Ny lægemiddelformuleringsmetode kan føre til mindre piller

Omkring 60 procent af lægemidler på markedet har hydrofobe molekyler som deres aktive ingredienser. Disse stoffer, som ikke er opløselige i vand, kan være svære at formulere til tabletter, fordi de skal nedbrydes til meget små krystaller for at blive absorberet af den menneskelige krop.

Et team af MIT kemiske ingeniører har nu udtænkt en enklere proces til at inkorporere hydrofobe lægemidler i tabletter eller andre lægemiddelformuleringer såsom kapsler og tynde film. Deres teknik, hvilket involverer at skabe en emulsion af lægemidlet og derefter krystallisere det, giver mulighed for at indlæse en kraftigere dosis pr. tablet.

"Dette er meget vigtigt, for hvis vi kan opnå høj medicinbelastning, det betyder, at vi kan lave mindre doser, der stadig opnår den samme terapeutiske effekt. Dette kan i høj grad forbedre patientens compliance, fordi de bare skal tage et meget lille lægemiddel, og det er stadig meget effektivt, " siger Liang-Hsun Chen, en MIT kandidatstuderende og hovedforfatteren af ​​det nye studie.

Patrick Doyle, Robert T. Haslam professor i kemiteknik, er avisens seniorforfatter, som vises i dag i Avancerede materialer .

Nanoemulsioner

De fleste lægemidler består af en aktiv ingrediens, der er kombineret med andre forbindelser kaldet hjælpestoffer, som er med til at stabilisere stoffet og kontrollere, hvordan det frigives i kroppen. De resulterende tabletter, kapsler, eller film kaldes formuleringer.

I øjeblikket, at skabe formuleringer af hydrofobe lægemidler, farmaceutiske virksomheder bruger en proces, der kræver formaling af forbindelsen til nanokrystaller, som er lettere for menneskelige celler at absorbere. Disse krystaller blandes derefter med hjælpestoffer. Et hjælpestof, der ofte blandes med hydrofobe lægemidler, er methylcellulose, en forbindelse afledt af cellulose. Methylcellulose opløses let i vand, som hjælper med at frigive stoffer hurtigere i kroppen.

Denne metode er meget brugt, men har mange ineffektiviteter, ifølge MIT-teamet. "Fræsetrinnet er meget tidskrævende og energikrævende, og slibeprocessen kan forårsage ændringer i den aktive ingrediens egenskaber, som kan underminere de terapeutiske virkninger, " siger Chen.

Han og Doyle satte sig for at finde på en mere effektiv måde at kombinere hydrofobe lægemidler med methylcellulose, ved at danne en emulsion. Emulsioner er blandinger af oliedråber suspenderet i vand, såsom blandingen dannet, når en olie- og eddikesalatdressing rystes op.

Når disse dråber er på skalaen af ​​nanometer i diameter, denne slags blanding kaldes en nanoemulsion. For at skabe deres nanoemulsion, forskerne tog et hydrofobt stof kaldet fenofibrat, som bruges til at sænke kolesterol, og opløst det i en olie kaldet anisol. Derefter kombinerede de denne oliefase med methylcellulose opløst i vand, ved hjælp af ultralydbehandling (lydbølger) til at skabe oliedråber i nanoskala. Methylcellulose hjælper med at forhindre vand- og oliedråberne i at skille sig igen, fordi det er amfifilt, hvilket betyder, at det kan binde sig til både oliedråberne og vandet.

Når emulsionen er dannet, forskerne kan omdanne det til en gel ved at dryppe væsken ned i et opvarmet vandbad. Når hver dråbe rammer vandet, det størkner inden for millisekunder. Forskerne kan kontrollere størrelsen af ​​partiklerne ved at ændre størrelsen på spidsen, der bruges til at dryppe væsken ned i vandbadet.

"Partikeldannelsen er næsten øjeblikkelig, så alt, hvad der var i din væskedråbe, bliver omdannet til en fast partikel uden tab, " siger Doyle. "Efter tørring, vi har nanokrystaller af fenofibrat ensartet fordelt i methylcellulosematrixen."

Mindre piller, mere stof

Når de nanokrystalbelastede partikler er dannet, de kan knuses til pulver og derefter komprimeres til tabletter, ved brug af standard teknikker til fremstilling af lægemidler. Alternativt forskerne kan hælde deres gel i forme i stedet for at dryppe den i vand, giver dem mulighed for at skabe medicintabletter i enhver form.

Ved at bruge deres nanoemulsionsteknik, forskerne var i stand til at opnå lægemiddelbelastning på omkring 60 procent. I modsætning, de aktuelt tilgængelige formuleringer af fenofibrat har en lægemiddelkoncentration på omkring 25 procent. Teknikken kunne let tilpasses til at belaste endnu højere koncentrationer ved at øge forholdet mellem olie og vand i emulsionen, siger forskerne.

"Dette kan gøre os i stand til at lave mere effektive og mindre lægemidler, der er nemmere at sluge, og det kan være meget gavnligt for mange mennesker, der har svært ved at sluge stoffer, " siger Chen.

Denne metode kan også bruges til at lave tynde film - en type lægemiddelformulering, der er blevet mere udbredt i de senere år, og er især gavnlig for børn og ældre mennesker. Når en nanoemulsion er lavet, forskerne kan tørre det til en tynd film, der har lægemiddelnanokrystaller indlejret i sig.

Det anslås, at omkring 90 procent af de lægemidler, der nu er under udvikling, er hydrofobe, så denne tilgang kunne potentielt bruges til at udvikle formuleringer til disse lægemidler, såvel som hydrofobe lægemidler, der allerede er i brug, siger forskerne. Mange udbredte stoffer, herunder ibuprofen og andre antiinflammatoriske lægemidler såsom ketoprofen og naproxen, er hydrofobe.

"Fleksibiliteten i systemet er, at vi kan vælge forskellige olier til at fylde forskellige lægemidler, og derefter lave det til en nanoemulsion ved hjælp af vores system. Vi behøver ikke lave en masse trial-and-error-optimering, fordi emulgeringsprocessen er den samme, " siger Chen.