Modul 4 - Preformulering Flashcards
(21 cards)
Vad är preformulering?
Vad är preformulering?
FDAs definition:
Preformulering är den tidiga fasen i läkemedelsutveckling där man samlar in viktig data om den aktiva substansen (API) innan man bestämmer sig för vilken läkemedelsform (tablett, injektion etc.) som ska användas.
Preformulering handlar om att samla in data som behövs för att kunna välja rätt läkemedelsform.
När sker val av LM form?
Redan i fas I (tidiga studier på människa) behöver man ha en klar läkemedelsform, för att undvika att behöva göra om studier om man ändrar formuleringen senare. Att byta läkemedelsform eller komposition i senare skede innebär risk att data inte längre är tillförlitliga – det kan bli dyrt och tidskrävande, detta är till för att dra rätta slutsater.
Den första formen behöver inte vara den optimala, efter marknadsgodkännande kan man därför utveckla nya formuleringar (t.ex. börja med injektion → sedan utveckla tablett).
Problem med preformulering i tidigt skede av LM utveckling:
* Substansbrist för nytt lågt molekylärt LM (Brist på kemisk syntes): Nya substanser finns ofta bara i mycket små mängder → svårt att testa allt tidigt. Därför prioriterar man vissa studier.
* Biologiska läkemedel: Mer problematisk: ○ Svårare att rena fram. ○ Ursprungligen från en biologisk källa (t.ex. växt), men måste sedan produceras industriellt i celler – vilket kan påverka egenskaperna och renheten (Om den cellsystem producerade liknar den biologiska produkten).
Preformulering
Preformulering
Drug discovery: Screenar substanser för att hitta aktiva substanser
—>
Läkemedels-kandidater
—>
Preklinisk utveckling: Effekt (farmakologi), Säkerhet (toxikologi), Biofarmaci/formulering
”Screening funnel”
”Screening funnel” - Låg molekylära LM:
1- Targetidentifiering / screening: → Ca 10 000–30 000 kemiska substanser screenas mot ett biologiskt mål (t.ex. enzym eller receptor).
2-Prekliniska studier (Djurstudier): → Ca 10–20 kandidater testas noggrant för toxikologi, ADME, säkerhet och effekt i djur.
3- Fas I (kliniska studier i människa): → Ca 5-10 LM kandidater
4- Fas II: → Ca 2-5 LM kandidater
5- Fas III : → 1 LM kandidat
Preformulering: Nya substansers fysikalisk-kemiska egenskaper
Preformulering: Nya substansers fysikalisk-kemiska egenskaper bestäms för att få underlag till formuleringsutveckling.
Preformuleringen ger information:
* För att avgöra om substansen är formuleringsbar och därmed bli en läkemedelskandidat.
* För att avgöra vilka beredningsformer som är möjliga. (Vilken LM form att föredra)
Innan preformulering påbörjas bör man veta vilken beredningsform som föredras.
En injektionslösning behövs alltid för de toxiska, farmakologiska och farmakokinetiska studierna. För djurstudier behövs alltid injektionslösningar av API för att jämföra, men det kanske inte alltid är möjligt, då API kan vara svårlöslig, för att få den i lösning, kan man tillsätta löslighetsförbättrare eller göra en suspension (läkemedlet är inte upplöst, utan finns som små fasta partiklar i vätskan) som ej kan ges som injektion (För att det är partiklar i blodet som blockerar blodkärlen).
Vissa injektionssuspensioner kan ges intramuskulärt (i muskeln) eller subkutant (under huden) om partiklarna är tillräckligt små och långsamt tas upp av kroppen. Det används ibland för depotberedningar (långsam frisättning över tid).
Vilka fysikal-kemiska egenskaper bestäms?
Vilka fysikal-kemiska egenskaper bestäms?
* Materialegenskaper
* Kristallformer, Tg/Tm
* Löslighet
* Absorption
* Stabilitet
* Kompatibilitet
* pKa
* LogP
Vad bedöms?
Vad bedöms?
* Är det möjligt att göra en beredning?
* Kan man göra en flytande beredning som kan användas i prekliniska studier?
* Är det möjligt att göra önskad beredningsform (oftast tablett)?
Kapslar är vanligare i vissa länder, t.ex. i USA, medan tabletter dominerar i Europa. För att; Det har förekommit att personer öppnat kapslar, bytt ut innehållet och manipulerat läkemedlet – till exempel för att skada ett läkemedelsföretags rykte. Mycket svårare att göra detta med tabletter. (I USA räknar man fortfarande antal tabletter till patienter, vilket ökar risken för förfalskningar).
* Vilka problem måste lösas för att kunna tillverka en beredning?
Hur mäts egenskaperna?
Hur mäts egenskaperna?
* Enkla metoder – exakta värden inte viktigast: Snabba metoder är önskat.
