CC BY
52
УДК 541.182.64:543.42.062:543.45
СОВМЕСТНАЯ СОЛЮБИЛИЗАЦИЯ ЛИПОФИЛЬНОГО ЛЕКАРСТВА АМЛОДИПИНА И ГЛИЦЕРИЛ МОНОЛАУРАТА В ВОДНЫХ МИЦЕЛЛЯРНЫХ РАСТВОРАХ ТВИН 80 Н.М. Задымова, Н.И. Иванова
(кафедра коллоидной химии, zadymova@colloid.chem.msu.ru)
Методами УФ-спектроскопии и рефрактометрии измерена солюбилизация липофиль-ных амлодипина (Ат - гипотензивное лекарство) и неионогенного ПАВ глицерил моно-лаурата (GML - усилитель проницаемости кожи), а также их совместная солюбилизация (со-солюбилизация) в водных мицеллярных растворах Твина 80 (Tw). Изучены свойства смешанных мицелл (Tw+GML, Tw+Am, Tw+GML+Am): числа агрегации компонентов, локализация солюбилизатов, коэффициенты диффузии, размеры и степень гидратации. Возникшие в результате со-солюбилизации трехкомпонентные мицеллы (Tw+GML+Am) содержат в 4,2 раза больше молекул лекарства, нежели двухкомпонентные (Tw+Am). Экспериментальные данные по кинетике массопереноса Ат мицеллами на основе Tw хорошо согласуются с расчетами в рамках диффузионной теории, при этом трехкомпонентные мицеллы более эффективно переносят Ат, нежели двухкомпонентные.
Ключевые слова: мицеллы ПАВ, солюбилизация, со-солюбилизация лекарства и усилителя проницаемости кожи, амлодипин, глицерил монолаурат, Твин 80.
Иммобилизация липофильных лекарственных препаратов в самоорганизованных в водной среде структурах на основе поверхностно-активных веществ (ПАВ) имеет фундаментальное и практическое значение. Включение лекарства (Л) в мицеллы ПАВ (солюбилизация) позволяет существенно повысить его растворимость в воде, а, следовательно, и биодоступность, а также избежать гидролиза и других типов деградации.
Несмотря на активный интерес к изучению со-любилизации лекарств [1-7], в настоящее время практически отсутствует информация о свойствах двухкомпонентных мицелл (ПАВ+Л), необходимая для прогнозирования возможностей доставки солю-билизированных лекарственных веществ. Нет также данных о солюбилизации Л в смешанных мицеллах на основе гидрофильного мицеллообразующего и ли-пофильного немицеллообразующего неионогенных ПАВ (НПАВ) в водной среде. Поскольку липофиль-ные НПАВ зачастую являются эффективными усилителями проницаемости кожи (энхансерами) [8], то трехкомпонентные мицеллы (НПАВ + энхансер + Л) могут оказаться перспективными носителями активных компонентов при трансдермальной доставке.
В задачи данной работы входило комплексное изучение свойств (солюбилизационная емкость, размер, состав, степень гидратации, локализация солю-билизатов) мицелл, самопроизвольно возникающих в результате солюбилизации и со-солюбилизации
целевых липофильных веществ в водных растворах НПАВ, а также экспериментальная и теоретическая оценка их способности служить в качестве эффективных носителей лекарства.
Объекты исследования
В качестве солюбилизатора был выбран мицел-лообразующий Твин 80 (Tw), представляющий собой полиоксиэтилированный (20) моноолеат сорби-тана с молекулярной массой (Mw), равной 1308 Да, и гидрофильно-липофильным балансом (ГЛБ), равным 15 [9]. Этот препарат («ч.»), изготовленный фирмой «Serva», использовали без дополнительной очистки. Значение критической концентрации мицеллообразо-вания (ККМ) в водной среде, найденное нами методом статического рассеяния света, составляет 4,6х10~5 М (20°C, в присутствии 0,01 мас.% азида натрия).
Солюбилизаты - амлодипин (Am) и глицерил монолаурат (GML). Амлодипин ((RS)-3^rni 5-метил 2-(2-аминоэтоксиметил)-4-(2-хлорфенил)-6-метил-1,4 дигидропиридин-3,5-дикарбоксилат) фирмы «Afine Chemicals Limited» (Mw = 408,9 Да, 99% чистоты) является современным гипотензивным лекарством, плохо растворимым в воде (1,8х10 4 M [10]), что ограничивает его биодоступность. Амлодипин электронейтрален, стабилен в растворе, растворимость не зависит от рН, поэтому он может служить в качестве модельного лекарства при изучении солюбилизации в водных растворах ПАВ. Молекулярная масса Am
не превышает 500 Да, что делает его пригодным для трансдермального применения [11].
