此文翻譯的目的是想和大家共勉：我們在開發(fā)藥物溶出方法的過程中，可能會忽略藥物所存在的這種受流體動力學效應的影響而導致溶出方法易出現(xiàn)耐用性和穩(wěn)健性的問題。該篇文章向我們詳細的介紹了該種水動力學效應在不同溶解性藥物之間或不同溶出杯之間的影響，以此可以指導項目的溶出方法開發(fā)。以下將是翻譯的譯文介紹：
摘要：本文旨在分享初步的研究結果，以了解流體動力學在溶出試驗中的作用。通過使用USP潑尼松校準片和兩種諾華公司開發(fā)的含有低溶解度和高溶解度藥物的制劑，進行了擾流（傾斜容器）研究，確認了USP標準溶出杯底部存在“死區(qū)”，即制劑崩散后在溶出杯底部形成了一個“錐形”的堆積物質(zhì)。使用低溶解度和高溶解度的藥物制劑評估了Peak杯和平底杯中的水動力環(huán)境。結果表明：使用USP標準杯和平底杯獲得的溶出速率之間沒有顯著差異；Peak杯具有最高的釋放速率，與使用USP標準杯和平底杯獲得的溶出速率具有顯著差異；在較高的攪拌轉(zhuǎn)速60、75 rpm下，使用USP標準溶出杯獲得的溶出結果與以50 rpm轉(zhuǎn)速運行的Peak杯溶出結果相當。
在開發(fā)溶出方法時，必須明確制劑是否對這種水動力學效應較為敏感。如果是，應逐步增加攪拌槳轉(zhuǎn)速，直到將該效應最小化。此外，需要平衡溶出方法的區(qū)分力與攪拌槳轉(zhuǎn)速之間的關系，因為在較高的攪拌槳轉(zhuǎn)速下，該方法往往變得不太具有區(qū)分能力。
1. 簡介
在過去的三十年中，溶出試驗已經(jīng)發(fā)展成為制劑質(zhì)量評價中最重要的工具之一。它是一種模擬口服固體制劑在胃腸道中的崩解和溶出的體外試驗方法。因此，從患者的角度來看，溶出度試驗是一項非常關鍵的檢測項。
USPⅡ槳法是溶出實驗室中最廣泛使用的方法。然而，有數(shù)據(jù)表明，攪拌槳對振動、轉(zhuǎn)速波動、容器形狀和容器缺陷等多個變量都很敏感，導致溶出結果不穩(wěn)定和不準確。因此，在方法開發(fā)和驗證過程中，必須徹底評估溶出測試的穩(wěn)健性和耐用性。
在常用的攪拌槳轉(zhuǎn)速50 rpm下，USP Ⅱ槳法中的溶出速率變異更加顯著，這是由于圓柱形USP溶出杯中流體的流動方式為徑向流動，在這個攪拌速度下，USP標準溶出杯底部會形成了一個“死區(qū)”，其位置攪拌速率最低。片劑崩散后，顆?；蚓哂休^高密度的粒子沉積在這個區(qū)域形成“錐形”堆積，從而抑制該部分藥物的溶出，導致溶出速率較低。
近年來，人們對溶出試驗的水動力學方面重新產(chǎn)生了興趣。各種技術，如超聲脈沖回波、粒子圖像測速法、和計算流體動力學已經(jīng)成功地用于表征容器的流體動力學。這些文章再次確認了USP溶出杯底部-攪拌槳下方存在一個“死區(qū)”。
對于制劑科研人員來講，“錐體”的形成一直是一個嚴重的問題。目前已經(jīng)提出了幾種設計改進溶出杯的方案來試圖解決這個問題。其中一項建議是改進溶出杯設計，使其底部凸出，就像酒瓶一樣。這種容器大約在八年前以Peak杯的品牌上市。它不是官方的藥典標準，可能因此沒有得到更多的認可。它主要還是用作研發(fā)實驗室的研究工具，而不用于產(chǎn)品的溶出度檢測以進行批量放行。
在大多數(shù)情況下，為了減小或消除錐形物效應，研發(fā)人員一般可以采用適當提高攪拌槳轉(zhuǎn)速來減小或消除，而不是選擇改進的溶出裝置如Peak杯來解決該問題。本研究旨在評估攪拌槳速度的影響。此外，還研究了平底杯作為消除水動力學干擾的潛在解決方案。以上研究最終目的還是想在溶出方法開發(fā)過程中，確保方法具有穩(wěn)健性和一定的區(qū)分力。
2.實驗
為了確定USP溶出杯中“死區(qū)”是否存在，進行了擾動研究。通過在每個溶出杯和溶出設備的底板之間插入墊片，使溶出杯傾斜，分別傾斜3毫米和4.5毫米。
在正常設置條件或不同擾動角度條件下，使用USP Ⅱ槳法對USP 潑尼松校準片(批號N)進行溶出試驗。前提是溶出速率應該隨著水動力的改變而增加，從而在傾斜溶出杯的“死區(qū)”內(nèi)引起更多的攪拌。這將是證明“死區(qū)”存在的一個很好的指標。圖1顯示了由擾動(溶出杯傾斜)引起的流體動力學改變的示意圖。以500 mL水為溶出介質(zhì)，以50 rpm的攪拌槳速度進行溶出操作。用紫外可見分光光度計在242nm波長對潑尼松溶出度進行分析。
圖1 擾動研究示意圖表明在 USP 溶出杯底部存在一個“死區(qū)”。
