In some diseases it is preferable that the drugs used in their treatment are released in the colon. The colon is also suitable for systemic delivery of a variety of drugs. A variety of systems have been developed for the purpose of achieving colonic targeting. These approaches are either drug-specific (prodrugs) or formulation specific (coated or matrix preparations) and depends on the pH, transit time and pressure or bacteria in the colon. Different polymers, like chitosan, have been evaluated for their susceptibility to degradation by these bacterial enzymes. Chitosan is considered a good candidate for bacterial degradation and is widely available at low cost and has favourable biological properties. To investigate the influence of formulation factors on the properties of chitosan minitablets, it was necessary to ensure that the chitosan had satisfactory powder flow characteristics to ensure uniform compression in the tablet press and to prevent unacceptable variation in the tablet properties such as weight, thickness, disintegration and strength. Moisture content of the powder, particle size and the inclusion of glidants had an effect on the flowability and it could be improved from a composite flow index value of 32.7 to a value of 58.8. The compressibility of chitosan is very poor and different factors that might influence it, was investigated. Compression forces of between 15 and 20 bar resulted in tablets with acceptable physical characteristics. An increase in moisture content, using the powder fraction > 212 ym as well as a decrease in powder weight resulted in tablets with a higher tensile strength. Lower compression forces resulted in tablets that are extremely porous. This suggests that the chitosan can only be compressed at high compression forces which are difficult to obtain using a standard tablet press. The standard tablet press was therefore modified to fill more powder in the die and generate higher compression forces. Minitablets were compressed and the dissolution of isoniazide from these tablets was investigated. Varying the punch depth or the compaction of the powder did not result in the desired slower release of the drug as a result. The porosity of the tablets compressed at all the punch depth settings and compaction percentages was probably too high to have an effect on the wettablity of the tablets and as a result on the dissolution of the isoniazide from the tablets. The inclusion of excipients such as citric acid (an organic acid which would lower the pH in the tablet, allowing the chitosan to form a gel) and pectin (which would form an insoluble complex with the chitosan) into the formulation delayed the dissolution of the isoniazide from the minitablets. Coating of the minitablets with an enteric coating (Eudragit S ®) initially delayed the dissolution of the isoniazide and would protect the tablets from the harsh environment of the stomach so that the tablets will reach the colon and release the drug. / Thesis (Ph.D. (Pharmaceutics))--North-West University, Potchefstroom Campus, 2007

Thesis (Ph.D. (Pharmaceutics))--North-West University, Potchefstroom Campus, 2007

In some diseases it is preferable that the drugs used in their treatment are released in the colon. The colon is also suitable for systemic delivery of a variety of drugs. A variety of systems have been developed for the purpose of achieving colonic targeting. These approaches are either drug-specific (prodrugs) or formulation specific (coated or matrix preparations) and depends on the pH, transit time and pressure or bacteria in the colon. Different polymers, like chitosan, have been evaluated for their susceptibility to degradation by these bacterial enzymes. Chitosan is considered a good candidate for bacterial degradation and is widely available at low cost and has favourable biological properties. To investigate the influence of formulation factors on the properties of chitosan minitablets, it was necessary to ensure that the chitosan had satisfactory powder flow characteristics to ensure uniform compression in the tablet press and to prevent unacceptable variation in the tablet properties such as weight, thickness, disintegration and strength. Moisture content of the powder, particle size and the inclusion of glidants had an effect on the flowability and it could be improved from a composite flow index value of 32.7 to a value of 58.8. The compressibility of chitosan is very poor and different factors that might influence it, was investigated. Compression forces of between 15 and 20 bar resulted in tablets with acceptable physical characteristics. An increase in moisture content, using the powder fraction > 212 ym as well as a decrease in powder weight resulted in