Het oplossen van het oplosbaarheidsprobleem van geneesmiddelen met silica nanodeeltjes

Harvard University en de Chinese University of Hong Kong -onderzoekers hebben een techniek ontwikkeld die de oplosbaarheid van medicijnmoleculen met maximaal drie orden van grootte verhoogt. Dit kan een doorbraak zijn in de formulering en levering van geneesmiddelen.

Meer dan 60% van de kandidaten voor farmaceutische geneesmiddelen lijdt aan een slechte oplosbaarheid in water, wat hun biologische beschikbaarheid en therapeutische levensvatbaarheid beperkt. Conventionele technieken zoals reductie van deeltjesgrootte, vaste dispersie, op lipiden gebaseerde systemen en mesoporeuze opsluiting hebben vaak drugsspecifieke beperkingen, kunnen kostbaar zijn om te implementeren en zijn vatbaar voor stabiliteitsproblemen.

De nieuw ontwikkelde aanpak behandelt deze problemen door gebruik te maken van het concurrerende adsorptiemechanisme van medicijnmoleculen en water op ontwikkelde silica -oppervlakken. Het voorkomt chemische modificatie van medicijnmoleculen of het gebruik van aanvullende oplosmiddelen om oplosbaarheid te bereiken, waardoor mogelijk meerdere technologieën voor geneesmiddelen worden vervangen.

In de studie “Verbetering van de oplosbaarheid van geneesmiddelen door concurrerende adsorptie op nanosurfaces van silica met ultrahoge silanoldichtheden”, ” gepubliceerd in de Proceedings of the National Academy of Sciencesonderzoekers beschrijven nanosurfaces die medicijnmoleculen adsorberen in droge omstandigheden en ze snel vrijgeven als ze eenmaal in water zijn geïntroduceerd.

Silica nanodeeltjes variërend van 7 tot 22 nm werden gebruikt als grondstoffen. Deze nanodeeltjes, gekenmerkt door convexe oppervlakken met een hooggerechten, werden geagglomereerd door gecontroleerde verdamping, waardoor een poreuze sjabloon vormde die in staat is om medicijnmoleculen te adsorberen. Concurrerende adsorptie tussen water- en medicijnmoleculen op deze gemanipuleerde oppervlakken verhoogt het oplossen van geneesmiddelen met twee tot drie orden van grootte.

De Amerikaanse Food and Drug Administration classificeert silica zoals algemeen erkend als veilig. Conventionele silica -oppervlakken hebben een silanoldichtheid van 4 tot 6 OH/nm², wat onvoldoende is voor sterke interacties met medicijnmoleculen of water.

Onderzoekers verhoogden deze dichtheid tot 20 oh/nm², waardoor een ultrahoge affiniteitsoppervlak ontstond. Door deze verbetering kon het oppervlak de medicijnmoleculen adsorberen in een watervrije toestand en, bij blootstelling aan water, een concurrerend adsorptieproces ondergaan waarbij watermoleculen medicijnmoleculen vervangen, waardoor snelle desorptie en oplossing worden vergemakkelijkt.

Ibuprofen werd gebruikt als het modelgeneesmiddel voor in vitro en in vivo testen. Oplossingstudies toonden aan dat 90% van het medicijn binnen een uur werd vrijgegeven, vergeleken met minder dan 20% uit kristallijne ibuprofen gedurende zes uur.

In vivo tests met muizen vertoonden bijna het dubbele van de piekplasmaconcentratie en 1,5 keer grotere blootstelling aan geneesmiddelen in vergelijking met een commercieel verkrijgbaar product.

Het team testte ook de formuleringsmethode op 15 slecht oplosbare actieve farmaceutische ingrediënten, waaronder ketoprofen, docetaxel en fenofibrate. Over alle geteste geneesmiddelen werd de oplosbaarheid verbeterd met 10-voudig tot 2.000-maal in vergelijking met kristallijne vormen.

Stabiliteitstesten gedurende twee jaar toonden geen significante afbraak in oplosbaarheidsprestaties.

Computationele analyse met behulp van dichtheid functionele theorie bevestigde de experimentele waarnemingen, waaruit blijkt dat watermoleculen gunstig geadsorbeerde geneesmiddelen verplaatsen als gevolg van hogere bindingsaffiniteit op dichtbevolkte silanoloppervlakken.

De onderzoekers geloven dat ze een oplossing hebben gevonden voor het oplosbaarheidsprobleem bij de levering van geneesmiddelen die van toepassing zijn op een breed scala aan geneesmiddelen, terwijl ze kosteneffectief en schaalbaar blijven voor massaproductie. Als de onderzoeksresultaten zich vertalen in real-world resultaten in klinische studies, kan dit de ontwikkeling van geneesmiddelen, productiekosten, vereiste doseringsbedragen en beschikbaarheid van geneesmiddelen aanzienlijk beïnvloeden.