Many companies, including Strike Pharma, are developing biologicals for individualized immunotherapeutic cancer treatments. The possibility to combine a bispecific antibody with a myriad of endogenous antigenic peptides opens the doors for highly personalized therapies. Setting up and using analytical assays is key to evaluate aggregation and overcome aggregation patterns of biologicals during CMC development. The aim of this project was to assess size exclusion chromatography (SEC) as an analytical method and subsequently evaluate several drug formulations that could be suitable for subcutaneous administration of a peptide and antibody conjugate mix. The formulations were based on a 25 mM histidine buffer pH 6.0, that had been optimized for the antibody alone, with different additives. By utilizing SEC coupled to UV-detection at 280 nm, aggregates were detected and quantified. The most effective excipients were dimethyl sulfoxide, polyethylene glycol 400 and arginine. Two different peptide-tags were compared and the pTag9mer-mut2 variant was more favorable than pTag9mer-mut1 in limiting aggregate formation with highest success rates at 1.5 mg/mL protein concentrations and the fulfillment of the high molecular weight ≤ 5% criterion. Combining antibody and peptide containing pTag9mer-mut1 in a pH 9.0 histidine buffer with added arginine engendered the least aggregates compared to any pH 6.0 formulation. However, the instability of the antibody in pH 9.0 and the risk of deamidation makes this less suitable. Future considerations include changing the administration method or using pump injection strategy, which allows higher injection volumes to limit aggregation by lowering protein concentrations.

No / The influence of surfactants on the stability of cyclodextrin (CD) Pickering emulsions is not well understood. In this study, we report two-way effects of Tween 80 and soybean lecithin (PL) on the long term stability of Pickering emulsions stabilized by the self-assembled microcrystals of alpha-CD and medium chain triglycerides (MCT). The CD emulsions in the absence and presence of Tween 80 or PL at different concentrations were prepared and characterized by the droplet size, viscosity, contact angle, interfacial tension and residual emulsion values. After adding Tween 80 and PL, similar effects on the size distribution and contact angle were observed. However, changes of viscosity and interfacial tension were significantly different and two-way effects on the stability were found: (i) synergistic enhancement by Tween 80; (ii) inhibition at low and enhancement at high concentrations by PL. The stability enhancement of Tween 80 was due to the interfacial tension decrease caused by the interaction of Tween 80 with CD at the o/w interface at lower concentrations, and significant viscosity increase caused by the Tween 80-CD assembly in the continuous phase. For PL at low concentrations, the replacement of alpha-CD/MCT by alpha-CD/PL particles at the o/w interface was observed, leading to inhibitory effects. High concentrations of PL resulted in an extremely low interfacial tension and stable emulsion. In conclusion, the extensive inclusion of surfactants by CD leads to their unique effects on the stability of CD emulsions, for which the changes of viscosity and interfacial tension caused by host-guest interactions play important roles.

La zéine est une protéine dont l'utilisation est intéressante à la formation d'un système matriciel apte à moduler la libération de principes actifs alimentaires. En effet, lorsqu'elle subit divers traitements de mise en suspension dans l'eau ou dans l'éthanol, avec et sans présence de chaleur, la zéine adopte différentes conformations. Cela mène à l'obtention de poudres qui présentent des propriétés diverses, tant au point de vue microscopique que macroscopique. Les différents types de poudre, après avoir subi un traitement de granulation et de compression, mènent à l'obtention de comprimés qui exposent des propriétés mécaniques ainsi que des propriétés de libération différentes. Cela permet d'affirmer que la zéine qui a préalablement subi un traitement de mise en suspension dans l'eau à température ambiante, suivi d'un séchage, d'un broyage et d'un traitement de granulation préalable à sa compression, présente des propriétés de libération prolongée.

