Sven Claußen

Untersuchungen an lyophilisierten Arzneistoffen am Beispiel von Prednisolon-21-hydrogensuccinat, Natriumsalz (Prednisolut® 100 mg N)

Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades doctor rerum naturalium (Dr. rer. nat.) vorgelegt an der Mathematisch-Naturwissenschaftlich-Technischen Fakultät der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
verteidigt am 27.02.2004

Abstract
Im Ergebnis dieser Untersuchungen konnten wichtige Qualitätsparameter zur stabilen industriellen Herstellung des Lyophilisates Prednisolut® 100 mg N abgeklärt werden. Mittels DSC konnte eine vollständige Umsetzung von Prednisolon-21-hydrogensuccinat zum Natriumsalz bewiesen werden. Ein Glasübergang konnte nachgewiesen werden. Röntgendiffraktometrische Untersuchungen erbrachten den Nachweis, dass der Lyophilisatkuchen in amorpher Struktur vorliegt. Am Beispiel von Modellformulierungen von Prednisolut® 100 N wurde gezeigt, dass Restfeuchte und das Puffersystem einen Einfluss auf die Glasübergangstemperatur des Lyophilisatkuchens haben. Durch Simulierung des Einfriervorganges im Environmental Scanning Elektronen Mikroskop konnte die Ausbildung der Porenstruktur des Lyophilisates dargestellt werden. Die beim Einfrieren entstehende Grenzflächenstruktur ist gerüstbildend. Untersuchungen an wässrigen Lösungen von Prednisolut® 100 N mittels Phototensiometrie, Kapillarelektrophorese bzw. dynamischer Lichtstreuung belegten eine Mizellbildung des Wirkstoffes als eine Voraussetzung der pharmazeutisch-technologischen Stabilität. Kapillarelektrophoretische Analysen bestätigten die mit der Phototensiometrie erhaltenen Werte der kritischen Mizellbildungskonzentrationen (CMC). Die Durchmesser der Mizellen liegen in der Größenordnung von Mizellen einfacher Gallensalze. Die Mizellgröße bleibt in Abhängigkeit von der Wirkstoffkonzentration annähernd konstant. Mit abnehmendem Wassergehalt nimmt die Mizelldichte zu. Daraus lassen sich die Vorgänge des Einfriervorganges wässriger Ansatz-Lösungen bei der Herstellung von Prednisolut® 100 mg N ableiten.

The result of these studies was that important quality parameters for the industrial manufacturing of the lyophilisate Prednisolut® 100 mg N could be ascertained: Differential scanning calorimetry method showed that prednisolone-21-hydrogen succinate is fully converted to its sodium salt. A glass transition occurs; X-ray diffraction studies proved that the lyophilisate has an amorphous microstructure. Using model formulations of Prednisolut® 100 mg N as examples, it was shown that both the residual moisture and the buffer used have an influence on the glass transition temperature of the lyophilisate. By a simulation of the freeze-drying in the Environmental Scanning Electron Microscope (ESEM), it was possible to picture the forming of the lyophilisate's porous structure. The interfacial surface structure formed during the freezing serves as a structural framework. Studies of aqueous solutions of Prednisolut® 100 mg N by Tensiometry, Capillary Electrophoresis and Dynamic Light Scattering proved that the formation of micelles out of the active drug substances is a prerequisite for their pharmaceutical-technological stability. The analyses made by Capillary Electrophoresis confirmed the Critical Micellization Concentration (CMC) values determined by Tensiometry. The micelle diameters are in the order of magnitude observed for the micelles formed by simple bile salts. The size of the micelles as a function of the concentration of the active drug substance remains approximately constant. As the water content decreases, the micelle density increases. Hence, the freezing process can be better understood that occurs when aqueous preparations are lyophilized during the manufacturing of Prednisolut® 100 mg N.

Keywords:
Prednisolon, Methylprednisolon, Hydrocortison, Mizelle, Gefriertrocknung, Differential Scanning Calorimetrie, Röntgendiffraktometrie, Kapillarelektrophorese, Dynamische Lichtstreuung

Prednisolone, Methylprednisolone, Hydrocortisone, Micelle, Freeze Drying, Differential scanning calorimetry, X-ray Diffractometry, Capillary Zone Electrophoresis, Dynamic Light Scattering

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Inhaltsverzeichnis
Titelblatt, Abkürzungsverzeichnis, Inhaltsverzeichnis (1-5)
1 Einleitung und Zielstellung (6-11)
2 Theoretischer Teil (12-29)
3 Ergebnisse (30-82)
4 Zusammenfassung und Bewertung (83-86)
5 Materialen und Methoden (87-102)
6 Publikationen (103)
7 Literatur (104-116)