Zastosowanie pomiarów
konduktometrycznych
do wstępnej oceny
uwalniania chlorheksydyny
i chlorowodorku lidokainy
z podłoża metylocelulozowego
w zróżnicowanych
temperaturach
WITOLD MUSIAŁ1,2, VANJA KOKOL1, BOJANA VONCINA1
1 Uniwersytet w Mariborze
Instytut Włókienniczy
Laboratorium Chemii Barwników i Polimerów, Słowenia
2 Katedra i Zakład Technologii Postaci Leku
Akademia Medyczna we Wrocławiu
Streszczenie
W celu oceny przydatności pomiarów konduktometrycznych w przebiegu kontroli i monitorowania procesu uwalniania sub-stancji czynnych z podłoża polimerowego o charakterze niejonowym w zróżnicowa-nych temperaturach, przeprowadzono sze-reg oznaczeń przewodnictwa w toku badania uwalniania chlorheksydyny oraz chlorowo-dorku lidokainy z podłoża, zawierającego niejonowy polimer liniowy – metylocelu-lozę. Jak wynika z przeprowadzonych po-miarów, chlorheksydyna, substancja bardzo trudno rozpuszczalna, uwalnia się z podłoża metylocelulozowego w ilości od ok. 30 do 70%, zależnie od temperatury, podczas gdy lidokaina, w tym samym czasie, uwalnia się w ilości od 70 - 100%, w zależności od tem-peratury procesu.
Odzwierciedleniem tej zależności są zmierzone wartości przewodnictwa w
kom-The application of conductivity
measurements for preliminary
assessments of chlorhexidine
and lidocaine hydrochloride
release from methylcellulose gel
at various temperatures
WITOLD MUSIAL1,2, VANJA KOKOL1, BOJANA VONCINA1
1 Department for Textile Materials
and Design University of Maribor, Slovenia
2 Chair and Department of Pharmaceutical
Technology
Wroclaw Medical University, Poland
Summary
For the evaluation of conductivity meas-urements in the control and monitoring of release process, high number of conductivity measurements was performed. The measure-ments were done for the compositions of chlo-rhexidine with methylcellulose, and lidocaine hydrochloride with methylcellulose. Chlo-rhexidine, a very slightly soluble substance is released from the methylcellulose bead in the amounts ca. 30%-70%, and it depends of tem-perature of the release process. The lidocaine hydrochloride at the same time is released from methylcellulose formulation in 70-100%.
The conductivity in the donor compart-ment at the start point, and in the acceptor compartment at the termination point, refl ect the released amounts of the drug. This study confi rms the possibility of application of con-ductivity measurements for the preliminary assessments of the kinetics of release of solu-ble and practically insolusolu-ble substances from the nonionic polymeric matrix.
Key words: conductivity, release,
partmencie donorowym na początku i po zakończeniu procesu oraz w kompartmen-cie akceptorowym, po zakończeniu badania. Przeprowadzona analiza potwierdza możli-wość zastosowania pomiarów przewodnic-twa z niejonowego podłoża, do wstępnej oceny kinetyki uwalniania substancji trudno rozpuszczalnych, jak i łatwo rozpuszczal-nych w wodzie.
Słowa kluczowe: przewodnictwo,
uwalnia-nie, metyloceluloza, chlorowodorek lidoka-iny, chlorheksydyna
WPROWADZENIE
Celem poszukiwania nowych postaci leków na bazie polimerów o zdolnościach do wiązania sub-stancji czynnych i przedłużania ich oddziaływania w miejscu zastosowania, tj. na skórze lub błonie śluzo-wej, proponuje się m. in. polimery hydrofi lowe, cha-rakteryzujące się wysoką zdolnością pęcznienia, oraz nadawaniem układowi dużej lepkości dynamicznej. Od kilku lat obserwuje się rosnące zainteresowanie badaniem nowych substancji o charakterze żeli lub tzw. mikrożeli, które charakteryzują się zróżnicowaną odpowiedzią na zmiany temperatury otoczenia. Pod wpływem wzrostu lub spadku temperatury powyżej bądź odpowiednio poniżej pewnej wartości krytycznej, dochodzi do zmiany konformacji polimeru i obserwuje się skokowe lub stopniowe zmiany w ilości substancji czynnej uwalnianej do ośrodka akceptorowego.
Zastosowanie tego rodzaju polimerów może być wykorzystane m. in. w przedłużaniu działania sub-stancji czynnej w miejscu podania, bądź do uzyska-nia celowanego podauzyska-nia leku i zmniejszeuzyska-nia praw-dopodobieństwa wystąpienia ewentualnych działań niepożądanych. Ponadto w badaniach kinetyki uwal-niania, należy w szczególny sposób uwzględniać wpływ temperatury środowiska, w którym zachodzi uwalnianie leku z polimeru termowrażliwego.
