CC BY
78
Победин О.А.
Аспирант кафедры фармацевтической химии с курсом токсикологической химии Первого
МГМУ им. И.М.Сеченова Трухачева Л.А.
К.ф.н., доцент кафедры фармацевтической химии с курсом токсикологической химии
Первого МГМУ им. И.М.Сеченова Дементьев С.П.
К.ф.н., старший преподаватель кафедры фармацевтической химии с курсом токсикологической химии Первого МГМУ им. И.М.Сеченова
АНАЛИЗ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ИНГАЛЯЦИОННОГО ПРЕПАРАТА СЕРЕТИД С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ ИМПАКТОРОВ
Аннотация
В работе было изучено аэродинамическое распределение частиц ингаляционного препарата Серетид с использованием четырех наиболее часто применяемых импакторов и импинжеров: стеклянный двухступенчатый импинжер (СИ), мультистадийный жидкостной импинжер (МЖИ), каскадный импактор Андерсена (КИА), импактор нового поколения Next (ИНП). Сравнительный анализ полученных данных показал, что все используемые импакторы являются взаимозаменяемыми, за исключением стеклянного импинжера. Результаты, полученные с применением МЖИ, КИА и ИНП оказались относительно близки, видны общие тендеции для аэродинамических характеристик, величины респирабельной фракции схожи. Согласно полученным данным наиболее оптимальным для анализа аэродинамических свойств аэрозолей, является использование импактора нового поколения Next.
Ключевые слова: аэрозоли, флутиказона пропионат, сальметерола ксинафоат, импакторы, импинжеры, стеклянный импинжер, мультистадийный жидкостной импинжер, каскадный импактор Андерсена, импактор нового поколения Next. Keywords: aerosols, fluticasone propionate, salmeterole xinafoate, impactors, impingers, twin impinger (glass), multi-stage liquid impinger, Andersen cascade impactor, Next generation impactor.
Импакционные методы анализа аэродинамических свойств ингаляционных лекарственных препаратов в настоящее время являются наиболее информативными и изученными методами исследования аэрозолей. Главное преимущество импакционных устройств или импакторов заключается в том, что по своей сути они призваны моделировать дыхательные пути человека и, следовательно, максимально приблизить опыты in vitro к явлениям, происходящим in vivo [1].
В общих чертах любой импактор представляет собой одну или несколько стадий, способных разделять выпущенные из ингалятора частицы на фракции по размерам.
В ведущих фармакопеях (USP, EuPh) описано несколько типов импакторов, в том числе стеклянный двухступенчатый импинжер (СИ), мультистадийный жидкостной импинжер (МЖИ), каскадный импактор Андерсена (КИА), импактор нового поколения Next (ИНП)[2, 3].
Известно, что обоснованный выбор импакционного устройства для анализа того или иного ингаляционного препарата крайне важен для получения достоверных и воспроизводимых данных. В тоже время работ, посвященных сравнению
аэродинамического распределения частиц ингаляционных лекарственных форм с использованием различных импакционных приборов чрезвычайно мало. В основном, в обнаруженных нами литературных источниках, проводился сравнительный анализ результатов, полученных с использованием импактора нового поколения Next и какого-либо относительно малоизвестного импакционного прибора, не упомянутого в ведущих фармакопеях [4], либо с использованием ИНП и приборов, основанных не на принципах импакции [5]. Несколько работ касались исследований различий в распределении частиц аэрозолей при использовании КИА и МЖИ.
Интересно, что несмотря на то, что объект исследования в обоих случаях был один и тот же, согласно [6] полученные результаты для двух импакторов резко отличались, в то время как в работе [7] авторы пришли к заключению, что применяющиеся импакторы взаимозаменяемы. Столь различные выводы, возможно, обусловлены различиями в методиках проведения испытаний, либо подходах к анализу экспериментальных данных. Следует отметить, что в большинстве работ по сравнению эффективности импакционных приборов, при расчете фракции мелкодисперсных частиц авторы не учитывали различия в эффективных предельных диаметрах ступеней (d50%) сравниваемых импакторов при использующихся скоростях потока.
Скорость, с которой частицы попадают и движутся в импакторе зависит от присущих каждому отдельно взятому импактору конструкционных различий [8], что также может вносить вклад в различие между результатами.