GML (2,3-дигидроксипропил додеканоат) фирмы «Dermofeel» (Mw = 274,4 Да, ГЛБ = 5,2 [12], «ч.») относится к липофильным НПАВ, не образует мицелл в водной среде, плохо растворим в воде (3,6х10-4 M при 37°С [13]), активно используется в трансдермальных системах доставки лекарств в качестве усилителя проницаемости кожи [14, 15].
Все растворы, приготовленные на трижды дистиллированной воде, во избежание биоразложения компонентов содержали незначительную добавку (0,01 мас.%) бактерицидного азида натрия («Merck»).
Гептан, этиловый спирт и полиэтиленгликоль (PEG 400, Mw = 400 Да, среднее число оксиэтильных (ОЕ) групп 8,65) фирмы «Sigma-Aldrich» («х.ч.») использовали без дополнительной очистки.
Методы исследования
Растворимость или солюбилизацию (S) амлоди-пина в воде и в водных мицеллярных растворах Твин 80 разной концентрации (CTw = 3-12 мМ) оценивали с помощью УФ-спектроскопии («Agilent 8453», США). Воду и водные растворы Твин 80 насыщали амлодипином при периодическом перемешивании с помощью магнитной мешалки (несколько суток) вплоть до установления равновесия. Перед спек-трофотометрическими измерениями пробу раствора над осадком амлодипина фильтровали (0,22 мкм, «Millipore») и разбавляли водноспиртовой смесью (60/40 по массе), для которой предварительно был определен коэффициент экстинкции амлодипина, соответствующий максимуму поглощения (Емакс = 6450 М-1см-1, А,макс = 364 нм). При определении растворимости амлодипина в воде раствор разбавляли в 6,5 раз, во всех остальных случаях - в 50 раз. Спектры образцов фиксировали относительно растворов сравнения, имеющих аналогичный состав, но не содержащих амлодипина.
Метод рефрактометрии, основанный на аддитивности удельной рефракции [16], был выбран для определения солюбилизации GML в водных растворах Твин 80. Подробности методики и способ расчета значений растворимости подробно описаны нами ранее [17]. Показатели преломления (nD) измеряли с точностью ±5х10-5 на рефрактометре «ИРФ-23» (Россия). Необходимые для расчетов значения плотности (р = 0,997 г/см при 20°С) и показателя преломления (nD = 1,467) для GML взяты из литературных данных [18]. Насыщение растворов Твин 80 энхансером и
подготовку образцов проводили так же, как в случае амлодипина.
В тех случаях, когда мицеллы Твин 80 содержали два солюбилизата (энхансер и лекарство), растворы при изучении со-солюбилизации готовили путем поэтапного насыщения (вначале GML, потом Ат).
Коэффициенты диффузии (В0) и размеры -средний гидродинамический радиус) мицелл определяли методом динамического рассеяния света (DLS), а числа агрегации N - статического (SLS) с помощью фотометра рассеянного света «PhotoCor SP» (X = 632,8 нм). Образцы фильтровали («МИИротв», 0,22 мкм). Методики измерений описаны нами в работах [19, 20].
Массоперенос мицеллами ПАВ солюбилизиро-ванного лекарства изучали с помощью диффузионной ячейки Франца, состоящей из двух частей (до-норной и акцепторной), между которыми находится отверстие. В донорную часть помещали испытуемый раствор, на отверстие ячейки - мембрану, а в акцепторную часть - приемную среду и магнитную мешалку. В качестве приемной среды использовали водноспиртовую смесь (состав приведен ранее). Применяли мембрану «MF-Millipore» из биологически инертной смеси эфиров целлюлозы (поры имели диаметр 0,22 мкм, толщину 150 мкм, пористость 75%). Мембраны подобного типа пригодны для определения скорости выделения лекарства из микроэмульсий [21].
Количество амлодипина (/Ат), диффундировавшее через единицу площади за время t, рассчитывали по уравнению:
^т = СКтУК 0)
где V - объем приемной среды (7,5 см3); а0 - площадь, через которую диффундирует лекарство, равная площади отверстия диффузионной ячейки (0,71 см2); САт - концентрация амлодипина в приемной среде в момент времени t, которую определяли спек-трофотометрически с использованием определенного нами значения молярного коэффициента экстинкции амлодипина в приемной среде (Е364 = 6950 М_1см1). Пробы отбирали через определенные промежутки времени (не разбавляли) и после измерения возвращали в диффузионную ячейку.
Результаты и их обсуждение
Изотермы солюбилизации Ат и GML в водных мицеллярных растворах Твин 80 представлены на рис. 1. На этом же рисунке приведена изотерма со-любилизации амлодипина в растворах Твин 80, пред-
S, мМ
н—
10
-г-
12
CTw, мМ
Рис. 1. Изотермы солюбилизации амлодипина (1) и глицерил монолаурата (2) в водных мицеллярных растворах Твин 80, а также амлодипина (3) в растворах Твин 80, насыщенных GML, при 295 К
варительно насыщенных GML. Растворимость солю-билизатов возрастала при увеличении концентрации мицеллообразующего НПАВ, например, для амлодипина при CTw = 12 мМ величина S^m превышает его растворимость в воде (Sw = 2,3x10" M) в 22 раза, а в насыщенном GML растворе Твин 80 - в 31 раз. При такой же концентрации Tw солюбилизация GML возрастает в 14,6 раза по сравнению с растворимостью в воде [13].