tablets with a higher tensile strength. Lower compression forces resulted in tablets that are extremely porous. This suggests that the chitosan can only be compressed at high compression forces which are difficult to obtain using a standard tablet press. The standard tablet press was therefore modified to fill more powder in the die and generate higher compression forces. Minitablets were compressed and the dissolution of isoniazide from these tablets was investigated. Varying the punch depth or the compaction of the powder did not result in the desired slower release of the drug as a result. The porosity of the tablets compressed at all the punch depth settings and compaction percentages was probably too high to have an effect on the wettablity of the tablets and as a result on the dissolution of the isoniazide from the tablets. The inclusion of excipients such as citric acid (an organic acid which would lower the pH in the tablet, allowing the chitosan to form a gel) and pectin (which would form an insoluble complex with the chitosan) into the formulation delayed the dissolution of the isoniazide from the minitablets. Coating of the minitablets with an enteric coating (Eudragit S ®) initially delayed the dissolution of the isoniazide and would protect the tablets from the harsh environment of the stomach so that the tablets will reach the colon and release the drug. / Thesis (Ph.D. (Pharmaceutics))--North-West University, Potchefstroom Campus, 2007

Parmi toutes les voies d’administration, la voie orale a toujours suscité un grand intérêt. Les formes prises par voie orale présentent une grande facilité d’administration pour le patient, tandis que pour les chercheurs, la physiologie du système gastro-intestinal peut être facilement modélisable. Malheureusement, son importante variabilité, liée principalement au temps de vidange gastrique, peut conduire à une mauvaise reproductibilité des effets thérapeutiques et à une diminution de la biodisponibilité. Ce problème est surtout rencontré dans le cas des principes actifs présentant une fenêtre d’absorption étroite au niveau de l’intestin supérieur [Deshpande et col., 1996]. Une solution a été de développer des formes galéniques à libération prolongée caractérisées par un temps de résidence gastrique accru. Ainsi, le principe actif est libéré progressivement en amont de sa fenêtre d’absorption. Dans cette optique, plusieurs systèmes ont été développés : des formes bioadhésives, expansibles, gonflantes ou à hautes densités [Singh et Kim, 2000]. Mais parmi toutes ces formes, ce sont les systèmes flottants qui semblent offrir la protection la plus efficace contre une vidange gastrique précoce [Moës, 1989]. Seth et Tossounian ont ainsi développé une gélule flottante à libération prolongée, basée sur le gonflement d’un dérivé cellulosique. Etant une forme monolithique, sa vidange gastrique était soumise au phénomène de tout ou rien. De plus, cette forme présentait un inconvénient majeur puisqu’elle était sujette à des fractionnements intra-gastriques, diminuant de ce fait la reproductibilité inter- et intra-individuelle [Seth et Tossounian, 1984]. Afin de résoudre ces problèmes de variabilité, des mini-comprimés flottants à libération prolongée ont été développés. Notre but était donc de développer des mini-comprimés capables de flotter dans l’estomac pendant une période de temps prolongée tout en assurant la délivrance progressive du principe actif. Ces mini-comprimés devaient fournir une bonne flottaison et une libération prolongée pour diverses substances actives. Nous avons également essayé d’augmenter au maximum la teneur en principe actif afin de faciliter l’administration de la gélule contenant les mini-comprimés en réduisant le volume nécessaire pour contenir la dose désirée. L’utilisation de la granulation thermoplastique [Hamdani et col., 2002] suivie d’une compression directe a permis d’obtenir un procédé de fabrication simple, rapide et peu coûteux. Les mini-comprimés contenaient au minimum un agent actif, un agent liant et un mélange effervescent. La levodopa a d’abord été sélectionnée comme modèle de principe actif hydrosoluble. La première forme développée renfermait un agent gélifiant cellulosique capable de retenir le dioxyde de carbone généré tout en assurant la libération prolongée du principe actif. En incorporant 17% (m/m) d’agents effervescents et 25% (m/m) d’agent gélifiant au sein des mini-comprimés matriciels, la libération de la levodopa s’est étendue sur une période de 8 heures. Contrairement à la Prolopa® HBS 125, ils n’ont jamais présenté de problème de fragmentation ou de « désintégration » lors des essais de dissolution. Les mini-comprimés matriciels étaient caractérisés par un faible délai