Wpływ wybranych
substancji hydrofilizujących
na uwalnianie metronidazolu
z hydrożelowych
opatrunków stomatologicznych
na bazie Carbopolu 971P
Dorota Kida, Janusz Pluta Katedra Technologii Postaci Leku, Akademia Medyczna we Wrocławiu
Streszczenie
Celem podjętych badań była ocena wpły-wu składu jakościowego i ilościowego podłoża na dostępność farmaceutyczną metronidazolu. Sporządzono hydrożele zawierające 2% dysper-sję Carbopolu 971P oraz zmienną ilość glice-rolu, glikolu propylenowego i makrogolu 400. Otrzymane formulacje doprowadzano do war-tości pH 6,0–6,5, a następnie dodawano metro-nidazol w ilości 1%. Badanie dostępności far-maceutycznej przeprowadzono w warunkach
in vitro, oceniając szybkość dyfuzji substancji
leczniczej przez membranę półprzepuszczalną do płynu akceptorowego. Ilość metronidazolu uwolnionego w jednakowych odstępach czasu oznaczano spektrofotometrycznie.
Najwyższą dostępnością farmaceutycz-ną spośród formulacji sporządzanych na bazie 2% wodnej dyspersji Carbopolu 971P i zawierających zmienną ilość hydrofilizato-ra, charakteryzował się żel zawierający 99% macierzy polimerowej oraz 1% glicerolu. Dla tego opatrunku stwierdzono najkrótszy czas połowicznego uwalniania metronidazolu.
Słowa kluczowe: hydrożele, opatrunki
sto-matologiczne, Carbopol
The effect of selected
hydrophilisers on metronidazole
release from hydrogels
stomatological dressings
on the basis of Carbopol 971
Summary
The aim of this study was to assess the influence of qualitative and quantitative base composition on pharmaceutical availability of metronidazole. Hydrogels contain water dis-persion of 2% Carbopol 971P and various con-centration of glycerol, polyethylene glycol and propylene glycol were preparated. Produced formulations were neutralized to the pH 6,0– 6,5 with triethanolamine, and metronidazole in concentration 1% added. The test for pharma-ceutical bioavailability was performed in vitro, the rate of diffusing therapeutic agent through a semipermable into acceptor fluid was tested.
The quantity of metronidazole released at the same time intervals was tested by spec-trophotometric method. Hydrogel consists of 99% water dispersion of Carbopol 971P and 1% glycerol characterized by the largest phar-maceutical bioavailability.
Key words: hydrogels, stomatological
dress-ing, Carbopol
WSTĘP
Miejscowe systemy uwalniające substancje o działaniu przeciwbakteryjnym są we współczesnej periodontologii pożądaną i najmniej inwazyjną po-stacią leku. Bezpośrednia aplikacja terapeutyku na zakażoną błonę śluzową lub do kieszonki, umożliwia stosowanie mniejszych dawek leku przez krótszy czas [1, 2]. Zmniejsza się dzięki temu ryzyko wystąpienia działań toksycznych i oporności często towarzyszą-cych terapii ogólnej [3, 4]. Konieczne jest więc
zasto-sowanie nośnika utrzymującego się na błonie śluzo-wej przez okres działania leku biodegradowalnego, o dobrych właściwościach organoleptycznych.
Carbopole (polimery kwasu poliakrylowego) znajdują szerokie zastosowanie w technologii farma-ceutycznej, m. in. do otrzymywania żeli i bioadhezyj-nych postaci leku. Stwierdzono, że zapewniają korzyst-ny profil uwalniania dla wielu substancji leczniczych [5, 6, 7]. Serie polimeru oznaczone literą P mogą być stosowane na błony śluzowe i doustnie [8, 9]. Wodne dyspersje Carbomeru charakteryzują się niską lepko-ścią i kwaśnym odczynem o pH 2,3–3,8. Neutralizo-wany np. trietanoloaminą żel do wartości pH 6,0–9,0 gęstnieje i zwiększa lepkość, uzyskując wymagane dla opatrunku stomatologicznego właściwości [10, 11]. Możliwość modyfikacji składu jakościowego i ilo-ściowego nośnika, pozwala na uzyskanie pożądanych właściwości fizykochemicznych. Można więc sądzić, że wprowadzenie do żelu substancji hydrofilizujacych, wpłynie korzystnie na parametry istotne dla opatrun-ku stomatologicznego, tj. wydłuży czas uwalniania le-ku i kontaktu żelu z miejscem podania.
