2 1.Exercício - Pressão de vaporÍndice Lei de Dalton/Lei de Raoult 1.Exercício - Pressão de vapor Factores que contribuem para reduzir o tamanho da partícula aerossolizada 2.Tamanho das partículas Qual a melhor formulação? 3.Experiência – Obtenção do fármaco na forma de pó para aerossolizar Comparison of the respirable fraction from three diferent DPI devics 4. Análise do artigo

3 Lei de Dalton/ Lei de RaoultExercícios - Introdução Lei de Dalton/ Lei de Raoult Lei de Raoult “ A pressão máxima de vapor de uma solução (Psolução) será igual ao produto da fracção molar do solvente (Xsolvente) com a pressão máxima de vapor do solvente puro (Psolvente puro).” Psolução = Psolvente puro × Xsolvente Lei de Dalton “ Numa mistura gasosa, a pressão de cada componente é independente da pressão dos demais, a pressão total (Pt) é igual à soma das pressões parciais dos componentes.” Pt = P1 + P2 + … + Pn

4 Lei de Dalton/ Lei de RaoultExercícios - Introdução Lei de Dalton/ Lei de Raoult Psolução = Psolvente puro × Xsolvente Pt = P1 + P2 + … + Pn Pt = P1 puro × X1 + P2 puro × X2 + Pn puro × Xn Legenda: P1 = Pressão Componente gasoso 1 P2 = Pressão Componente gasoso 2 Pn = Pressão Componente gasoso n X1 = Fracção molar do Componente gasoso 1 X2 = Fracção molar do Componente gasoso 2 Xn = Fracção molar do Componente gasoso n

5 Cálculo das fracções molares:Exercício 1 – Pressão de vapor Calcular a pressão de vapor de uma mistura de propelentes 12:11 na proporção de 30: (Lei de Dalton/ Lei de Raoult) Componente 1: Propelente 11 Componente 2: Propelente 12 Pt = P1 puro × X1 + P2 puro × X2 Cálculo das fracções molares: Propelente 12: Propelente 11:

6 Exercício 1 – Pressão de vaporP1 puro= 13,4 psi X1=0,67 P2 puro= 84,9 psi X2=0,33 Pt = P1 puro × X1 + P2 puro × X2 Pt = (13,4 × 0,67) + (84,9 × 0,33) Pt = 36,995 ≈ 37 psi Conversão de unidades: 1 atm= 14,7 psi 1 atm= 1,013 × 10^5 Pa 1 atm x atm 14,7 psi 37 psi x= 2,52 atm Este resultado corresponde a uma situação ideal. Contudo podem existir desvios positivos ou negativos à Lei de Raoult / Lei de Dalton 1 atm 2,52 atm 1,013×10^5 Pa x Pa x= 2,55×10^5 Pa Unidade SI

7 Tamanho das partículasFactores que contribuem para reduzir o tamanho da partícula aerossolizada num MDI Aumentar a pressão e o fluxo de ar/gás comprimido; Aumentar a concentração do propelente; Utilizar um propelente de baixo peso molecular; Utilizar solventes menos associados (minimizar o conteúdo de água); Utilizar solventes de baixa viscosidade; Utilizar solventes o mais voláteis que a formulação permitir; Utilizar solventes que não formem azeotropos; Reduzir a tensão superficial do concentrado; Utilizar um obturador de vapor no corpo da válvula; Utilizar pulsadores com ruptura mecânica; Utilizar espaçadores. Factores relacionados com o propelente Factores relacionados com o concentrado Para que um aerossol possa ser inalado e chegue às vias aéreas inferiores é preciso que as suas partículas tenham diâmetros inferiores a 5 micra(2-5). Partículas desse tamanho são chamadas de partículas respiráveis. As partículas com diâmetro superior a 5 micra depositam-se nas vias aéreas superiores. Partículas com diâmetros inferiores a 2 micras chegam aos alvéolos e voltam com o ar expirado, sem que se depositem. A eficiência da via inalatória está condicionada ao uso de aerossóis contendo uma grande proporção de partículas respiráveis. Geralmente, quanto maior a pressão e o fluxo de ar comprimido, menor será o tamanho das partículas aerossolizadas. Inaladores pressurizados dosimetrados que utilizam o HFA 134a possuem pressão de vapor maior que os que utilizam CFCs. O tamanho das partículas do aerossol no caso dos HFAs é geralmente menor. Espaçadores são apenas utilizados nos inaladores pressurizados. Enquanto o aerossol percorre o espaçador várias alterações vão sendo produzidas: as partículas maiores e mais pesadas depositam-se por gravidade enquanto o tamanho das partículas reduz-se por evaporação do propelente. Utilizar uma válvula com corpo com fase vapor; Um aspecto importante a considerar na escolha da válvula adequada, é o uso do orifício da fase vapor. Este se encontra no corpo de válvula e permite a entrada concomitante do propelente em estado gasoso com o líquido proveniente da fase líquida. Factores relacionados com o dispositivo (no caso dos DPI: vez de propelente dever-se-ia falar da capacidade inspiratória do doente; produto: impt do transportador na formulação e da moagem, tamisação e secagem do pó na produção; dispositivo: design que proporcione uma maior eficiência de aerossolização, ou seja, uma maior fracção de partículas finas emitidas e menores perdas de pó no dispositivo).

