasser")), sollte
eine relativ schnelle Losung oder ein Zerfall des Komplexes erfolgen, wobei die
eingeschlossene Gastkomponente in feinstverteilter Form freigesetzt wird. Es war
also eine Erhohung der Usungsgeschwindigkeit schwer loslicher Verbindungen zu
erwarten, was eventuell eine nachfolgende verbesserte Absorption bewirken sollte.
Es sol1 zunachst uber die in vitro Lasungsgeschwindigkeiteiniger Modellverbindungen aus dem Addukt heraus unter Berucksichtigung der wshrend einer MagenDarm-Passage auf einen Arzneistoff einwirkenden pH-Werte berichtet werden.
Die Laslichkeit von reinem P-Cyclodextrin ist im physiologischen pH-Bereich
wenig unterschiedlich. Bei pH 1,O gingen 81 % der eingesetzten Menge in Losung;
dieser Anteil stieg bis pH 8,5 lediglich auf 84 %. Daraus folgt, daf3 etwa auftretende
Unterschiede der Lasungsgeschwindigkeit der Gastkomponenten aus dem Addukt
heraus nicht auf die unterschiedlichen pH-Werte zuriickzufiihren sind.
Als Modellsubstanzen wurden auf Grund geeigneter Loslichkeiten und guter
analytischer ErfaBbarkeit Salicylsiiure, Benzoesaure, Menadion und Phenobarbital
herangezogen. Kristalline Einschlufiverbindungen des PCyclodextrins mit diesen
Stoffen sind bisher nicht beschrieben.
Im ,,dissolution test" nach Levyzo)wurdenjeweils bei pH 1,O- 4 3 - 7,s die Losungsgeschwindigkeiten der Gastkomponenten aus dem Addukt heraus ermittelt
17 J. L. Lach und Mitarbeiter, J. pharmac. Sci. 52, 132.137 (1963); 53,69,924 (1964); 54,
1745 (1965).
18 H. Schlenk und D. M. Sand, J. Amer. chem. SOC.83, 2312 (1961).
19 H. M. Rauen, Biochemisches Taschenbuch, Springer-Verlag Berlin, Gottingen, Heidelberg
1964, 1. Teil, S. 177.
20 G. Levy und B. Hayes, New England J. Med. 262, 1053 (1960). G. Levy und L. E. Hollister,
J. pharmac. Sci. 53, 1446 (1964).
30.5172
293
Einschluflverbindungen mit PCyclodextrin
und mit den Ceschwindigkeiten der Pharmaka allein und der Mischungen entsprechender Mengen P-Cyclodextrin plus Pharmakon untersucht.
In allen FBUen zeigte sich, dal3 aus dem Addukt heraus eine Erhohung der
Losungsgeschwindigkeit der eingeschlossenen Komponente eintrat, und zwar
sowohl gegenuber der im physikalischen Cemisch als auch gegenuber der Losungsgeschwindigkeit der nicht eingeschlossenenVerbindung. Aus dem physikalischen
Gemisch heraus war ebenfalls eine Erhohung der Losungsgeschwindigkeit gegenuber
der des Pharmakons allein feststellbar.
Beim 0-Cyclodextrin-Salicyldure-Addukt erfolgt die beschleunigte Pharmakonfreigabe am ausgepragtesten bei pH 1,O(Abb. la).
Nach 3 Min. sind bereits 60 % und nach 15 Min. der gesamte Wirkstoff bei den
verwendeten Konzentrationen herausgelost, wiihrend von der eingesetzten freien
Salicyldure nach 1 Std. erst etwa 75 % in Losung gegangen sind. Weniger ausgepragt zeigen sich die Unterschiede erwartungsgema bei hoheren pH-Werten, und
zwar auf Grund der infolge Erhohung der Dissoziation verbesserten Loslichkeiten
des reinen Arzneistoffs. Bei pH 7 3 zeigt das Addukt schon nach 6 Min. das Maxi-
--.-.-.-.-
*-.-.-
loot
/
0 3 6 10
Abb. la:
[phi
-
30
20
t [Minl
,,Dissolution test" des PCyclodextrin-Salicyldure-Addukts
bei 37'
b=pH4.5
c=pH7,5
a = p H 1,0
320 mg Salicyldure
_ _ _ _
320 mg Salicylsaure + 2,68 g Kyclodextrin
. . - . _
3,O g Addukt (entspr. 320 mg Salicyldure)
LO
50
60
100
80
20
0
IPhaSlbl
0
t CMinl
3
6
10
15
t[Min]
-
-
20
Abb. 1 b:
I
25
30
Abb. lc:
305172
Einschbjv erbindungen mit pCy clodex trin
295
mum der Salicylsaure-Freigabe,wahrend der freie Wirkstoff erst nach 30 Min. in
Losung gegangen ist. (Abb. lc).