de flottaison (± 1 min.) quel que soit le pH (1.2 ou 3.0), des forces de flottaison élevées et une durée totale de flottaison supérieures à 13 heures. Une évaluation par la technique du poids résultant a montré qu’ils généraient des forces de flottaison supérieures – ex. PRmax = 70mg/100mg - à la spécialité commerciale Prolopa® HBS 125 – ex. PRmax = 45mg/100mg. Suite aux bons résultats obtenus in vitro, une étude préliminaire in vivo a été effectuée sur des sujets volontaires sains. La riboflavine a été préférée à la levodopa comme modèle hydrosoluble en raison du caractère non invasif des prélèvements. L’hypothèse selon laquelle les mini-comprimés flottants offraient une rétention gastrique supérieure à celle obtenue avec les mini-comprimés non flottants semblait avoir été vérifiée. En effet, la quantité totale de riboflavine excrétée après administration concomitante des mini-comprimés flottants et d’un repas était supérieure à celle excrétée avec une forme flottante prise à jeun, ainsi qu’à celle excrétée lors de l’administration de la forme non flottante prise en même temps que le repas. De plus, quel que soit le régime alimentaire, la vitesse d’excrétion urinaire maximale et le temps nécessaire pour l’atteindre ont toujours été supérieurs après administration de la forme flottante. Une seconde technologie a ensuite permis de remplacer l’agent gélifiant par un enrobage capable de maintenir le dioxyde de carbone à l’intérieur de la forme tout en assurant la libération prolongée de la levodopa. Le but de cette substitution était de pouvoir augmenter le pourcentage de principe actif contenu dans la forme. Un dérivé acrylique insoluble – Eudragit® RL30D – a été utilisé comme agent filmogène. Un agent plastifiant peu hydrosoluble – ATEC – a permis d’obtenir un film élastique résistant aux tensions engendrées par la génération du dioxyde de carbone. En appliquant une teneur équivalente à 20% (m/m) d’enrobage autour du noyau, la libération de la levodopa n’a pas été retardée et s’est prolongée pendant plus de 20 heures. Ces mini-comprimés enrobés ont flotté en 20 minutes à pH 1.2 et ont conservé leurs propriétés de flottaison pendant plus de 13 heures. L’incorporation de lactose (10% m/m) au sein de l’enrobage a permis de libérer l’entièreté de la levodopa en 18 heures. De plus, en augmentant la teneur en acide tartrique dans le mélange permettant de générer le dioxyde de carbone (de 3 à 15 % m/m), le délai de flottaison, identique quel que soit le pH (1.2 ou 3.0), a été réduit de 20 à 8 minutes. L’influence des propriétés physico-chimiques de la levodopa et de la ciprofloxacine sur les profils de dissolution et de flottaison obtenus à partir des mini-comprimés matriciels et enrobés a ensuite été évaluée. En l’absence de ciprofloxacine dans la composition de l’enrobage, un retard de libération d’une heure est apparu. Il n’a pu être supprimé qu’en incorporant 10% (m/m) de principe actif au sein de l’enrobage. Aucun problème de ce type ne s’est présenté avec la levodopa. Quel que soit le principe actif incorporé, les mini-comprimés matriciels et enrobés ont flotté en moins de 10 minutes et pendant plus de 13 heures. Toutefois, les valeurs maximales de poids résultant obtenues ont été supérieures en présence de ciprofloxacine - 220 mg/100mg - qu’après incorporation de levodopa – 90 mg/100mg. Une étude pharmacocinétique sur volontaires sains a finalement été réalisée sur les mini-comprimés matriciels et enrobés contenant une association de levodopa et de carbidopa. Le but de cette investigation était de comparer les profils pharmacocinétiques de la levodopa et des inhibiteurs de décarboxylases périphériques obtenus à partir des mini-comprimés avec ceux relevés après administration de la spécialité commerciale Prolopa® HBS 125. Une étude scintigraphique a également été réalisée afin d’évaluer le temps de résidence gastrique des 3 formes flottantes. Cette étude a démontré que les mini-comprimés – matriciels et enrobés – présentaient un temps de rétention gastrique supérieure à 4 heures. Ils ont également fourni des concentrations plasmatiques soutenues en levodopa et carbidopa pendant plus de 12 heures. La courbe plasmatique de la levodopa obtenue à partir des mini-comprimés enrobés était similaire à celle obtenue après administration de la Prolopa® HBS 125. Dans les 2 cas, les concentrations plasmatiques en levodopa ont augmenté rapidement après 3 heures. Ce phénomène est sans doute dû aux phénomènes de désintégration observés in vitro et par scintigraphie. Les mini-comprimés matriciels ont fourni des résultats moins variables en fonction du sexe. Ils n’ont présenté aucune désintégration intra-gastrique, ce qui a évité l’apparition d’effet de pic au niveau des concentrations