Wśród najczęściej wykorzystywanych substancji o oryginalnych właściwościach termowrażliwości, należy wymienić pochodne N-izopropylakrylamidu [1], które badano w aspekcie celowanego podawania hormonów, leków cytostatycznych, oraz produktów zaawansowanej biotechnologii [2]. W tym kontek-ście interesująca staje się ocena powszechnie znane-go i stosowaneznane-go polimeru - metylocelulozy (ryc.1), której wrażliwość na czynnik termiczny została
wy-INTRODUCTION
New drug forms are developed with different kinds of polymers. The polymers may bind active substances and prolong the release in the place of application, i.e. on the skin or on the mucus. The polymers are swelling in aqueous environment and the viscosity of resulting systems is high. Since several years there is an increase observed in the research on new gels and microgels, character-ized as thermo-sensitive factors. When an increase or decrease in environmental temperature around specifi ed critical value is performed the confor-mation of a macromolecule is changing, and also the changes of the release are observed, gradual or rapid.
Application of this kind of polymers may be used i.a. in a delay of drug release, or for drug-targeting to specifi ed tissues. This should also diminish the possibility of eventual adverse drug reactions. Additionally in the release kinetics as-sessments the temperature has to be controlled in a special manner, when the thermo-sensitive poly-mers are applied.
Between most used macromolecules, applied in research, there are derivatives of N-isopropylacryla-mide [1]. They were studied, i.a., as factors enabling the drug targeting of anticancers and products of ad-vanced biotechnology [2]. In this contexts, the analy-sis of thermal properties of known and widely applied polymer - methylcellulose seems to be interesting, as actually also thermosensitivity of methylcellulose was evidenced in the ophthalmic drugs technology [3] (Fig. 1).
The measurements of drug release kinetics re-quire complicated methods, and developed research apparatus. However, the amount of the drug, which is moved from donor compartment to the acceptor compartment may be refl ected by the conductivity of ions resulting from the dissociation of the active sub-stance molecule [4].
The important factor, which infl uences the pos-sibility of conductivity measurement is the solubil-ity of the analyzed substances. An example of a very low soluble substance is chlorhexidine base, whereas the lidocaine hydrochloride has much higher solubil-ity. The additional factors are the viscosity and molar weight of the active compound [5].
For the assessments were chosen substances with high application potential and opposite solubility in water. Chlorhexidine is a known antiseptic, and since many years is applied in stomatology and dermatology. Numerous attempts to apply it in various drug
formu-kazana w aspekcie przygotowywania półstałej posta-ci leku do oczu [3].
Pomiary kinetyki uwalniania substancji czynnej z postaci leku, wymagają skomplikowanej metodyki oraz zaawansowanego aparatu badawczego. Niemniej ilość leku pochodząca z kompartmentu donorowego i pojawiająca się w kompartmencie akceptorowym, może być odzwierciedlana za pomocą przewodnic-twa jonów, pochodzących z dysocjacji uwalniającej się substancji czynnej [4].
Istotnym czynnikiem wpływającym na możliwość obserwacji przewodnictwa w roztworze jest rozpusz-czalność badanych substancji. Przykładem substancji o niezwykle niskiej rozpuszczalności jest chlorheksydy-na, podczas gdy chlorowodorek lidokainy charakteryzu-je się znacznie wyższą rozpuszczalnością. Za dodatkowe czynniki, które są istotne dla pomiarów przewodnictwa należy uznać lepkość ośrodka, w którym prowadzi się pomiar, a także masę molową substancji czynnej [5].
Wybór substancji czynnej do badań uwalniania, podyktowany był z jednej strony potencjalną ścią aplikacyjną, z drugiej zaś granicznymi warto-ściami rozpuszczalności w wodzie. Chlorheksydyna jest znanym antyseptykiem i od wielu lat znajduje zastosowanie w stomatologii i dermatologii. Liczne próby zastosowania jej w różnych miejscowo stoso-wanych postaciach leku, dowiodły jej skuteczności w zwalczaniu zakażeń jamy ustnej, chorób przyzębia oraz w leczeniu i zapobieganiu próchnicy. Niezwykle niska rozpuszczalność chlorheksydyny wynosząca ok. 0,008% jest jej charakterystyczną cechą [6].
lations, confi rm its high value in infectious conditions of the oral cave, and in the prophylaxis and medication of teeth caries. Very low water solubility, which is ca. 0,008% [6] is characteristic for this compound.
The lidocaine hydrochloride has much higher values of water solubility - ca. 68% [7]. It is used in local anesthesia of the skin and mucous membranes, in various diseases and during surgical interventions (Table 1).
For the evaluation of conductivity measurements in the control and monitoring of release process, high number of conductivity measurements was per-formed. The measurements were done for the com-positions of chlorhexidine with methylcellulose, and lidocaine hydrochloride with methylcellulose.
MATERIAL AND METHODS
Applied polymer and compositions of the formulations
Methylcellulose is a polymer widely applied in the pharmaceutical technology, and this polymer is very good characterized [8]. The methylcellulose was used to prepare formulations with lidocaine hydrochloride and chlorhexidine. The concentration of lidocaine hy-drochloride and chlorhexidine was 0,125%, and equal quantities of methylcellulose were given to the formu-lations - according to the attached Table 2.
O
O R
O
*
O
O
R
O
O
O
O
R
R
*
O
R
O
R
n
RYC. 1. Struktura metylocelulozy, R=CH3 lub R=H, stosunek CH3/H około 60%
Zdecydowanie wyższą rozpuszczalnością tj. ok. 68%, charakteryzuje się chlorowodorek lidokainy [7]. Jego zastosowanie obejmuje znieczulanie skóry i błon śluzowych, w przebiegu bolesnych stanów cho-robowych, lub w celu uzyskania efektu znieczulające-go w trakcie zabiegów chirurgicznych (tab. 1).
