Publicação

Understanding the degradation of olanzapine by an oxidative pathway in samples with different fractions of amorphous and crystalline contents

Detalhes bibliográficos
Resumo:	No estado sólido, os fármacos podem apresentar mais do que uma forma ou estrutura cristalina, um fenómeno designado por polimorfismo. O polimorfismo é caracterizado pela capacidade das moléculas em adotar diferentes arranjos da rede cristalina, estando a estrutura cristalina tridimensional e as propriedades dos fármacos no estado sólido correlacionadas. Ou seja, cada polimorfo apresenta propriedades físicas diferentes, como a solubilidade e a dissolução, que podem levar a que cada polimorfo apresente um desempenho biofarmacêutico diferente. As estruturas cristalinas são caracterizadas por um empacotamento molecular ordenado de longo alcance, com um ponto de fusão característico e termodinamicamente estáveis. No entanto, uma das principais desvantagens deste estado sólido é a sua baixa solubilidade em água e, consequentemente, baixa biodisponibilidade. Por outro lado, os sólidos no estado amorfo são descritos como materiais com ordem molecular de curto alcance, termodinamicamente instáveis, possuindo uma maior área superficial específica, mas sem uma rede cristalina tridimensional definida, o que leva a um maior volume livre e uma maior mobilidade molecular. Estas características são responsáveis pela maior reatividade apresentada pelos materiais no estado amorfo relativamente ao estado cristalino. Devido à maior reatividade, é esperado que as formas amorfas tenham uma menor estabilidade química resultando em maiores taxas de degradação. A ausência de uma rede cristalina tridimensional, o maior volume livre e a grande mobilidade molecular presentes no estado amorfo são também responsáveis pela alta instabilidade física deste estado sólido. A degradação química é definida como a quebra e/ou formação de ligações covalentes, sendo a hidrólise e a oxidação os principais mecanismos de decomposição dos fármacos, podendo estar associadas à redução da potência do fármaco, causando preocupações a nível da segurança e eficácia. A estabilidade física está associada às transformações físicas que podem ocorrer onde nenhuma ligação covalente é formada ou quebrada, como por exemplo na cristalização, na amorfização e na aglomeração. As transformações físicas muitas vezes competem e acompanham a degradação química dos fármacos no estado sólido. As estabilidades física e química da forma II da olanzapina anidra, com diferentes graus de desordem (diferentes graus de cristalinidade e forma amorfa) foram estudadas. Para esse fim, a amorfização (moinho de bolas) da Forma II da olanzapina foi primeiramente testada à temperatura ambiente. Com 10 e 30 min de moagem, amostras parcialmente cristalinas de olanzapina foram obtidas, no entanto com 60, 90 e 180 min de moagem observou-se por calorimetria de varrimento diferencial, Raman e difração de raios-X uma conversão da Forma II na Forma I da olanzapina. Considerando que a moagem à temperatura ambiente não foi capaz de gerar olanzapina amorfa, a utilização de criomoagem foi testada. Através da moagem, a baixas temperaturas, da Forma II da olanzapina foram obtidas amostras com diferentes graus de desordem, sem ocorrência de conversões polimórficas mesmo com elevados tempos de moagem. No entanto, mesmo após 360 min de criomoagem não se obteve uma amostra de olanzapina totalmente amorfa. Com o intuito de gerar um estado amorfo da Forma II da olanzapina, utilizou-se a técnica de congelamento rápido tendo-se obtido halos no difractograma de raios-X. A competição entre a recristalização e a degradação química da olanzapina presente em amostras com diferentes graus de desordem foi investigada através de um estudo de estabilidade, onde diferentes temperaturas (30, 40, 50 °C) e valores de humidade relativa (RH) (15, 40, 75%) foram testados. Para o estudo da recristalização, um modelo dos mínimos quadrados parciais foi desenvolvido baseado em dados de espetroscopia de infravermelhos (ATR-FTIR), devido à sua natureza não destrutiva e à capacidade de analisar o estado amorfo da olanzapina. Quando se considerou apenas amostras criomoídas, a taxa de recristalização foi diretamente proporcional ao teor inicial de amorficidade. Deste modo, ocorreu uma maior recristalização nas amostras com um grau de desordem inicial superior, possivelmente devido à maior mobilidade molecular presente nessas amostras. Através dos resultados obtidos por cromatografia líquida de alta eficiência, estudou-se a degradação química das amostras de olanzapina utilizadas, tendo a maior taxa de degradação sido obtida pela olanzapina amorfa, entre 0,06 e 1,35%, em todas as condições estudadas, exceto a 50 °C/ 15% RH. Os resultados deste estudo de estabilidade indicam que a recristalização ocorreu maioritariamente nos primeiros 3 dias de armazenamento, mas nenhuma amostra com diferentes graus de desordem iniciais atingiu os 100% de cristalinidade. Deste modo, observou-se degradação química do conteúdo amorfo que permaneceu após os 3 dias iniciais, uma vez que a olanzapina cristalina demonstrou uma degradação química insignificante (entre 0,00 e 0,06%) em todas as condições estudadas. Este resultado deverá estar associado à menor instabilidade química do estado sólido cristalino em comparação com o estado amorfo. No caso da exposição a 75% RH, taxas de degradação mais altas foram obtidas quando comparadas com as taxas de degradação a 15 e 40% RH. Os estudos de degradação forçada, em solução com a azobisisobutironitrila (AIBN) como