使用諾華公司開發(fā)的一種低溶解度(LS)藥物產(chǎn)品重復了以上這項研究。結果表明藥物在水中的溶出度與USP潑尼松校準片相當。與USP潑尼松校準片一樣，該制劑崩解后在容器底部形成不溶物質(zhì)。在正常設置下(無擾動)條件下，在50rpm、60rpm和75rpm的槳速溶出裝置中進行片劑的溶解實驗。通過將溶出杯傾斜4.5 mm進行擾動研究。最后，在peak杯和平底杯中進行50 rpm槳轉(zhuǎn)速的溶出試驗。溶出介質(zhì)為1000 mL pH 8.0＋0.1%吐溫80硼酸鹽緩沖液。取樣時間點為45分鐘，樣品經(jīng)過濾后用紫外可見分光光度計在波長為277 nm處進行分析。
接下來的實驗是為了了解水動力學對高溶解度藥物(HS)的影響。為此，選擇了諾華公司目前正在開發(fā)的一種高溶解度藥物(HS)產(chǎn)品。溶出方法選擇USP Ⅱ槳法，在正常設置(無擾動)條件下，以轉(zhuǎn)速為50rpm,、60rpm和75rpm進行試驗操作。通過將溶出杯傾斜4.5 mm進行擾動研究。在50rpm/min的peak杯和平底杯中也進行了溶出試驗。溶出介質(zhì)由900 mL 0.1 N鹽酸組成。取樣時間點為30分鐘，樣品經(jīng)過濾后用紫外可見分光光度計在波長240 nm處進行分析。浴溫保持在37±0.5℃。
3.結果與討論
3.1. 水動力評價研究
在正常(無干擾)裝置設置下，潑尼松釋放度只有30.0±3.1%。當溶出杯傾斜(擾動)3.0 mm和4.5 mm時，釋放率分別為40.0±2.2%和44.7±3.9%。（注：除另有說明外，每個實驗用6片，n=6)。釋放速率的逐漸增強意味著當溶出杯傾斜時，溶出杯底部的流量增加。這反過來又破壞了錐體，使更多的藥物暴露在溶出介質(zhì)中，使藥物進入溶液。對傾斜(mm)與溶出率進行線性回歸分析。相關系數(shù)(r)為0.997，表明在研究范圍內(nèi)溶出率隨溶出杯傾斜度的增加呈線性增加。
采用方差分析(ANOVA)檢驗確定未擾動和兩種擾動條件下的f比。在正常設置和兩個擾動條件的平均值之間在統(tǒng)計學上具有顯著性差異，置信水平為95.0%。數(shù)據(jù)如表1所示。柱狀圖和箱線圖分別如圖2a和圖2b所示。
表1 潑尼松片擾動研究溶出結果（(% prednisone released vs vessel tilt)
3.2. 流體動力學對不同溶解度藥物的影響
可以想象，這種流體動力學的干擾效應在低溶解度藥物中表現(xiàn)的更為明顯。為了驗證以上假設，選擇了一種含有低溶解度藥物(LS)及另一種含有高溶解度藥物(HS)產(chǎn)品進行相關驗證實驗。如實驗部分所述，兩種制劑的溶出首先在正常設置下進行。然后在擾動條件下通過傾斜溶出杯重復試驗。最后，在較高轉(zhuǎn)速(60 rpm和75 rpm)下進行溶出。數(shù)據(jù)如表2所示。
表2 LS(低溶解度)和HS(高溶解度)藥物在槳速50,60和75rpm和擾動條件下(溶出杯傾斜4.5 mm)的釋放率
3.2.1. LS(低溶解度藥物)檢測結果
在正常設置條件下，LS釋放的平均百分比為86.8%，標準差為4.8%。在60 rpm和75 rpm轉(zhuǎn)速下，LS釋放量分別為93.0%±2.9%和97.9%±1.7%。在擾動條件下，傾斜溶出杯在50 rpm下運行，LS釋放量為97.8%±0.7%，與正常設置條件在75 rpm下非常相似。數(shù)據(jù)如圖3a所示。
方差分析表明，在正常設置條件下，在50rpm/min下獲得的LS釋放量與在60rpm/min和75rpm/min下獲得的LS釋放量在95%置信水平上有顯著差異。在正常設置和溶出杯傾斜的擾動條件下獲得的LS釋放也有顯著差異。然而，在75rpm/min的正常設置和50rpm/min的擾動條件下獲得的結果沒有顯著性差異。
3.2.2. HS(高溶解度藥物)檢測結果
在正常設置下，HS釋放的平均百分比為90.4%，標準差為3.3%。60 rpm和75 rpm時HS釋放量分別為94.6%±1.8%和99.1%±0.5%。在擾動條件下，傾斜溶出杯在50 rpm下運行，HS釋放為95.4%±2.0%。數(shù)據(jù)圖如圖3b所示。