Кроме того, как известно, каждый тип импактора имеет свой номинальный эффективный предельный диаметр ступеней, что затрудняет сопоставление данных, полученных при использовании разных импакторов. Частицы диаметром менее 5 мкм способны проникать в нижние дыхательные пути, эта фракция частиц называется респирабельной и считается, что именно эти частицы обеспечивают терапевтический эффект аэрозольных лекарственных препаратов. При этом, нет ни одного импактора, который бы имел при наиболее часто использующихся характеристиках потока (30 л/мин) ступень с d50%, равным 5 мкм. Самое близкое значение к 5 мкм имеют вторые ступени МЖИ и для ИНП при потоке 60 л/мин - 6,8 мкм и 4,7 мкм соответственно. В КИА при потоке 60 л/мин наиболее близкие к 5 мкм значения (6,18 мкм или 3,98 мкм) соответствуют ступеням 0 и 1 соответственно, в то время как при рекомендуемой для КИА скорости потока 28,3 л/мин 1 ступень имеет d50% уже 5,8 мкм. В связи с вышеизложенным для расчета фракции мелкодисперсных частиц применяют метод интерполяции [9].
В некоторых работах при сравнении профилей аэродинамического распределения полученных с использованием разных импакторов основным критерием являлась величина респирабельной фракции (ФМЧ), которая рассчитывалась как общая масса мелкодисперных частиц, извлеченная с собирательных ступеней, имеющих определенный d50%. [10]. Однако, подобный подход малоэффективен при сравнении эквивалентности значений фракции мелкодисперсных частиц, полученных от разных импакторов, поскольку как уже упоминалось, значения d50% ступеней разных импакторов существенно отличаются.
В свете вышеизложенного, исследования по сравнению эквивалентности данных полученных с использованием разных импакционных устройств, продолжают оставаться актуальным. При этом необходимо отметить, что для получения значимых результатов необходимо, чтобы основные параметры испытаний, такие как скорость потока, покрытие собирательной ступени, наличие или отсутствие пресепаратора, методы расчета, устройство ингалятора и лекарственная форма были стандартизированы и если не одинаковы, то как можно более близки друг другу.
В настоящем исследовании было проведено сравнение эффективности и эквивалентности четырех импакционных устройств: двух импинжеров - одностадийного стеклянного и мультистадийного жидкостного и двух импакторов - каскадного импактора Андерсена и импактора нового поколения Next, наиболее часто использующиеся в анализе ингаляционных лекарственных форм. Все приборы описаны в ведущих фармакопеях [2, 3]. Анализ аэродинамического распределения частиц проводили для лекарственного препарата Серетид двухкомпонентного дозированного аэрозольного ингалятора (ДАИ), содержащего в качестве действующих веществ сальметерола ксинафоат и флутиказона пропионат.
Согласно представленным в таблице 1 результатам общее содержание частиц действующих веществ сальметерола ксинафоата и флутиказона пропионата, извлеченных со всех ступеней импактора составляло более 90 %. С учетом того, что производителем препарата Серетид для этого показателя заявлены нормы 85-125%, полученные результаты укладываются в требуемый интервал независимо от используемого для анализа импактора. В тоже время, очевидно, что различия между данными с разных импакторов весьма существенны (ANOVA, p < 0.05).
Согласно указаниям, изложенным в ведущих фармакопеях, выпущенная доза рассчитывается как содержание действующих веществ в % от средней выпускаемой дозы, определенной в тесте однородность выпускаемой дозы (ОВД). В этом случае, полученные с применением разных импакторов результаты также укладываются в нормируемых предел 85-125%, хотя опять-таки крайне разнятся между собой (ANOVA, p < 0.05).
Как можно заметить, наибольшая величина выпущенной дозы была получена для мультистадийного жидкостного импинжера, а наименьшая - для каскадного импактора Андресена. Значения для ИНП и стеклянного импинжера практически не отличаются.