W celu oceny przydatności pomiarów konduktome-trycznych w przebiegu kontroli i monitorowania proce-su uwalniania proce-substancji czynnych z podłoża polime-rowego o charakterze niejonowym w zróżnicowanych temperaturach, przeprowadzono szereg oznaczeń prze-wodnictwa w toku badania uwalniania chlorheksydyny oraz chlorowodorku lidokainy z podłoża, zawierającego niejonowy polimer liniowy – metylocelulozę.
MATERIAŁ I METODY
Wybór polimeru i skład badanych systemów
Metyloceluloza stanowi polimer szeroko wyko-rzystywany w praktyce technologii farmaceutycznej, a jej właściwości fi zykochemiczne są dobrze poznane [8]. Z metylocelulozy sporządzano systemy z chloro-wodorkiem lidokainy i chlorheksydyną. W badaniach zastosowano preparaty zawierające chlorowodorek li-dokainy oraz chlorheksydynę w stężeniu 0,125%, oraz równoważne wagowo ilości metylocelulozy, zgodnie z zamieszczoną poniżej tabelą. Preparaty przygotowane z zastosowaniem metylocelulozy charakteryzowały się podwyższoną lepkością i pełną przejrzystością. Skład badanych systemów przedstawiono w tabeli 2.
Uwalnianie substancji czynnej
Badanie uwalniania prowadzono zgodnie z zalece-niami farmakopei europejskiej, zmodyfi kowano jednak temperaturę, w której prowadzi się badania uwalniania,
The release of the active substance
The release of the active substances was per-formed according to the European Pharmacopoeia, however the temperature was modified, as one of the topics of the study was to evaluate the influ-ence of temperature on the drug release [9]. In this study temperatures of 22ºC, 32ºC,oraz 42ºC were maintained. The first temperature parameter was introduced to the study, as the shelf-conditions are specified in this temperature. The second tem-perature parameter is the standardized skin surface temperature, important for the patient, when ap-plying the drug onto the skin. Both chlorhexidine
and lidocaine hydrochloride are applied in this conditions. The 42ºC temperature is a limit value - highest for the patho-physiological conditions [10].
The donor compartment, of 25cm3 volume,
was prepared from the dialysis membrane, closed by lab clips, without air inside. In the acceptor compartment the deionized water was used, with conductivity not higher than 10 μS/cm. The re-lease vessels were tightly closed and the air was removed from the device, with the pressurized ni-trogen.
In the release the cumulated amounts of active substance after 6 h were evaluated - the topical dose interval was equal to four application daily of the semisolid drug on the skin. The active sub-stances were assessed by the UV spectrophotomet-ric method - TECAN Infi nite 2000. The percentage extinction coeffi cient in 0.01 mol/L HCl solution was 225.11 by the p > 0.999, at 250 nm for chlo-rhexidine. For the lidocaine the percentage extinc-tion coeffi cient was 207.35 (p > 0.999), at 254 nm. The method gave linear effects from concentration of 1 to 18 μg/mL.
TABELA 1. Porównanie rozpuszczalności chlorheksydyny i chlorowodorku lidokainy TABLE 1. The comparison of solubility of lidocaine hydrochloride and chlorhexidine
Substancja Active compound Rozpuszczalność w wodzie Solubility in water Bibliografi a Reference Chlorheksydyna, zasada
Chlorhexidine, base ca. 0,008 % [6]
Lidokaina, chlorowodorek
ze względu na fakt poszukiwania wpływu temperatury na ilość leku uwolnionego w jednostce czasu [9]. W ni-niejszym badaniu zastosowano temperatury 22ºC, 32ºC oraz 42ºC. Pierwszy parametr temperaturowy został wprowadzony ze względu na fakt częstego przecho-wywania produktów leczniczych w tzw. temperaturach pokojowych. Drugi parametr temperaturowy jest okre-śloną, przeciętną temperaturą powierzchni skóry ciała, istotną dla pacjenta w momencie stosowania leku na skórze, ze względu na fakt stosowania chlorowodorku lidokainy w preparatach przeznaczonych do podawania na powierzchnię skóry. Temperatura 42ºC jest tempe-raturą graniczną, dla której sens mają pomiary prowa-dzone w warunkach odpowiadających temperaturom organizmu ludzkiego [10].
Kompartment donorowy o pojemności 25 cm3,
stanowił odcinek błony dializacyjnej, zamknięty z obu stron klipsami, pozbawiony powietrza i unieruchomio-ny w naczyniu do badania uwalniania substancji czyn-nej zgodnym z farmakopeą. Jako płyn akceptorowy zastosowano dejonizowaną wodę o przewodnictwie nie większym niż 10 μS/cm. Naczynia w czasie badania były szczelnie zamknięte, a powietrze sponad badanego systemu usuwano za pomocą wdmuchiwanego azotu.
W badaniu poddawano ocenie skumulowaną ilość substancji czynnej po 6 h procesu, co odpowia-dało dawkowaniu półstałej postaci leku czterokrotnie w ciągu doby. Substancje czynne oznaczano metodą spektrofotometryczną - TECAN Infi nite 200. Współ-czynnik absorpcji w 0,01 mol/L roztworze HCl wy-nosił 225,11 przy p > 0,999 i długości fali 250 nm, dla chlorheksydyny. Dla lidokainy współczynnik ten wynosił 207,35 (p > 0,999, 254 nm). Metoda była liniowa w zakresie 1 do 18 μg/mL.
