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Pharmaceutical strategies to improve aqueous stability of decitabine

  • 이상민 (아주대학교 일반대학원)

초록/요약

데시타빈(DCB)은 Aza 고리의 N-5와 C-6위치 열림으로 인해 수용액에서 매우 불안정한 것으로 알려져 있다. 이 연구의 목적은 분무 건조법을 사용하여 고체 분산체(SD)를 제조함으로써 세 가지 다른 물질, 즉 자가조립 패티게이션 젤라틴-올레산 접합체(GOC), 비이온성 계면활성제인 미셀화 가능한 폴리에틸렌 글리콜 헥사데실 에테르(Brij® 58), 정전기 상호작용이 가능한 음이온성 다당체인 잔탄검(XA)을 활용하여 수불안정성 데시타빈의 안정화 메커니즘을 연구하는 것이다. GOC는 올레산을 젤라틴에 공유 결합하여 합성하였다. DCB의 분해 속도는 용액 조건에 따라 크게 달라졌으며, pH 1.2<pH 4.5<pH 6.8<pH 7.4<탈이온수(DW)<50% 에탄올 순으로 안정성이 감소하는 것으로 나타났다. DCB는 낮은 pH 1.2 용액에서 가장 불안정하여 2시간 후 25.1%만 남았다. SD에서 GOC 함량(DCB: GOC = 1:5, 1:10, 1:50)이 증가할수록 DCB의 분해 속도가 비례적으로 크게 감소했는데, 이는 GOC가 나노 입자를 쉽게 형성하여 0.0416 mg/mL의 임계 미셀점(CMC)을 가지므로 분해에 대한 보호 효과가 있었기 때문이다. Brij® SD(DCB: Brij 58 = 1:10)는 DCB 대조군에 비해 짧은 기간 동안 미셀화를 통해 DCB 안정성을 약간 증가시켰으며 CMC 이상에서 미셀화되었다. 반면, XA는 낮은 pH 4.5 조건에서 양전하를 띤 DCB와 음전하를 띤 XA의 다가전해질 복합체(PEC) 형성을 통해 DW 또는 pH 6.8 용액에서 제조된 XA SD에 비해 안정화 효과를 보였다. 세 가지 안정화 물질 중 GOC는 미셀화 되는 Brij 58 및 정전기적 상호작용을 하는 XA에 비해 나노화 공정을 통해 가장 높은 안정화 능력을 보였다. 또한 GOC, Brij 58 및 XA와 DCB의 분자 상호작용 및 무정형성은 DCB 안정화에 기여할 수 있다. 또한 푸리에 변환 적외선 분광법(FT-IR), 분말 X-선 회절법(PXRD), 시차 주사 열량계(DSC) 등의 기기 분석에 따르면 무정형성 및 분자 수소 결합 상호 작용도 DCB 안정성에 영향을 미치는 것으로 나타났다. GOC SD의 시험관 내 방출은 pH 1.2 및 pH 6.8 용액에서 유지된 반면, DCB는 빠르게 방출된 후 분해되었다. GOC를 더 많이 사용할수록 방출이 더 지연되는 것이 관찰되었다. 그러나 Brij SD의 방출 속도는 즉시 방출되지만 점차 감소했다. 그러나 XA SD2는 DCB도 빠르게 방출된 후 더 가파른 방식으로 분해되었다. DCB의 방출 프로파일은 안정화 용량과 용액 내 SD 물질의 함량의 균형 잡힌 효과에 의해 결정되었다.