Как видно из рис. 1, изотермы солюбилизации S(CTw) линейны, что служит подтверждением неизменности формы мицелл и позволяет определить их солюбилизационную емкость (СЕ) по отношению к данному солюбилизату [22, 23]. Величина СЕ определяется тангенсом угла наклона линейной изотермы солюбилизации к оси концентраций и характеризует отношение числа молекул солюбилизата (NSol) и со-любилизатора (NTw) в мицелле. Полученные из соответствующих изотерм солюбилизации (рис. 1) значения СЕ приведены в табл. 1.
В мицеллярном растворе гидрофильного НПАВ в результате солюбилизации самопроизвольно образуются двухкомпонентные мицеллы (Tw + Sol), а при совместной солюбилизации двух солюбилиза-тов - трехкомпонентные (Tw + Sol1 + Sol2). Значения средневесовой мицеллярной массы (Mm) определяли методом SLS на основе уравнения Дебая [24]:
Ко AC/(2AR90 ) = Fd = 1/Mm + 2Л2АС, (2)
где Ко - оптическая постоянная раствора [24], определяемая на основе рефрактометрических измерений; АС = (С - KKM) - концентрация вещества в ассоциированном состоянии (г/см3); FD - функция Дебая;
А2 - вириальный коэффициент; С - концентрация ПАВ (в случае индивидуальных мицелл) или суммарная концентрация ПАВ и солюбилизата (или со-любилизатов); АЯ90 = (Я90С - ^90ККМ) - вклад мицелл в рассеяние света.
Зависимости интенсивности рассеянного света (К90) от массовой концентрации вещества в мицеллярной форме для исследованных систем представлены на рис. 2. Во всех случаях эти зависимости линейны, что означает постоянство функции ¥Г) (см. уравнение 2) и равенство нулю вириального коэффициента А2, а также позволяет оценить Мт = 1/Рв. Полученные для исследованных систем значения ¥в и Мт приведены в табл. 1.
С учетом уравнения материального баланса для мицеллы с одним солюбилизатом
: NTwMw + NSolMSoP
(3)
расчеты чисел агрегации компонентов выполнялись по уравнениям [19]:
N
Tw
Mm/(M + СЕ-Mso,) и
NSol = CE'NTw
(4)
где и Лг8о1 - соответственно количество молекул Твин 80 и солюбилизата в мицелле; МТщ и М8о1 - молекулярные массы Твин 80 и солюбилизата. На основе значений СЕ (табл. 1) и (4) для исследованных двухкомпонентных мицелл рассчитывали и Ж8о1 (табл. 1). В случае мицелл Твин 80, содержащих два солюбилизата (8о11 и 8о12), для которых
Мт = ЖМ^ + Ж8о11М8о11 + ^о^о^
я90, см"1 0,00020
0,00016
0,00012
0,00008 -
0,00004 -
0,003 0,009 0,015 0,021
С^, г/см3
Рис. 2. Зависимости интенсивности рассеяния света от концентрации (С2) для растворов Твин 80 без солюбилизата (1), с одним солюбилизатом (2 - Ат, 3 - GML) и двумя со-любилизатами (4 - GML+Am); Съ = С^ (1); Съ = (2,
3); С = С1*+ $СМЬ + ^т (4)
Т а б л и ц а 1
Свойства мицелл Твин 80 в присутствии и в отсутствие солюбилизатов при 295 К (СЕ - солюбилизационная емкость; Мт - средневесовая масса мицелл; М^, Момь, МАт - число агрегации солюбилизатора и солюбилизатов; и^Е - степень гидратации; У0, Я0, S0 - объем, радиус, площадь поверхности гидрофобного ядра; 6 - степень заполнения поверхности ядра молекулами лекарства; Яь -средний гидродинамический радиус; йроЕ - толщина гидратированного полиоксиэтилированного слоя)
Параметр Солюбилизат
вМЬ (энхансер) Ат (лекарство) вМЬ + Ат Отсутствуют
СЕ -ОМЬ-Т* = 0,45 -дт-г^ = 0,39 -дт/-^ = 0,56 0
*йП632 8/С см3/г 0,1315 0,1403 0,1391 0,1299
*Ко, см2/г2 1,25х10-7 1,43х10-7 1,40 х10-7 1,22х10-7
*й«90МСе, см2/г 0,0058 0,0024 0,0077 0,0027
*РС, г"1 1,08х10-5 2,97х10-5 9,11х10-6 2,26х10-5
Мт, г 92600±400 33640±120 109830±400 44160±320
Nтw 65±0,3 23±0,3 66±0,3 34±0,3
N 29±1 0 30±1 0
Ат 0 9±0,2 38±0,4 0
^/ОЕ 9±0,5 14±0,5 13±0,5 6±0,5
У о, нм3 41,8 11,5 42,6 17
К, нм 2,15 1,4 2,2 1,6
нм2 58,1 24,6 60,8 32,2
0 - 0,16 0,28 -
Яъ, нм 5,0 3,9 5,6 3,6
^РОЕ, нм 2,85 2,5 3,4 2,0
*Параметры, необходимые для расчета Мт см. в уравн (Сг* + ^ или ^гъ+^о^ + ^^ соответственно для: двух-
числа агрегации компонентов оценивали из предложенных нами ранее соотношений [20]:
= СЕЛ; ^о12 = СЕ2—^ (5)
^ = Мт /(МTw + СЕ1 МS011 + С% '^М^о^) (6)
где М8о^ - молекулярные массы солюбилизатов; значения СЕ1 = —д^/М^ и СЕ2 = найдены из
соответствующих изотерм солюбилизации и приведены в табл. 1 наряду с числами агрегации компонентов трехкомпонентных мицелл.
