Nanosuspensje atorwastatyny – przełom w biodostępności leków

Czy nanosuspensje zmieniają zasady gry w farmacji?

Przemysł farmaceutyczny od lat zmaga się z wyzwaniem niskiej rozpuszczalności leków w wodzie, co znacząco ogranicza ich biodostępność. Problem ten dotyczy aż 75-90% substancji leczniczych będących w fazie rozwoju oraz około 40% leków już wprowadzonych na rynek. Niska rozpuszczalność przekłada się na zmniejszoną skuteczność terapeutyczną, wymuszając zwiększanie dawek, co z kolei może prowadzić do nasilenia działań niepożądanych.

Wśród różnych strategii poprawy rozpuszczalności, takich jak mikronizacja, dyspersja stała czy techniki płynów nadkrytycznych, a także hydrotropia, współrozpuszczalność, solubilizacja micelarna czy techniki kriogeniczne, nanosuspensje wyróżniają się jako szczególnie obiecujące rozwiązanie. “Nanosuspensje stanowią dwufazowy układ koloidalny z cząsteczkami o rozmiarze poniżej 1 μm, rozproszonymi w środowisku wodnym i stabilizowanymi odpowiednimi surfaktantami lub polimerami” – wyjaśniają autorzy badania. Zgodnie z równaniem Noyesa-Whitney’a, zwiększenie powierzchni cząstek leku prowadzi do poprawy szybkości rozpuszczania, co może przezwyciężyć problemy związane z lekami słabo rozpuszczalnymi w wodzie i tłuszczach, jednocześnie zwiększając ich absorpcję i biodostępność.

Czy nanosuspensje podnoszą biodostępność atorwastatyny?

Naukowcy z Jordanii postanowili wykorzystać tę technologię do poprawy właściwości atorwastatyny – powszechnie stosowanego leku obniżającego poziom cholesterolu i zmniejszającego ryzyko udaru, zawału serca i innych chorób sercowo-naczyniowych. Atorwastatyna należy do leków klasy II według Biofarmaceutycznego Systemu Klasyfikacji (BCS), charakteryzujących się niską rozpuszczalnością w wodzie (około 0,63 mg/L) przy jednoczesnej wysokiej przepuszczalności jelitowej. Mimo dobrej przepuszczalności, biodostępność atorwastatyny po podaniu doustnym dawki 40 mg wynosi zaledwie 12%, co jest związane z niską rozpuszczalnością, przedukładowym klirensem w błonie śluzowej przewodu pokarmowego oraz metabolizmem pierwszego przejścia w wątrobie. Lek jest szybko wchłaniany po podaniu doustnym, osiągając maksymalne stężenie w ciągu 1-2 godzin.

W badaniu zastosowano technikę precypitacji antyrozpuszczalnikowej do przygotowania nanosuspensji atorwastatyny. “Metoda ta została wybrana ze względu na jej prostotę w skali laboratoryjnej oraz zdolność do generowania cząstek o małych rozmiarach” – podkreślają badacze. Proces polegał na rozpuszczeniu 20 mg atorwastatyny w 1 ml metanolu, a następnie dodaniu kroplami do fazy antyrozpuszczalnikowej zawierającej stabilizator rozpuszczony w wodzie dejonizowanej. Kluczowym etapem była sonikacja mieszaniny przy kontrolowanej temperaturze (5°C ± 3°C), co zapobiegało przegrzaniu podczas procesu.

Czy odpowiedni dobór stabilizatorów jest kluczowy?

Badacze przetestowali różne stabilizatory w trzech stężeniach (0,5%, 1% i 2% w/v), w tym hydroksypropylometylocelulozę (HPMC), Pluronic F108, F68 i F127, glikol polietylenowy (PEG) w różnych masach cząsteczkowych, poliwinylopirolidon (PVP), alkohol poliwinylowy (PVA), laurylosiarczan sodu (SLS), alginian sodu oraz Tween 20 i 80 i Cremophor. Po sonikacji nanosuspensje były mieszane w temperaturze pokojowej przez godzinę, aby umożliwić całkowite odparowanie metanolu. Następnie formułki o rozmiarze cząstek poniżej 400 nm poddano liofilizacji z dodatkiem mannitolu lub trehalozy jako lioprotektantów w stężeniach 2%, 5%, 7,5% i 10% (w/v).