MATERIAŁ I METODY Materiał
– Metronidazol (Sigma Chemical CO, St. Louis,
USA);
– Carbopol 971P (BF Goodrich, Speciality Chemi-cals, Water Soluble Polymers Division, Cleve-land Ohio);
– Glikol propylenowy 1,2 (Polskie Odczynniki Chemiczne, Gliwice, Polska);
– Trietanoloamina (Polskie Odczynniki Chemicz-ne, Gliwice, Polska);
– Gliceryna bezwodna (Firma Chempur, Piekary Śląskie, Polska);
– Polietylenoglikol 400 (Fluka AG, Buchs SG Szwajcaria);
– Błona półprzepuszczalna – średnica porów 23Å (Benberg, Niemcy);
– Woda oczyszczona przygotowana zgodnie z wy-mogami Farmakopei Polskiej VIII.
Aparatura
– Aparat łopatkowy Varian VK 7025, USA; – Spektrofotometr Cecil 5000 Instruments
Cam-bridge, England;
– Pehametr Hanna Instrument;
– Elektroda zespolona Jenway – elektroda szklana i chlorosrebrowa w jednej oprawie;
– Reometr Brookfield typ DV-III z łaźnią wodną; – Unguator e/s GAKO;
– Waga analityczna Sartorius;
– Waga techniczna, Radwag, Zakład Mechaniki Precyzyjnej Radom.
Przygotowanie hydrożeli
Skład badanych formulacji przedstawiono w ta-beli 1. Wytwarzano wodną 2% dyspersję Carbopolu z dodatkiem substancji hydrofilizującej. Powstałe hy-drożele przechowywano wlodówce. Układ doprowa-dzano do wartości pH w zakresie 6,0–6,5 za pomocą trietanoloaminy. Do otrzymanej formulacji wprowa-dzano substancję leczniczą w ilości 1% i homogeni-zowano 7 min w zamkniętym pojemniku.
Tabela 1. Skład opatrunków Table 1. Composition of dressings
Oznaczenie formulacji 2% wodna dyspersja Carbopolu 971P [%] Makrogol 400 [%] Glicerol[%] Glikol propylenowy 1,2 [%] Trietanoloamina [%] PEG 1 PEG 2 PEG 5 G 1 G 2 G 5 GP 1 GP 2 GP 5 99 98 95 99 98 95 99 98 95 1 2 5 – – – – – – – – – 1 2 5 – – – – – – – – – 1 2 5 q.s. q.s. q.s. q.s. q.s. q.s. q.s. q.s. q.s.
Ilościowe oznaczanie metronidazolu
Ilość uwolnionego metronidazolu oznaczano spektrofotometrycznie w aparacie Cecil 5000, przy analitycznej długości fali 319,5 nm wobec odnośnika – wody. Pomiary wykonywano sześciokrotnie i obli-czano średni wynik.
Stężenie substancji w każdej z próbek odczyty-wano na podstawie krzywej wzorcowej (ryc. 1), (r = 0,9996, p = 0,05, r2 = 0,9991, y = 0,0103 + 52,6072x;
x – stężenie, y – absorbancja), którą wykreślono na podstawie pomiaru absorbancji wodnych roz-tworów metronidazolu o wzrastających stężeniach. Roztwory do badania przygotowano metodą kolej-nych rozcieńczeń roztworu podstawowego o stęże-niu 1mg/ml.
Badanie dostępności farmaceutycznej metronidazolu z hydrożelu
Szybkość dyfuzji metronidazolu z podłoży hy-drożelowych badano metodą membranową w apara-cie łopatkowym (Varian VK 7025) wg FP VIII, przy użyciu komór dyfuzyjnych. Błonę półprzepuszczalną przed nałożeniem zanurzano na 15 min w wodzie de-stylowanej. Przygotowane komory wprowadzano do naczynia zawierającego 1000 ml. wody destylowanej, stanowiącej płyn akceptorowy.
Roztwór nad pojemnikiem mieszano miesza-dłem łopatkowym z szybkością 90 obr/min. Próbki pobierano co 15 min w czasie 150 min. Dane anali-zowano w programie STATISTICA, a wyniki opisu-jące proces uwalniania metronidazolu przedstawiono w tabeli 2. Przebieg procesu uwalniania metronida-zolu z poszczególnych formulacji przedstawiono na rycinie 2, a całkowitą jego ilość uwolnioną w czasie 150 min na rycinie 3.