Таблица 1. Аэродинамические характеристики частиц активных компонентов препарата Серетид, полученные с использованием различных импакторов _ Сальметерол___
Импактор ИА К НП И ЖИ М С И
Показатель
Индукционный порт + адаптер, мкг 0,62 1 0,09 1 1,54 1 -
ступень 1, мкг 01 1, 71 0, 56 0, 9, 74
ступень 2, мкг 16 1, 90 0, 78 0, 1 7,05
ступень 3, мкг 51 1, 58 2, 94 3, -
ступень 4, мкг 28 3, 86 4, 39 5, -
ступень 5, мкг 65 2, 37 2, 58 2, -
ступень 6, мкг 90 0, 46 0, - -
ступень 7, мкг 09 0, 10 0, - -
фильтр, мкг 05 0, 04 0, - -
Скорость потока, л/мин 8,3 2 0 3 0 3 0 6
Выпущенная доза, мкг 1,27 2 2,11 2 4,79 2 2,42 2
Выпущенная доза, % от номинала 5,08 8 3,54 9 02,81 1 4,85 9
Выпущенная доза, % от средней 9 9 1 1
выпускаемой дозы, определенной в тесте ОВД 5 9 11 00,38
ФМЧ, мкг 47 7, 24 9, 00 9, 68 4,
ФМЧ, % 5,122 3 1,80 4 6,28 3 2,00 2
*ММАД, мкм 9 3, 2 3, 7 3, -
**ГСО 7 1, 8 1, 8 1, -
Флутиказона пропионат
Импактор Показатель КИА ИНП МЖИ Стекл.
Индукционный порт + адаптер, мкг 118,30 107,48 116,37 -
ступень 1, мкг 9,86 6,96 5,25 116,3
ступень 2, мкг 11,10 8,74 7,24 152,8
ступень 3, мкг 15,23 25,17 39,04 -
ступень 4, мкг 34,01 50,04 56,53 -
ступень 5, мкг 30,36 28,03 32,6 -
ступень 6, мкг 12,13 5,97 - -
ступень 7, мкг 0,96 1,11 - -
фильтр, мкг 0,51 0,36 - -
Выпущенная доза, мкг 232,45 233,84 257,03 237,125
Выпущенная доза, % от номинала 88,98 93,54 102,81 94,85
Выпущенная доза, % от средней выпускаемой дозы, определенной в тесте ОВД 91% 100% 105% 101,4%
Скорость потока, л/мин 28,3 30 30 60
ФМЧ, мкг 82,941 99,41 99,48 70,43
ФМЧ, % 35,681 42,51 38,70 27,41
*ММАД, мкм 3,8 3,1 3,5 -
**ГСО 1,7 1,9 1,8 -
*ММАД - масс медианный аэродинамический диаметр, характеризует средний геометрический аэродинамический диаметр частиц.
**ГСО - геометрическое стандартное отклонение, отражает насколько размеры частиц отличаются от величины ММАД.
Основные характеристики аэродинамического распределения частиц действующих компонентов испытуемого препарата, полученные для всех участвовавших в эксперименте импакторов, представлены в таблице 1.
Для стеклянного импинжера из всех перечисленных выше характеристик рассчитывали только ФМЧ, поскольку прибор имеет всего 2 собирательные ступени, первая из которых равнозначна пресепаратору, также как и в МЖИ, а вторая собственно и характеризует фракцию мелкодисперсных частиц.
В европейской фармакопее также предлагается определять значения суммарного процента массы мелкодисперсных частиц попавших на импактор, за исключением индукционного порта и пресепаратора, или так называемый накопленный процент массы мелкодисперсных частиц размером меньше установленного. Следует отметить, что данный показатель имеет большое значение для аэродинамических свойств порошковых ингаляционных форм, поскольку для них характерно значительное осаждение порошка на пресепараторе или на 1-ых ступенях, выполняющих роль пресепаратора, как в случае МЖИ и СИ. В нашем случае как показали предварительные исследования с помощью КИА, оборудованного пресепаратором, осаждение на нем частиц серетида было менее 1%., в связи с чем использование отдельного пресепаратора считали нецелесообразным. Наибольшее значение накопленного процента массы мелкодисперсных частиц флутиказона размером меньше установленного оказалось при использовании ИНП, а частиц сальметерола - при применении стеклянного импинжера.