The aim of this work was to assess the suitability of vibrational spectroscopic techniques (Raman, FT-IR and FT-NIR spectroscopy) as a means for the solid-state structural analysis of pharmaceuticals. Budesonide, fluticasone propionate, salbutamol hemisulfate, terbutaline hemisulfate, ipratropium bromide, polymorphic forms of salmeterol xinafoate and two polymorphic forms of sulfathiazole were selected since they are used in the management of certain respiratory disorders and from different chemical and pharmacological entities along with some pharmaceutical excipients. Conventional visual examination is not sufficient to identify and differentiate spectra between different pharmaceuticals. To confirm the assignment of key molecular vibrational band signatures, quantum chemical calculations of the vibrational spectra were employed for better understanding of the first five selected drugs. The nondestructive nature of the vibrational spectroscopic techniques and the success of quantum chemical calculations demonstrated in this work have indeed offered a new dimension for the rapid identification and characterisation of pharmaceuticals and essentially warrant further research. The application of simultaneous in situ Raman spectroscopy and differential scanning calorimetry for the preliminary investigation of the polymorphic transformation of salmeterol xinafoate polymorphs and two polymorphic forms of sulfathiazole has also been explored in this work leading to the development of a new method for the solid-state estimation of the transition temperature of entantiotropically related pharmaceutical polymorphs which represents the first analytical record of the use of this approach for pharmaceutical polymorphs.

La résistance multi-drogue (MDR) est un facteur majeur de l'échec partiel de nombreuses chimiothérapies anticancéreuses, antiparasitaires ou antibactériennes. Dans le but d’inhiber ce phénomène, de nouvelles molécules au pouvoir reversant ont été découvertes. Ainsi une série de molécules, basée sur un squelette pyrido[3,2-g]quinoléine, portant différentes chaînes alkylamines et diversement substituées sur le motif hétérocyclique, a été synthétisée et montré in vitro une activité reversante de la résistance multiple aux médicaments. Afin de démontré le processus suivi par une molécule biologiquement active de sa synthèse à sa mise en forme galénique, le 4,6-Bis[2’(diéthylamino)éthoxy]2,8,10-triméthylpyrido[3,2-g]quinoléine (BG 637) a été choisi. Nous avons procédé dans un premier temps à la caractérisation physicochimique du BG 637 par des techniques telles que l’analyse calorimétrique différentielle (DSC), la spectroscopie UV-VIS, la spectrométrie de masse (CG/SM) couplée à la chromatographie de gaz, la spectroscopie Infra Rouge à Transformée de Fourrier (IRTF), la résonance magnétique nucléaire (RMN), la diffraction aux rayons X et la cristallographie. Des études stabilité ont également été menées sous différentes conditions de stockage. Des études d’interactions entre différents excipients et le BG 637 ont été réalisées et analysées par DSC, IRTF et UV. Les résultats ont montré que le BG 637 est un composé stable et compatible avec les excipients choisis. Enfin, la mise en forme galénique orale, le comprimé, a été réalisée. / Multi-drug resistance represent a major problem for chemotherapy unsuccessful in oncology, parasitoly and bacteriology. The new molecules which reverse this phenomenon were discovered.The pyrido[3,2-g]quinolines family which are substituted by various alkylamine side chains and various substituents on the heterocyclic moiety was prepared and the in vitro activity against the multi-drug resistance was showed.With the aim to show the processes of the new biological compound from his synthesis to the galenic form, the 4,6-Bis[2’(diéthylamino)éthoxy]2,8,10-triméthylpyrido[3,2-g]quinoline (BG 637) was chosen. To characterize BG 637, techniques such as Differentiel Scanning Calorimetry (DSC), Fourier Transform Infrared spectrometry (FT-IR), Ultra Violet spectrometry (UV), Mass spectrometry (GC/MS) coupled with Gas Chromatography, Nuclear Magnetic Resonance (NMR) and X-Ray Powder Diffraction (XRPD) were used. Several of them were also used to show the stability of the drug during various storage conditions.DSC supported by FT-IR and UV were used as the screening techniques for assessing the compatibility of BG 637 with several commonly used pharmaceutical excipients. These results showed that BG 637 is a very stable compound and compatible with several pharmaceutical excipients. Finally, the appropriate formulation for direct compression was determined.

