Effect of tableting-related parameters on the manufacture of oral solid dosage forms containing biologicals

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Fraga, Rúben Martins
Data de Publicação: 2022
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/10451/63179
Resumo: Tese de mestrado, Engenharia Farmacêutica, 2022, Universidade de Lisboa, Faculdade de Farmácia.
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spelling Effect of tableting-related parameters on the manufacture of oral solid dosage forms containing biologicalsBiologicalsCatalaseSaccharidesSpray-dryingStabilityTabletingTeses de mestrado - 2022Ciências da SaúdeTese de mestrado, Engenharia Farmacêutica, 2022, Universidade de Lisboa, Faculdade de Farmácia.Nos últimos séculos, os comprimidos têm sido a forma de dosagem mais popular no mercado farmacêutico, devido à fácil produção e adesão dos pacientes. O interesse em administração oral de produtos biológicos, particularmente enzimas como a catalase, tem crescido recentemente. O estudo desta enzima tem se demonstrado de elevado interesse devido ao seu fácil isolamento dos tecidos e devido às diversas áreas de aplicação. Durante a produção de comprimidos de produtos biológicos, proteínas são expostas a diferentes stresses (mecânicos e termais) que podem ter um impacto crítico na sua função biológica e atividade catalítica, devido ao efeito dos mesmos na estrutura da proteína (formação de agregados e alteração da estrutura secundária). Portanto, durante a produção de comprimidos contendo produtos biológicos, processos como a secagem (p.e., secagem por atomização) ou a compressão poderão afetar negativamente o produto biológico, levando a uma perda da sua eficácia. Desta forma, os sacarídeos têm sido utilizados em formulações como excipientes de forma a proteger a proteína destes efeitos adversos. Existem várias teorias que podem explicar a estabilização de proteínas com uso de sacarídeos, assim como a teoria da vitrificação e a teoria de substituição de moléculas de água. O dextrano, o manitol e a trealose são exemplos de sacarídeos estabilizadores utilizados em formulações, descritos na literatura. Assim, este trabalho teve como principal hipótese a demonstração do efeito de compressão na atividade de produtos biológicos e tem como objetivos o estudo da estabilidade em processo de produtos biológicos para administração oral, particularmente o entendimento da estabilidade enzimática durante a compressão, a identificação de excipientes estabilizadores, neste caso sacarídeos, que permitam a produção de produtos biológicos e a identificação dos limites em que a atividade enzimática é afetada devido a forças de compressão. Para este fim, catalase de fígado de bovino foi selecionada como proteína modelo e o dextrano 40, D-manitol e a trealose di-hidratada foram escolhidos como potenciais excipientes estabilizadores. Para esta investigação, comprimidos com diferentes rácios de catalase e sacarídeos (10/90, 30/70 e 50/50) e com diferentes forças de compressão (0,5, 1 e 2 T) foram produzidos, em que alguns comprimidos foram produzidos apenas com uma mistura física e em outros casos a mistura de catalase e do sacarídeo foi seca por atomização deforma a formar uma co-partícula. As propriedades críticas da proteína (em mistura e em comprimido) foram analisadas, em que a atividade biológica, o aumento do número de partículas e a estrutura secundária foram estudados através do ensaio enzimático da catalase, imagem de microfluxo e espectroscopia de reflexão total atenuada no infravermelho com transformada de Fourier, respetivamente. Estas propriedades foram avaliadas antes e após a compressão das misturas incluindo ou não secagem por atomização. Adicionalmente, de forma a estudar as X alterações estruturais das misturas após a secagem por atomização, foi realizada microscopia eletrónica de varredura e dispersão de raios-X de pequeno e amplo ângulo. Para complementar este estudo, foi feita uma Análise do Componente Principal (com as variáveis quantitativas – atividade biológica e número de partículas no intervalo de 25≤x≤50 μm), com o objetivo de observar a possível existência de uma relação entre a forca de compressão e as alterações na atividade biológica, número de partículas e sacarídeos utilizados. Por fim, a análise estatística de Bonferroni foi também utilizada para observar as diferenças entre as diferentes atividades biológicas e número de partículas entre as diferentes misturas com o mesmo rácio. Após a análise das propriedades referidas foi observada uma diminuição da atividade biológica em todas as misturas após a compressão. Nas misturas e comprimidos apenas com catalase verificou-se o efeito da compressão com a diminuição da atividade e o aumento de número de partículas, onde não foram observadas alterações na intensidade dos picos característicos da Amida II. Nas misturas físicas (em que não foi realizada a secagem por atomização) com dextrano, observou-se estabilidade entre as diferentes forças usadas para o rácio 30/70, mostrando-se o rácio mais estável entre todas as misturas consideradas. Geralmente, nas restantes misturas (manitol e trealose), ocorreu uma diminuição gradual da atividade biológica com o aumento gradual da força utilizada, sugerindo uma relação inversamente proporcional entre a força utilizada e a atividade da catalase. Complementando esta diminuição de atividade, o número de partículas aumentou após a compressão (provavelmente devido à agregação) e alterações na estrutura secundária da proteína foram observadas. A Análise do Componente Principal, confirmou a relação entre a força de compressão e a diminuição da atividade e o aumento do número de partículas, mostrando forte correlação na matriz de correlação e, por último, demonstrou que não existe relação entre o sacarídeo utilizado e estas propriedades. Pela mesma