Сравнение чисел агрегации для индивидуальных и смешанных мицелл (табл. 1) позволяет заключить, что солюбилизация ОМЬ сопровождается заметным (почти в 2 раза) увеличением числа молекул солю-билизатора в мицелле. Очевидно, что липофильный немицеллообразующий в водной среде глицерил мо-нолаурат встраивается в мицеллы Твин 80 наряду с
нии 2. Суммарная концентрация раствора (СЕ, г/см3) равна трехкомпонентных мицелл.
основным НПАВ. Это требует инкорпорирования в мицеллу дополнительного количества гидрофильного НПАВ. Углеводородное ядро смешанной мицеллы состоит из гидрофобных частей Tw и ОМЬ, а их полярные группы располагаются по периферии. Важно отметить, что присутствие ОМЬ в мицеллах способствует увеличению числа молекул лекарства в мицелле примерно в 4,2 раза (табл. 1).
Сочетание методов статического и динамического рассеяния света позволяет изучать структурные параметры мицелл. Как известно [25], мерой гидратации мицелл НПАВ является число молекул воды, приходящихся на ОЕ-группу гидрофильной части молекулы (п^ОЕ). Поскольку средний гидродинамический объем мицеллы (Уь = 4^ь3/3), рассчитанный по данным DLS' включает гидратную воду, а ее объем (У(Ь), определенный методом 8Ь8, соответствует флуктуа-циям концентрации, т.е. негидратированной мицелле
[26], гидратация мицелл может быть оценена путем сопоставления этих двух объемов. Для мицелл Твин 80 без ОМЬ справедливо соотношение:
^/ОЕ = V - ^-Ро-д^О^-Мо), (7) где МО и рО - молекулярная масса и плотность воды, 20 - число ОЕ-фрагментов в молекуле Твин 80, —д -число Авогадро.
С учетом гидратации полярной группы ОМЬ (СООСН2СНОНСН2ОН), которую можно рассматривать как приблизительно 4 ОЕ-группы, для мицелл, содержащих энхансер, гидратация определяется уравнением:
nw/OE = V - Уь) РО -ЗД20^ + —мь) Мо]. (8)
Термодинамический объем мицеллы при условии аддитивности объемов компонентов, входящих в ее состав, может быть записан следующим образом:
^ = 2, • Р.) (9)
где N , Mwi и рг. - соответственно число агрегации, молекулярная масса и плотность -го компонента; плотность Tw, ОМЬ и дт соответственно равна 1,082, 0,997 и 1,227 г/см3 (при 2О°С).
Значения степени гидратации для исследованных мицелл представлены в табл. 1. Для индивидуальных мицелл Твин 80 (табл. 1) величина п^ОЕ хорошо согласуется с результатами работы [26] для полиокси-этилированного гексадецилового спирта (п^ОЕ составляет ~6 молекул воды на 1 ОЕ-группу). Данных о гидратации мицелл, содержащих солюбилизаты, в литературе нет. В табл. 1 видно, что солюбилиза-ция ОМЬ и дт приводит к увеличению степени гидратации мицелл. Более заметное влияние оказывает лекарство, что, по-видимому, обусловлено его локализацией в гидрофильном слое мицелл. Для проверки этой гипотезы необходимо подобрать растворяющую дт среду, моделирующую полиоксиэти-лированный (РОЕ) слой мицелл. Для этой цели, на наш взгляд, подходит водный раствор РЕО 4ОО, для которого число молекул воды, приходящееся на ОЕ-звено молекулы полиэтиленгликоля, соответствует степени гидратации исследованных мицелл (п^ОЕ = 14±1, табл. 1). По нашим расчетам, этим условиям соответствует раствор 15 мас.% РЕО 4ОО.
