Evaluation of functional characteristics of lactose by inverse gas chromatography

Význam tématu

Laktosa je nejběžněji používané plnivo v lékové formě díky nízké interakci s API, dobré stabilitě, nízké hygroskopicitě a přijatelné ceně.
Specifická forma (amorfně získaná sprejovým sušením nebo krystalická monohydrát) a její povrchové vlastnosti významně ovlivňují zpracovatelnost, tokové vlastnosti a dlouhodobou stabilitu.
Inverse gas chromatography umožňuje rychlé, reprodukovatelné a nedestruktivní určení disperzní energie povrchu a kyselobazových interakcí plniv.

Cíle a přehled studie

Cílem bylo porovnat různé šarže amorfní sprejově sušené i krystalické laktosy vyrobené různými technologickými postupy a výrobci s využitím IGC.
Druhá část se zaměřila na vliv relativní vlhkosti (90 % RH) a teploty (313 K) na evoluci povrchové energie a kyselobazových parametrů v čase.

Použitá metodika a instrumentace

• Inverse gas chromatography na přístroji Shimadzu QP 2010 GC-MS s hmotnostním detektorem.
• Přenosný kolonový systém: sloupec 5 mm o.d., 3 mm i.d., 100 mm délka naplněný 200–500 mg laktosy, inertní nosič helium, tok 2 ml/min.
• Probes: n-pentan, n-hexan, n-heptan, n-oktán, benzen, chloroform, acetone, diethyl ether, všechny od Sigma Aldrich 99 %.
• Stanovení disperzní a specifické složky energie povrchu metodikou RT lnVN vs. A·(λL)1/2 podle Schultz et al.
• Total surface area: BET analýza dusíkem při 77 K na Pulse Chemisorb 2700 (Micromeritics).

Hlavní výsledky a diskuse

Krystalická laktosa monohydrát vykazovala vyšší disperzní energii povrchu (25–38 mJ/m2) než některé partie sprejově sušené (19–30 mJ/m2), s výraznými odchylkami mezi výrobci.
Specifické interakce ('GSP) s diethyl ether ukázaly, že některé šarže sprejově sušené laktosy mají nižší povrchovou kyselost než krystalické části.
Podmínky 313 K/90 % RH vedly u monohydrátu k postupnému poklesu disperzní energie a rapidnímu snížení electron-acceptor míst.
U sprejově sušené laktosy došlo naopak k nárůstu kyselosti povrchu v čase, ukazujícím na rozdílné chování amorfní a krystalické formy.

Přínosy a praktické využití metody

• Nedestruktivní sledování kvality a konzistence šarží laktosy během výroby.
• Možnost predikce stability vůči vlhkosti a teplotě pro optimalizaci výrobních parametrů.
• Rychlá charakterizace povrchových vlastností, ovlivňujících tok a smáčivost při výrobě tablet a inhalací.

Budoucí trendy a možnosti využití

Integrace IGC s modelováním pro predikci dlouhodobé stability excipientů.
Rozšíření na další farmaceutické materiály (mikrok. celulóza, nosiče v inhalacích).
Vývoj miniaturizovaných IGC senzorů pro inline kontrolu kvality.

Závěr

Inverse gas chromatography efektivně odhaluje rozdíly ve povrchových vlastnostech mezi amorfní a krystalickou laktosou z různých šarží a výrobců.
Podmínky zvýšené vlhkosti a teploty vedou k odlišným změnám energie povrchu a acidobazových parametrů jednotlivých forem.
Tyto poznatky mohou vést k optimalizaci volby a skladování laktosy pro různé farmaceutické aplikace.

Reference

1. Zadow JG. Lactose: Properties and uses. J Dairy Sci. 1984;67(11):2654–2679.
2. Fox PF. Advanced Dairy Chemistry: Lactose, water, salts and vitamins. 2nd ed. Springer; 1992.
3. Lieberman HA, Lachman L, Schwartz JB. Pharmaceutical dosage forms: tablets. 2nd ed.; Informa Health Care; 1989.
4. Ticehurst MD, York P, Rowe RC, Dwivedi SK. Characterisation of the surface properties of α-lactose monohydrate with inverse gas chromatography. Int J Pharm. 1996;141:93–99.
5. Levoguer C, Butler D, Thielmann F, Williams D. Characterizing physicochemical properties of pharmaceutical materials. Pharm Technol Eur. 2000;12(11):36–42.
6. Newell HE, Buckton G. Investigating whether IGC preferentially probes high-energy sites for mixtures of crystalline and amorphous lactose. Pharm Res. 2004;21(8):1440–1444.
7. Planinsek O, Buckton G. Considerations about appropriate use of IGC for amorphous and crystalline powders. J Pharm Sci. 2003;92(6):1286–1294.
8. Schultz J, Lavielle L, Martin C. The role of the interface in carbon fibre-epoxy composites. J Adhes. 1987;23:45–60.
9. Kumon M et al. Novel approach to DPI carrier lactose with mechanofusion and evaluation by IGC. Chem Pharm Bull. 2006;54(11):1508–1514.
10. Nardin M, Papirer E. Relationship between vapor pressure and surface energy of liquids: application of IGC. J Colloid Interface Sci. 1990;137:534–545.
11. Somasundaran P. Encyclopedia of surface and colloid science. 2nd ed.; CRC Press; 2006.
12. Feeley JC et al. Determination of surface properties and flow characteristics of salbutamol sulphate before and after micronisation. Int J Pharm. 1998;172:89–96.
13. Ahlneck C. Chemical and physical stability of drugs in the solid state. Industrial Aspects of Pharmaceutics. Swedish Pharmaceutical Press; 1993.
14. Elamin AA, Sebhatu T, Ahlneck C. Use of amorphous model substances to study mechanically activated materials. Int J Pharm. 1995;119(1):25–36.