Les matériaux granulaires sont utilisés dans de nombreux domaines tels que la pharmacie, la chimie, la métallurgie, l'agroalimentaire. Ils font l'objet de nombreuses recherches théoriques et expérimentales. La compression en matrice fermée est un procédé économique et facile à automatiser, ce qui explique qu'elle soit très répandue dans les industries qui utilisent des milieux granulaires. Dans le domaine pharmaceutique, le comprimé reste la forme la plus présente sur le marché. Bien que simple en apparence, la compression est un processus dynamique irréversible d'une grande complexité. Dans le cas d'un comprimé pharmaceutique, il faut garder à l'esprit que celui ci doit répondre à la fois à des contraintes technologiques, à des contraintes thérapeutiques et à des contraintes réglementaires très strictes. Pour répondre à ces différentes contraintes, les comprimés pharmaceutiques sont obtenus par la compression de mélanges souvent complexes d'excipients et d'une substance active. Bien que des progrès aient été fait dans la quantification des propriétés mécaniques des systèmes simples, le comportement mécanique des systèmes de poudres plus complexes a été moins étudié. L'idéal pour le formulateur serait de disposer des propriétés de chaque constituant du mélange et de sa contribution au comportement de l'ensemble du système pour pouvoir prédire le comportement des constituants en mélange. L'expérience semble montrer que ce n'est pas aussi simple. Or, comprendre le comportement d'un mélange en fonction des propriétés de ces constituants de base, c'est non seulement pouvoir prédire le comportement du mélange, mais également pouvoir développer de nouvelles formules.<br /><br /> L'objectif de ce travail de recherche est d'évaluer les propriétés de mélanges granulaires compactés. Etant donnée la complexité du problème et la difficulté d'interprétation lorsque l'on s'intéresse à des mélanges d'excipients, les études doivent être réalisées sur des systèmes simples (mélanges binaires faisant intervenir des systèmes monodisperses). Il a donc été nécessaire d'étudier de la façon la plus complète possible les systèmes simples choisis avant de pouvoir passer à l'étude de leurs mélanges binaires.<br />Les excipients étudiés (A TAB®, Fast Flo®, Vivapur 12®) sont représentatifs des excipients utilisés dans le domaine pharmaceutique. Les données de la littérature ont également mis en évidence des comportements en compression très différenciés. <br /><br />Le premier objectif de ce travail a donc été de caractériser de la manière la plus exhaustive possible le comportement sous pression des trois excipients ainsi que les propriétés mécaniques de ces systèmes compactés.<br />Les résultats obtenus sur la compressibilité des trois excipients (énergies mises en jeu au cours de la compression, consommation de la porosité, modélisation de Heckel et seuil moyen d'écoulement plastique) ont confirmé des aptitudes à la compression très différentes.<br />En complément, la technique de microtomographie X a été utilisée pour caractériser la fraction solide des comprimés de Vivapur 12®. Cette technique est une technique émergente dans l'étude des comprimés pharmaceutiques. Il a donc été nécessaire au préalable de la valider dans le domaine d'application dans lequel nous voulions la mettre en oeuvre (vérification de la loi de Beer-Lambert). Après une étape de calibration, une hétérogénéité au niveau de la répartition de la masse volumique a été mise en évidence au sein des comprimés, avec une différence importante entre la surface (surdensifiée) et le centre du comprimé. A la vue de ces observations, il apparaît donc que la différence entre les propriétés du volume (résistance à la rupture, module de Young, ...) et les propriétés de surface (dureté en indentation, ...) doit être faite.