Οι κυκλοδεξτρίνες είναι κυκλικοί ολιγοσακχαρίτες αποτελούμενοι από μόρια α-D-γλυκοπυρανόζης συνδεδεμένα με α-1→4 γλυκοζιτικούς δεσμούς. Λόγω στερεοχημικών περιορισμών οι κυκλοδεξτρίνες δεν έχουν απόλυτα κυλινδρικό σχήμα αλλά μοιάζουν περισσότερο με κόλουρο κώνο. Αποτέλεσμα της χαρακτηριστικής των δομής είναι η δημιουργία μιας υδρόφιλης εξωτερικής επιφάνειας και μιας υδρόφοβης εσωτερικής κοιλότητας. Στην εσωτερική κοιλότητα μπορούν να εισέλθουν, μερικά ή ολικά, υδρόφοβα μόρια τα οποία αλληλεπιδρώντας μέσω ασθενών διαμοριακών αλληλεπιδράσεων σχηματίζουν σύμπλοκα έγκλεισης. Ο σχηματισμός συμπλόκων έγκλεισης βιοδραστικών ενώσεων με κυκλοδεξτρίνες αυξάνει την διαλυτότητα δυσδιάλυτων στο νερό βιοδραστικών ενώσεων, βελτιώνει την βιοδιαθεσιμότητά τους, αυξάνει την σταθερότητά τους και μειώνει σημαντικά τυχόν παρενέργειές των.
Μια ακόμη τεχνική που χρησιμοποιείται για την αύξηση της διαλυτότητας δυσδιάλυτων στο νερό βιοδραστικών ενώσεων είναι η διαλυτοποίησή τους στο εσωτερικό μικυλλίων επιφανειοδραστικών ενώσεων. Η τεχνική αυτή προσφέρει ανάλογα πλεονεκτήματα όπως και η συμπλοκοποίηση των βιοδραστικών ενώσεων με τις κυκλοδεξτρίνες και χρησιμοποιείται ήδη σε εμπορικά σκευάσματα. Στην παρούσα εργασία μελετήθηκε η επίδραση της φύσης και της συγκέντρωσης κυκλοδεξτρινών (β-CD, Μe-β-CD, HP-β-CD, HP-γ-CD) στην διαλυτότητα της βιοδραστικής ένωσης ρισπεριδόνη (risperidone). Επίσης, προσδιορίσθηκε η μέθοδος παρασκευής ενώσεων έγκλεισης της ρισπεριδόνης με τις παραπάνω κυκλοδεξτρίνες χρησιμοποιώντας κατάλληλες τεχνικές χαρακτηρισμού των σχηματιζόμενων στερεών. Ακόμη, μελετήθηκε η διαλυτοποίηση της ρισπεριδόνης σε μικύλλια τριών επιφανειοδραστικών ενώσεων (SDS, Brij35, Cremophor EL).
Η ρισπεριδόνη είναι μια αντιψυχωσική βιοδραστική ένωση που ανήκει σε μια νέα κατηγορία ενώσεων τα παράγωγα της benzisoxazole. Η φαρμακολογική δράση της εστιάζεται στους υποδοχείς της D2 (dopamine) και 5-ΗΤ2 (serotonin) στον εγκέφαλο. Πρόκειται για μια δυσδιάλυτη στο νερό βιοδραστική ένωση με αποτέλεσμα να δημιουργούνται προβλήματα στις φαρμακοτεχνικές μορφές της. Είναι ασθενής βάση με δύο στάδια πρωτονίωσης με συνέπεια η διαλυτότητά της να μειώνεται με την αύξηση του pH.
Παρασκευάσθηκαν στερεά μίγματα της ρισπεριδόνης με τις κυκλοδεξτρίνες (β-CD, Μe-β-CD, HP-β-CD, HP-γ-CD) χρησιμοποιώντας διαφορετικές τεχνικές(απλή ανάμιξη, λειοτρίβηση με τον σχηματισμό πάστας, συγκαταβύθιση και λυοφιλοποίηση) προκειμένου να προσδιορισθεί η τεχνική ή οι τεχνικές που οδηγούν στο σχηματισμό συμπλόκου έγκλεισης. Για την μελέτη των στερεών μιγμάτων και την πιστοποίηση του σχηματισμού συμπλόκων έγκλεισης μεταξύ της ρισπεριδόνης και των υπό μελέτη κυκλοδεξτρινών χρησιμοποιήθηκαν οι τεχνικές α) Περίθλαση Ακτίνων-Χ, β) Διαφορική Θερμιδομετρία Σάρωσης και γ) Ηλεκτρονική Μικροσκοπία Σάρωσης.