Все полученные результаты были подвергнуты статистической обработке для подтверждения или опровержения гипотезы о равнозначности и эквивалентности данных, полученных при использовании разных импакторов. Показано, что все рассчитанные параметры существенно различались в зависимости от импакторов, что наглядно показано на графиках (рис. 1):
Сальметерол
—*- -КИА
—■- -МЖИ
* -ИНП
аэродинамическим диаметр, мкм
10
Флутиказона пропионат
аэроцинамииескии цтметр, мкм
Рисунок 1. Зависимость накопленного % массы частиц размером меньше установленного от аэродинамического диаметра для частиц действующих веществ препарата Серетид
Согласно таблице 1 наименее достоверные результаты были получены с использованием стеклянного импинжера. Фракция мелкодисперсных частиц как сальметерола ксинафоата так и флутиказона пропионата оказалась самой низкой среди всех импакторов. По всей видимости, это объясняется недостаточной разрешающей способностью этого прибора.
Результаты, полученные с применением остальных трех импакторов относительно близки, и хотя очевидно, что эквивалентными их назвать нельзя, общие тендеции для аэродинамических характеристик схожи, величины респирабельной фракции (ФМЧ) близки. В тоже время при сравнении данных, полученных с использованием КИА, можно заметить, что в этом случае выпущенная доза и ФМЧ оказались ниже, чем для МЖИ и ИНП. Считается, что именно для КИА по сравнению с остальными импакторами характерны значительные межступенчатые потери, которые практически отсутствуют в случае МЖИ, поскольку в нем используется жидкость в качестве уловителя частиц и ИНП из-за особенностей конструкции последнего. Кроме того, для КИА характерно так называемое перекрывание ступеней, когда частицы близкие по размеру осаждаются на разных ступенях с разным предельным диаметром. Следует отметить, что среди всех импакторов последнего недостатка практически лишен только
ИНП. Также, использование КИА по сравнению с другими исследованными импакторами
связано с наибольшей трудоемкостью методики.
Таким образом, согласно представленным результатам и обсуждению, наиболее
оптимальным для анализа аэродинамических свойств аэрозолей, в частности ДАИ,
является использование импактора нового поколения Next.
Использованная литература.
1. In vitro testing of pharmaceutical aerosols and predicting lung deposition from in vitro measurements. Drug Delivery to the Lung / Ed. H. Bisgaard, C. O'Callaghan and G.C. Smaldone. - NY, USA: Marcel Dekker, 2002. - 251 p.
2. The United States pharmacopoeia 27 ed., 2003.
3. European pharmacopoeia 6 ed., 2010.
4. Chavan V., Dalby R. Novel system to investigate the effects of inhaled volume and rates of rise in simulated inspiratory air flow on fine particle output from a dry powder inhaler // AAPS Pharm-SciTech. - 2002. - V. 4. - p. 35-42.
5. Aerosol measurement: principles, techniques and applications / Ed. P.A. Baron and W.A. Heitbrink. - New York: Van John Wiley & Sons, 2001. - 896 p.
6. Kamiya A., Sakagami M., Hindle M., Byron P.R. Aerodynamic sizing of metered dose inhalers: an evaluation of the Andersen and next generation pharmaceutical impactors and their USP methods // J. Pharm. Sci. - 2004. - V. 93. - p. 1828-1837.
7. Mitchell J.P., Nagel M.W., Wiersema K.J., Doyle C.C. Aerodynamic particle size analysis of aerosols from pressurized metered-dose inhalers: comparison of Andersen 8-stage cascade impactor, next generation pharmaceutical impactor, and model 3321 aerodynamic particle sizer aerosol spectrometer // AAPS Pharm-SciTech. - 2003. - V. 4. - p. 76-82.
8. Roberts D.L., Chiruta M. Transient impactor behavior during the testing of dry-powder inhalers via compendial methods // Drug Delivery to the Lungs. - 2007. - V. 18. - p. 202205.
9. Chan H.K., Clark A., Gonda I., Mumenthaler M. Spray dried powders and powder blends of recombinant human deoxyribonuclease (rhDNase) for aerosol delivery // Pharm. Res. - 1997. - V. 14. - p. 431-437.
10.El-Araud K.A., Clark B.J., Kaahwa C., Anum, P. The effect of dose on the characterization of aerodynamic particle-size distributions of beclomethasone dipropionate metered-dose inhalers // J. Pharm. Pharmacol. - 1998. - V. 50. - p. 1081-1085.