<br />Concernant les propriétés mécaniques des systèmes simples compactés (résistance à la rupture, module de Young, ténacité, dureté Brinell), des différences ont été observées entre les trois excipients pour une même propriété. De plus, pour un même excipient, des variations marquées entre les propriétés mécaniques caractéristiques du volume du compact et les propriétés mécaniques caractéristiques de la surface ont été mises en évidence.<br />Le modèle de la percolation qui est de plus en plus rencontré dans le domaine de la compression de composés pharmaceutiques a été appliqué aux trois systèmes étudiés. Les résultats de nos essais de modélisation semble montrer que ce modèle présente des limites. L'exposant critique ne semble pas universel pour une propriété donnée et les seuils de densité critique obtenus restent difficile à interpréter.<br /><br />La deuxième partie de ce travail est consacrée à l'étude des mélanges binaires formés à partir des trois excipients étudiés dans la première partie.<br />Le suivi de l'évolution de la porosité des mélanges (à une contrainte de compression donnée) en fonction de la composition massique du mélange a permis de mettre en évidence une relation linéaire Porosité/Composition. Cette relation permet de déterminer la porosité d'un mélange compacté sous une pression donnée à partir des données recueillies au cours de l'étude des systèmes simples. Par contre, le seuil moyen d'écoulement plastique des mélanges n'évolue pas linéairement avec la composition massique du mélange. Mais en raison de la relation précédemment obtenue, une méthode de calcul indirect du seuil moyen d'écoulement plastique est possible. Cette méthode prédictive permet une bonne approximation des propriétés de densification et de déformation d'un mélange binaire quelle que soit sa composition.<br />Pour toutes les propriétés mécaniques étudiées, les lois de proportionnalités simples classiquement utilisées en mécanique ne sont pas applicables. Dans la majorité des cas, une déviation négative est même observée par rapport à ces lois simples.<br />Dans le cas particulier des propriétés mécaniques qui caractérisent la surface des compacts, il est apparu qu'elles étaient régies par le composé le plus plastique du mélange dès que sa proportion massique est égale à environ 30 à 20 %.<br />Pour s'inscrire dans une optique d'aide à la formulation, un modèle a été proposé pour décrire l'évolution du module de Young et de la résistance à la rupture en fonction de la composition du mélange. Après ajustement, une approche basée sur des interactions triangulaires et sur la probabilité de présence de ces interactions semble la plus adaptée.<br />Pour compléter l'étude des systèmes binaires, des essais de microtomographie X ont également été menés sur des mélanges Vivapur 12®/A TAB® compactés. Les représentations obtenues ont permis de mettre en évidence le Vivapur 12® au niveau des surfaces des compacts qui ont été en contact avec les pièces mécaniques. Ces observations confirment les résultats obtenus en microindentation sur ce mélange. Les seuils de percolation des deux excipients ont également été mis en évidence.