Επίσης μελετήθηκε η στερεοχημεία των σχηματιζόμενων συμπλόκων της ρισπεριδόνης με τις υπό μελέτη κυκλοδεξτρίνες με την τεχνική του Πυρηνικού Μαγνητικού Συντονισμού (NMR). Για την παρασκευή των διαλυμάτων χρησιμοποιήθηκε ο δευτεριωμένος διαλύτης d6-DMSO.
Πραγματοποιήθηκαν μελέτες διαλυτότητας της ρισπεριδόνης σε υδατικά διαλύματα παρουσία διαφορετικών συγκεντρώσεων των β-CD, Μe-β-CD, HP-β-CD, HP-γ-CD σε θερμοκρασίες 25, 30 και 35°C σε διαλύματα PBS με pH=10. Η μελέτη της επίδρασης των επιφανειοδραστικών ενώσεων έγινε στους 25°C και σε pH=10.
Οι τεχνικές της διαφορικής θερμιδομετρίας σάρωσης και περίθλασης ακτίνων-Χ είναι οι καταλληλότερες για την μελέτη και τον χαρακτηρισμό των στερεών συμπλόκων της ρισπεριδόνης με τις κυκλοδεξτρίνες. Συγκεκριμένα, η απουσία της ισχυρής ενδόθερμης κορυφής που αντιστοιχεί στο σημείο τήξεως της ρισπεριδόνης στα θερμογραφήματα των στερεών μιγμάτων που παρασκευάσθηκαν με την μέθοδο της συγκαταβύθισης αποτελεί σαφή ένδειξη για τον σχηματισμό συμπλόκων έγκλεισης της ρισπεριδόνης με τις κυκλοδεξτρίνες. Ανάλογα, στα φάσματα περίθλασης ακτίνων-X η απουσία των χαρακτηριστικών κορυφών της ρισπεριδόνης στα μίγματα που παρασκευάσθηκαν με την μέθοδο της συγκαταβύθισης αποτελεί μια επιπλέον ένδειξη για τον σχηματισμό συμπλόκων ενώσεων μεταξύ της ρισπεριδόνης και των υπό μελέτη κυκλοδεξτρινών. Αντίθετα, η τεχνική της ηλεκτρονικής μικροσκοπίας σάρωσης δεν αποτελεί από μόνη της ασφαλή τεχνική για την ταυτοποίηση των συμπλόκων έγκλεισης μεταξύ τη ρισπεριδόνης και των κυκλοδεξτρινών. Από την μελέτη των φασμάτων NMR των διαλυμάτων που περιείχαν σε διάφορες αναλογίες ρισπεριδόνη και τις υπό μελέτη κυκλοδεξτρίνες προσδιορίσθηκε η στερεοχημεία των σχηματιζόμενων συμπλόκων.
Από την μελέτη των ισοθέρμων διαλυτότητας διαπιστώθηκε ότι: α) η διαλυτότητα της ρισπεριδόνης αυξάνει με την συγκέντρωση της κυκλοδεξτρίνης σε όλες τις θερμοκρασίες για όλες τις κυκλοδεξτρίνες που μελετήθηκαν και β) οι ισόθερμοι διαλυτότητας είναι της μορφής AL στην οποία όλα τα σχηματιζόμενα σύμπλοκα είναι ευδιάλυτα και έχουν στοιχειομετρία 1:1.