anállise foi demonstrado que no caso de número de partículas o intervalo mais significante foi o de 25≤x≤50μm (em todas as misturas), em que foi encontrada uma correlação mais forte com atividade e força de compressão, em comparação com os outros intervalos. No caso da estrutura secundária, as alterações são mais visíveis na zona da Amida II (onde existem diferentes intensidades de acordo com a mistura e força usada) e na zona característica das ligações O-H, o que poderá significar possíveis alterações de ligações entre a catalase e o sacarídeo. No caso das misturas em que foi utilizada a secagem por atomização, foi novamente observada a diminuição da atividade biológica, aumento do número de partículas e alterações de estrutura após o processo. Para estas misturas, o dextrano mostrou-se desestabilizador da proteína, sendo que a atividade biológica foi inferior em relação a da mistura física. No caso do manitol a atividade foi ligeiramente inferior e, no caso da trealose a atividade foi igual XI à da mistura física. Assim, apenas existiu estabilização com o sacarídeo trealose durante a secagem por atomização. Adicionalmente, o número de partículas aumentou consideravelmente em relação ao número de partículas dos comprimidos com misturas sem secagem por atomização e existiram visíveis alterações na estrutura das misturas. Além das alterações na estrutura secundaria da proteína (semelhantes às referidas anteriormente), ocorreu uma alteração da estrutura cristalina do manitol para uma mistura de estruturas cristalina e amorfa e no caso da trealose ocorreu uma transição de estrutura cristalina para amorfa. Todas as partículas possuem uma superfície com aspeto irregular, contendo covas. Estas alterações de estrutura poderão ter relação direta com a estabilização da proteína. A Análise do Componente Principal foi semelhante à da com as misturas que não foram secas por atomização, observando-se disposição semelhante das amostras nos gráficos e pequenas alterações na matriz de correlação. Desta forma, foi confirmado que a secagem por atomização tem efeito reduzido nas propriedades da proteína, particularmente na atividade biológica. Concluindo, foi observada uma relação entre a força de compressão, atividade biológica e número de partículas, sugerindo que a força de compressão afeta negativamente as propriedades mencionadas. Especificamente, a força de compressão, provoca mudanças estruturais que podem levar a agregação e por sua vez a uma perda de atividade biológica nas misturas físicas e nas mistura secas por atomização. A utilização de sacarídeos com o objetivo de estabilizar a catalase não se mostrou eficaz durante a compressão das misturas. Esta conclusão contraria a literatura que comprovam poder estabilizador destes sacarídeos durante a aplicação de stresses que afetam a estabilidade da proteína. A teoria hipotetizada foi desta forma confirmada com a observação do efeito negativo da força de compressão na estabilidade da proteína modelo.Tablets have been the most popular dosage form in the pharmaceutical market in the last century due to their ease of manufacturing and patient compliance. The interest in oral administration of biologicals, particularly enzymes, is recently growing. Proteins are exposed to different stresses during the production of tablets containing biologics, which may critically impact their biological function and catalytic activity. In this way, saccharides have been used in the formulation as excipients to protect the protein from these adverse conditions. Likewise, this work aimed to study the in-process stability of biologics (during tableting) intended for oral delivery, in which bovine liver catalase was selected as a model protein, and dextran 40, D-mannitol, and trehalose dihydrate were chosen as potential stabilizing excipients. Tablets comprising different ratios of catalase and saccharide (10/90, 30/70 and 50/50) were prepared, and critical protein properties such as activity, the number of particles (due to protein aggregation) and structure (studied via catalase enzymatic assay, micro-flow imaging and attenuated total reflectance Fourier transform infrared spectroscopy, respectively) were evaluated before and after compression. A loss of activity, an increase in the number of particles, and changes in the structure of catalase were observed after compression. Also, after spray-drying the mentioned saccharides and catalase, a loss of activity after tableting was observed, in which the mixtures with mannitol and trehalose preserved the activity of the enzyme during spray-drying. The results were analysed by Principal Component Analysis to reveal a relationship between the formulation materials, process and tablet attributes. A correlation was found between the compression force, activity, and the number of particles, suggesting that the force negatively affects the mentioned properties. The investigation showed the negative effect of compression force on catalase, causing an increase in the number of particles, changes in the structure and a consequent loss of activity in the physical blends with saccharides and with their co-spray-drying, demonstrating that the use of these excipients was not effective to the stabilization of the model protein.Research Center Pharmaceutical Engineering GmbH.Pinto, João Fernandes de AbreuPaudel, AmritRepositório da Universidade de LisboaFraga, Rúben Martins2022-12-162022-10-282025-12-16T00:00:00Z2022-12-16T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10451/63179TID:203199030enginfo:eu-repo/semantics/embargoedAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2024-03-11T01:18:50Zoai:repositorio.ul.pt:10451/63179Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-20T03:14:23.779319Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
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