Thesis (Ph.D. in Pharmaceutical Sciences) -- University of Colorado Denver, 2008. / Typescript. Includes bibliographical references (leaves 134-146). Free to UCD Anschutz Medical Campus. Online version available via ProQuest Digital Dissertations;

Biologics are large, complex therapeutic agents generally produced from living organisms. One group of biologics is peptide/protein based. Biological agents offer unique advantages over traditional therapeutics including longer half-lives, higher specificity, greater efficacy, and reduced off-target effects. However, protein/peptide based drugs suffer from both delivery and stability issues. The higher order of protein structures (secondary, tertiary, etc.) derive ~80% of their conformational stability from paltry hydrophobic effects, with net stabilization of 5-15 kcal/mole observed for many proteins. Loss of conformational stability can lead to increased aggregation, precipitation, and degradation; and reduced activity and side effects. To increase stability and improve other properties of the therapeutic agent, additives, referred to as excipients, are included in their formulation. Generally, stabilizing effects from excipients work by imposing enthalpic or entropic penalties on protein/peptide unfolding, increasing the free energy of the denatured state. How excipient stabilizes by what thermodynamic mechanism for a given protein/peptide is not always clear, requiring careful study and optimization for prospective agents. Much effort has gone into understanding excipient protection mechanisms and identifying potential liable regions like amino acid sequence and hydrophobic patches. One area that has received relatively little attention has been the effect of excipients on secondary structure (SS) thermodynamic stabilization/destabilization. SS features are major components of biologic conformation in which deviations, even temporary, can lead to aggregation and precipitation. In this study, an experimental system is proposed to quantify and classify helix stabilization in a model peptide and protein. Thermodynamic stability was evaluated via helix unfolding in the peptide, or protein through use of circular dichromism (CD) and nuclear magnetic resonance (NMR) for model peptide polyL-lysine (PLL) and CD and differential scanning calorimetry (DSC) for model protein bovine serum albumin (BSA). The chosen molecular weight of the PLL polymer, adopts a helical structure, is neutral and a monomeric under tested conditions, making it an ideal model to evaluate excipient effects on helix stability. BSA is largely helical in nature, with most changes and aggregation behavior resulting from loss of helicity, making it a logical extension from the model peptide. Results showed stabilization from mannitol and trehalose being mainly enthalpically driven in both peptide and protein. Enthalpic destabilization was observed for PLL and BSA at low to mid concentrations but stabilizing for PLL and destabilizing for BSA at high concentrations, respectively. Moreover, use of entropy-enthalpy compensation (EEC) plots revealed primary stabilization mechanisms at varying excipient concentrations and types allowing for a classification system to be established under different conditions. Peptide/protein based therapeutics typically exist in a complex milieu of additives designed to enhance stability and performance, or allow novel delivery methods (oral, pulmonary, etc.) not typically available to such agents. Ultimately, this work provides a model for understanding excipient effects on helix stability in a complex system. Further work into other SS, higher order structures, as well as complex formulation systems in the model framework described in this work will help to improve the formulation optimization process.

The aim of this work was to assess the suitability of vibrational spectroscopic techniques (Raman, FT-IR and FT-NIR spectroscopy) as a means for the solid-state structural analysis of pharmaceuticals. Budesonide, fluticasone propionate, salbutamol hemisulfate, terbutaline hemisulfate, ipratropium bromide, polymorphic forms of salmeterol xinafoate and two polymorphic forms of sulfathiazole were selected since they are used in the management of certain respiratory disorders and from different chemical and pharmacological entities along with some pharmaceutical excipients. Conventional visual examination is not sufficient to identify and differentiate spectra between different pharmaceuticals. To confirm the assignment of key molecular vibrational band signatures, quantum chemical calculations of the vibrational spectra were employed for better understanding of the first five selected drugs. The nondestructive nature of the vibrational spectroscopic techniques and the success of quantum chemical calculations demonstrated in this work have indeed offered a new dimension for the rapid identification and characterisation of pharmaceuticals and essentially warrant further research. The application of simultaneous in situ Raman spectroscopy and differential scanning calorimetry for the preliminary investigation of the polymorphic transformation of salmeterol xinafoate polymorphs and two polymorphic forms of sulfathiazole has also been explored in this work leading to the development of a new method for the solid-state estimation of the transition temperature of entantiotropically related pharmaceutical polymorphs which represents the first analytical record of the use of this approach for pharmaceutical polymorphs.