Известно [27, 28], что УФ-спектроскопия является эффективным методом определения полярности микроокружения солюбилизата, следовательно, и места его локализации в мицелле. В связи с этим было проведено сопоставление спектров поглощения дт в солюбилизированном состоянии (в 5 мМ водных растворах Tw в присутствии и в отсутствие ОМЬ) и при
растворении в средах с разной диэлектрической проницаемостью (в = 1,9-80), а следовательно, и полярностью. Значения длины волны (Хмакс), соответствующей максимуму поглощения амлодипина для разных растворителей, и их диэлектрическая проницаемость [29-31] приведены в табл. 2. Видно, что А,макс убывает с уменьшением диэлектрической проницаемости (т.е. с уменьшением полярности) среды. В полярных растворителях (в = 79,5-70,2) амлодипин поглощает при длине волны, равной 366 нм (табл. 2). В средах с промежуточной полярностью (в = 54,3-40,9) максимальное поглощение для дт наблюдается при 364 нм, а в неполярном гептане (в = 1,9), моделирующем углеводородное ядро мицелл, - при 357 нм. Для солюби-лизированного лекарства Хмакс = 364 нм, что соответствует микроокружению промежуточной полярности, поскольку эта величина гораздо ближе к А,макс амлоди-пина в 15%-м растворе РЕО 4ОО (366 нм), нежели к А,макс для дт в гептане. Полученные результаты позволяют заключить, что солюбилизированный амло-дипин находится в непосредственной близости к поверхности углеводородного ядра в гидратированном РОЕ-слое мицелл (по сути, лекарство адсорбировано на поверхности ядра). Этот вывод согласуется с нашими тензиометрическими измерениями для водных растворов дт (Сдт = О-2,25-1О-4 М) на границе с воздухом, согласно которым лекарство адсорбируется на поверхности и снижает поверхностное натяжение с 72,7 до 49,6 мДж/м2. Максимальное значение адсорбции дт составляет 3,7 • 1О-6 моль/м2, а площадь на молекулу в предельно заполненном слое («собственная» площадь, ^мин) - О,45 нм2.
В предположении сферической формы мицелл полученные данные о числах агрегации компонентов (—.) и локализации солюбилизатов позволяют оценить структурные параметры этих самоорганизованных частиц: объем (УО), радиус (КО), площадь поверхности (£О) гидрофобного ядра и степень ее заполнения молекулами лекарства (0 = —дт^мин/^О), а также толщину гидратированного РОЕ-слоя (ЛРОЕ = - КО). При условии аддитивности объемов углеводородных радикалов (У) ПАВ, формирующих ядро мицеллы, величина УО определяется соотношением:
V=I,- N-У, (1О)
где объем радикала соответственно равен О,32 и 0,5 нм3 для ОМЬ и Tw [22].
При расчете 0 полагали, что собственная площадь молекул дт, согласно данным тензиометрических измерений, составляет ~О,45 нм .
Рассчитанные структурные параметры исследованных мицелл приведены в табл. 1. Видно, что во
Т а б л и ц а 2
Длина волны (Лмакс), соответствующая максимуму поглощения амлодипина, в растворителях с разной диэлектрической проницаемостью (е) при 25°С
Растворитель 8 [29-31] ^макс Степень полярности растворителя
Вода 79,5 366 полярный е > 55
4,6% PEG 400 в воде 78,1 366
10% PEG 400 в воде 75,6 366
12,5% PEG 400 в воде 74,5 366
*15% PEG 400 в воде 73,3 366
21,4% PEG 400 в воде 70,2 366
30% EtOH в воде 60,1 365
40% EtOH в воде 54,3 364 промежуточная
Мицеллярный раствор Tw - 364 полярность 55 > е > 20
Мицеллярный раствор Tw с GML - 364
50% EtOH в воде 48,7 364
55% EtOH в воде 46,0 364
65 % EtOH в воде 40,9 364
75 % EtOH в воде 35,9 363
EtOH 24,5 362
PEG 400 14,1 361 неполярный е < 20
**Гептан 1,9 357
Примечания. Растворители, отмеченные символами * и ** соответственно, моделируют РОЕ-слой и ядро смешанных мицелл Tw+Am и Tw+GML+Am. Значения 8 для водных растворов этилового спирта взяты из [29], для водных растворов PEG 400 из [30], для гептана из [31].