Proces liofilizacji obejmował dwa etapy: suszenie pierwotne (w temperaturach od -40°C do 10°C) oraz suszenie wtórne (w temperaturze 25°C i ciśnieniu 50 mTorr przez 660 minut). Otrzymane proszki poddano szczegółowej analizie pod kątem wielkości cząstek, indeksu polidyspersyjności (PDI) oraz potencjału zeta za pomocą Zetasizera. Do dalszych badań wybrano tylko te formulacje, które po rekonstytucji wykazywały akceptowalny rozmiar cząstek (poniżej 400 nm).

Czy mniejszy rozmiar cząstek przekłada się na skuteczność?

Najlepsze wyniki osiągnięto dla formulacji zawierającej 2% Pluronic F127 jako stabilizator i 80 mg mannitolu jako lioprotektant. Po liofilizacji i rekonstytucji, rozmiar cząstek zmniejszył się znacząco z 264,15 nm do zaledwie 54,5 nm, z indeksem polidyspersyjności (PDI) wynoszącym 0,141. Czy zastanawialiście się kiedyś, jak dramatycznie zmniejszenie rozmiaru cząstek może wpłynąć na właściwości leku? W tym przypadku redukcja rozmiaru o ponad 80% stworzyła zupełnie nowe możliwości terapeutyczne.

Wartość PDI 0,14 wskazuje na bardzo wąski rozkład wielkości cząstek, co świadczy o jednorodności próbki. Jest to istotne, ponieważ wartości PDI poniżej 0,1 oznaczają bardzo wąski rozkład wielkości, wartości między 0,1 a 0,4 sugerują umiarkowaną jednorodność, natomiast wartości powyżej 0,7 wskazują na szeroki rozkład wielkości cząstek i znaczną niejednorodność.

Interesujące są również wyniki pomiarów potencjału zeta, który dla optymalnej formulacji wynosił zaledwie -0,809 mV. Chociaż wysokie wartości bezwzględne potencjału zeta (powyżej ±30 mV) zazwyczaj wskazują na dobrą stabilność dzięki silnym siłom odpychającym zapobiegającym agregacji, w przypadku nanosuspensji stabilizowanych mechanizmem sterycznym niski potencjał zeta nie zawsze świadczy o złej stabilności fizycznej. Zastosowany stabilizator (2% Pluronic F127) przyczynia się do stabilności poprzez mechanizm zawady sterycznej, a nie dzięki wysokiemu potencjałowi zeta.

Jak nanoskalowanie wpływa na strukturę leku?

Analiza dyfrakcji rentgenowskiej (XRD) wykazała, że w procesie nanoskalowania i liofilizacji doszło do częściowej amorfizacji atorwastatyny. “Przekształcenie stanu fizycznego leku do formy amorficznej prowadzi do stanu wysokoenergetycznego i wysokiego nieuporządkowania, co skutkuje zwiększoną szybkością rozpuszczania i biodostępnością” – wyjaśniają autorzy. Spektroskopia FTIR potwierdziła, że polimer i lioprotektant skutecznie zabezpieczały i otaczały nanocząstki leku, nie powodując chemicznej niekompatybilności.

Szczegółowa analiza FTIR ujawniła kilka interesujących obserwacji. Po pierwsze, zaobserwowano zwiększoną intensywność piku rozciągania wiązania C=O przy 2400 cm-1. Po drugie, absorpcja przy 3666 cm-1, przypisana do swobodnego rozciągania OH, była obecna w widmie atorwastatyny, ale nie zaobserwowano jej w liofilizowanej nanosuspensji. Wreszcie, ostry pik przy 3360 cm-1, odpowiadający rozciąganiu NH, był obecny w widmie FTIR atorwastatyny, podczas gdy w liofilizowanej nanosuspensji zaobserwowano szerokie pasmo. Obserwacje te sugerują, że podczas przetwarzania nanosuspensji nastąpiła częściowa amorfizacja leku oraz interakcja, najprawdopodobniej fizyczna, między dodatkami a lekiem.

Analiza termiczna DSC potwierdziła te obserwacje. Atorwastatyna wykazała ostry endotermiczny pik przy 153,13°C odpowiadający temperaturze topnienia, Pluronic F127 przy 58,99°C, a mannitol przy 161,3°C. Liofilizowana nanosuspensja wykazała trzy piki endotermiczne: przy 51,41°C (Pluronic F127), 152,09°C (atorwastatyna) i 163,21°C (mannitol). Niewielkie przesunięcie piku atorwastatyny z 153,13°C do 152,09°C wskazuje, że część krystalicznej natury leku została zachowana po nanoskalowaniu i liofilizacji.

Czy nanosuspensje zmieniają tempo uwalniania leku?