plasmatiques en levodopa. Comparativement à la carbidopa, les concentrations plasmatiques en bensérazide étaient inférieures et présentaient d’importantes variations en fonction du sexe. Le développement de ces nouveaux types de mini-comprimés a également requis l’examen de leur stabilité temporelle. Pour ce faire, ils ont été conservés à différentes conditions de température et d’humidité relative (25±2°C / 60±5% HR ; 30±2°C / 65±5% HR ; 40±2°C / 75±5% HR). A 25°C et 30°C, aucune diminution significative des teneurs en levodopa et carbidopa n’a été observée à partir des 2 types de mini-comprimés. De même, le profil de dissolution des 2 principes actifs sont restés similaires à celui relevé au temps zéro. Après 12 mois de stockage, les mini-comprimés matriciels et enrobés flottaient endéans 10 min et pendant plus de 13 heures. A 40°C, le profil de dissolution de la levodopa et de la carbidopa, ainsi que les propriétés de flottaison des mini-comprimés matriciels et enrobés sont restés similaires à ceux relevés juste après production. Par contre, après 6 mois de stockage, les teneurs en PA ont diminué de façon significative (p < 0.05) lorsqu’ils étaient contenus dans les mini-comprimés matriciels./ Oral sustained-drug-delivery formulations show some limitations connected with the gastric emptying time. In particular, a too rapid gastrointestinal (GI) transit can result in incomplete drug release from the device above the absorption zone, leading to diminish effectiveness of the administered dose, especially when the drug presents a narrow absorption window. A prolongation of gastric residence time of a rate-controlled oral dosage form (DF) can overcome these problems. Thus, the design of sustained-release (SR) DF requires in some cases both prolongation of GI transit time of the DF as well as controlled drug release. In this way, SR floating granulates, made by melt granulation and containing at least an active drug, a meltable lipidic binder and gas-generating agents, and compressed into minitablets (MT), were developed and evaluated in vitro. The first floating system developed contained Methocel® K15M as a swellable polymer both to trap the generated carbon dioxide and to sustain the release of the drug. For the second floating system developed, Methocel® K15M was completely replaced by the drug and a coating step was introduced in the manufacturing process in order to provide a coating capable of maintaining the generated carbon dioxide inside the DF for a prolonged period of time. Levodopa was used as a model drug. Precirol® was used as a meltable binder. Tartaric acid, sodium bicarbonate and calcium carbonate were employed as carbon dioxide-generating agents. Methocel® K15M was used as a gel-forming polymer. The insoluble polymer used to make the gas-trapping membrane was Eudragit® RL30D. Acetyl-triethyl citrate was used as plasticizer. Granulates were prepared by melt granulation, in a vertical small laboratory scale high-shear mixer. MT were prepared by direct compression. The coating was realized into a fluidized bed coating apparatus. A resultant-weight apparatus was used to determine the buoyancy capabilities of the floating minitablets (FMT). A Disteck 2100C USP 29 dissolution apparatus Type II was used for the dissolution tests. The best floating properties of the uncoated FMT were obtained with 3 mm minitablets prepared at low compression forces ranging between 50 and 100 N. When the FMT were filled into gelatin capsules, no sticking was observed. By evaluating the dissolution profiles of levodopa at different pH values, it was found that dissolution profiles depend more on the prolonged-release ability of Methocel® K15M than on the pH-dependent solubility of levodopa. On the other hand, the optimized 3mm coated FMT floated within 10 min and remained buoyant for more than 13 h, regardless of the pH of the test medium. By evaluating the dissolution profiles of levodopa at different pH, it was found that the release of levodopa was sustained for more than 12 h regardless of the pH, even if the coating did not cancel the effect of the pH-dependant solubility of the active drug. Finally, the robustness of the uncoated and the coated FMT was assessed by testing the drug release variability in function of the stirring conditions during dissolution tests. Two formulations -uncoated and coated - of new FMT were developed with success. The floating lag time of the FMT was ranged between 1 and 10 min and the FMT remained buoyant for more than 13 hours. Their ability to sustain the drug release for more than 8 hours was also demonstrated. Pharmacoscintigraphic studies were conducted on the FMT and the following in vivo results assess those obtained in vitro.

