Η Lamotrigine είναι αντιεπιληπτικό φάρμακο που χρησιμοποιείται για τη θεραπεία της επιληψίας και για την καθυστέρηση ή την πρόληψη της επανεμφάνισης καταθλιπτικών επεισοδίων σε διπολική διαταραχή. Το κύριο μειονέκτημα στη θεραπευτική εφαρμογή και στην αποτελεσματικότητα της Lamotrigine στις φαρμακοτεχνικές μορφές που χορηγούνται από το στόμα, είναι η πολύ μικρή διαλυτότητά της σε υδατικά διαλύματα. Είναι ασθενής βάση και η διαλυτότητα της μειώνεται με την αύξηση του pH της υδατικής φάσης. Η Lamotrigine ταξινομείται ως φάρμακο κατηγορίας ΙΙ στο Βιοφαρμακευτικό Σύστημα Ταξινόμησης, λόγω της χαμηλής διαλυτότητάς της και της σχετικά υψηλής διαπερατότητάς της. Μια τεχνική που προτείνεται για την αύξηση της διαλυτότητας της Lamotrigine, είναι η συμπλοκοποίηση της με κυκλοδεξτρίνες.
Οι κυκλοδεξτρίνες είναι κυκλικοί ολιγοσακχαρίτες αποτελούμενοι από μόρια α-D-γλυκοπυρανόζης (6, 7 και 8 μόρια για τις α-, β- και γ- κυκλοδεξτρίνες αντίστοιχα). Οι κυκλοδεξτρίνες μοιάζουν περισσότερο με κόλουρο κώνο με εσωτερική κοιλότητα που έχει ένα στενότερο και ένα ευρύτερο άνοιγμα εξαιτίας στερεοχημικών περιορισμών. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την δημιουργία μιας υδρόφιλης εξωτερικής επιφάνειας λόγω της παρουσίας μεγάλου αριθμού υδροξυλομάδων και η οποία είναι υπεύθυνη για την μεγάλη διαλυτότητα των κυκλοδεξτρινών στα υδατικά διαλύματα και μιας υδρόφοβης εσωτερικής κοιλότητας. Στην εσωτερική κοιλότητα μπορούν να εισέλθουν, μερικά ή ολικά, υδρόφοβα μόρια τα οποία αλληλεπιδρούν με τα μόρια της κυκλοδεξτρίνης μέσω ασθενών διαμοριακών αλληλεπιδράσεων και σχηματίζουν σύμπλοκα έγκλεισης. Ο σχηματισμός συμπλόκων έγκλεισης βιοδραστικών ενώσεων με κυκλοδεξτρίνες έχει σημαντική συνεισφορά στην μορφοποίηση των βιοδραστικών ενώσεων σε διάφορες φαρμακοτεχνικές μορφές, αφού αυξάνει την διαλυτότητα δυσδιάλυτων στο νερό βιοδραστικών ενώσεων, βελτιώνει την βιοδιαθεσιμότητά τους, αυξάνει την σταθερότητά τους, βελτιώνει τις οργανοληπτικές ιδιότητες των και μειώνει σημαντικά τυχόν παρενέργειές των.
Στην παρούσα εργασία μελετήθηκε η επίδραση της φύσης και της συγκέντρωσης των κυκλοδεξτρινών, β-CD, Me-β-CD, HP-β-CD, HP-γ-CD και γ-CD, στην διαλυτότητα της Lamotrigine. Πραγματοποιήθηκαν μελέτες διαλυτότητας της Lamotrigine σε υδατικά διαλύματα με pH = 10, παρουσία διαφορετικών συγκεντρώσεων των β-CD, Me-β-CD, HP-β-CD, HP-γ-CD και γ-CD σε θερμοκρασία 25°C.
Επίσης, προσδιορίσθηκε η μέθοδος παρασκευής συμπλόκων ενώσεων της Lamotrigine με τις παραπάνω κυκλοδεξτρίνες χρησιμοποιώντας κατάλληλες τεχνικές χαρακτηρισμού των παρασκευαζομένων στερεών. Παρασκευάσθηκαν στερεά μίγματα της Lamotrigine με τις κυκλοδεξτρίνες (β-CD, Me-β-CD, HP-β-CD) χρησιμοποιώντας διαφορετικές τεχνικές (απλή ανάμιξη με ξηρή λειοτρίβηση, υγρή λειοτρίβηση με τον σχηματισμό πάστας, συγκαταβύθιση, λυοφιλοποίηση). Για την μελέτη των στερεών μιγμάτων και τον προσδιορισμό του σχηματισμού συμπλόκων έγκλεισης μεταξύ της Lamotrigine και των υπό μελέτη κυκλοδεξτρινών χρησιμοποιήθηκαν οι τεχνικές της Περίθλασης Ακτίνων-Χ, της Υπέρυθρης Φασματοσκοπίας, της Ηλεκτρονικής Μικροσκοπίας Σάρωσης και της Διαφορικής Θερμιδομετρίας Σάρωσης.