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초록/요약

Decitabine (DCB) is known to be very unstable in aqueous solution due to the N-5 and C-6 of aza-ring opening. The objective of this study was to investigate a stabilization mechanism of aqueous-labile decitabine (DCB) utilizing three different materials by preparing solid dispersions (SDs) using spray drying method: self-assembling fattigated gelatin-oleic acid conjugate (GOC), micellar polyethylene glycol hexadecyl ether (Brij® 58), nonionic surfactant and electrostatically interactive xanthan gum (XA), an anionic polysaccharide. The GOC was synthesized by covalently conjugating oleic acid to gelatin. The degradation rate of intact DCB was highly dependent on the solution conditions, showing the stability in the decreasing order: pH 1.2<pH 4.5<pH6.8<pH 7.4<deionized water (DW)< 50% ethanol. DCB was the most unstable in low pH 1.2 solution, remaining only 25.1% after 2 h. As the GOC contents (DCB: GOC = 1:5, 1:10, 1:50) increased in SDs, the degradation rate of DCB was highly decreased proportionally because GOC readily forming nanoparticles, having 0.0416 mg/mL critical micelle point (CMC) to protect DCB against degradation. Brij® SD (DCB: Brij 58 = 1:10) was slightly increased the DCB stability via micellization above CMC for a short period of time as compared to the DCB control. In contrast, XA had a stabilizing effect in low pH 4.5 condition via polyelectrolyte complexes (PECs) formation of positively changed DCB and negatively charged XA as compared with XA SDs prepared in DW or pH 6.8 solution. Among the three stabilizing materials, GOC gave the highest stabilization capacity via nanonization process as compared with micellar Brij and electrostatically interactive XA. Furthermore, molecular interaction and amorphousness of DCB with GOC, Brij 58 and XA could contribute to DCB stabilization. Furthermore, the amorphousness and molecular hydrogen bonding interaction were also influenced the DCB stability according to the instrumental analysis such as Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), powder X-ray diffraction (PXRD) and differential scanning calorimetry (DSC). The in vitro release of GOC SD was maintained in pH 1.2 and pH 6.8 solution while DCB was rapidly released and then degraded. The more GOC was used, the more retarded release was observed. However, the release rate of Brij SD released immediately but gradually decreased. However, the XA SD2 also released DCB rapidly and then degraded in a steeper manner. The release profiles of DCB were determined by the balanced effect of stabilization capacity and the contents of SD materials in the solution.

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목차

1. Introduction 1
2. Materials and Methods 3
2.1. Materials 3
2.2. Degradation profile of DCB 3
2.3. Synthesis of GOC 4
2.3.1. Activation of OA 4
2.3.2. Conjugation reaction between gelatin and OA 4
2.4. Composition of the buffer solutions. 4
2.5. Preparation of each formulation 5
2.5.1. Preparation of DCB-GOC solid dispersions (GOC SDs) 7
2.5.2. Preparation of DCB-Brij® 58 solid dispersion (Brij SD) 7
2.5.3. Preparation of DCB-XA solid dispersions (XA SDs) 7
2.6. Characterization of GOC and each formulation 8
2.6.1. Fourier-transform infrared spectroscopy (FT-IR) 8
2.6.2. Proton nuclear magnetic resonance (1H NMR) 8
2.6.3. Determination of the degree of substitution (DS) 8
2.6.4. Determination of critical micelle concentration (CMC) 9
2.6.5. Field Emission Scanning Electron Microscope (FE-SEM) 9
2.6.6. High Resolution Transmission Electron Microscope (HR-TEM) 10
2.6.7. Powder X-ray diffraction (PXRD) 10
2.6.8. Differential scanning calorimetry (DSC) 10
2.7. Chemical stability study 10
2.8. In vitro release test 11
2.9. HPLC analysis 11
3. Results and discussions 12
3.1. Degradation mechanism and profile of DCB 12
3.2. Synthesis of GOC 16
3.3. Nanonization Effect of GOC and Brij 58 based on critical micelle concentration (CMC) 19
3.4. Nanoparticle Morphology of GOC SDs 21
3.5. Chemical stability study 24
3.5.1. Nanonization and micellization principles: GOC SDs, Brij SD 24
3.5.2. Polyelectrolyte complexes (PECs) principle: XA SDs 27
3.6. Instrumental analysis of SDs 31
3.6.1. FT-IR analysis 31
3.6.2. PXRD analysis 33
3.6.3. DSC analysis 36
3.7. In vitro release test 39
3.7.1. In vitro release profile of GOC SDs and Brij SD 39
3.7.2. In vitro release profile of XA SDs 41
4. Conclusions 43
5. References 44
국문초록 48

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