O objetivo do presente trabalho foi desenvolver e avaliar minicomprimidos obtidos a partir de quatro formas polimórficas de atorvastatina cálcica. Inicialmente foi realizada uma caracterização físico-química das amostras (amorfa e formas cristalinas I, VI e VIII), empregando-se os ensaios de dissolução intrínseca e solubilidade através dos métodos do disco rotacional e do equilíbrio, respectivamente. Na sequência, foi realizada a caracterização do estado sólido por difração de raios-x, DSC (differencial scanning calorimetry) e termogravimetria. Foi observado que o polimorfo VIII demonstrou maior velocidade de dissolução intríseca, seguido pelas formas amorfa, VI e I. Adicionalmente, foram avaliadas as propriedades das partículas de atorvastatina cálcica a fim de verificar sua influência nos resultados de solubilidade e dissolução intrínseca. As seguintes análises foram conduzidas: tamanho e distribuição do tamanho de partícula, densidades (aparente, compactada e verdadeira), microscopia eletrônica de varredura, área superficial, termogravimetria derivada e solubilidade com tensoativo. Os resultados demonstraram diferenças significativas dentre as partículas das amostras avaliadas, principalmente quanto à morfologia e área superficial, as quais podem ter influenciado os resultados de dissolução intrínseca. Finalmente, definiu-se uma formulação de minicomprimidos que foi preparada com as quatro amostras do fármaco através do processo de compressão direta, utilizando-se um punção múltiplo com 3 pontas, de 3 mm cada. As formulações foram avaliadas quanto ao peso médio, dureza, friabilidade, espessura, teor e perfil de dissolução. Os resultados indicaram que as diferentes formas de atorvastatina cálcica são capazes de influenciar o perfil de liberação do fármaco a partir da formulação proposta, reforçando a importância do estudo de pré-formulação no desenvolvimento de formas farmacêuticas sólidas contendo atorvastatina cálcica. / The purpose of this study was to develop and evaluate minitablets obtained from four polymorphic forms of atorvastatin calcium. Initially, the physicochemical characterization of the samples (amorphous and forms I, VI and VIII) was made by applying the intrinsic dissolution rate and solubility studies using the rotation disk and shake-flask methods, respectively. Further, the solid state characterization was made by means of x-ray powder diffraction, differential scanning calorimetry and termogravimetric analysis. It was observed that the polymorph VIII showed the highest intrinsic dissolution rate, followed by the amorphous form, polymorph VI and I. Additionally, the particle properties were evaluated in order to check its influence on the solubility and intrinsic dissolution results previous obtained. The following tests were conducted: size and size distribution of the particles, densities (apparent, compacted and true), scanning electron microscopy, surface area, differential termogravimetric analysis and solubility with surfactant. The results showed significant differences between the particles of the samples, especially in terms of morphology and surface area, which may have influenced the results of the intrinsic dissolution. Finally, a minitablet formulation was defined and prepared with the four samples of the drug by direct compression process, with a multi tip punch with 3 tips of 3 mm each one. The formulations were analyzed regarding their weight, hardness, friability, thickness, assay and dissolution profile. The results suggested that the different forms of atorvastatin calcium are capable of influencing the dissolution profile of the drug from the proposed formulation, reinforcing the importance of the preformulation study in the development of solid dosage forms with atorvastatin calcium.