8 Fatores que contribuem para a redução de partículas aerossolizadasA distribuição do tamanho das partículas é afectada por varias características: Propelente Responsável pelo desenvolvimento da pressão adequada no interior do recipiente Tem de ser seleccionado para produzir a pressão de vapor, solubilidade e tamanho de partículas desejado O uso de propelentes com uma baixa pressão de vapor, diminui a pressão total do sistema resultando na produção de partículas muito maiores

9 Fatores que contribuem para a redução de partículas aerossolizadasA distribuição do tamanho das partículas é afectada por varias características: Solventes Solventes com baixa volatilidade, ex: propilenoglicol, acetona, acetato de etilo e glicerina, diminuem a pressão de vapor do sistema resultando na produção de partículas maiores

10 Fatores que contribuem para a redução de partículas aerossolizadasA distribuição do tamanho das partículas é afectada por varias características: Viscosidade e tensão superficial O tamanho das partículas é proporcional à tensão superficial do líquido, para líquidos com baixa viscosidade Líquidos com elevada viscosidade reduzem a média do tamanho das partículas??? (confirmar pq as goticulas poderão ficar mais grosseiras…)

11 Fatores que contribuem para a redução de partículas aerossolizadaspMDI (metered dose inhalers) A distribuição do tamanho das partículas aerossolizadas depende: Combinação do propelente e tensioactivo, tamanho original da partícula de fármaco e do dispositivo O processo de atomização inicial e a evaporação subsequente do spray influenciam a quantidade de fármaco que é depositado na região orofaríngea e nos pulmões. Quanto maior a distancia do orifício do actuador, menor o tamanho das partículas produzidas uso de espaçadores

12 Fatores que contribuem para a redução de partículas aerossolizadasDesign do dispositivo

13 Fatores que contribuem para a redução de partículas aerossolizadasDesign do dispositivo Responsável tanto pela qualidade como pela quantidade de spray produzido Quantidade é controlada pelo número e diâmetro dos orifícios contidos no sistema da válvula Qualidade: forma geométrica e tamanho das partículas Actuador e vaporizador  dois constituintes primários que são usados para ajustar o tamanho das partículas aerossolizadas

14 Fatores que contribuem para a redução de partículas aerossolizadasDesign do dispositivo Actuador Controlando o tamanho do canal conducente ao orifício de saída do actuador, pode-se controlar o tamanho das partículas Vaporizador Introdução deste orifício ao lado do corpo da válvula. Localiza-se acima do nível de líquido no recipiente, onde vai estar o vapor de agua do propelente. Actuadores: para assegurar que o aerossole é veiculado na forma correcta e desejada ; permite a abertura e fecho rápido da válvula e é parte integrante do acondicionamento de quase todos os aerossoles

15 Fatores que contribuem para a redução de partículas aerossolizadasDesign do dispositivo Vaporizador Desta forma isolamos o vapor do propelente que vai ser misturado ao líquido no momento em que a válvula é aberta Ao misturarmos o vapor de propelente com o restante líquido, podemos, subsequentemente reduzir o tamanho das partículas do spray Maiores orifícios no vaporizador permitem ter uma maior quantidade de vapor de propelente no spray, resultando em partículas de tamanho menor.

16 RESUMO: Aumentar a concentração de propelente e a pressão de vapor final Utilizar solventes o mais voláteis que a formulação permitir Reduzir a tensão superficial do concentrado Utilizar uma válvula com vaporizador Ter em conta a viscosidade do líquido

17 Superfície de Absorção Efeito de 1ª Passagem e MetabolizaçãoExperiência – Obtenção do fármaco na forma de pó para aerossolizar Insulina Superfície de Absorção Vascularização Espessura do Epitélio Efeito de 1ª Passagem e Metabolização Insulina normalmente administrada por via parentérica Administração por aerossol – Vantagens em termos de absorção e de aceitação pelo doente DPI

18 Insulina + HP-  - CiclodextrinaExperiência – Obtenção do fármaco na forma de pó para aerossolizar Insulina + HP-  - Ciclodextrina Solução Solubilidade Biodisponibilidade Estabilidade Mistura Hidroalcoólica com agitação CD derivados do amido Conforme o numero de unidade – alfa, beta, gama (beta mais usadas) CD tem cavidade Hidrofóbica e exterior Hidrofilico Cavidade cheia de moléculas de água , que saiem e entra o fármaco Fármaco na cavidade – melhora estabilidade quimica, mascara sabores Mistura hidroalcoólica – agitação da CD com o fármaco – fármaco forma complexo com a CD

19 Trealose Manitol LactoseExperiência – Obtenção do fármaco na forma de pó para aerossolizar Insulina + HP-  - Ciclodextrina Solução Spray Drying Insulina + HP-  - Ciclodextrina Pó Blending Insulina + HP-  - Ciclodextrina + Carrier Produção de pó seco a partir de um líquido ou suspensão Mini Spray Dryer Formam-se complexos sólidos de insulina e CD Temos de escolher entre 3 transportadores / veiculos para misturar com os complexos para completar o aerossole Temos 3 açúcares transportadores à escolha Trealose Manitol Lactose

20 Qual é a melhor FormulaçãoExperiência – Obtenção do fármaco na forma de pó para aerossolizar Qual é a melhor Formulação

21 Experiência – Obtenção do fármaco na forma de pó para aerossolizarMétodos de Análise Quantificação Proteica (SA) Espectrofotometria a 595 nm (Hitachi U-2000) Bradford Modificado (Reagente de Coomassie) Análise do tamanho da partícula Analisador por difracção a laser (Mastersizer-S) Aerosizer (Tempo de voo aerodinâmico) Deposição do aerossole in vitro Twin Impinger “impactor em cascata” Determinação do teor de água Titulação pelo método de Karl-Fischer Microscopia Eletrónica de Varrimento JEOL (model JSM 5200 LV) Produção de pó seco a partir de um líquido ou suspensão Mini Spray Dryer Obtemos Complexos Sólidos de Insulina e CD Temos de escolher o transportador para misturar com os complexos formados para finalizar o aerossol Temos de escolher entre 3 açúcares transportadores

22 Azul brilhante de CoomassieExperiência – Obtenção do fármaco na forma de pó para aerossolizar Quantificação Proteica (SA) Espectrofotometria a 595 nm (Hitachi U-2000) Bradford Modificado (Azul de Coomassie) Azul brilhante de Coomassie Interage com as proteínas provocando um equilíbrio do complexo Para determinar as proteinas totais Quantificação dos Complexos Insulina - Ciclodextrina Absorve a 595 nm

23 Distribuição de tamanhos Distribuição TamanhosExperiência – Obtenção do fármaco na forma de pó para aerossolizar Análise do tamanho da partícula Analisador por difracção a laser Malvern (Mastersizer-S) Aerosizer (Tempo de voo aerodinâmico) Distribuição de tamanhos Insulina + CD + Carrier Conhecimento do tamanho , morfologia e distribuição de tamanhos das partículas Quer em sistemas liquido-liquido quer liquido-sólido Distribuição Granulométrica Aerosizer – desagrega o pó e mede o tempo de voo das partículas que é transformado em dimensão e por sua vez em distribuição geométrica Tamanho Morfologia Distribuição Tamanhos

24 Forma de simular a deposição in vivoExperiência – Obtenção do fármaco na forma de pó para aerossolizar Deposição do aerossole in vitro Análise do tamanho da partícula Twin Impinger “impactor em cascata” PREPARAÇÕES PARA INALAÇÃO: AVALIAÇÃO AERODINÂMICA DAS PARTÍCULAS FINAS - FP Determinação fracção representada pelas partículas finas nos aerossoles produzidas a partir de preparações para inalação 7ml solvente na câmara inferior e 30 m l de solvente na câmara superior Ligar aparelho e verificar conjunto se encontra na vertical Ligar a bomba com filtro de porosidade e regular debito de saida (60 + ou – 5L / min) Preparar o inalador, ligar o ponteiro ao aparelho através de adaptador Bomba em movimento durante 5 segundos. Parar e separar o inalador do aparelho. Repetir processo máximo 10 vezes Desmontar aparelho . Lavar com solvente apropriado. Tubo de admissão à câmara do depósito inferior, recolhendo produtos desta câmara Determinar teor SA da solução. Calcular quantidade de SA recolhida na câmara inferior em cada descarga (%) Avaliar aerodinamica das particulas finas Forma de simular a deposição in vivo

25 Reagente Karl-FischerExperiência – Obtenção do fármaco na forma de pó para aerossolizar Determinação do teor de água Análise do tamanho da partícula Titulação pelo método de Karl-Fischer (737 KF Coulometer, Metrohm) Reagente Karl-Fischer Insulina + CD ou Blending Determinar teor de humidade (água ainda existente) Titulação com o reagente KF Misturador Rotatório 4h Teor de Humidade (%) I2 + SO2 + 2 H2O  2 HI + H2SO4

26 Imagem de alta ampliação e resolução da superfície da amostraExperiência – Obtenção do fármaco na forma de pó para aerossolizar Microscopia Eletrónica de Varrimento Análise do tamanho da partícula JEOL (model JSM 5200 LV) Imagem de alta ampliação e resolução da superfície da amostra Insulina + CD+ Carrier Produzir imagem de alta ampliação e resolução da superfície da amostra Emissão de feixes de electroes por um filamento de tungsténio (eléctrodo negativo) mediante a aplicação de uma diferença de potencial O eletrodo positivo atrai fortemente os electroes gerados, resultando na aceleração na sua direcção. A correcção do percurso dos feixes é realizada pelas lentes condensadoras que alinham os feixes na direcção da abertura da objectiva A objectiva ajusta o foco dos feixes de electroes antes dos electroes atingirem a amostra

27 Experiência – Obtenção do fármaco na forma de pó para aerossolizarResultados Obtidos Análise do tamanho da partícula Tamanho das partículas por Twin Impinger “impactor em cascata” Øaerodinâmico = diâmetro * densidade 1/2 Insulina (%) HP-- Ciclodextrina SD (%) Fracção < 1 0,88 2,59 2,46 Fracção 1-6 6,27 28,95 72,12 Fracção 6-64 92,79 66,1 7,12 Fracção 64-93 0,06 0,63 Fracção > 93 1,73 18,3 Como idealmente queremos partículas de diâmetro entre 1 e 6 micrometros, fomos analisar as particulas e constatamos que neste intervalo de tamanhos, maior parte das particulas eram o nosso complexo sólido, logo podemos concluir que o spray drying foi bem executado. A fracção de tamanho inferior à pretendida é designada de finos Diâmetro Ideal : 2-5 / 3-6 m

28 Experiência – Obtenção do fármaco na forma de pó para aerossolizarAnálise do tamanho da partícula Resultados Obtidos Tamanho das partículas por Analisador de Difracção a Laser Malvern Boas características dimensionais para deposição no pulmão Como idealmente queremos partículas de diâmetro entre 1 e 6 micrometros, fomos analisar as particulas e constatamos que neste intervalo de tamanhos, maior parte das particulas eram o nosso complexo sólido, logo podemos concluir que o spray drying foi bem executado. A fracção de tamanho inferior à pretendida é designada de finos Diâmetro Ideal : 2-5 / 3-6 m

29 ↑ Fracção de Partículas FinasExperiência – Obtenção do fármaco na forma de pó para aerossolizar Análise do tamanho da partícula Resultados Obtidos Insulina + HP-  - Ciclodextrina + Carrier Deposição da formulação final do aerossole, in vitro : no aparelho de DPI (dose retida) e Twin Impinger (FPF) Eficácia farmacêutica de um fármaco veiculado por aerossole depende não só da quantidade de particulas que se depositam mas também da quantidade que é retida localmente Retida no DPI ou ao longo do trato respiratório e não chegar ao local da acção Menor dose de retenção =boa libertação no local pretendido Fracção de Partículas Finas – Fracção que realmente se depositará no pulmão e que irá exercer um efeito terapêutico Maior FPF ideias para local acção % de Dose Retida  Perdas ↑ Fracção de Partículas Finas ↑ Acção Terapêutica

30 Qual é a melhor Formulação?Experiência – Obtenção do fármaco na forma de pó para aerossolizar Análise do tamanho da partícula Resultados Obtidos Insulina + HP-  - Ciclodextrina + Carrier Microscopia Electrónica de Varrimento (SEM): análise da morfologia do pó Complexo Insulina composta por particulas grandes e heterogéneas (em diametro) CD particulas muito heterogéneas (em diametro) Complexo sólido insulina + CD apresentava menor tamanho (escala é de 5 micrometros e as 2 primeiras é de 10 micrometros) e uma menor heterogeneidade, memso assim ainda era muito marcada. Depois de incorporarmos os 3 veiculos Manitol particulas com formato de agulhas logo não era possivel a sua utilização Lactose particulas de baixo diametro e bastante uniformes Trialose apresenta hetereogeneidade Analisando a particula em individual o manitol apresenta o mesmo problema Na lactose pode observar se a particula redonda esférica e bem homogenea, enquanto que a trialose é menos redonda e menos homogenea Complexo Qual é a melhor Formulação?

31 Qual é a melhor Formulação?Experiência – Obtenção do fármaco na forma de pó para aerossolizar Qual é a melhor Formulação? Análise do tamanho da partícula Conclusão Insulina + HP-  - Ciclodextrina + Carrier Lactose Favorece libertação do fármaco Não altera atividade terapêutica Não altera perfil de deposição Estabilidade Insulina composta por particulas grandes e heterogéneas (em diametro) CD particulas muito heterogéneas (em diametro) Complexo sólido insulina + CD apresentava menor tamanho (escala é de 5 micrometros e as 2 primeiras é de 10 micrometros) e uma menor heterogeneidade, memso assim ainda era muito marcada. Depois de incorporarmos os 3 veiculos Manitol particulas com formato de agulhas logo não era possivel a sua utilização Lactose particulas de baixo diametro e bastante uniformes Trialose apresenta hetereogeneidade Analisando a particula em individual o manitol apresenta o mesmo problema Na lactose pode observar se a particula redonda esférica e bem homogenea, enquanto que a trialose é menos redonda e menos homogenea

32 Análise do Artigo Experiência – Análise do ArtigoCOMPARISON OF THE RESPIRABLE FRACTION FROM THREE DIFERENT DPI DEVICES Miriam Sanz Cermeño and Helena Maria Cabral Marques UCTF, Faculdade de Farmácia, Universidade de Lisboa, PORTUGAL (DPI) - Dry powder inhalers: Inaladores de pó seco são dispositivos de administração do medicamento nos pulmões na forma de aerossol.

33 Lactose (60-80 µm) como transportador das partículas de póExperiência – Análise do Artigo Lactose (60-80 µm) como transportador das partículas de pó

34 MicrohalerTM Experiência – Análise do ArtigoA cápsula é furada manualmente em ambas as extremidades, usando um pino presente no interior do dispositivo. A circulação de ar gera um movimento rotativo no interior da cápsula. O pó é lançado através dos furos e inalado através de um tubo.

35 RotahalerTM Experiência – Análise do ArtigoDepois de inserida no interior do dispositivo a cápsula é quebrada em duas metades por rotação do mesmo. O corpo da cápsula contendo o pó cai para dentro do dispositivo, enquanto a tampa é retida no orifício. O corpo da cápsula com o pó experimenta um movimento irregular na corrente de ar, fazendo com que partículas sejam arrastadas e inaladas através de um tubo.

36 FLOWCAPS Experiência – Análise do ArtigoBaseia-se no novo conceito “Dancing cloud” que provoca a emissão das partículas de pó de uma cápsula imóvel. A cápsula é cortada em ambas as extremidades por lâminas, formando-se pequenos cortes que restringem a entrada do ar. Cria-se uma baixa pressão, fazendo com que o pó seja arrastado, contra o fluxo de ar, para o bocal.

37 200 μg de Salbutamol / cápsula Sulfato de salbutamol + LactoseExperiência – Análise do Artigo Deposição do Sulfato de Salbutamol “in vitro”: Twin-stage liquid impinger: um dispositivo de separação para avaliar a deposição das partículas de aerossoles. Cápsulas de gelatina dura: n.º 4 para Flowcaps e n.º 3 para Microhaler e Rotahaler foram preenchidos com 22 mg da mistura 5 cápsulas para cada determinação. Fluxo de ar: 60 L/min durante 5 segundos. Ácido Hidroclorídrico (0,1M) 200 μg de Salbutamol / cápsula Sulfato de salbutamol + Lactose

38 RESULTADOS Experiência – Análise do ArtigoQuantificação da substância activa retida: cápsula + dispositivo DPI Porção superior e inferior da câmara Por Espectrofotometria de UV (276 nm) RESULTADOS

39 Resultados (Twin Impinger–FR)Experiência – Análise do Artigo Resultados (Twin Impinger–FR) Lower = fracção respirável (pulmões) SD – Desvio Padrão (reprodutibilidade dos resultados) Rsd – Variabilidade intra-aparelho Usou-se apenas a dose de uma cápsula (200 ug) Flowcaps: . Maior quantidade de SA que atinge os pulmões . Menor quantidade retida na cápsula/aparelho . Menor desvio padrão (reprodutibilidade/eficácia dos resultados) Maior quantidade de SA que atinge os pulmões Menor quantidade retida na cápsula/aparelho Menor desvio padrão

41 Tamanho das partículas Rugosidade Forma das partículas Humidade Experiência – Análise do Artigo A reprodutibilidade e as características de dispersão dos DPI’s são afectadas por: Tamanho das partículas Rugosidade Forma das partículas Humidade Conteúdo da mistura Composição quimica à superficie Carga Neste caso, estes factores não afectam a reprodutibillidade porque a formulação usada é igual nos 3 dispositivos usados

42 FPF Experiência – Análise do ArtigoBoa capacidade de esvaziamento mas fraca capacidade de aerossolização FPF µm Fraca capacidade de esvaziamento e aerossolização FPF- Fracção das partículas finas Microhaler – boa capacidade de esvaziamento mas fraca capacidade de aerossolização Rotahaler – Fraca capacidade de esvaziamento e aerossolização Flowcaps – Boa capacidade de esvaziamento e de aerossolização Aerossolização da formulação – fracção que se deposita no pulmão (efeito terapêutico) Emitted dose – stage I + stageII FPF emitted – Stage II/stage I+stageII FPF nominal – Stage II/nominal dose Total recovery – Cap and dev+stage I+ Stage II Cápsula estacionária de forma a que toda a energia proveniente da inalação do paciente seja directamente direccionada para a aerossolização do pó presente no seu conteúdo!!! (em vez de rodar ou abanar a cápsula simultaneamente) Boa capacidade de esvaziamento e de aerossolização

43 Conclusão do Artigo Experiência – Análise do Artigo Rotahaler™Flowcaps® Microhaler™ Rotahaler™ Para a mistura de sulfato de salbutamol-lactose

44 Bibliografia Lieberman, Herbert A. e outros. Teoria e Prática na Indústria Farmacêutica. 2ª Edição. Fundação Calouste Gulbenkian, 2001 ; Comparison of the respirable fraction from three diferent DPI devics; Miriam Sanz Cermeño and Helena Maria Cabral Marques; UCTF, Faculdade de Farmácia, Universidade de Lisboa, PORTUGAL; (02/11/2014)