Badanie przewodnictwa
Przewodnictwo mierzono w kompartmencie do-norowym i akceptorowym przed rozpoczęciem uwal-niania i po osiągnięciu stanu równowagi dynamicznej
The conductivity assessments
The conductivity was assessed in donor com-partment and acceptor comcom-partment before release start, and after 6 h, at specifi ed before temperatures. Also the conductivity of pure solutions of lidocaine hydrochloride and chlorhexidine was assessed in concentrations applied in the donor and acceptor compartment. On the Scheme the measurements rules were presented. The Seven Multi Metler To-ledo, and conductivity segment TDS/SAL/resisty-vity connected to conductiTDS/SAL/resisty-vity sensor InLab 730, NTC, 0,001-1000 mS/cm was used - the tempera-ture range -5 ºC – 100 ºC.
RESULTS
Release rates
The cumulated amounts of lidocaine hydrochlo-ride and chlorhexidine in acceptor compartment, af-ter specifi ed period, were various, as it is presented on the respective graphs on the Fig. 2 and 3. Between this systems the higher amounts of released drug were identifi ed in the case of lidocaine hydrochloride - the cumulated amount after 6 h was 99,12; 70,68; 69,64%, for the temperatures 22, 32 and 45ºC respec-tively. For the comparison the cumulated amounts of chlorhexidine released from the donor compartment were 28,99; 29,04 and 63,87% respectively.
CONDUCTIVITY
As it is presented in the tables 3 and 4, the conductivity of methylcellulose preparations was between 127,88 μS/cm and 3019,61 μS/cm. The TABELA 2. Skład badanych systemów
TABLE 2. The composition of assessed formulations
Formulacja Formulation MC LID CHX Woda Water
MC-LID 0,125 0,125 - 25,750
MC-CHX 0,125 - 0,125 25,750
MC - metyloceluloza, methylcellulose, LID - chlorowodorek lidokainy, lidocaine hydrochloride, CHX - chlorheksydyna, chlorhexidine, MC-LIG, MC-CHX - odpowiednie formulacje, respective formulations
w układzie, w określonych wcześniej temperaturach. Zmierzono także przewodnictwo chlorowodorku li-dokainy oraz chlorheksydyny w stężeniach, w jakich występowały w kompartmencie donorowym oraz ak-ceptorowym, a także przewodnictwo polimeru stoso-wanego w badaniu, w stężeniu zastosowanym w przy-gotowanych preparatach.
Na schemacie przedstawiono sposób pomia-ru przewodnictwa (schemat). Zastosowano urzą-dzenie Seven Multi Metler Toledo, z przystawką TDS/SAL/resistivity oraz czujnik InLab 730, NTC; 0,001-1000 mS/cm, z zakresem badanych tempera-tur: -5 ºC – 100 ºC.
WYNIKI
Uwalnianie
Skumulowana ilość lidokainy i chlorheksydy-ny w kompartmencie akceptorowym po ustalochlorheksydy-nym okresie czasu była zróżnicowana, jak to przedsta-wiono na wykresach na rycinach 2 i 3. Spośród oma-wianych układów z większą szybkością uwalniała się lidokaina - jej skumulowana ilość po 6 h wyno-siła 99,12; 70,68 i 69,64%, odpowiednio dla tempe-ratury 22, 32 i 45ºC. Dla porównania skumulowana ilość chlorheksydyny uwolnionej z kompartmentu donorowego wynosiła odpowiednio 28,99; 29,04 oraz 63,87%.
parts in the system conductivity had the active compound, the macromolecule, the water. With the release process, the content of chlorhexidine or lidocaine hydrochloride decreased in the do-nor compartment, and increased in the acceptor compartment. Also the respective conductivity de-creased and inde-creased in the same manner. After 24 h the conductivity in the donor compartment was between 54,53 and 110,75 μS/cm, depending of the active substance and temperature of the re-lease process. The conductivity of chlorhexidine system containing the methylcellulose at the be-ginning of the process was 127,88 μS/cm, and after
the release process termination, the value was ca. 54,53 μS/cm, at 22 ºC. In the acceptor compart-ment, after fi nishing the process, the conductivity was 32,11 and 65,12 μS/cm at 22 ºC. Respective values of the conductivity in higher temperatures 32 ºC i 42 ºC in donor compartment are presented in the table 3. The values of conductivity for the acceptor compartment are gathered in the table 4.