всех случаях значение Я0 меньше длины развернутой углеводородной цепи Твин 80, которая составляет 2,3 нм [22]. Это свидетельствует о том, что углеводородные цепи солюбилизатора в мицеллах находятся в свернутом состоянии, что согласуется с литературными данными [22]. В отличие от Ат солю-билизация GML приводит к заметному увеличению гидрофобного ядра и толщины гидрофильного слоя мицелл. Мицелла Tw+GML+Am имеет наибольшие размеры У0, Я^, 50 и ^ОЕ. Если сопоставить значения ЖАт для мицелл Tw+Am и Tw+GML+Am, то можно заметить, что присутствие 30 молекул GML в мицелле сопровождается примерно таким же увеличением числа молекул солюбилизированного лекарства (на 29 молекул). Объяснением такого совпадения может быть стерический фактор: по-видимому, солюбили-зированный амлодипин располагается около полярных групп GML, размеры которых гораздо меньше, чем размеры РОЕ-цепей Твин 80.
Равновесное распределение солюбилизата между мицеллами («псевдофаза») и окружающей их водной фазой характеризуется коэффициентом (Кт), который определяется соотношением [32, 33]:
Кт = Х/7Х/, (11)
где Хт и Х" - соответственно мольные доли солюби-лизата в мицелле и в водной фазе, содержащей неас-социированное ПАВ [33]. Величина Х" удовлетворительно апроксимируется мольной долей солюбилиза-та в чистой воде [33].
к - sJcw - ^/55,43, (12)
где и - соответственно молярные растворимость солюбилизата в воде и концентрация воды (при 295 К ^ = 55,43 М).
Использованные для расчетов значения Х" приведены в примечании к табл. 3. Для мицеллы с несколькими солюбилизатами мольная доля каждого
из них в мицелле может быть выражена следующим уравнением:
=^ (13)
где Лг8о1 - число молекул солюбилизата в мицелле; ЕЖ - сумма чисел агрегации всех компонентов мицеллы (табл. 1).
Значения К™ для исследованных мицелл рассчитывали по уравнению (11) с учетом соотношений (12) и (13). Это позволяет определить стандартную энергию Гиббса солюбилизации АО0 [32]:
АО0 = - ЯТ 1п К™, (14)
где Я - универсальная газовая постоянная, Т - абсолютная температура (К).
Значения К™ и АО0 для исследованных систем приведены в табл. 3. В этой же таблице для GML, имеющего углеводородную цепь, состоящую из одиннадцати СН2-групп, представлены значения инкремента энергии Гиббса солюбилизации в расчете на мети-леновую группу (АО°СН2). При этом значения инкремента практически совпадают для двух- и трехком-понентных мицелл (табл. 3) и хорошо согласуются со средней величиной АО°СН2 = -2,48 кДж/моль, приведенной в работе [32] для солюбилизации спиртов (от пропилового до гексилового) в водных растворах нескольких гомологических рядов анионных, кати-онных и неионогенных ПАВ. Полученное нами значение АО°Сн характерно для процесса переноса ме-тиленовой группы из водной фазы в углеводородное ядро мицеллы [27]. Таким образом, солюбилизация
энхансера обусловлена гидрофобным эффектом [22, 34] и имеет энтропийный характер.
Значения АО0 для солюбилизации амлодипина в мицеллах Твин 80 без энхансера и в мицеллах, насыщенных GML, совпадают (табл. 3). Это связано, вероятно, с тем, что присутствие полярных групп солюбилизированного энхансера не оказывает существенного влияния на состояние гидрофильного слоя мицелл, в котором локализованы солюбилизирован-ные молекулы амлодипина. Амлодипин является ди-гидропиридином, способным образовывать водородные связи (К-Н • • • О) с оксиэтильными группами [35], которые, вероятно, и удерживают данное лекарство в РОЕ-слое мицеллы. При этом солюбилизация Ат, по-видимому, имеет энтальпийную природу I АН0 |> 1^1.
Способность мицелл Твин 80 переносить амлоди-пин в водной среде оценивали с помощью диффузионной ячейки Франца и УФ-спектроскопии, при этом анализировалось влияние GML. Экспериментальные данные для 12 мМ растворов Твин 80 с солюби-лизированными добавками представлены на рис. 3. Мембрана, разделяющая донорную и акцепторную части ячейки Франца, не влияет на скорость массо-переноса в исследованных системах, поскольку она гидрофильна и размер ее пор более чем в 100 раз превышает размер мицелл. Следует также отметить, что концентрация лекарства в приемной среде мала, что позволяет пренебречь обратной диффузией. На рис. 3 приведены результаты расчетов по простой диффузионной модели [36] количества амлодипина,
Т а б л и ц а 3
Мольная доля солюбилизата в мицелле (Х™), коэффициент его распределения между мицеллами и водной фазой (К™), стандартная энергия Гиббса солюбилизации (Дб), ее инкремент (Дб^ ) для мицелл Твин 80 с разными солюбилизатами при 295 К
Параметр Двухкомпонентная мицелла (Tw+So1) Трехкомпонентная мицелла (Tw+So11+So12)
солюбилизат солюбилизат 1 (Бо11) солюбилизат 2 (Боу
GML Амлодипин GML Амлодипин
Х{ , м.д. 0,31 0,28 0,22 0,28
К™ 4,75х104 6,78х104 3,45х104 6,78х104
АО°, кДж/моль -26,4 -27,3 -25,6 -27,3
АО°СН , кДж/моль -2,4 - -2,3 -
При расчете К ™ использованы следующие значения растворимости солюбилизата в воде (Б . , М) и его мольной доли в водной фазе (Х ."): для Ат - Б. = 2,30х10-4 М и Х а = 4,15х10-6 м. д.; для GML - Б. = 3,б0х10-4 М [13] и Х а = 6,49х10-6 м. д.