Από την μελέτη των ισοθέρμων διαλυτότητας διαπιστώθηκε ότι: α) η διαλυτότητα της Lamotrigine αυξάνει με την συγκέντρωση της κυκλοδεξτρίνης για όλες τις κυκλοδεξτρίνες που μελετήθηκαν και β) οι ισόθερμοι διαλυτότητας είναι της μορφής AL στην οποία όλα τα σχηματιζόμενα σύμπλοκα είναι ευδιάλυτα και έχουν στοιχειομετρία ίση με 1:1. Η Me-β-CD παρουσίασε την μεγαλύτερη συμπλεκτική ικανότητα σε σύγκριση με τις άλλες κυκλοδεξτρίνες. Με βάση την συμπλεκτική ικανότητά τους, οι κυκλοδεξτρίνες μπορούν να ταξινομηθούν με την ακόλουθη σειρά:
Me-β-CD > β-CD, HP-β-CD > HP-γ-CD > γ-CD
Από την κλίση των ισοθέρμων διαλυτότητας προσδιορίσθηκαν οι σταθερές σχηματισμού των συμπλόκων έγκλεισης της Lamotrigine με τις υπό μελέτη κυκλοδεξτρίνες. Η διαφοροποίηση της συμπλεκτικής ικανότητας των β-CD, Me-β-CD, HP-β-CD, HP-γ-CD και γ-CD μπορεί να αποδοθεί α) στο διαφορετικό μέγεθος της υδρόφοβης κοιλότητας τους και β) στην διαφορετική υδροφοβικότητα των ομάδων των τροποποιημένων κυκλοδεξτρινών.
Η μέθοδος της συγκαταβύθισης από κοινό διαλύτη (μεθανόλη) έδωσε σύμπλοκο έγκλεισης σε στοιχειομετρική αναλογία 1:1 μόνο για τις κυκλοδεξτρίνες Me-β-CD και HP-β-CD. Η μέθοδος της συγκαταβύθισης δεν χρησιμοποιήθηκε για τις φυσικές κυκλοδεξτρίνες λόγω της αμελητέας διαλυτότητας τους στις αλκοόλες. Αντίθετα, με την μέθοδο της λυοφιλοποίησης παρασκευάσθηκαν σύμπλοκα έγκλεισης για τις κυκλοδεξτρίνες Me-β-CD, β-CD και HP-β-CD με στοιχειομετρία 1:1 αλλά με χαμηλή απόδοση.
Lamotrigine is an antiepileptic drug used to treat epilepsy and to delay or prevent the recurrence of depressive episodes in bipolar disorder. The main disadvantage in the therapeutic application and effectiveness of Lamotrigine in the pharmaceutical forms administered orally, is its very low solubility in aqueous solutions. It is a weak base and its solubility decreases with increasing pH of the aqueous phase. Lamotrigine is classified as a class II drug in the Biopharmaceutical Classification System, due to its low solubility and high permeability. A technique proposed to increase the solubility of Lamotrigine is its complexation with cyclodextrins.
Cyclodextrins are cyclic oligosaccharides composed of α-D-glucopyranose molecules (6, 7 and 8 molecules for α-, β- and γ-cyclodextrins respectively). Cyclodextrins are more like a truncated cone with an internal cavity that has a narrower and a wider opening due to steric constraints. This results in the creation of a hydrophilic outer surface due to the presence of a large number of hydroxyl groups and which is responsible for the high solubility of cyclodextrins in aqueous solutions and a hydrophobic inner cavity. In the inner cavity, hydrophobic molecules can enter, partially or completely, which interact with the cyclodextrin molecules through weak intermolecular interactions and form inclusion complexes. The formation of inclusion complexes of bioactive compounds with cyclodextrins has a significant contribution to the formulation of bioactive compounds in various pharmaceutical forms, since it increases the solubility of poorly water-soluble bioactive compounds, improves their bioavailability, increases their stability, improves their organoleptic properties and significantly reduces any side effects of.
In the present work, the effect of the nature and concentration of cyclodextrins, β-CD, Me-β-CD, HP-β-CD, HP-γ-CD and γ-CD, on the solubility of Lamotrigine was studied. Lamotrigine solubility studies were performed in aqueous solutions with pH = 10, in the presence of different concentrations of β-CD, Me-β-CD, HP-β-CD, HP-γ-CD and γ-CD at a temperature of 25°C.
Also, the method of preparing complex compounds of Lamotrigine with the above cyclodextrins was determined using appropriate techniques for characterizing the prepared solids. Solid mixtures of Lamotrigine with the cyclodextrins (β-CD, Me-β-CD, HP-β-CD) were prepared using different methods (simple mixing with dry grinding, wet grinding with paste formation, coprecipitation from common solvent, lyophilization). To study the solid mixtures and determine the formation of inclusion complexes between Lamotrigine and the studied cyclodextrins, the techniques of X-Ray Diffraction, Infrared Spectroscopy, Scanning Electron Microscopy and Differential Scanning Calorimetry were used.
From the study of the solubility isotherms, it was found that: a) the solubility of Lamotrigine in the aqueous solutions with pH = 10 increases with the concentration of cyclodextrin for all cyclodextrins studied and b) the solubility isotherms are of the form AL in which all the complexes formed are soluble and have a stoichiometry equal to 1:1. Me-β-CD showed the greatest complexation efficiency compared to the other cyclodextrins. Based on their complexation efficiency, cyclodextrins can be classified in the following order:
Me-β-CD > β-CD > HP-β-CD > γ-CD, HP-γ-CD, γ-CD
From the slope of the solubility isotherms, the formation constants of the inclusion complexes of Lamotrigine with the studied cyclodextrins were determined. The variation in the complexing ability of β-CD, Me-β-CD, HP-β-CD, HP-γ-CD and γ-CD can be attributed to a) the different size of their hydrophobic cavity and b) the different hydrophobicity of groups of the modified cyclodextrins.
Co-precipitation method from common solvent (methanol) gave inclusion complex with 1:1 stoichiometric ratio only for Me-β-CD and HP-β-CD cyclodextrins. The co-precipitation method was not used for natural cyclodextrins due to their negligible solubility in alcohols. In contrast, the lyophilization method prepared inclusion complexes for Me-β-CD, β-CD and HP-β-CD cyclodextrins with 1:1 stoichiometry but with low yield.
University of Patras