DISCUSSION
According to the achieved data, the release proc-ess is faster in the case of lidocaine hydrochloride preparations, comparing to the chlorhexidine, even if
D2 D1 A1 A2 Kompartment donorowy Donor compartment Kompartment akceptorowy Acceptor compartment Dyfuzja substancji czynnej Drug diffusion
SCHEMAT. Sposób pomiaru przewodnictwa w kompartmentach donorowym (D) i akceptorowym (A). Cyfra „1” oznacza stan na początku badania, a cyfra „2” stan po zakończeniu badania
SCHEME. System of evaluated donor (D) and acceptor (A) compartments. The „1” denominates the beginning of the process, whereas the „2” denominates the end of the process
the temperature is the same. As it was observed for the preparations with chlorhexidine, with the increase of temperature, between 22 and 32 ºC the increase in the released amount was rather slight, whereas when the temperature raised for the next 10ºC, the increase
22 °C 32 °C 42 °C
Przewodnictwo
Jak to przedstawiono w tabelach 3 i 4, preparaty na bazie metylocelulozy charakteryzowały się zróż-nicowanymi wartościami przewodnictwa. Wynosiło
RYC. 2. Stężenie uwolnionej chlorheksydyny po 1, 2, 3, 4, 5 i 6 godzinach procesu FIG. 2. The percentage of released chlorhexidine after 1, 2, 3, 4, 5, and 6 hours]
RYC. 3. Stężenie uwolnionego chlorowodorku lidokainy po 1, 2, 3, 4, 5 i 6 godzinach procesu FIG. 3. The percentage of released lidocaine hydrochloride after 1, 2, 3, 4, 5, and 6 hours
22 °C 32 °C 42 °C
ono od 127,88 μS/cm do 3019,61 μS/cm. Swój udział w przewodnictwie badanego układu miały – substan-cja czynna, polimer oraz woda. Wraz z postępem procesu uwalniania zawartość substancji czynnej w kompartmencie donorowym malała, a w kompart-mencie akceptorowym wzrastała. W rezultacie rów-nież i wartości przewodnictwa odpowiednio malały w kompartmencie donorowym i wzrastały w kom-partmencie akceptorowym.
Po uzyskaniu stanu równowagi po 24 h badane przewodnictwo w kompartmencie donorowym wyno-siło od 54,53 do 110,75 μS/cm, w zależności od za-stosowanej w preparacie substancji czynnej oraz tem-peratury, w jakiej prowadzony był proces uwalniania. Przewodnictwo systemu zawierającego chlorheksydy-nę wynosiło na początku badania 127,88 μS/cm i po przeprowadzonym procesie uwalniania osiągało war-tość ok. 54,53 μS/cm w temp. 22 ºC. W kompartmen-cie akceptorowym, po osiągnięciu stanu równowagi, przewodnictwo dla preparatów chlorheksydyny i li-dokainy wynosiło odpowiednio 32,11 i 65,12 μS/cm w temp. 22ºC. Odpowiednie wartości przewodnic-twa w wyższych temperaturach 32ºC i 42ºC w kom-partmencie donorowym, przedstawiono w tabeli 3, a w kompartmencie akceptorowym w tabeli 4.
DYSKUSJA
Zgodnie z uzyskanymi wynikami uwalnianie zachodzi szybciej w przypadku preparatu z chlo-rowodorkiem lidokainy, porównując z preparatem z chlorheksydyną, niezależnie od temperatury
prowa-in released amount was signifi cant - Fig. 2. The topic of drug binding, and types of the respective bonds in the course of the interaction with cellulose is exten-sively studied [11].
The increasing temperature infl uences the amounts of solute chlorhexidine, thus the tempera-ture increase accelerates the dissolution process. As it is presented on the Fig. 4, the preparation of chlorhexidine with methylcellulose is a suspension, and in the preparation of lidocaine hydrochloride with methylcellulose the active substance is in mo-lecular dispersion. From our data we can conclude, that the increase to 42ºC infl uences signifi cantly the solubility of chlorhexidine in the methylcellu-lose medium.
In different way proceeded the kinetics of lidocaine hydrochloride from the methylcellulose bead. The assessed in the acceptor compartment amount of lidocaine hydrochloride was highest at 22ºC, and increase of the temperature resulted in decrease of lidocaine hydrochloride observed in the acceptor compartment. However the increase from 32 ºC to 42 ºC did not infl uence signifi cantly the process - graph on Fig. 3.
In the assessments of release kinetics some ap-proach was made to the conductivity assays, consid-ering the release of microbial organophosphorous compounds [12]. In this study the correlation in two aspects was performed. The amount of released ac-tive substance was compared to the conductivity in the donor compartment before the release assess-ments. Also the relation between the released amount and the conductivity in acceptor compartment after release termination was studied. Depending of the TABELA 3. Temperatura i przewodnictwo w kompartmencie donorowym
TABLE 3. Temperature and conductivity in donor compartment Typ preparatu Formulation Temperatura Temperature [ºC] Przewodnictwo - poczatek procesu Conductivity - start point
[µS/cm] SD Przewodnictwo - koniec procesu Conductivity - fi nish [µS/cm] SD MC-CHX 22 127,88 0,18 54,53 0,55 32 144,15 0,43 107,72 1,40 42 176,19 0,48 110,75 0,67 MC-LIG 22 2852,33 3,71 85,21 0,32 32 2922,98 12,31 91,43 0,21 42 3019,61 38,19 92,82 0,19 SD-standard deviation
temperature there are signifi cant correlation in the temperatures 22 ºC and 32 ºC, whereas at 42 ºC the relation was rather weak - Fig. 5.
According to general rules, the amount of the active substance in the donor compartment is de-creasing and in the acceptor compartment is in-creasing. Thus also the conductivity should change the values in proportional way. Actually in the case of chlorhexidine the concentrations and conductiv-ity were lower, comparing to that of lidocaine hy-drochloride - Fig. 6.