Рис. 3. Кинетика массопереноса лекарства мицеллами Tw+Am (1) и Tw+GML+Am (2), а также энхансера мицеллами Tw+GML+Am (3) в 12 мМ водных растворах солюбилизатора. Символы - эксперимент в ячейке Франца, линии - расчет по диффузионной теории
перенесенного мицеллами через мембрану, в зависимости от времени:
Am
: 2CAm(D0/n)1/2t1/2,
(15)
где САт - концентрация амлодипина в растворе Твин 80 данной концентрации, рассчитанная на основе данных о составе мицелл (табл. 1); - коэффициент диффузии мицелл, экспериментально определяемый методом ^ОЬЗ.
Видно (рис. 3), что экспериментальные данные и результаты расчетов хорошо согласуются. Это свидетельствует о том, что массоперенос лекарства обеспечивает диффузия мицелл НПАВ, в которых оно солюбилизировано. На рис. 3 также видно, что присутствие вМЬ в мицеллах Твин 80 приводит к увеличению массопереноса солюбилизированного амлодипина примерно на 25%. Промотирующий эффект обусловлен тем, что мицелла Tw+GML+Am
переносит в 4,2 раза больше молекул лекарства, нежели двухкомпонентная мицелла Tw+Am (табл. 1). Этот эффект наблюдается вопреки тому, что по сравнению с двухкомпонентными мицеллами трех-компонентные имеют большие размеры, меньшие коэффициенты диффузии, при этом их концентрация в растворе меньше, поскольку они содержат большее количество Tw (табл. 1). Так, при С^ = 12 мМ концентрация мицелл - носителей лекарства в
17
отсутствие GML составляет 3,15x10 , а в его при-
17 3
сутствии - 1,09x10 мицелл/см .
Уравнение (15) также может быть использовано для оценки диффузионного массопереноса энхансера мицеллами. При этом концентрация энхансера в растворе Твин 80 данной концентрации рассчитывается с учетом количества молекул GML в мицелле (табл. 1) и концентрации мицелл. На рис. 3 (кривая 3) для С^ = 12 мМ приведено количество энхансера, которое может быть перенесено в разные моменты времени за счет диффузии трехкомпонентных мицелл (Tw+GML+Am).
Таким образом, растворимость амлодипина в исследованных мицеллярных системах возрастает с ростом концентрации Твин 80 и может превышать растворимость данного лекарства в воде на 1-2 порядка и более. Возникшие в результате солюбилиза-ции смешанные мицеллы на основе Твин 80 являются эффективными носителями и лекарства и энхансера. Полученная информация о количестве молекул каждого компонента в мицеллах, о коэффициентах диффузии мицелл позволяет прогнозировать кинетику массопереноса лекарства и энхансера в водной среде, что может быть полезным при создании систем доставки липофильных лекарственных препаратов в биодоступной форме.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект № 11-08-00492-а).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Malmsten M. // Surfactants and Polymers in drug delivery. N.Y., 2002.
2. Lipinski A. // Am. Pharm. Res. 2002. 19. P. 1894.
3. Shidne S. // Latest Reviews. 2007. 5. N 6. P. 243.
4. Yiyun C., Jiepin Y. // Phys. and Chem. of Liquids. 2005. 44. N 3. P. 249.
5. Rangel-Yagui C.O., Junior A.P., Tavares L.C. // J. Pharm. Pharmaceut. Sci. 2005. 8. N 2. P. 147.
6. Bhat P.A., Dar A.A., Rather G.M. // J. Chem. Eng. Data. 2008. 53. N 6. P. 1271.
7. Bhat P.A., Rather G.M., Dar A.A. // J. Phys. Chem. B. 2009. 113. N 4. P. 997.
8. Walters K.A., Hadgraft J. Eds. // Pharmaceutical Skin Penetration Enhancement. N.Y., 1993.
9. Шенфельд Н. Поверхностно-активные вещества на основе окиси этилена. М., 1982.