Badanie lepkości dynamicznej
Badania reologiczne opatrunków przeprowa-dzono przy użyciu reometru cyfrowego, połączone-go z termostatem łaźniowym w temp. 37oC ± 0,5°C.
Dla próbek uzyskano wartości naprężeń ścinających (N/m2) przy rosnącej, a następnie malejącej
szybko-ści szybko-ścinania. Na podstawie uzyskanych wartoszybko-ści ob-liczono lepkość dynamiczną [mPas].
Przykładowe wyniki dla formulacji zawierającej 2% glikolu propylenowego przedstawiono w tabeli 3, a graficznie w postaci reogramu na rycinie 4.
Ryc. 1. Wykres zależności absorbancji od stężenia wodnego roztworu metronidazolu. X – stężenie met-ronidazolu, Y – absorbancja
Fig. 1. The absorbance of water solutions contain dif-ferent concentrations of metronidazole
y = 52,607x + 0,0103 R2 = 0,9991 0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 0,00 0,01 0,01 0,02 0,02 0,03 stężenie metronidazolu [mg/ml] absorbancj a
Tabela 2. Wartości stałej równania (K) opisujacej proces uwalniania metronidazolu z opatrunków i czas poło-wicznego uwalniania (t0,5)
Table 2. The value of the equation constant (K) determining the process of metronidazole release from dres-sings and half– release time (t0,5)
Oznaczenie
formulacji uwalniania K [minStała szybkości–1] r2 Czas półuwalnianiaT0,5 [min] Średni procent uwolnionej substancji z opatrunków
PEG 1 PEG 2 PEG 5 G 1 G 2 G 5 GP 1 GP 2 GP 5 0,0056 0,0058 0,0049 0,0064 0,0056 0,0050 0,0038 0,0041 0,0057 0,9904 0,9870 0,9857 0,9943 0,9886 0,9863 0,9868 0,9805 0,9883 123,75 119,48 141,93 108,28 123,75 138,60 182,37 169,00 121,58 65,15 65,65 60,14 69,28 65,25 60,91 51,86 54,48 64,61
Omówienie wyników i dyskusja
W pracy analizowano uwalnianie metronida-zolu z otrzymanych opatrunków stomatologicznych. Badaniom poddano 9 własnych formulacji różnią-cych się składem jakościowym i ilościowym.
Wszystkie formulacje charakteryzowały się dobry-mi właściwościadobry-mi organoleptycznydobry-mi i plastycznydobry-mi. Przeprowadzone analizy reologiczne umożliwiły wy-kreślenie krzywych płynięcia, ilustrujących zależność szybkości ścinania od naprężenia ścinającego (ryc. 4).
Ryc. 2. Procent uwolnionego metro-nidazolu z opatrun-ków Fig. 2. Percentage of released metronida-zole from dressings
10 20 30 40 50 60 70 80 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 czas [minuty] % uwolnionego metronidazolu PEG1% PEG2% PEG5% G1% G2% G5% GP1% GP2% GP5% Średnia Średnia±Błąd std Średnia±1,96*Błąd std P E G 1 % P E G 2 % P E G 5 % G 1 % G 2 % G 5 % G P 1 % G P 2 % G P 5 % Skład żelu 45 50 55 60 65 70 75 80 % u w ol ni on eg o m et ro ni da zo lu po cz as ie 150 m in ut
Ryc. 3. Skategoryzowany wykres „ramka-wąsy” ilustrujący całko-wity procent uwolnionego metronidazolu z poszczególnych żeli Fig. 3. Graph of total percentage of metronidazole releasaed from particular hydrogels
Ryc. 4. Przykładowy reogram krzywej płynięcia dla żelu zawierającego 2% glikolu propylenowego
Fig. 4. Flow curves of hydrogel contains propylene glikol in concentrations 2% 0 100 200 300 400 500 600 0 500 1000 1500 2000 naprężenie ścinające [Nm 2] szybkość ścinania [s -1 ]
Tabela 3. Przykładowe wyniki badań reologicznych dla żelu zawierającego 2% glikolu propylenowego Table 3. Results of the rheological tests of gel contains propylene glycol in concentration 2%
Pomiar Szybkość ścinania D [s–1] Naprężenie ścinające τ [Nm–2] Lepkość ŋ [mPas]