* Renhet hos substanser inte alltid 100% * Mycket små mängder substans finns att tillgå i början av preformuleringsarbetet: På grund av brist på substans, vi har substansbrist. Men metodutveckling går fram hela tiden. * Metoder modifieras för att materialåtgång ska bli liten icke-destruktiva metoder används i första hand. Icke-destruktiv (Kan återanvändas, för att inte förstöra substansen för att få tillbaka substansen. Icke-destruktivt metod – en metod eller teknik där man inte förstör eller förändrar substansen permanent för att kunna återvinna eller återanvända den.
Löslighet i vatten:
Löslighet i vatten:
* Viktig kunskap vid beredning av lösningar - mäts vid 4°C och vid 37°C (till exempelvis prekliniska studier)
* Kan påverka biotillgänglighet vid oral administration (om löslighet <1-10 mg/ml): Vilket gäller för flera LM idag, då flera LM har en lägre löslighet än 1-10 mg/ml. * Måste löslighetsförbättrare (co-solvent) tillsättas? * Allt för låg löslighet – stor risk att läkemedelskandidat sållas bort
pKa:
pKa:
* pKa bestäms genom potentiometri, spektroskopi, konduktivitetsmätningar
* Många substanser är svaga baser (aminer) ca.75% eller syror (karboxylsyror) ca.25%. De flesta LM är syror och baser, men baser är dominerande. * Den laddade formen är mer löslig (Mer permeabilitet minskar för den laddade formen). * pH-justering (i lösningar) och saltform (i fasta beredningar) kan öka löslighet.
Aktiv substans i saltform:
Aktiv substans i saltform: Flera LM är i saltform, inte för att öka lösligheten enbart, men även för att lättare kunna göra tablett av, tack vare mekaniska egenskaper, som deformerar material och det blir mer plastiskt och mer sönderfallande, jämfört med syra eller basformen.
I detta fall löslighet:
* Upplösningshastigheten kan förbättras genom att göra lösligt salt.
* Salt formen av den aktiva substansen har ett fördelaktigt pH i ytskiktet vilket leder till en initialt högre upplösningshastighet.
* Lösligheten är beroende av pH i vävnadsvätskan.
* Lösliga salt är ofta hygroskopiska: Tar åt sig fukt lätt, kan vara båda en fördel och nackdel.
För fasta bredningar —> Inte så bra (T.ex. Inhalation om de tar åt sig fukt —> Nackdel, då det bildas klumpar av pulvret.
* OBS! Fungerar endast om aktiva substansen har joniserbar grupp dvs. Syra eller basfunktion.
logP:
logP: Fördelningskoefficient: Indikerar hur lätt substansen passerar tarmepitelmembran.
* Ju högre lipofilicitet ---> Lägre löslighet men högre permeabilitet. * Kan påverka biotillgänglighet vid oral administration. * Om emulsion ska formuleras kan fördelning till andra oljor vara intressanta: Vid emulsionsformulering kan logP vägleda hur substansen fördelas mellan olika oljor eller faser. * Vägledning vid val av betingelser för kromatografi (mobil fas, typ av HPLC-kolonn/TLC-platta).
Aktiva substansens permeabilitet:
Aktiva substansens permeabilitet: Förmågan hos substansen att passera genom tarmväggen.
Karakteriseras med P (app) (I första hand) vilken är permeabilitets coefficienten över membranet.
– Kan bestämmas med hjälp av:
* Cell kulturer ex. Caco-2: Cellerna härstammar från en mänsklig koloncancer-cellinje, men efter differentiering i odling efterliknar de tunntarmens epitel, vilket är relevant eftersom absorption huvudsakligen sker där.
Caco-2-celler härstammar ursprungligen från en enda människas kolontumör och används vanligtvis runt passage 37, vilket innebär att cellerna har delats och odlats många gånger sedan starten.
Man kan även använda sig av människans riktiga celler, men de är inte mortala (dvs. de dör efter ett visst antal delningar), men de efterliknar hur det ser ut i verkligheten (Men är dyra och icke-praktiska).
* Vävnader-Ussing kammare: Tarmvävnad (t.ex. från djur) placeras mellan två kammare för att mäta transport.
* In situ studier: Perfusioner i råtta.
* In vivo studier
* Human data med Loci gut: Perfusion metod i människa.
BCS Biopharmceutical classification system:
BCS Biopharmceutical classification system:
API ska gärna tillhöra Klass I som har hög löslighet och hög permeabilitet (T.ex. Beta blockerare, Verapamil - Kalcium antagonist). BCS är substansberoende, oavsett formuleringen.
Kristallformer
Kristallformer
* Hittas olika kristallformer (polymorf) – stabilitetsproblem!
* Olika kristallformer har olika löslighet och Tm
* Pseudopolymorf/hydrat/solvat
* Amorfa inslag/regioner? Tg
* Studeras med termisk analys, Ramanspektroskopi och röntgendiffraktion
Den stabila formen: Den med lägst löslighet.