10. Drug Bank database. Drug card for Amlodipine. http://www. drugbank.ca/drugs/DB00381 (accessed Jul 7. 2010).
11. Bos J.D., Meinardi M. M. // Exp. Dermatol. 2000. 9. P. 165.
12. Flick E.W. Emulsifying Agents: an Industrial Guide. Noyes Publication. 1990. P. 324.
13. Lin Y.-C., Schlievert P.M., Anderson M.J., Fair C.L., Schaefers M.M., Muthyala R., Peterson M.L. // Research Article available online at http://www.plosone.org.
14. Taskovich L.T. // Pat. 4863738 USA. 1989.
15. Lee E.S., Yum S.I., Cormier M.J.N. // Pat. 5629019 USA. 1997.
16. Юрженко А.И. // Журнал общей химии. 1946. 16. C. 1171.
17. Задымова Н.М., Ямпольская Г.П. // Практикум по коллоидной химии. М., 2006. С. 141.
18. http://www.chemspider.com/Chemical-Structure.66900
19. ЗадымоваН.М., ЦикуринаН.Н., Руделев Д.С., Потешнова М.В. // Коллоидный журн.. 2004. 66. № 2. С. 175.
20. Задымова Н.М. // Сб. статей «Структура и динамика молекулярных систем». Йошкар-Ола, Уфа, Казань, М., 2009. Вып. XVI. Ч. 2. С. 90.
21. Kantarci G., Ozguney I., Karasulu Y., Arzik S., Guneri T. // AAPS PhamSciTech. 2007. 8. Iss. 4. P. 75.
22. Русанов А.И. Мицеллообразование в растворах поверхностно-активных веществ. СПб., 1992.
23. Edwards D.A., Luthy R.G., Liu Z. // Environ. Sci. Technol. 1991. 25. P. 127.
24.Эскин В.Е. Рассеяние света растворами полимеров и свойства макромолекул. Л.. 1986.
25. ShickM.J. Nonionic surfactants. N.Y., 1967. P. 569.
26. Schott H. // J. Colloid Sci. 1967. 24. P. 193
27. Мукерджи П., Кардинал Дж. Р., Десаи Н.Р. Сб. Мицеллообразование, солюбилизация и микроэмульсии. М., 1980. С. 142.
28. Bhat P.A., Rather GM, Dar A.A. // J. Phys. Chem. B. 2009. 113. P. 997.
29. Puranic S.M., Kumbharkhane A.C., Mehrotra S.C. // J. Mol. Liq. 1994. 59. P.173.
30. Mali C.S., Chavan S.D., Kanse K.S., et. all // Indian J. Pure and Applied Physics. 2007. 45. Р. 476
31. Sastry N.V., Valand M.K. // J. Chem. Thermodynamics. 1998. 30. P. 929.
32. HeilandH., Blokhus A.M. // Handbook of Surface and Colloid Chemistry. 2009. Chapter 8. P. 379.
33. Edwards D.A., Luthy R.G., Liu Z. // Environ. Sci. Technol. 1991. 25. P. 127.
34. Tanford C. The Hydrophobic Effect. New York: Wiley, 1973.
35. Teberekides VI., Sigalas M.P. // J. of Molecular Structure: Theochem. 2007. 803. P. 29.
36. Langmuir I., Shaefer V. // J. Amer. Chem. Soc. 1937. 59. P. 200.
Поступила в редакцию 10.12.12
SIMULTANEOUS SOLUBILIZATION OF LIPOPHILIC DRUG, AMLODIPINE, AND GLYCERYL MONOLAURATE IN AQUEOUS MICELLAR SOLUTIONS OF TWEEN 80
N.M. Zadymova, N.I. Ivanova
(Division of Colloid Chemistry)
Solubilization and co-solubilization of lipophilic amlodipine (Am - antihypertensive drug) and glyceryl monolaurate (GML - enhancer of the skin permeability) in micelles of Tween 80 (Tw) in water medium were studied using UV-spectroscopy and refractometry. Such properties of the mixed micelles (Tw + GML, Tw + Am, Tw + GML + Am) as aggregation numbers of components, locus of solubilizates, diffusion coefficients, sizes, and hydration were investigated. The ternary micelle (Tw + GML + Am) includes in 4,2-times more molecules of drug than the two-component one. It was shown that the diffusion of mixed micelles (Tw + Am, Tw + GML + Am) defines the mass transfer of Am in aqueous solutions.
Key words: micelles of surfactant, solubilization, co-solubilization of drug and enhancer of the skin permeability, amlodipine, glyceryl monolaurate, Tween 80.
Сведения об авторах: Задымова Наталья Михайловна - ст. науч. сотр. кафедры коллоидной химии химического факультета МГУ, канд. хим. наук, доцент (zadymova@co11oid.chem.msu.ru); Иванова Нина Ивановна - доцент кафедры коллоидной химии химического факультета МГУ, канд. хим. наук (ini@co11oid.chem.msu.ru).