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 23,04 42,24 61,44 80,64 99,84 119,84 138,24 157,44 176,64 195,84 215,04 234,24 253,44 272,64 291,84 311,04 330,24 349,44 368,64 387,84 407,04 426,24 445,44 464,64 483,84 464,64 445,44 426,24 407,04 387,84 368,64 349,44 330,24 311,04 291,84 272,64 253,44 234,24 215,04 195,84 176,64 157,44 138,24 119,04 99,84 80,64 61,44 42,24 23,04 143,22 606,68 783,71 877,20 960,74 1030,36 1090,04 1147,72 1199,44 1251,16 1296,91 1342,66 1386,42 1426,20 1467,97 1505,76 1541,57 1577,37 1613,18 1646,99 1680,81 1710,64 1742,47 1774,30 1802,14 1831,98 1808,11 1778,27 1748,44 1716,61 1684,78 1650,97 1617,15 1583,34 1549,52 1511,73 1473,94 1434,16 1394,37 1350,61 1302,87 1255,13 1205,41 1151,70 1092,03 1028,38 956,77 877,20 779,74 621,60 1436,27 1275,58 1087,80 962,28 865,56 788,51 728,99 679,03 638,87 603,10 573,20 547,04 523,11 503,01 484,11 466,80 451,40 437,60 424,66 412,93 401,33 391,18 381,86 372,46 394,28 405,92 417,50 429,55 442,61 457,03 472,46 489,69 509,05 530,95 554,48 581,57 612,26 648,43 689,65 737,59 797,21 871,97 967,49 1093,78 1275,27 1557,24 2076,71 3384,27
Szybkość ścinania w zależności od naprężenia ścinają-cego zwiększa się do pewnej wartości, a następnie ma-leje. Krzywe płynięcia wszystkich żeli tworzą charakte-rystyczne pętle histerezy, wskazujące na występowanie zjawiska tiksotropii.
Obliczono wartość lepkości dla poszczególnych szybkości ścinania. Lepkość malała wraz ze wzro-stem szybkości ścinania, a układ ulegał rozrzedzeniu. Uzyskane reogramy nie są liniami prostymi. Badane żele są więc cieczami nieniutonowskimi, wykazują-cymi zdolność rozciągania. Cechy reologiczne bada-nych układów (tiksotropia, plastyczność) warunkują ich korzystne właściwości aplikacyjne (wyciskanie z tuby, aplikację).
Proces uwalniania dla wszystkich formulacji
Ryc. 5. Półlogarytmicz-ny przebieg procesu uwalniania metronida-zolu z opatrunków Fig. 5. Semi-logarithmic course of the process metronidazole released from dressings ln% pozostałości metronidazolu 3,5 3,6 3,7 3,8 3,94 4,1 4,2 4,3 4,4 4,5 4,6 4,7 0 20 40 60 80 100 120 140 160 czas [minuty] ln z % uwolnionego metronidazolu PEG1% PEG2% PEG5% G2% G5% GP1% GP2% GP5% G1%
Tabela 4. Istotne statystycznie różnice w procencie uwolnionego metronidazolu z opatrunków. Wyniki testu NIR.
Table 4. Results of NIR test
PEG 1 PEG 2 PEG 5 G 1 G 2 G 5 GP 1 GP 2 GP 5
PEG 1 – – – – – + + – PEG 2 – – – – – + + – PEG 5 – – + – – + + – G 1 – – + – + + + – G 2 – – – – – + + – G 5 – – – + – + – – GP 1 + + + + + + – + GP 2 + + – + + – – + GP 5 – – – – – – + +
(+) różnica istotna statystycznie, (–) różnica nieistotna statystycznie
przebiegał zgodnie z kinetyką pierwszego rzędu. Na podstawie uzyskanych wyników sporządzono wy-kresy przebiegu uwalniania, przedstawiające zależ-ność log pozostałości metronidazolu w danym opa-trunku od czasu (ryc. 5).Wyznaczono stałe szybkości procesu uwalniania oraz czasy półuwalniania z opa-trunków w czasie 150 min, które zestawiono w tabeli (tab. 2). Dla poszczególnych formulacji wyznaczono równania regresji (p = 0,05), a wartość współczyn-nika determinacji świadczy o dobrym dopasowaniu funkcji do danych empirycznych.
Wszystkie preparaty zapewniają dobrą dostęp-ność farmaceutyczną; w czasie badania ze wszystkich żeli uwolniło się ponad 50% substancji. Poszczególne opatrunki wykazują różnice w dostępności
farma-ceutycznej, co spowodowane jest zmianami ilościo-wymi i jakościoilościo-wymi w ich składzie. W grupie żeli zawierających makrogol 400 zaobserwowano, że je-go 2% dodatek prowadził do zwiększenia szybkości uwalniania, w porównaniu do formulacji zawierają-cej ten hydrofilizator w stężeniu 1 lub 5%.
