Oczywiste jest zatem, że właśnie te składniki mają pierwszorzędne znaczenie w preparacie i należy podjąć odpowiednie środki w celu utrzymania ich stabilności i skuteczności. Wraz z postępem nauki i technologii substancje aktywne stają się coraz bardziej złożone, co niestety niejednokrotnie wiąże się z ich podatnością na degradację. Zmiany pH mogą powodować zakwaszenie i prowadzić do rozpadu. Wystawienie na działanie wilgoci może skutkować hydrolizą, a następnie powstaniem wtórnych produktów ubocznych. Resztkowy katalizator, który nie jest usuwany z substancji pomocniczych, może natomiast zainicjować reakcje uboczne i degradację nie tylko API, ale i innych składników formulacji.

Aby temu przeciwdziałać, specjaliści opracowujący formulacje już na początku zwiększają zawartość API, aby zrekompensować jej przewidywaną stratę. Nie jest to jednak optymalne rozwiązanie, ponieważ nie eliminuje ono produktów degradacji, a co więcej, istotnie wpływa na koszt opracowania formulacji i końcową cenę produktu. Wydaje się więc, że bardziej praktycznym podejściem jest zadbanie o najwyższą jakość i czystość pozostałych składników preparatu, co w rezultacie zapobiegnie degradacji API, gwarantując utrzymanie skuteczności i stabilności leku.

Wpływ czystości substancji pomocniczych na stabilność docetakselu

Docetaksel jest doskonałym przykładem ilustrującym znaczenie czystości substancji pomocniczych. Jest to składnik aktywny z klasy taksanów, stosowany jako lek chemioterapeutyczny, głównie w leczeniu raka piersi, płuc, prostaty i żołądka. Rysunek 1 przedstawia 7-epi-docetaksel (główny produkt degradacji docetakselu) oraz docetaksel. Przy tej samej masie cząsteczkowej, co docetaksel, 7-epi-docetaksel jest epimerem – stereoizomerem strukturalnym z grupą hydroksylową w pozycji C7. Literatura dotycząca stabilności taksanów sugeruje, że jest to powszechny produkt degradacji docetakselu, który powstaje w reakcji retro aldolowej lub przez tworzenie enolowego produktu pośredniego1,2. Tworzenie się 7-epi docetakselu obserwowano w warunkach zasadowych i silnie kwaśnych oraz w obecności środków elektrofilowych, chociaż epimeryzację można zahamować w obecności soli metalu3 . Stwierdzono, że 7-epi docetaksel jest mniej cytotoksyczny dla komórek białaczkowych w porównaniu z docetakselem4 , więc tworzenie tego epimeru może zmniejszyć skuteczność leczenia.

Badanie przeprowadzone na docetakselu porównujące jego stabilność w różnych rodzajach polisorbatu 80 (patrz rys. 2) wykazało, że po 12 tygodniach w temperaturze 40°C odzysk API jest znacznie lepszy (do 80%), gdy w formulacji obecny jest polisorbat o wysokiej czystości, a nie standardowy, spełniający wymagania farmakopealne. Ponadto zaobserwowano, że w tych samych warunkach, przy zastosowaniu polisorbatu 80 jakości kompendialnej, występuje znacznie wyższe stężenie produktów degradacji docetakselu, w tym 7-epi-docetakselu. Ograniczenie degradacji API, a co za tym idzie: wyższa zawartość docetakselu i niższa zawartość 7-epi-docetakselu, są obserwowane zarówno w standardowych, jak i przypieszonych badaniach stabilnościowych, wskazując na znaczne korzyści płynące ze stosowania substancji pomocniczych o wysokiej czystości.

Stosowanie Super Refined™ Polysorbate 80 zapewnia znacznie wyższy procent odzysku API po 12 tygodniach w temperaturze 40°C niż przy użyciu standardowych wersji kompendialnych polisorbatu 80.

Ograniczenie degradacji etopozydu Etopozyd to kolejna substancja aktywna stosowana w chemioterapii raka jąder, płuc i jajników, która jest bardzo podatna na degradację. Na rynku dostępnych jest ponad 300 produktów zawierających ten trudno rozpuszczalny w wodzie związek chemiczny, przy czym większość dostępnych formulacji zawiera polisorbat 80.

Głównym produktem degradacji etopozydu jest cis-etopozyd, stereoizomer substancji czynnej. Etopozyd zawiera transskondensowany pierścień laktonowy, który łatwo przekształca się w bardziej stabilny termodynamicznie pierścień cis-skondensowany, będący epimerem. Tę zmienioną strukturę ilustruje rysunek 3. Literatura sugeruje, że cis-etopozyd jest biologicznie nieaktywny w warunkach in vitro, więc każda nieuzasadniona konformacja może mieć bezpośredni wpływ na wchłanianie i skuteczność leku⁵ .