Στους 25°C, την μεγαλύτερη συμπλεκτική ικανότητα παρουσίασε η β- CD. Οι Me-β-CD και HP-β-CD παρουσίασαν μικρότερη συμπλεκτική ικανότητα ενώ η συμπλεκτική ικανότητα για την HP-γ-CD ήταν σημαντικά μειωμένη. Με βάση την συμπλεκτική ικανότητά τους, οι υπό μελέτη κυκλοδεξτρίνες μπορούν να ταξινομηθούν με την ακόλουθη σειρά:
β-CD > Me-β-CD > HP-β-CD >> HP-γ-CD
Η αύξηση της θερμοκρασίας δεν επηρέασε την μορφή των ισοθέρμων διαλυτότητας, επηρέασε την διαφορά της συμπλεκτικής ικανότητας των β-CD και Me-β-CD. Στους 30°C, η συμπλεκτική ικανότητα της Me-β-CD ήταν ελάχιστα μικρότερη από αυτή της β-CD ενώ στους 35°C έγινε λίγο μεγαλύτερη σε σύγκριση με την β-CD. Για τις άλλες δύο κυκλοδεξτρίνες HP-β-CD και HP-γ-CD διατηρήθηκε η ίδια κατάσταση και στις δύο θερμοκρασίες. Από την κλίση των ισοθέρμων διαλυτότητας προσδιορίσθηκαν οι σταθερές σχηματισμού των συμπλόκων έγκλεισης της ρισπεριδόνης με τις υπό μελέτη κυκλοδεξτρίνες. Η διαφοροποίηση της συμπλεκτικής ικανότητας των β-CD, Me-β-CD, HP-β-CD και HP-γ-CD μπορεί να αποδοθεί α) στο διαφορετικό μέγεθος της υδρόφοβης κοιλότητας και β) στην διαφορετική υδροφοβικότητα των υποκατεστημένων κυκλοδεξτρινών.
Από την μεταβολή των σταθερών σχηματισμού των συμπλόκων με την αύξηση της θερμοκρασίας υπολογίσθηκε η μεταβολή της ενθαλπίας (ΔΗ) και η μεταβολή της εντροπίας (ΔS) για τον σχηματισμό των συμπλόκων. Σε όλες τις κυκλοδεξτρίνες υπολογίσθηκε αρνητική μεταβολή της ενθαλπίας και θετική αλλά μικρή μεταβολή της εντροπίας. Οι μεταβολές αυτές συνδέονται άμεσα με την απελευθέρωση των μορίων νερού ‘υψηλής ενθαλπίας’ που βρίσκονται στην υδρόφοβη κοιλότητα της κυκλοδεξτρίνης και με υδρόφοβες αλληλεπιδράσεις ανάμεσα στην ρισπεριδόνη και στην κυκλοδεξτρίνη. Οι δύο αυτές αλληλεπιδράσεις ευνοούν τον σχηματισμό και την σταθερότητα των σχηματιζόμενων συμπλόκων.
Τέλος, από τα πειράματα διαλυτότητας της ρισπεριδόνης παρουσία των επιφανειοδραστικών (SDS, Brij35 και Cremophor EL) διαπιστώθηκε ότι α) την μεγαλύτερη αύξηση διαλυτότητας προκάλεσε το SDS και β) η διαλυτοποιητική ικανότητα του Brij35 ήταν λίγο μικρότερη από αυτή του Cremophor EL. / Cyclodextrins are cyclic oligosaccharides composed of a-D-glucopyranose units connected with a-1→4 glucosidic bonds. Because of stereochemical restrictions, cyclodextrins do not have absolutely a cylindrical shape but they resemble a truncated cone. As a result of their characteristic structure is the formation of a hydrophilic external surface and a hydrophobic internal cavity. In the internal cavity can enter partly or wholly hydrophobic molecules which by interacting through weak intermolecular interactions form inclusion complexes. The inclusion complex formation of bioactive compounds, improves their bioavailability, enhances their stability and reduces considerably the side effects after administration. Another technique which is used for increasing the solubility of water sparingly soluble bioactive compounds is their solubilization in the micelles of surfactants. This technique offers analogous advantages such as the complexation of bioactive compounds with cyclodextrins and is used already in commercial drugs.
In this study, the influence of the nature and concentration of cyclodextrins (β-CD, Μe-β-CD, HP-β-CD, HP-γ-CD) was studied on the solubility of the bioactive compound risperidone. It was also determined the inclusion compounds preparation method of risperidone with the above cyclodextrins by using appropriate characterization techniques of the formed solids. In addition, the solubilization of risperidone in micelles of three surfactant compounds (SDS, Brij35, Cremophor EL) was studied.
Risperidone is an antipsychotic bioactive compound which belongs to a new chemical class, the benzisoxazole derivatives. Its pharmacological action focuses on the D2 (dopamine) and 5-HT2 (serotonin) receptors in the brain. It is about a water sparingly soluble bioactive compound resulting in problems on its pharmaceutical formulations. It is a weak base, with two protonization stages, and as such its solubility decreases with pH increase.