O objetivo do presente trabalho foi desenvolver e avaliar minicomprimidos obtidos a partir de quatro formas polimórficas de atorvastatina cálcica. Inicialmente foi realizada uma caracterização físico-química das amostras (amorfa e formas cristalinas I, VI e VIII), empregando-se os ensaios de dissolução intrínseca e solubilidade através dos métodos do disco rotacional e do equilíbrio, respectivamente. Na sequência, foi realizada a caracterização do estado sólido por difração de raios-x, DSC (differencial scanning calorimetry) e termogravimetria. Foi observado que o polimorfo VIII demonstrou maior velocidade de dissolução intríseca, seguido pelas formas amorfa, VI e I. Adicionalmente, foram avaliadas as propriedades das partículas de atorvastatina cálcica a fim de verificar sua influência nos resultados de solubilidade e dissolução intrínseca. As seguintes análises foram conduzidas: tamanho e distribuição do tamanho de partícula, densidades (aparente, compactada e verdadeira), microscopia eletrônica de varredura, área superficial, termogravimetria derivada e solubilidade com tensoativo. Os resultados demonstraram diferenças significativas dentre as partículas das amostras avaliadas, principalmente quanto à morfologia e área superficial, as quais podem ter influenciado os resultados de dissolução intrínseca. Finalmente, definiu-se uma formulação de minicomprimidos que foi preparada com as quatro amostras do fármaco através do processo de compressão direta, utilizando-se um punção múltiplo com 3 pontas, de 3 mm cada. As formulações foram avaliadas quanto ao peso médio, dureza, friabilidade, espessura, teor e perfil de dissolução. Os resultados indicaram que as diferentes formas de atorvastatina cálcica são capazes de influenciar o perfil de liberação do fármaco a partir da formulação proposta, reforçando a importância do estudo de pré-formulação no desenvolvimento de formas farmacêuticas sólidas contendo atorvastatina cálcica. / The purpose of this study was to develop and evaluate minitablets obtained from four polymorphic forms of atorvastatin calcium. Initially, the physicochemical characterization of the samples (amorphous and forms I, VI and VIII) was made by applying the intrinsic dissolution rate and solubility studies using the rotation disk and shake-flask methods, respectively. Further, the solid state characterization was made by means of x-ray powder diffraction, differential scanning calorimetry and termogravimetric analysis. It was observed that the polymorph VIII showed the highest intrinsic dissolution rate, followed by the amorphous form, polymorph VI and I. Additionally, the particle properties were evaluated in order to check its influence on the solubility and intrinsic dissolution results previous obtained. The following tests were conducted: size and size distribution of the particles, densities (apparent, compacted and true), scanning electron microscopy, surface area, differential termogravimetric analysis and solubility with surfactant. The results showed significant differences between the particles of the samples, especially in terms of morphology and surface area, which may have influenced the results of the intrinsic dissolution. Finally, a minitablet formulation was defined and prepared with the four samples of the drug by direct compression process, with a multi tip punch with 3 tips of 3 mm each one. The formulations were analyzed regarding their weight, hardness, friability, thickness, assay and dissolution profile. The results suggested that the different forms of atorvastatin calcium are capable of influencing the dissolution profile of the drug from the proposed formulation, reinforcing the importance of the preformulation study in the development of solid dosage forms with atorvastatin calcium.

Parmi toutes les voies d’administration, la voie orale a toujours suscité un grand intérêt. Les formes prises par voie orale présentent une grande facilité d’administration pour le patient, tandis que pour les chercheurs, la physiologie du système gastro-intestinal peut être facilement modélisable. Malheureusement, son importante variabilité, liée principalement au temps de vidange gastrique, peut conduire à une mauvaise reproductibilité des effets thérapeutiques et à une diminution de la biodisponibilité. Ce problème est surtout rencontré dans le cas des principes actifs présentant une fenêtre d’absorption étroite au niveau de l’intestin supérieur [Deshpande et col. 1996]. Une solution a été de développer des formes galéniques à libération prolongée caractérisées par un temps de résidence gastrique accru. Ainsi, le principe actif est libéré progressivement en amont de sa fenêtre d’absorption. Dans cette optique, plusieurs systèmes ont été développés :des formes bioadhésives, expansibles, gonflantes ou à hautes densités [Singh et Kim, 2000]. Mais parmi toutes ces formes, ce sont les systèmes flottants qui semblent offrir la protection la plus efficace contre une vidange gastrique précoce [Moës, 1989]. Seth et Tossounian ont ainsi développé une gélule flottante à libération prolongée, basée sur le gonflement d’un dérivé cellulosique. Etant une forme monolithique, sa vidange gastrique était soumise au phénomène de tout ou rien. De plus, cette forme présentait un inconvénient majeur puisqu’elle était sujette à des fractionnements intra-gastriques, diminuant de ce fait la reproductibilité inter- et intra-individuelle [Seth et Tossounian, 1984]. <p>\ / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished