Preformulazione

Tecnologia: si occupa di realizzare e controllare forme farmaceutiche ( questi sono i due step fondamentali della tecnologia), cosa fa? traforma un principio attivo in una forma farmaceutica. Questo è necessario per svariate ragioni come il non possedere determinate proprietà organolettiche, fisiche, di biodisponibilità ect.. Possiamo utilizzare diverse forme farmaceutiche ed eccipienti per questo.

principio attivo -->gt; medicinale

Per poter passare dal principio attivo al medicinale vero e proprio si passa per tre step che sono:

· preformulazione*

· formulazione

· controllo

Preformulazione

è essenziale!! è quella fase che precede la formulazione, prima di decidere se è come formulare il principio attivo è necessario fare dei test sulla molecola.

E’ molto importante per decidere quali sono le forme farmaceutiche piu adatte per formulare il nostro principio attivo, si tiene sopratutto conto della solubilità e della solubilità intrinseca.

In generale l'API per avere successo deve poter essere somministrato per via solida orale, questo perchè il 90% dei farmaci viene preso così! per lo più sono compresse ma anche capsule poi si scelgono i migliori eccipienti.In alternativa possiamo usare altre vie come la via cutanea per patologie inferiori o la via iniettiva che però restano di seconda scelta.

Può essere definita come lo stadio del processo di sviluppo del farmaco in cui vengono definite le proprietà fisico-chimiche e biofarmaceutiche che possono influenzare la disponibilità biologica ( e quindi l'efficacia e la tossicità) del principio attivo. sono proprietà fondamentali ai fini della messa a punto di una forma farmaceutica efficace, sicura e stabile.

I principali parametri fisico-chimici e fisico meccanici da determinare sono stabilità chimica, solubilità, velocità di dissoluzione, costante di dissociazione, coefficiente di ripartizione, cristallinità, polimorfismo, solvatazione e dimensioni particellari.

si effettuano inoltre studi di compatibilità farmaco-eccipiente e indagini preliminari in vivo sull'animale riguardante assorbimento, il metabolismo, il legame alle proteine, la distribuzione e l'eliminazione dell' API nel formulato in sviluppo.

Infine per ottimizzare la biodisponibilità si raccolgono informazioni sulle modalità di somministrazione.

Possiamo dividere i parametri studiati in:

· proprietà fondamentali: specifiche del principio attivo

· proprietà derivate: riguardano il farmaco come polvere

Proprietà fondamentali

riguardano strettamente il principio attivo, abbiamo la solubilità, il coefficiente di dissociazione ossia il pKa, il coefficiente di ripartizione che è molto importante perchè attraverso il suo valore possiamo prevedere come si comporterà il farmaco in vivo, il punto di fusione, in fase preformulativa non ci si accontenta di calcolare il punto di fusione ma si studiano tutte le varie modificazioni degli eventi termici che avvengono quando un materiale o una sostanza vengono sottoposti a riscaldamento infatti ci possono essere delle modifiche strutturali che composti a carattere polimerico subiscono quando vengono sottoposti a riscaldamento che non sono delle fusioni ma sono delle transizioni di stato che influiscono sulle caratteristiche.

Si deve eseguire anche uno screening di stabilità: una molecola viene sottoposta all’azione di calore , luce, ossigeno, e si valutano le modifiche che ci possono essere, in modo da poter ideare delle modalità di formulazione di stabilità e di confezionamento che garantiscano la stabiltà di proprietà biofarmaceutiche e tecnologiche.

1. Solubilità

La solubilità è la concentrazione massima con cui il p.a si scioglie in acqua, ma dal momento che la maggior parte dei farmaci sono elettroliti deboli perciò risulta molto importante, da un punto di vista preformulativo sapere quale delle due forme, forma dissociata e forma indissociata, è preponderante in soluzione per poter capire se il nostro farmaco, oltre che avere una buona dissoluzione nei fluidi biologici possieda pure un buon assorbimento.

Se il nostro API non ha una solubilità di almeno 10 mg/L sono già consapevole avrà problemi di biodisponibilità e sarà necessaria una strategia per incrementare la solubilità.

ma cos'è la solubilità? è la massima quantità di soluto che posso avere in soluzione. Una soluzione è una dispersione omogenea a livello molecolare o ionico o entrambi. Il soluto dovrà essere diviso nelle unità più piccole in cui può dividersi. Se invece ho aggregati non ho una soluzione.

Ci interessa che la dispersione sia molecolare perchè solo le molecole attraversano le membrane!! E di conseguenza solo molecole ( neutre!!!) potranno raggiungere il sistema circolatorio.

come calcolare la solubilità?

Devo trovare la concentrazione in una soluzione satura di farmaco ad una certa temperatura.

In un contenitore ( becker, ect..) pongo un solvente da me scelto in base a ciò che devo verificare, se mi serve trovare la solubilità in acqua chiaramente scelgo acqua! A questo aggiungo un eccesso di farmaco, facendo in modo che ci sia sempre precipitato, e dopo diverso tempo (molto!!) misuro la concentrazione, questo perchè mentre in vivo abbiamo una quantità limitata di farmaco in tantissimo liquido nell'esperimento abbiamo la situazione opposta perciò lasciamo il tempo al sistema di raggungere l'equilibrio.

Come analizzo la concentrazione? di solito si usa la spettroscopia UV perchè è molto comune che le sostanze assorbano in questo campo. Se conosco già la molecola e so a quale lunghezza d'onda misura setto lo strumento al suo massimo di assorbimento, altrimenti se non conosco l'intero spettro prima lo misuro e poi eseguo l'analisi alla lunghezza d'onda del massimo. Chiaramente mi servirà una retta standad delle concentrazione per correlare assormineto a concentrazione.

2. Solubilità intrinseca

E' una proprietà fondamentale che ha interesse solamente nella fase di preformulazione, è la concentrazione in soluzione della sola specie indissociata (che è quella che è capace di attraversare le membrane ed è per questo che ci interessa), facendo lo studio del paragrafo precedente abbiamo ricavato la solubilità totale perchè il metodo analitico non discrimina, per esempio se misuriamo l'assorbimento dell'anello aromatico questo è presente sia nella molecola dissociata che indissociata.

Come me la ricavo? se il farmaco è noto posso usare la sua pKa però se non lo conosco allora sarò io a dover calcolare pKa ( che a questo punto non è più strettamente necessario per trovarla) e solubilità intrinseca. Spostando l'equilibrio di dissociazione dell'acido o della base debole (il nostro farmaco, di solito base debole) facciamo precipitare la molecola, otteniamo così valori di solubilità inferiori che andranno sottratti a quelli precedentemente ottenuti in studi di solubilità totale.

elettroliti forti non hanno solubilità intrinseca mentre per non elettroliti coincidono la solubilità generale e intrinseca.

3. pKa

Mentre pH è una proprietà del mezzo in cui il farmaco verrà disciolto o verrà a contatto il pK invece è una caratteristica della molecola e non varia in funzione del pH.

Conoscere il pK in fase preformulativa è utile perchè ci permette di capire tra le altre cose se possiamo modificare la solubilità di un farmaco variando il pH del mezzo ( ex via orale).

Come calcolo il pKa della molecola che stò studiando? Innanzitutto stabilisco a che pH effettuare l’esperimento e successivamente devo trovare una strategia per calcolare la specie dissociata e quella dissociata.

pKa = pH + log (Cs - C0/C0)

Scelgo un pH neutro per ridurre la solubilità, la solubilità intrinseca la misuro sciogliendo la sostanza a pH fortemente acido o fortemente basico a seconda che sia un acido o una base debole, la concentrazione della specie dissociata quindi la calcolo per differenza tra la solubilità e la solubilità intrinseca: Cs è la solubilità, C0 è la solubilità intrinseca (è un valore tabulato).

Ricapitolando determino : il pH della soluzione, calcolo le concentrazioni presenti trovando la solubilità intrinseca in modo diretto, la solubilità della specie dissociata per differenza tra la solubilità e la solubilità intrinseca e così ho tutti i valori che mi servono nella formula.

Dalla formula vediamo anche perchè il pKa di una molecola è costante infatti al variare del pH varia anche la solubilità intrinseca.

Vediamo le situazioni limite, quando un farmaco ad un certo valore di pH ed è completamente dissociato o completamente indissociato, il log tra il rapporto tra le due specie è uguale a 2 perchè prevale una delle due specie! (Avremo 100 come rapporto, il log100= 2)

avremo due ho due situazioni particolari:

• predomina specie dissociata
• predomina specie indissociata

Questo mi dice per esempio che se ho una base debole con un pKa compreso tra 3 e 15 allora difficilmente potrò variare la sua solubilità variando il pH del mezzo. Questo è un esempio dei ragionamenti che si devono fare in fase preformulativa quando si studia una molecola incognita: non so quanto è solubile --> lo misuro, non conosco la solubilità intrinseca -->la misuro, non conosco il pKa -->lo misuro!! poi posso fare una serie di ragionamenti e previsioni su come si comporterà un farmaco quando si troverà a contatto con i fluidi del distretto corporeo di mio interesse.

4. Coefficiente di ripartizione

E’ un rapporto tra due concentrazioni, in genere si usa il coefficiente di ripartizione olio-acqua (o acqua-olio). Essendo un rapporto di due grandezze uguali è un numero, non ha dimensioni, spesso è espresso in forma logaritmica. Viene determinato olio in acqua, come olio si usa il normal ottanolo perchè è quello che ha le caratteristiche piu simili alle membrane biologiche per quanto riguarda le proprietà idrofobiche perciò ottenendo i coefficiente in questo modo si presume sia una buona approssimazione di ciò che avviene in vivo, infatti se cambia la lipofilia del mezzo cambia anche l’equilibrio di ripartizione.

Come si misura il coefficiente di ripartizione? Si inseriscono i due liquidi immiscibili in un miscelatore, -->imbuto separatore, si agita e si inserisce la molecola, si agita di nuovo e la molecola si ripartirà tra le due fasi secondo l’affinità che possiede.

Alla fine si scaricano le due fasi separatamente e si calcola la concentrazione.

Il liquido di ripartizione non viene valutato usando due volumi uguali dei fluidi perchè se la sostanza per esempio è molto idrofoba e utilizziamo due volumi comparabili andrà a ripartirsi completamente nella fase per cui ha piu affinità,è come se non avesse una ripartizione, ma in vivo quando il farmaco si trova disciolto in prossimità dell’ultima membrana biologica (endotelio del vaso) prima dell’entrata nel torrente circolatorio, se la molecola è molto lipofila tenderà a stare nell’endotelio del vaso, però a cause del volume molto maggiore del sangue (perchè è un volume in cui si ricambia continuamente), il suo potere di estrazione è notevole!! e si ripartirà comunque!!! Bisogna tenere conto della diversa affinità e le estrazioni vengono fatte aumentando di volta in volta il volume della fase meno solubile per capire qual è la capacità di ripartizione.

Il coefficiente di ripartizione è importante in tante fasi dello sviluppo farmaceutico. Per esempio quando devo estrarre un prodotto naturale, oppure lo devo separare da altre sostanze sfrutto la ripartizione, oppure utilizzando la cromatografia mi può essere utile per capire come si può ripartire la sostanza, mi serve conoscerlo per prevedere la sua capacità di attraversare le membrane, di passare al sangue etc --> è un elemento fondamentale dello studio preformulativo.

Proprietà derivate

riguardano il farmaco come polvere, sono proprietà che devono essere previste nella fase preformulativa

• granulometria: al variare del farmaco e a parità di processo tecnologico usato otteniamo granulometrie diverse, questoha un effetto molto importante sulle proprietà biofarmaceutiche ( che sono quelle che avvengono dopo la somministrazione all'interno dell'organismo come il processo di dissoluzione) e le proprietà tecnologiche ( quelle che interessano il processo tecnologico come la scorrevolezza della polvere). Il problema qui per esempio è che più una polvere è sottile più facilitato sarà il processo di dissoluzione ma allo stesso tempo sarà più complicato il processo tecnologico perciò dobbiamo trovare la giusta miscela di eccipienti per ottimizzare entrambi.
• compatibilità farmaco-eccipienti eccipienti-eccipienti
• compattabilità: influenza su proprietà tecnologiche
• scorrevolezza: influenza su proprietà tecnologiche
• resistenza meccanica: posso imprimere forze differenti e applicare diversi metodi ma è importante che la granulometria resti costante perchè l'intera formulazione si basa sulla prima granulometria che è stata determinata al principio, se cambia durante i processi tecnologici rischio di modificare le proprietà del medicinale.