To perform more detailed study of the changes in the drug release from methylcellulose bead, the ac-tual values of conductivity in the acceptor compart-ment (A2a) were compared to that calculated accord-ing to the dissolution of amounts released from the donor compartment (A2t) (Tab. 5).
As it is presented in the table, the ratio of the value of conductivity measured in the acceptor com-partment and the calculated value, was near the 1,0. The minimal increase beyond the 1,0 may be ex-plained by the dissolution of the molecule, accord-ing to the Ostwald rule. However for the preparation of chlorhexidine the ratio A2a/A2t is between 19,05 and 37,98 μS/cm. As the chlorhexidine is character-ized by very low solubility, the conductivity meas-ured in the donor compartment refl ects this amount of chlorhexidine, which is in equilibrium with the sediment.
Thus the theoretical, calculated value of the con-ductivity in the acceptor compartment, evaluated from the initial conductivity in the donor compart-ment is much lower, than the actual conductivity val-ues taken from the measurements.
As an additional parameter the ratio D1/D2 in % was applied. It enables the comparison of the donor compartments at the initial stage (D1) and dzenia procesu. Jak to zaobserwowano dla preparatów
z chlorheksydyną, wraz ze wzrostem temperatu-ry, ilość uwolnionej substancji czynnej w jednostce czasu wzrastała tylko nieznacznie w zakresie pomię-dzy temperaturą 22ºC i temperaturą 32ºC, niemniej w warunkach temperatury wyższej o kolejne 10ºC zaobserwowano znaczny wzrost uwolnionej substan-cji czynnej - wykres na ryc. 2.
Zgodnie z regułą rozpuszczalności, ponieważ proces rozpuszczania chlorheksydyny jest proce-sem endotermicznym, dostarczenie energii cieplnej przyspiesza ten proces. Preparat chlorheksydyny z metylocelulozą stanowił subtelną zawiesinę, pod-czas gdy formulację z chlorowodorkiem lidokainy określono jako przezroczysty żel - substancja czynna pozostawała w rozproszeniu molekularnym (ryc. 4). Zagadnienie wiązania celulozy z chlorheksydyną jest badane w aspekcie zróżnicowanych typów wiązań pomiędzy polimerem i cząsteczką leku [11]. Dopiero podwyższenie temperatury warunków uwalniania do ok. 42ºC, wpływa na istotne przyspieszenie uwalnia-nia.
Odmiennie prezentowała się kinetyka uwalniania chlorowodorku lidokainy z podłoża metylocelulozo-wego. Oznaczona w kompartmencie akceptorowym ilość lidokainy, była najwyższa w przebiegu uwalnia-nia prowadzonego w temperaturze 22ºC, natomiast podwyżka temperatury procesu wpływała na zmniej-szenie obserwowanej w kompartmencie akceptoro-wym ilości lidokainy, jednak podwyższanie tempe-ratury procesu z 32ºC do 42ºC w niewielkim stopniu wpłynęło na kinetykę procesu. - wykres na ryc. 3.
W badaniach kinetyki uwalniania określonych substancji do i z umownych kompartmentów, pro-wadzono również badania przewodnictwa m. in. w celu monitorowania zawartości fosforu pochodzenia bakteryjnego [12]. W niniejszych badaniach
korela-TABELA 4. Temperatura i przewodnictwo w kompartmencie akceptorowym TABLE 4. Temperature and conductivity in acceptor compartment
Typ preparatu Formulation
Temperatura Temperature
[ºC]
Przewodnictwo po zakończeniu procesu Conductivity after fi nish
[µS/cm] SD MC-CHX 22 32,11 0,38 32 28,92 1,30 42 57,99 1,41 MC-LIG 22 65,12 0,33 32 70,98 0,91 42 67,45 1,54
cję wyników uwalniania z wynikami pomiarów prze-prowadzono metodą grafi czną w dwóch grupach. Porównywano ilość uwolnionej substancji czynnej z przewodnictwem w kompartmencie donorowym przed rozpoczęciem procesu uwalniania. Ponadto przeanalizowano zależność ilości uwolnionej sub-stancji czynnej od przewodnictwa w kompartmencie akceptorowym po zakończeniu procesu uwalniania.
Jak wynika z korelacji przewodnictwa początkowe-go w kompartmencie donorowym (D1) z efektywnym stężeniem substancji czynnej w kompartmencie akcep-torowym po zakończeniu procesu (A2), wraz ze wzro-stem wartości przewodnictwa w kompartmencie dono-rowym obserwowano zwiększoną skumulowaną ilość substancji czynnej oznaczoną w procesie uwalniania. Zależność ta jest wyraźna w temperaturze 22ºC i 32ºC, natomiast słabo zaznacza się w przypadku prowadzenia procesu w temperaturze 42ºC (ryc. 5).
Przyjmując, że w trakcie procesu uwalniania ilość substancji czynnej w kompartmencie donorowym maleje, a w kompartmencie akceptorowym wzrasta, należałoby także przyjąć, że proporcjonalnie zmienia się przewodnictwo - wraz z upływem czasu winno ono wzrastać wraz ze wzrostem zawartości substan-cji czynnej w kompartmencie akceptorowym. Istotnie w przypadku chlorheksydyny zaobserwowano w kompartmencie akceptorowym niższe warto-ści przewodnictwa i niższe stężenia tej substancji. W przypadku lidokainy, zarówno stężenia jak i prze-wodnictwa w kompartmencie akceptorowym po za-kończeniu uwalniania były znacznie wyższe (ryc. 6).
after termination of the release (D2). The D1/D2% factor had values 41%-73% for the preparation of chlorhexidine with methylcellulose. The lidocaine hydrochloride-methylcellulose preparations were characterized by much lower values of this factor - around 3%.