Die Ltisungsgeschwindigkeit der Salicyldure in dem physikalischen Gemisch
mit PCyclodextrin ist bei den eingesetzten Konzentrationen um etwa 15-20 %
hoher als die der Salicylsaure allein. Diese Erscheinung wird auf eine losungsvermittelnde Wirkung des P-Cyclodextrins durch die bereits e r w h t e Moglichkeit,
auch in Lasung Komplexe auszubilden, zuriickgefiihrt. Dies konnte spektrophotometrisch bewiesen werden. In dem Gemisch mit 0-Cyclodextrin wurde im Alkalischen eine Verbreiterung und geringfugige bathochrome Verschiebung der Absorptionsbande bei 304 nm festgestellt. Rein visuell konnte in einem solchen Gemisch
auch eine bessere Benetzung der festen Stoffe beobachtet werden. Diese beruht
jedoch nicht auf einer Erniedrigung der Oberflachenspannung des Wassers. Diese
wird durch P-Cyclodextrin nicht beeinflufit, wie durch Messungen mit dem TorsionsTensiometer festgestellt wurde.
Gegenuber dem in Wasser schwer loslichen Menadion zeigte sich der Einflut3
des PCyclodextrins am ausgepragtesten. Im Gemisch ist die Losungsgeschwindigkeit
schon nach 5 Min. um etwa das 2 1/2fache grohr als die des Pharmakons allein
(Abb. 2).
100 -
80 -
296
Fmmming und Weyermann
Arch. Pharmaz.
100 -
80 -
20
Abb. 2b:
Abb. 2a+b.
,,Dissolution test" des PCyclodextrin-Menadion-Adduktsbei 3 7 O
a = pH 1.0
b = pH 7,5
170 rng Menadion
_ _ _ _
170 mg Menadion + 3,83 g &Cyclodextrin
- . _ . _ 4,O g Addukt (entspr. 170 rng Menadion)
Aus dem Addukt ist die Freisetzung noch ausgepragter; hier ist die Losungsgeschwindigkeit in der Anfangsphase etwa um das siebenfache hoher als die des nicht
eingeschlossenen Menadions. Nach 1 Std. liegt noch immer eine Steigemng um
etwa das 2 1/2fache vor. Erwartungsgemat3 waren die bei den Menadion-Zubereitungen im Sauren und Akalischen in Losung gegangenen Pharmakonmengen wenig
unterschiedlich. Dies ist auf die geringen Liislichkeitsunterschiede des p-Cyclodextrins und auf das Ausbleiben von Dissoziationsinderungen des Menadions bei
pH-Veranderungen zuriickzufuhren. Abb. 3 zeigt die entsprechenden Ergebnisse der
Untersuchungen mit Phenobarbital. Die Resultate der Benzoedure-Ansatze aihneln
denen, die mit der Salicylsaure als Gastkomponente erhalten wurden.
Durch diese Untersuchungen wird ein neuer Weg zur Erhohung der Losungsgeschwindigkeit schwer loslicher Pharmaka aufgezeigt . Die bisher eingefiihrten Verfahren laufen im wesentlichen darauf hinaus, durch mechanische Zerkleinerungs-
297
Abb. 3a:
100
80
2 60
-
u
v)
0
d
aJ
4
d
f
m
LO
n
0
c
c
aJ
n
20
0
Abb. 3a+b
,,Dissolution test" des PCyclodextrinPhenobarbital-Addukts bei 37'
a = pH 1,0 b = pH 7,s
107 mg Phenobarbital
---__
107 mg Phenobarbital
+ 2,90 g PCyclodex trin
- . _ . _ 3,O g Addukt (entspr.
107 mg Phenobarbital)
298
h m m i n g und Weyermann
Arch. Pharmaz.
verfahren grobkristalline Praparate in eine mikrodisperse Form zu bringen. Neuere
Methoden basieren auf der Herstellung mikrokristalliner oder molekulardisperser
Verteilungen des schwer loslichen Pharmakons in einer wasserloslichen Matrix.
Hierbei liegen die Pharmaka zum Teil als feste Losungen vor * ').
Auch geeignete EinschluBverbindungen konnen also hierzu herangezogen werden.
Voraussetzung ist, dafi die Wirtskomponente unter den pH-Bedingungen des MagenDarm-Kanals loslich ist, um auf diese Weise den Wirkstoff freisetzen zu konnen.
Dies ist bei den P-Cyclodextrin-Addukten,sofern nicht stark lipophile Gastkomponenten eingeschlossen sind, der Fall. Diese Erscheinung wird auch dadurch noch
positiv beeinflufit, dafi diese EinschluDverbindungen vielfach bei der Herstellung
sehr fein verteilt anfallen, wie durch mikroskopische Teilchenbestimmung festgestellt werden konnte.
Dem Fonds der Chemischen Industrie danken wir fur die Unterstutzung der Arbeit.
Beschreibung der Versuche
PCyclodextrin
Es wurde ein Praparat der Firma Matsutani Chemicals, Japan, verwendet, das zu 95-97 % aus
PCyclodextrin besteht; der Rest besteht aus (Y- und TCyclodextrin.