Risperidone solid mixtures with the cyclodextrins (β-CD, Μe-β-CD, HP-β-CD, HP-γ-CD) were prepared by using different techniques (physical mixture, kneading, coprecipitation, lyophilisation) in order to determine the technique or the techniques that lead to the formation of inclusion complex. For the study of solid mixtures and the assessment of inclusion complex formation between the risperidone and the cyclodextrins under investigation the following techniques were used: a) X-Ray Diffraction (XRD) b) Differential Scanning Calorimetry (DSC) and c) Scanning Electron Microscopy (SEM). Furthermore, the stereochemistry of the formed inclusion complexes of risperidone with the specific cyclodextrins was also assessed with the technique of Nuclear Magnetic Resonance (NMR). As a solvent for the preparation of the solutions it was used the deuterated solvent d6-DMSO.
Solubility studies in aqueous solutions of risperidone with the cyclodextrins were performed in 25, 30 and 35°C in PBS (phosphate buffered saline) at pH=10. The study of the influence of the surfactant compounds (SDS, Brij35, Cremophor EL) was realised at 25°C and pH=10.
The techniques of DSC and XRD are the most appropriate for the investigation and characterization of solid complexes of risperidone with cyclodextrins. Particularly, the absence of the strong endothermic peak which corresponds to the melting point of risperidone in the DSC thermograms of the solid mixtures which were prepared by the coprecipitation method constitutes a clear indication of the inclusion complex formation of risperidone with the cyclodextrins. Accordingly, in the XRD spectra the absence of the characteristic peaks of risperidone in the mixtures prepared by the coprecipitation method comprises an additional indication for the formation of inclusion complexes between risperidone and the cyclodextrins under investigation. On the contrary, the SEM does not constitute per se a safe method for the identification of the inclusion complexes between risperidone and the cyclodextrins.
The stereochemistry of the formed inclusion compounds was assessed through the spectra received by the application of NMR on solutions which contained risperidone and the specific cyclodextrins in different proportions. In particular, it was determined which part of risperidone molecule enters the hydrophobic cavity of cyclodetxrin.
The study of solubility isotherms showed that: a) solubility of risperidone increases with the concentration of cyclodextrins at all temperatures studied, for all the cyclodextrins studied and b) solubility isotherms have a graphical representation of the AL type, which shows that all formed complexes are water soluble with 1:1 stoichiometry.
At 25°C, β-CD presented the greatest complexive ability, Me-β-CD and HP-γ-CD presented a smaller complexive ability whereas that of HP-γ-CD was significantly
decreased. Based on the complexive ability, the cyclodextrins under discussion can be classified in the following order: β-CD>Me-β-CD>HP-β-CD>> HP-γ-CD
The temperature increase did not affect the solubility isotherms but affected the difference of complexation ability of β-CD and Me-β-CD. At 30°C, the complexation ability of Me-β-CD was slightly smaller than β-CD’s, whereas at 35°C became slightly greater compared to that of β-CD. For the other two cyclodextrins; namely HP-β-CD and HP-γ-CD the same behavior was maintained at both temperatures. From the gradient of the solubility isotherms the inclusion complex formation constants were determined.
The differentiation of the complexation ability of cyclodextrins can be attributed a) to the different size of the hydrophobic cavity and b) to the different hydrophobicity of the substituted cyclodextrins.
The enthalpy change (ΔH) and the entropy change (ΔS) during complex formation were calculated from the change of the complexation constants with the increase of the temperature. In all of the cyclodextrins it was found negative enthalpy change and positive but small entropy change. These alterations are directly connected to the release of ‘high enthalpy’ water molecules which are located in the cyclodextrin’s hydrophobic cavity and to hydrophobic interactions among risperidone and cyclodextrin. These two interactions favor the complex formation and stability.
Finally, from the solubility experiments of risperidone in the presence of surfactant compounds SDS, Brij35 and Cremophor EL, it was established that a) the greatest solubility increase was caused by the SDS and b) the solubilization ability of Brij35 was a little smaller than Cremophor’s one.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:upatras.gr/oai:nemertes:10889/2963 |
| Date | 03 May 2010 |
| Creators | Ελεζόγλου, Θρασύβουλος |
| Contributors | Κλεπετσάνης, Παύλος, Κοντογιάννης, Χρήστος, Αυγουστάκης, Κωνσταντίνος, Κλεπετσάνης, Παύλος |
| Source Sets | University of Patras |
| Language | gr |
| Detected Language | Greek |
| Type | Thesis |
| Rights | 6 |
| Relation | Η ΒΥΠ διαθέτει αντίτυπο της διατριβής σε έντυπη μορφή στο βιβλιοστάσιο διδακτορικών διατριβών που βρίσκεται στο ισόγειο του κτιρίου της. |
Page generated in 0.0044 seconds