Podobnie jak w przypadku docetakselu, przeprowadzono badanie, którego celem było sprawdzenie stabilności etopozydu w substancjach pomocniczych

Po kondycjonowaniu przez 12 tygodni w temperaturze 40°C wykazano, że w formulacji ze standardowym polisorbatem 80 powstaje znacznie więcej cis-etopozydu, a zawartość API mieści się w zakresie od 17% do 85% wartości wyjściowej. Dla porównania, w formulacji zawierającej Super Refined™ Polysorbate 80, w ciągu 12-tygodniowego badania, cis-etopozyd nie powstaje wcale lub pojawia się w śladowych ilościach, zaś odzysk API jest zbliżony do 100%.

Wyniki zaprezentowane na rysunku 4 pokazują, że stosowanie substancji pomocniczych o wysokiej czystości może sprzyjać również przejrzystości analitycznej z punktu widzenia przetwarzania danych, ponieważ tworzenie zanieczyszczeń może powodować pojawienie się dodatkowych pików na chromatogramie, wydłużając czas potrzebny do zakończenia analizy. To ostatecznie sugeruje, że stosowanie składników o wyższej czystości ma kluczowe znaczenie dla utrzymania pożądanego stężenia API w preparacie, zarówno w perspektywie krótkoterminowej, jak i długoterminowej.

Etopozyd pojawia się na chromatogramach po 4,4 min., podczas gdy cis-etopozyd pojawia się po około 5 min. Znaczącą degradację API obserwuje się w formulacji ze standardowym polisorbatem 80, kondycjonowanej przez 12 tygodni w temperaturze 40°C, na co wskazuje rosnący w czasie pik pochodzący od zanieczyszczeń, podczas gdy etopozyd pojawia się jako jeden spójny pik.

Polisorbaty w lekach biologicznych Udokumentowane jest, że biofarmaceutyczne substancje czynne, takie jak białka i kwasy nukleinowe, łatwo ulegają rozkładowi pod wpływem różnych zewnętrznych warunków stresowych, w tym: podwyższonej temperatury, ciśnienia, procesów oczyszczania, mieszania czy też ekspozycji na warunki atmosferyczne. W rezultacie powoduje to niekorzystne zmiany w strukturze białka oraz interakcje z powierzchnią bioreaktorów czy opakowań, co ostatecznie prowadzi do zmniejszenia skuteczności biologicznej. Te niekorzystne interakcje i rozpad cząsteczek aktywnych mogą być inicjowane również przez produkty degradacji znajdujące się w preparacie.

Częstą przyczyną utraty aktywności przez biologiczne substancje czynne mogą być substancje pomocnicze obecne w formulacji. Do jednych z kluczowych składników występujących w lekach biologicznych zaliczane są polisorbaty, w szczególności polisorbat 20 i polisorbat 80. Wykorzystuje się je w wielu różnych zastosowaniach, a jednym z głównych jest stabilizacja białek i zapobieganie ich adsorpcji na powierzchni. Naturalna biokompatybilność polisorbatów oraz ich silna zdolność do utrzymywania wewnętrznej struktury białka sprawiają, że związki te zastępują niejednokrotnie inne stabilizatory, takie jak albumina surowicy ludzkiej (HSA) czy dwucukry6 . Jednak polisorbaty są również znane z tego, iż ulegają samoutlenieniu. Chociaż dokładny przebieg rozkładu tych składników nie został poznany, teoria sugeruje, że głównym mechanizmem może być hydroliza katalizowana kwasem bądź zasadą lub inicjowany stresem rozkład na podjednostki aldehydowe i kwasowe7 . Podjednostki te nie tylko dalej propagują rozkład polisorbatu, ale także wpływają na stabilność składnika aktywnego. W związku z tym konieczne jest, aby w tego rodzaju wrażliwych zastosowaniach zadbać o najwyższą czystość składników. Super Refined™ Polysorbate 20 i Super Refined™ Polysorbate 80 firmy Croda charakteryzują się niskim poziomem zanieczyszczeń oraz wysoką stabilnością, co może mieć kluczowe znaczenie dla całej formulacji.

Korzyści zastosowania substancji pomocniczych o wysokiej czystości

Problemy związane z zanieczyszczeniami o potencjale utleniającym w substancjach pomocniczych nie dotyczą tylko stabilności substancji aktywnej. Niestabilność składników koreluje z szeregiem obaw związanych z formulacją i dostarczaniem leku.

Rozkład składników formulacji prowadzi zazwyczaj do powstania szeregu związków chemicznych, które mogą znacząco wpływać na kolor, zapach czy smak. Wiadomo, że niektóre zanieczyszczenia mogą również wywoływać podrażnienia na poziomie komórkowym, ograniczać skuteczność dostarczania leku, obniżać jego biodostępność, a nawet powodować ból w miejscu podania. Dodatkowo, zanieczyszczenia o małej masie cząsteczkowej, takie jak formaldehyd, mogą zmieniać lub nawet hamować uwalnianie preparatu z kapsułek żelatynowych. Są to zwykle powszechne zanieczyszczenia, które powstają w wyniku słabej kontroli procesu syntezy, niewłaściwego transportu/przechowywania czy też narażania substancji na warunki stresowe.