Herstellung der Einschlufiverbindungen
BCyclodextrin-Salicylsifurebz w. 0-Cyclodextrin-Benzoesiiure
8,O g P-Cyclodextrin und 0,70 g Salicylsiiure bzw. 1,OO g Benzoesaure wurden in 100 ml heif3em
Wasser gelost und bis zum Erkalten auf Raumtemperatur etwa 4 Std. geriihrt. Nach 3 Tagen
wurden die ausgefallenen Kristalle abzentrifugiert, uber PzO5 getrocknet und bei 140' (BenzoeshmAddukt l l O o ) i. Vak. sublimiert, um etwa anhaftende freie, nicht eingeschlossene Castkomponente zu entfernen. Ausbeuten: Salicylsaure-Addukt 80,O %; Benzoesiiure-Addukt 83,3 %.
Gehalt: 10,7 % Salicylsiure (spektralphotometrisch in 0,l n HCI bei 303 MI);entspr. einem
1 : 1 Komplex. 9.7 % Benzoesaure (in 0,l n HCI bei 274 nm); entspr. einem 1 : 1
Komplex.
PCyclodextrin-Menadion
12,O g PCyclodextrin und 1,5 g Menadion werden in 300 ml 50proz. Athano1 unter RiickfluD
heif3 gelost und bis zum Erkalten auf Raumtemperatur geriihrt. Die ausgefallenen Kristalle
wurden abgesaugt und mit kaltem Aceton, Xthanol und Ather gewaschen. Schwache, gelbe,
geruchlose Kristallbliittchen. Ausbeute: 60 %.
Gehalt: 4,3 % Menadion (spektralphotometrisch in 50prOZ. Xthanol bei 338 nm); entspr.
einem Molverh5ltnis PCyclodextrin: Menadion = 1 : 0,33.
21 A. H. Goldberg, M.Cibaldi und J. L. Kanig, J. pharmac. Sci. 54, 1145 (1965); 55, 487,581
(1966); M. Mayersohn und M. Cibaldi, ib. 55. 1324 (1966).
305172
Einschluflverbindungen mit PCyclodextrin
299
PCy clodextiin-PhenobbitoZ
A. 4,O g PCyclodextrin und 1,0 g Phenobarbital wurden in 50 ml5Oproz. Athano1 wie bei
PCyclodextrin-Menadion angegeben behandelt . Ausbeute: 62,4 %.
Gehalt: 3.5 % phenobarbital (spektralphotometrisch in wiiDriger Losung, pH 9,5, bei
240 MI); entspr. einem Molverhiltnis PCyclodextrin: Phenobarbital = 1 : 0,21.
B. 100 ml einer 1,4plOz.warigen &Cyclodextrinlosung werden mit einer ges. Losung von
Phenobarbital in Ather iiberschichtet und unter gelegentlichem Schiitteln 6 Tage stehengelassen. Die ausgefallenen Kristalle wurden wie vorstehend behandelt. Ausbeute: 70,s %.
Gehalt: 3 3 % Phenobarbital; entspr. Molverhaltnis 1 : 0,21.
,,Diswhtion test" noch Levy")
In 400 ml Becherglasem wurde 200 ml Untersuchungslosung (0,l n HCI, Acetatpuffer pH 4 3 ,
Phosphatpuffer pH 7.5, Britton-Robinson-Puffer I pH 8,s) gegeben; Ruhrergeschwindigkeit
60 U/Min.; 37'.
Die abgewogenen Substanzen wurden zur Zeit 0 in die Untersuchungslosung gegeben. Mit
einer Pipette, der eine Glasfritte vorgesetzt war, wurden zu den entsprechenden Zeiten Proben
entnommen. Zur Bestimmung der Salicylsaure und Benzoesiiure wurden jeweils 2,OO ml der
Untersuchungslosung mit 0,l n HCI auf 100,O ml aufgefullt und direkt spektralphotometrisch
bei 303 nm bzw. 274 nm bestimmt. Zur Bestimmung von Phenobarbital wurden 2,OO ml mit
Puffer pH 9,s (Britton-Robinson) auf 100.0 ml aufgefullt und bei 240 nm bestimmt. Zur
Bestimmung des Menadions wurden 5,OO ml mit 25 m l 0 , l n HCI verdiinnt und wie bei 22)
angegeben bestimmt.
Bestimmung der Liislichkeit des /3-Cyclodextrins
Jewels 1,OO g wyclodextrin, genau gewogen, werden in 50,OO ml Pufferlosung (0,l n HCI,
Acetatpuffer, Phosphatpuffer, Britton-Robinson-Puffer) 1 Std. bei 20' geschuttelt. Der nicht
geloste Anteil wird gravimetrisch ermittelt.
22 K. H. Fromming und R. Sandmann, Arch. Pharmaz. 303, 371 (1970).
Anschrift: Prof. Dr. K.-H. Fromming, 1 Berlin 33, Konigin-Luise-Str. 2-4
[Ph 461
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