方差分析(ANOVA)檢驗顯示：在50rpm/min的正常設置和60rpm/min和75rpm/min的較高攪拌速率下獲得的平均HS釋放量在95.0%的置信水平上具有顯著性差異。在正常設置和溶出杯傾斜的擾動條件下獲得的HS釋放也有顯著差異。與LS不同的是，在這種情況下，在75rpm/min的正常設置和50rpm/min的擾動條件下獲得的結果存在顯著差異。這可能是因為：與LS片形成的“錐體”相反，HS片形成了一個更密集、更小粒度堆積的“錐體”，50rpm的攪拌速率可能不足以破壞由HS形成的致密“錐體”。
LS在正常和擾動情況下的絕對平均藥物釋放量差為11%，而在HS的例子中，只有5%。同樣，在50rpm和75rpm時，LS的釋藥差異為11.1%，而HS的釋藥差異為8.6%。與正常設置的結果相比，在擾動條件下和更高轉(zhuǎn)速下的結果變化較小。從這兩個不同溶解度藥物的例子可以看出，流體動力學對低溶解度藥物的釋放速度影響較大。為了進一步理解這一流體動力學影響，后續(xù)將進行更徹底的分析，可能涉及更多具有不同溶解度的藥物。此外在后續(xù)的研究中將盡力保持使用相同體積的溶出介質(zhì)來研究藥物的釋放。在本研究中，HS和LS藥物的溶出介質(zhì)體積相似，分別為900mL和1000ml。然而，在研究潑尼松校準片時，為了符合官方USP驗證方法，使用了500 mL溶出介質(zhì)。
這些研究表明，在USP標準溶出杯中，由流體動力學效應導致的溶出杯底“錐體”形成可以通過簡單地增加攪拌槳轉(zhuǎn)速來將該效應最小化或消除。當然，需要平衡溶出方法的區(qū)分力與攪拌槳轉(zhuǎn)速之間的關系以選擇一個最佳攪拌槳速度，即該攪拌槳速度即可使流體動力學的影響最小化，又可使該溶出方法具備一定的區(qū)分鑒別能力。
3.3. 不同形狀溶出杯的水動力學評價
在USP標準溶出杯、Peak杯和平底杯中分別進行LS和HS的溶出實驗。溶出杯的直徑和高度均在USP <711>中有說明。在50rpm/min運行的USP杯、Peak杯和平底杯中，LS的平均釋放率分別為86.8%±4.8%、98.0%±0.7%和89.5%±5.0%；HS的釋放率分別為90.4%±3.3%、98.4%±0.8%和92.3%±4.1%。數(shù)據(jù)見表3、圖4、圖5a、圖5b。兩種藥物的釋放率在USP標準杯和平底杯中均無顯著差異。Peak杯對兩種藥物的釋放率最高。在USP標準杯和平底杯中，圓錐體形成于槳下的溶出杯底部。與USP溶出杯中的“錐體”相比，平底杯中的“錐體”更平坦，平底杯的四角未見殘留。平底杯中錐體的位置相對于槳軸略有不同，而在USP溶出杯中，錐體或多或少位于槳的正下方。這也許可以解釋平底杯獲得的結果略有較高的可變性。在其他條件相同的情況下，只有當USP溶出杯半球形底部的尺寸不同時，USP杯中的底部“錐體”才會從中心位置移動。Peak杯中的“錐”位于凸形底部的頂部。與其他兩個溶出杯不同的是，圓錐體不是靜止的，它似乎在繞著中軸旋轉(zhuǎn)。這就解釋了為啥使用Peak杯可獲得更高的釋放率。
表3低溶解度LS和高溶解度HS藥物在USP標準溶出杯、平底杯和Peak杯中的釋放速率
4. 結論
在擾流研究中，USP標準溶出杯稍微傾斜導致潑尼松校準片的溶出率更高，表明在槳下的溶出杯底部存在最小的流動或“死區(qū)”。在該區(qū)域由片劑崩散形成的團錐體將藥物困在其中，導致溶出偏低的結果。用低溶解度和高溶解度藥物重復上述實驗。結果表明，該流體動力學效應在低溶解度藥物中的影響更為明顯，但可以通過增加攪拌槳轉(zhuǎn)速來減小或消除該效應。使用這兩種制劑對USP標準溶出杯、Peak杯和平底杯的流體力學進行了評價。結果表明：對于低溶解度和高溶解度的藥物制劑，使用USP杯和平底杯獲得的溶出速率沒有顯著性差異。兩種制劑的溶出速率在Peak杯中明顯更高，并且與在USP杯中更高轉(zhuǎn)速(60rpm/min和75rpm/min)下獲得的溶出結果相當。
注：本文譯自Tahseen Mirza, Ph.D.,Yatindra Joshi, Ph.D,Qian (Julie) Liu, Ph.D. and Richard Vivilecchia, Ph.D, Evaluation of Dissolution Hydrodynamics in the USP, Peak™ and Flat-Bottom Vessels Using Different Solubility Drugs[J] Dissolution Technologies | FEBRUARY 2005. .
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