W grupie preparatów zawierających glikol pro-pylenowy zaobserwowano, że wraz ze wzrostem stę-żenia hydrofilizatora w zakresie 1–5% wzrasta ilość uwolnionej substancji.
Wyniki porównania, pomiędzy którymi for-mulacjami występują statystycznie istotne różni-ce przedstawiono w tabeli 4. Wskazują one, iż przy poziomie istotności p=0,05 porównując dostępność farmaceutyczną pomiędzy poszczególnymi opatrun-kami, jest ona zmienna i zależy od rodzaju i stężenia hydrofilizatora.
WNIOSKI
1. Uzyskane wyniki wskazują, że rodzaj oraz stęże-nie hydrofilizatora wpływa na dostępność far-maceutyczną opatrunków hydrożelowych. 2. Najwyższą dostępnością farmaceutyczną
cha-rakteryzował się żel, zawierający 1% dodatek gli-cerolu do 99% wodnej dyspersji Carbopolu 971P.
3. Uwalnianie metronidazolu z hydrożeli przebie-gało zgodnie z kinetyką pierwszego rzędu. 4. Rozpiętość czasów połowicznego uwalniania,
mieściła się w granicach od 169 min dla formu-lacji zawierającej 2% glikolu propylenowego do 119 min dla żelu z dodatkiem 2% makrogolu 400.
LITERATURA
[1] Jain N., Jain G. K., Javed S., Iqbal Z., Tale-gaonkar S., Ahmad J. F., Khar R. K.: Recent approaches for the treatment of periodontitis. Drug Discovery Today, (2008), 13, 932–943. [2] Pluta J., Karolewicz B.: Właściwości
fizyko-chemiczne opatrunków stomatologicznych na bazie biodegradowalnych niejonowych polime-rów. Polim. Med. (2002), 32, 3–4, 20–29.
[3] Konopka T.: Algorytmy kompleksowego lecze-nia zapaleń przyzębia. Czas. Stomat. (2001), 54, 6, 363–368.
[4] Sender-Janeczek A., Ziętek M.: Miejscowe za-stosowanie antyseptyków i antybiotyków w le-czeniu przewlekłego zapalenia przyzębia – prze-gląd piśmiennictwa. Dent. Med. Probl. (2007), 44, 3, 396–402.
[5] Kołodziejska J., Berner-Strzelczyk A., Pie-chota-Urbańska M.: Suche ekstrakty roślin-ne w recepturze hydrożeli stomatologicznych z Carbopolem 971P. Polim. Med. (2009), 39, 3, 27–36.
[6] Zgoda M. M., Kołodziejska J.: Effect of rheolo-gical parameters on pharmaceutical availability of ketoprofen from hydrogel products made on Carbopol base. Polim. Med. (2002), 36, 11–25. [7] Kołodziejska J.: Carbopol 974P w recepturze
hydrożeli stomatologicznych o działaniu prze-ciwzapalnym. Polim. Med. (2008), 38, 27–38. [8] Zgoda M., Kołodziejska J.: Polimery kwasu
poliakrylowego jako nowoczesne substancje po-mocnicze stosowane w produkcji środków far-maceutycznych podawanych na skórę, zawiesin i bioadhezyjnych postaci o przedłużonym dzia-łaniu. Farmacja Pol., (2008), 64, 73–83.
[9] Janicki S., Fiebig., Sznitowska M.: Farmacja Stosowana. PZWL, Warszawa 2003, 652–693. [10] Taberner T. S., Martin-Villodre A.,
Pla-Delfina J. M., Heurez J. V.: Consistency of Carbopol 971–P NF gels and influence of solu-ble and cross – linked PVP. Int. J. Pharm. (2002), 233, 43–50.
[11] Rowe R. C., Sheskey P. J., Weller P. J.: Hand-book of Pharmaceutical Excipients. (2003), Phar-maceutical Press and American Association, 89–92, 258–259, 521–522, 453–458.
Adres autorów
Katedra Technologii Postaci Leku Akademia Medyczna we Wrocławiu ul. Szewska 38, 50-139 Wrocław tel. 71 784 03 15
e-mail: dorkid@wp.pl