CONCLUSIONS
We can conclude from this assessments that chlo-rhexidine, a very slightly soluble substance is re-leased from the methylcellulose bead in the amounts ca. 30%-70%, and it depends of temperature of the release process. The lidocaine hydrochloride at the same time is released from methylcellulose formula-tion in 70-100%.
The conductivity in the donor compartment at the start point, and in the acceptor compartment at the termination point, refl ect the released amounts of the drug.
This study confi rms the possibility of application of conductivity measurements for the preliminary as-sessments of the kinetics of release of soluble and practically insoluble substances from the nonionic polymeric matrix.
The limitations of this method are connected to the proper characterization of the solubility of ana-lyzed compound, and evaluation of molar mass of this compound in the interpretation.
A B
RYC. 4. Makrofotografi e badanych próbek: połączenie metylocelulozy i chlorheksydyny (A) oraz połączenie metylocelulozy i lidokainy (B)
RYC. 5. Wpływ temperatury na wartość przewodnictwa badanych próbek, jako czynnika predyktywnego we wstępnej ocenie kinetyki uwalniania substancji czynnej z podłoża metylocelulozowego. Punkty po lewej stronie wykresu odpowiadają preparatom chlorheksydyny (CHX), po prawej - lidokainy (LID).
FIG. 5. The infl uence of temperature on the conductivity in donor compartment, correlated with temperature, and released percentage of chlorhexidine (left part of the graph, CHX) and lidocaine (right part of the graph, LID)
RYC. 6. Wpływ temperatury na wartość przewodnictwa w kompartmencie akceptorowym, jako czynnika predyk-tywnego we wstępnej ocenie kinetyki uwalniania substancji czynnej z podłoża metylocelulozowego. Punkty po lewej stronie wykresu odpowiadają preparatom chlorheksydyny (CHX), po prawej - lidokainy (LID).
FIG. 6. The infl uence of temperature on the conductivity in acceptor compartment, correlated with temperature, and released percentage of chlorhexidine (left part of the graph, CHX) and lidocaine (right part of the graph, LID)
W celu dokładniejszego wyjaśnienia zmian przewodnictwa zachodzących w trakcie uwalniania substancji czynnej z żelu metylocelulozowego, po-równano zmierzone wartości przewodnictwa w kom-partmencie akceptorowym po zakończeniu uwalnia-nia (A2a) z wartościami wyznaczonymi na podstawie stopnia rozcieńczenia substancji czynnej w kompart-mencie donorowym, po zakończeniu badania uwal-niania (A2t) (tab. 5).
Zgodnie z danymi zamieszczonymi w tabeli 5, sto-sunek wartości przewodnictwa ustalonego empirycznie do oczekiwanego, w niewielkim stopniu przekraczał wartość 1 w przypadku preparatu metylocelulozy z chlo-rowodorkiem lidokainy. Nieznaczny wzrost tej wartości powyżej 1,0 można tłumaczyć wzrostem rozcieńczenia substancji czynnej, zgodnie z prawem Ostwalda. Nie-oczekiwanie dla preparatu z chlorheksydyną stosunek A2a/A2t wynosi od 19,05 do 37,98. Ze względu na ni-ską rozpuszczalność chlorheksydyny, przewodnictwo oznaczane w kompartmencie donorowym na początku procesu, odzwierciedla tę ilość chlorheksydyny, która pozostaje w równowadze z osadem.
Stąd teoretyczna wartość przewodnictwa w kom-partmencie akceptorowym, obliczona na podstawie początkowego przewodnictwa w kompartmencie do-norowym jest dużo niższa od rzeczywistych, uzyska-nych w pomiarach wartości, bowiem wraz z rozpusz-czaniem się kolejnych ilości chlorheksydyny, wzrasta ilość dyfundującej chlorheksydyny i przewodnictwo roztworu w kompartmencie akceptorowym.
Jako dodatkowy czynnik oceny zastosowano stosu-nek D1/D2 wyrażony w %, który pozwalał na porów-nanie przewodnictwa w kompartmencie donorowym przed (D1) i po (D2) procesie uwalniania. Wskaźnik ten przyjmował najwyższą wartość w przypadku preparatu
The method will be further developed, to deter-mine the optimal study conditions. This should as-sure good additional characteristics of polymers dur-ing the release research.
This research was supported by a Marie Curie Transfer of Knowledge Fellowship of the Europe-an Community 6th Frame Programme under con-tract no. MTKD-CT-2005-029540-POLYSURF, at the University of Maribor, Slovenia.