Termiska egenskaper
Termiska egenskaper
Smältpunkten påverkar formuleringsmöjligheterna.
Ändring av kristallform vid normala temperaturer kan påverka biotillgängligheten, stabiliteten och formulerbarheten.
Differential scanning calorimetry (DSC) ger information om:
* Smältpunkt
* Kristallstruktursförändringar, polymorfism
* Glasomvandlingstemperatur
* Renhet på API: Oftast 99.99% renhet. Det finns alltid något mer där, beroende på renhetsgrad och även det som finns där kan påverka parametrar som löslighet.
Differential scanning calorimetry (DSC):
Differential scanning calorimetry (DSC): Termisk analysmetod som används för att mäta hur mycket värme ett material absorberar eller avger när det värms upp. Den hjälper oss att förstå termiska egenskaper hos ett ämne.
T1 = T2 och dessa temperaturer ökas med samma hastighet
Den skillnad i energi som krävs mäts.
* Ett prov och ett referensmaterial värms upp parallellt med samma temperaturökningstakt (T₁ = T₂). * Instrumentet mäter hur mycket extra energi (värme) som måste tillföras provet jämfört med referensen för att hålla dem vid samma temperatur. * Denna skillnad i värmeflöde motsvarar endoterma eller exoterma processer i provet, t.ex. smältning, förångning eller glasövergång.
Stabilitet
Stabilitet (Hydrolys, Oxidation, Racemicering):
Nedbrytning av substans i vattenlösning:
* Vid olika pH
* Vid olika temperaturer (accelererade tester enl. Arrhenius)
* I ultraviolett och synligt ljus
* Vid exponering av syre
Nedbrytning av subsans i fasta tillståndet:
* Olika temperaturer
* Vid exponering av fukt (hygroskopicitet)
* Fysikalisk påfrestning (malning, torkning)
Kompatibilitet med hjälpämnen- accelererade studier.
DSC/TLC
DSC/TLC vid test för kompatibilitet mellan hjälpämne och aktiv substans:
Detta sker i sent skede av preformuleringen, där API blandas med hjälpämne (Hjälpämnen med dokumenterad användning, som redan är godkända). API blandas med hjälpämne, och blandningen analyseras med DSC. Om API reagerar med hjälpämnet → Icke-kompatibel kombination (Tyder på nedbrytning av API i närvaro av hjälpämnet) → Testa nytt hjälpämne.
TLC (Tunnskiktskromatografi): Kan användas som ett kompletterande test för att visa nedbrytningsprodukter eller förändringar i sammansättning.
Samma företag använder ofta samma hjälpämnen för att, 1) Förenkla inköp och produktion 2) Ha färre leverantörer och godkända råvaror 3) Minska antal hjälpämne för kostnad.
Preformulering i senare skede - Materialegenskaper:
Preformulering i senare skede - Materialegenskaper:
* Densitet (bulkdensitet, Hausner ratio, Carrs index): Den med stjärnan ger indirekt mått på bulkdensitet.
* Flytförmåga* (rasvinkelmätning)
* Partikelstorlek och kristallmorfologi (mikroskopering, laserdiffraktion)
* Specifik yta (gasadsorption BET, luftpermeametri)
* Hygroskopicitet (Carl Fischer, termogravimetri TG)
* Kompakterbarhet (elastiskt, plastisk, fragmenterande)
* Kompatibilitet med hjälpämnen
Biofarmaci (Upptag): Cellkulturer för upptag genom tarmepitel in silico (Med hjälp av dator) prediktion.
MAD
MAD-maximum absorbable dose: Ett sätt för att undersöka om det är rimligt att ha oralt dos.
MAD (mg)= S (mg/mL) x Ka (per min) x SIWV (mL) x SITT (min)
S = löslighet vid pH 6.5 vilket reflekterar förhållandet i tunntarmen.
Ka = Transintestinal absorptionshastighetskonstant (bestämd genom rått-tarmsperfusion): Mått på permeabilitet.
SIWV = Estimerad tunntarmsvolym tillgänglig för LMs upplösning uppskattad till 250mL som uppskattning.
SITT = Transit tid i tunntarmen uppskattad till 270 min.
Om du räknar ut MAD och får 1 mg, men den önskade dosen är 50 mg: → MAD < Dos ⇒ Problem: Dålig löslighet på API.
Man vill att MAD ska vara högre än dosen man vill ge.
Biofarmaceutiskt utvärdering
Biofarmaceutiskt utvärdering
För 100 % oral biotillgänglighet krävs:
* Total frisättning från formuleringen
* Total upplösning i magtarmvätskan
* Stabilitet i magtarmvätskan (pH 2-8)
* Passage genom mukosan oförändrad eller förändrad till en aktiv form
* Passage genom levern oförändrad