L’objectif de ce projet était de développer une formulation liquisolide (LS) de clozapine ayant des propriétés de dissolution améliorées et évaluer sa stabilité et ainsi que sa robustesse à la modification d’excipients. Le propylène glycol (PG), la cellulose microcrystalline (MCC) et le glycolate d’amidon sodique (SSG) ont été utilisés respectivement en tant que véhicule liquide non volatile, agent de masse et agent désintégrant pour la préparation de comprimés LS. Le dioxyde de silicium colloïdal (CSD), le silicate de calcium (CS) et l'aluminométasilicate de magnésium (MAMS) ont été choisis comme agents d’enrobage sec. La caractérisation complète des mélanges et des comprimés a été effectuée. Le taux de libération des comprimés LS était statistiquement supérieur à celui des comprimés réguliers. La surface spécifique des matériaux d’enrobage avait un effet sur les propriétés d’écoulement des mélanges et la taille des particules des matériaux d’enrobage a eu un effet sur la vitesse de dissolution. Le ratio support/enrobage du mélange de poudres (valeur de R) était un paramètre important pour les systèmes LS et devait être plus grand que 20 afin d’obtenir une meilleure libération du médicament. La formulation choisie a démontré une stabilité pour une période d’au moins 12 mois. La technique LS s’est avéré une approche efficace pour le développement de comprimés de clozapine ayant des propriétés de dissolution améliorées. Les comprimés oro-dispersibles (ODT) sont une formulation innovante qui permettent de surmonter les problèmes de déglutition et de fournir un début d'action plus rapide. Dans l’optique d’améliorer les propriétés de dissolution, un essai a été effectué pour étudier la technique LS dans la formulation des ODT de clozapine. Le PG, la MCC, le CSD et la crospovidone (CP) ont été utilisés respectivement en tant que véhicule liquide non volatile, agent de masse, agent d’enrobage sec et agent superdésintégrant pour la préparation de comprimés oro-dispersibles liquisolides (OD-LST). Le mannitol a été choisi comme agent de masse et agent édulcorant. La saccharine de sodium a été utilisée comme agent édulcorant. La caractérisation complète des comprimés a été effectuée. Le taux de libération des OD-LSTs était statisquement supérieur comparativement aux comprimés ODTs. La formulation choisie a démontré une stabilité pour une période d’au moins 6 mois. Il a été conclu que des ODT de clozapine peuvent être préparés avec succès en utilisant la technologie LS dans le but d’améliorer la désintégration et le taux de dissolution de la clozapine dans la cavité orale. / The objective of this research was to develop a liquisolid (LS) formulation of clozapine with improved dissolution properties and evaluate its robustness to excipient modifications as well as its stability. Propylene glycol (PG), microcrystalline cellulose (MCC) and sodium starch glycolate (SSG) were employed as non-volatile liquid vehicle, carrier material and disintegrant respectively for preparing LS compacts. Colloidal silicon dioxide (CSD), calcium silicate (CS) and magnesium aluminometasilicate (MAMS) were selected as coating materials. Complete characterisation of the blends and tablets was performed. The drug release rates of LS compacts were distinctly higher as compared to regular tablets. The specific surface areas of coating materials had an effect on the flow properties of the blends and the particle sizes of coating materials affected the dissolution rate. The carrier : coating ratio of the powder system (R value) was an important parameter for LS systems and had to be larger than 20 to obtain enhanced drug release. The selected formulation demonstrated stability for a period of at least 12 months. The LS technique was an effective approach to prepare clozapine tablets with enhanced dissolution properties. Orally disintegrating tablets (ODT) constitute an innovative dosage form that overcomes the problems of swallowing and provides a quick onset of action. In view of enhancing dissolution properties an attempt has been made to study LS technique in formulation of ODT of clozapine. PG, MCC, CSD and crospovidone (CP) were employed as non-volatile liquid vehicle, carrier material, coating material and superdisintegrant respectively for preparing orally disintegrating liquisolid tablets (OD-LST). Mannitol was selected as a carrier material and sweetening agent. Sodium saccharin (SS) was employed as a sweetening agent. Complete characterisation of the tablets was performed. The drug release rates of OD-LSTs were distinctly higher as compared to regular ODTs. The selected formulation demonstrated stability for a period of at least 6 months. It was concluded that the ODT of clozapine can be successfully prepared using LS technology in order to improve disintegration and dissolution rate of clozapine in oral cavity.