Tabela 5. Uzupełniający parametr oceny badanych formulacji - stosunek A2a/A2t. Szczegóły w tekście Table 5. The additional parameter - A2a/A2t ratio - details in the text
Typ preparatu Formulation Temperatura Temperature [ºC] A2a/A2t SD D2/D1 SD MC-CHX 22 20 0,21 42 0,51 32 34 2,43 73 1,15 42 38 1,18 62 0,50 MC-LIG 22 1 0,01 3 0,01 32 1 0,01 3 0,01 42 1 0,02 3 0,04 SD - standard deviation
metylocelulozy z chlorheksydyną - w zakresie od 41% do 73%, podczas gdy połączenia metylocelulozy z lido-kainą charakteryzowały się niższymi wartościami tego stosunku po zakończeniu procesu uwalniania - ok. 3%.
WNIOSKI
Jak wynika z przeprowadzonych pomiarów, chlor-heksydyna, substancja bardzo trudno rozpuszczalna, uwalnia się z podłoża metylocelulozowego w ilości od ok. 30 do 70%, zależnie od temperatury, podczas gdy lidokaina, w tym samym czasie, uwalnia się w ilości od 70 - 100%, w zależności od temperatury procesu.
Odzwierciedleniem tej zależności są zmierzone wartości przewodnictwa w kompartmencie donorowym na początku i po zakończeniu procesu oraz w kompart-mencie akceptorowym, po zakończeniu badania.
Przeprowadzona analiza potwierdza możliwość zastosowania pomiarów przewodnictwa do wstępnej oceny kinetyki uwalniania z niejonowego podłoża substancji trudno rozpuszczalnych, jak i łatwo roz-puszczalnych w wodzie.
Ograniczenia tej metody wiążą się z koniecznością dokładnej charakteryzacji badanej substancji czynnej pod kątem jej rozpuszczalności, oraz uwzględnienia jej masy molowej w interpretacji danych.
Metoda będzie dalej rozwijana, w celu ustalenia optymalnych parametrów prowadzenia badań uwal-niania, jako uzupełniająca w stosunku do klasycz-nych i pozwalająca na pełniejszą charakterystykę zachowania polimerów w trakcie uwalniania.
LITERATURA
[1] WEI H., ZHANG X. Z., CHEN W. Q., CHENG S. X., ZHUO R. X.: Self-assembled thermosensitive micelles based on poly(L-lactide-star block-N-isopropylacrylamide) for drug delivery. J. Bio-med. Mater. Res. A (2007), 83, 980-989.
[2] KIM J. W., UTADA A. S., FERNANDEZ-NIEVES A., HU Z., WEITZ D. A.:Fabrication of Monodi-sperse Gel Shells and Functional Microgels in Microfl uidic Devices. Angew. Chem. Int. Ed. (2007), 46, 1819 –1822.
[3] SARKAR N.: Thermal gelation properties of methyl and hydroxypropyl methylcellulose. Journal of Applied Polymer Science (1979), 24, 1073-1087. [4] MUSIAL W., VONCINA B., KOKOL V.: The infl
u-ence of the temperature on the conductivity of polyNIPAM microgels for controlled release of drugs. Farm. Vest. (2008), 59, 289-290.
[5] SHEN Q., LIU D. S.: Cellulose/poly(ethylene glycol) blend and its controllable drug rele-ase behaviors in vitro. Carbohydrate Polymers (2007), 69, 293-298.
[6] FARKAS E., ZELKO R., TOROK G., RACZ I., MARTON S.: Infl uence of chlorhexidine species on the li-quid crystalline structure of vehicle. International Journal of Pharmaceutics (2001), 213, 1–5. [7] GANGULY S., DASH A. K.: A novel in situ gel for
sustained drug delivery and targeting. Interna-tional Journal of Pharmaceutics (2004), 276, 83–92.
[8] KILIAN N., MULLER D. G.: The effect of a viscosi-ty and an absorption enhancer on the intra nasal absorption of metoprolol in rats. International Jo-urnal of Pharmaceutics (1998) ,163, 211–217. [9] The United States Pharmacopoeia 31st Ed.-
The National Formulary 26th Ed., The United States Pharmacopoeial Convention Inc., Roc-kville MD, 2007, 2161-2162.
[10] ZATZ J. L., SEGERS J. D.: Techniques for measu-ring in vitro release from semisolids. Dissol. Technol. (1998), 5, 3-13.
[11] BLACKBURN R. S., HARVEY A., KETTLE L. L., MANIAN A. P., PAYNE J. D., RUSSELL S. J.: Sorp-tion of Chlorhexidine on Cellulose: Mecha-nism of Binding and Molecular Recognition. J. Phys. Chem. B (2007), 111, 8775-8784 [12] MAURER M., GUJER W.: Monitoring of
micro-bial phosphorus release in batch experiments using electric conductivity. Water Research.: (1995), 29, 2613-2617.
Badanie zostało wykonane w ramach programu Marie Curie Transfer of Knowledge Fellowship of the European Community 6th Frame Programme, kontrakt nr MTKD-CT-2005-029540-POLYSURF, Uniwersytet w Mariborze, Słowenia.
Adres autorów
1 Department for Textile Materials and Design
University of Maribor
Smetanova Str. 17, 2000 Maribor, Slovenia Tel: +386 2 220-7500; Fax: +386 2 220-7990 e-mail: bvoncina@uni-mb.sl
2 Katedra i Zakład Technologii Postaci Leku
Akademii Medycznej we Wrocławiu 50-139 Wrocław, ul. Szewska 38, Poland Tel: +48 71 784-03-15, Fax +48 71 784-03-17 e-mail: witold@ktpl.am.wroc.pl