Dlatego też istotna jest nie tylko dbałość o uzyskanie maksymalnej czystości produktu podczas syntezy i oczyszczania, ale także zapewnienie optymalnych warunków pozwalających utrzymać wysoką czystość na całym etapie produkcji, włączając odpowiednią kontrolę czyszczenia pojemników czy pakowanie w środowisku obojętnym. Wszystkie te elementy mają kluczowe znaczenie dla stabilności substancji pomocniczych stosowanych w przemyśle farmaceutycznym, a w ogólnym rozrachunku – dla skuteczności produktu.

***

Wraz z rozwojem nauki oraz postępem technologii zmieniają się także składniki aktywne stosowane w branży farmaceutycznej. Rosnąca złożoność struktur cząsteczek aktywnych generuje potrzebę rozwoju dostosowanych i wydajnych sposobów dostarczania leków. Jednocześnie, wraz ze złożonością cząsteczek, rośnie również ich podatność na degradację. Pojawia się zatem konieczność utrzymania wymaganej zawartości wrażliwej substancji aktywnej w czasie, co prowadzi do zwiększania jej stężenia w formulacji celem kompensacji przewidywanych strat związanych z degradacją. Z drugiej zaś strony, należy wziąć pod uwagę, że produkty degradacji API wykazują często działanie toksyczne. Stąd też uzasadnione jest podejmowanie działań zmierzających do maksymalnego ograniczenia degradacji cząsteczek aktywnych.

Najprostszym rozwiązaniem tego problemu jest dobór odpowiednich składników, zarówno wysokiej jakości, jak i czystości, i stosowanie ich w całym cyklu życia produktu leczniczego. Czystość odgrywa kluczową rolę we wszystkich aspektach, od syntezy substancji leczniczej, przez tworzenie formulacji produktu końcowego, po utrzymanie integralności produktu podczas podawania. Dzięki temu zyskujemy pewność, że preparat przyjmowany przez pacjenta jest tym samym produktem, który został wytworzony w zakładzie produkcyjnym.

U podstaw stworzenia linii substancji pomocniczych Super Refined™ firmy Croda leży „czystość”. Dzięki szerokiej gamie składników dostępnych na całym świecie oraz doświadczeniu w wielu obszarach tworzenia formulacji i systemów dostarczania leków, Croda zapewnia innowacyjne rozwiązania, które pomagają wprowadzić na rynek przełomowe terapie. Substancje pomocnicze Super Refined™ to produkty, z których usunięto pierwotne i wtórne produkty utleniania, w tym aldehydy, wodoronadtlenki i ketony, a także pozostałości katalizatorów z procesu syntezy. Dzięki temu uzyskano bardzo czyste związki, które charakteryzują się zwiększoną stabilnością i przedłużoną datą ważności, a także gwarantują lepszą stabilność dowolnego składnika aktywnego, który jest w nich rozpuszczony.

Literatura

[1] Mclaughlin, Jerry L., et al. “19-Hydroxybaccatin III, 10-Deacetylcephalomannine, and 10-Deacetyltaxol: New Antitumor Taxanes From Taxus Wallichiana.” Journal of Natural Products, vol. 44, no. 3, 1981, pp. 312-319, doi:10.1021/np50015a013.

[2] Tian, Jiaher, and Valentino J. Stella. “Degradation of Paclitaxel and Related Compounds in Aqueous Solutions I: Epimerization.” Journal of Pharmaceutical Sciences, vol. 97, no. 3, 2008, pp. 1224–1235., doi:10.1002/jps.21112.

[3] EP 2 330 100 A1.

[4] Bournique, Bruno, and Audrey Lemarié. “Docetaxel (Taxotere) Is Not Metabolized by Recombinant Human CYP1B1 in Vitro, but Acts as an Effector of This Isozyme.” Drug Metabolism and Disposition, vol. 30, no. 11, Jan. 2002, pp. 1149-1152., doi:10.1124/dmd.30.11.1149.

[5] Essentials of Organic Chemistry for Stuends of Pharmacy, Medicinal Chemistry and Biological Chemistry, P. M. Dewick, Wiley, 2013. [6] Arsiccio, Andrea, and Roberto Pisano. “Surfactants as Stabilizers for Biopharmaceuticals: An Insight into the Molecular Mechanisms for Inhibition of Protein Aggregation.” European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics, vol. 128, 9 Apr. 2018, pp. 98–106., doi:10.1016/j.ejpb.2018.04.005.

[7] Kerwin, Bruce A. “Polysorbates 20 and 80 Used in the Formulation of Protein Biotherapeutics: Structure and Degradation Pathways.” Journal of Pharmaceutical Sciences, vol. 97, no. 8, 29 Jan. 2016, pp. 2924–2935., doi:10.1002/jps.21190.

Non-warranty The information in this publication is believed to be accurate and is given in good faith, but no representation or warranty as to its completeness or accuracy is made. Suggestions for uses or applications are only opinions. Users are responsible for determining the suitability of these products for their own particular purpose. No representation or warranty, expressed or implied, is made with respect to information or products including, without limitation, warranties of merchantability, fitness for a particular purpose, non-infringement of any third party patent or other intellectual property rights including, without limit, copyright, trademark and designs. Any trademarks identified herein are trademarks of the Croda group of companies. ©2020 Croda Inc.