Szczególnie interesujące okazały się wyniki badań uwalniania in vitro. W środowisku kwaśnym (0,1N HCl), nanosuspensja wykazała znacznie szybsze uwalnianie niż lek oryginalny Lipitor®. Po 5 minutach z nanosuspensji uwolniło się 49% substancji czynnej, podczas gdy z Lipitoru® tylko 18%. Jest to istotne, ponieważ rozpuszczalność atorwastatyny w środowisku kwaśnym jest znacznie niższa (0,0315 mg/ml) niż w pH 6,8 (0,2838 mg/ml).

Zaskakująco, w buforze fosforanowym o pH 6,8 to lek oryginalny wykazał szybsze uwalnianie – około 80% po 5 minutach i całkowite uwolnienie po 10 minutach. Nanosuspensja uwalniała substancję wolniej – około 20% po 5 minutach, osiągając ponad 80% po 20 minutach. “Te wyniki podkreślają krytyczną rolę doboru i funkcjonalności substancji pomocniczych w formulacji nanocząstek, szczególnie wpływ dodatków na kinetykę uwalniania leku” – komentują badacze.

Analiza statystyczna wykazała istotne różnice między profilami uwalniania. Średnia wartość dla Lipitoru® (0,851 ± 0,045) była wyższa w porównaniu z liofilizowaną próbką (0,465 ± 0,240) w buforze fosforanowym, z wartością p = 0,007, co wskazuje na statystycznie istotną różnicę. Z kolei w 0,01 N HCl średnia wartość dla liofilizowanej nanosuspensji (0,555 ± 0,157) była wyższa niż dla Lipitoru® (0,474 ± 0,106), z wartością p = 0,029, również wskazującą na statystycznie istotną różnicę.

Jakie korzyści kliniczne niesie zastosowanie nanosuspensji?

Jakie znaczenie mają te wyniki dla praktyki klinicznej? Ponieważ atorwastatyna jest lekiem podawanym doustnie w postaci tabletki o natychmiastowym uwalnianiu, która zaczyna uwalniać substancję czynną już w żołądku, przygotowana nanosuspensja mogłaby mieć potencjalną przewagę nad konwencjonalną postacią leku. Lepsze rozpuszczanie w środowisku kwaśnym mogłoby przełożyć się na zwiększoną biodostępność i skuteczność terapeutyczną.

Badanie to otwiera nowe możliwości w formułowaniu leków o słabej rozpuszczalności. Czy nanosuspensje mogą stać się standardem w przyszłości, zwłaszcza dla leków z klasy II BCS? Jakie korzyści mogliby odnieść pacjenci stosujący statyny w postaci nanosuspensji? Te pytania wymagają dalszych badań, ale już teraz wyniki sugerują, że nanotechnologia może zrewolucjonizować sposób, w jaki podajemy leki o ograniczonej rozpuszczalności.

Autorzy podkreślają jednak, że samo nanoskalowanie nie gwarantuje zwiększonego rozpuszczania we wszystkich istotnych biologicznie mediach. “Funkcjonalność substancji pomocniczych nie powinna być pomijana, ponieważ może przeciwdziałać oczekiwanym wynikom” – przestrzegają. Parametry formułowania, takie jak rodzaj i stężenie stabilizatora, odgrywają istotną rolę w metodach przygotowywania nanosuspensji. Nanosuspensje stanowią obiecującą alternatywę dla obecnych systemów dostarczania leków, mającą na celu poprawę biofarmaceutycznych właściwości leków słabo rozpuszczalnych w wodzie.

Podsumowanie

Badanie koncentruje się na wykorzystaniu nanosuspensji do poprawy właściwości atorwastatyny, popularnego leku przeciwcholesterolowego. Naukowcy z Jordanii zastosowali technikę precypitacji antyrozpuszczalnikowej, używając różnych stabilizatorów i lioprotektantów. Najlepsze wyniki osiągnięto dla formulacji z 2% Pluronic F127 i mannitolem, uzyskując redukcję rozmiaru cząstek z 264,15 nm do 54,5 nm. Analiza strukturalna wykazała częściową amorfizację leku, co przyczyniło się do zwiększonej rozpuszczalności. W testach uwalniania in vitro nanosuspensja wykazała znaczącą przewagę w środowisku kwaśnym, uwalniając 49% substancji czynnej w ciągu 5 minut, podczas gdy lek oryginalny tylko 18%. Wyniki sugerują, że nanosuspensje mogą stanowić skuteczne rozwiązanie problemu niskiej biodostępności leków, szczególnie tych z klasy II BCS, choć kluczowy jest odpowiedni dobór substancji pomocniczych.