fonte de radicais e no estado sólido através do equipamento RapidOxy®, foram realizados para identificar e comparar os produtos de degradação oxidativa da olanzapina determinados no estudo de estabilidade. No estudo de degradação forçada em solução, os 3 principais produtos de degradação oxidativa apresentaram um tempo de retenção relativo igual a 0,57, 0,72 e 0,85, respetivamente. Através dos espetros obtidos por espetrofotometria ultravioleta-visível (UV-Vis) para cada um deles, e da literatura reportada, os 3 produtos de degradação oxidativa foram identificados como sendo o cetolactama, o cetotiolactama e o N-óxido da olanzapina, respetivamente. Considerando que a AIBN é um composto azo que leva à formação de radicais peroxi aquando decomposição térmica, a olanzapina em solução sofreu oxidação, mais especificamente auto-oxidação, tendo 8,77% sido degradada. No caso do estudo de degradação forçada no estado sólido, os principais produtos de degradação apresentaram um tempo de retenção relativo igual a 0,60, 0,74 e 0,87. Comparando estes tempos de eluição com os determinados no estudo em solução, e através dos espetos de UV-Vis obtidos no estado sólido, observou-se que o cetolactama, o cetotiolactama e o N-óxido da olanzapina foram também formados e, por isso, a olanzapina no estado sólido degradou-se igualmente por auto-oxidação (0,14% no estado cristalino e 6,06% no estado amorfo). Em relação ao estudo de estabilidade, os 2 principais produtos de degradação oxidativa apresentaram um tempo de retenção relativo igual a 0,76 e 0,87. Através destes dados e dos espetros UV-Vis obtidos para cada um, os produtos de degradação oxidativa foram identificados como cetotiolactama e N-óxido da olanzapina, respetivamente. Desta forma, os estudos de degradação forçada foram capazes de gerar os principais produtos de degradação oxidativa obtidos quando a olanzapina, com diferentes graus de desordem, foi exposta no estado sólido a diferentes condições de temperatura e RH, tendo a olanzapina sofrido auto-oxidação durante o seu armazenamento. O mecanismo oxidativo ocorrido para a formação do cetotiolactama, um dos produtos de degradação obtidos no estudo de estabilidade, requer uma molécula de água. Isto sugere que as maiores taxas de degradação observadas a 75% RH estavam associadas a um aumento na formação desse produto de degradação a 75% RH, ao invés de 15 e 40% RH, devido à presença de maior quantidade de moléculas de água. O impacto que os excipientes têm na degradação química da olanzapina foi investigado através de mecano-ativação por co-moagem da olanzapina cristalina e amorfa com copovidona S-630 ultra. Os produtos de degradação oxidativa cetolactama, cetotiolactama e N-óxido da olanzapina foram obtidos tendo a copovidona promovido a oxidação da olanzapina mediada por radicais peroxi (auto-oxidação). A percentagem de degradação observada quando a olanzapina cristalina foi usada como material de partida (entre 0,10 e 4,34%) foi semelhante à obtida com olanzapina amorfa como o composto inicial (entre 0,20 e 4,27%). Deste modo, com tempos de moagem baixos, a olanzapina cristalina teve um aumento do grau de desordem e, portanto, a degradação observada nos tempos de moagem mais elevados correspondeu à degradação de um material desordenado e não de um composto cristalino. A degradação química da amostra amorfa da olanzapina com copovidona S-630 ultra foi estudada na presença de um antioxidante, o hidroxitolueno butilado (BHT). Uma diminuição em mais de 50% na degradação química da olanzapina amorfa foi observada a altas velocidades de rotação, mostrando o BHT ser um antioxidante útil em futuras formulações com a Forma II da olanzapina. Os resultados obtidos neste trabalho mostram a importância de se estudar as transformações físicas e a degradação química dos fármacos sob condições aceleradas de armazenamento, após um processo de produção dos produtos finais, como a moagem. A baixa recristalização e degradação química da Forma II da olanzapina cristalina em comparação com a amostra de olanzapina amorfa mostrou como a elevada mobilidade molecular associada aos estados desordenados influencia as suas estabilidades física e química. Além disso, o início do estudo da interação da olanzapina com dois excipientes, a copovidona S-630 ultra e o BHT, mostrou como os excipientes são também uma fonte de degradação química e como os antioxidantes têm um papel essencial na diminuição da ocorrência de processos químicos indesejados.
Autores principais:	Barbosa, Matilde Carvalho
Assunto:	Accelerated stability study Autoxidation Chemical stability Olanzapine Physical stability Teses de mestrado - 2022
Ano:	2022
País:	Portugal
Tipo de documento:	dissertação de mestrado
Tipo de acesso:	acesso embargado
Instituição associada:	Universidade de Lisboa
Idioma:	inglês
Origem:	Repositório da Universidade de Lisboa

Descrição
Resumo:	No estado sólido, os fármacos podem apresentar mais do que uma forma ou estrutura cristalina, um fenómeno designado por polimorfismo. O polimorfismo é caracterizado pela capacidade das moléculas em adotar diferentes arranjos da rede cristalina, estando a estrutura cristalina tridimensional e as propriedades dos fármacos no estado sólido correlacionadas. Ou seja, cada polimorfo apresenta propriedades físicas diferentes, como a solubilidade e a dissolução, que podem levar a que cada polimorfo apresente um desempenho biofarmacêutico diferente. As estruturas cristalinas são caracterizadas por um empacotamento molecular ordenado de longo alcance, com um ponto de fusão característico e termodinamicamente estáveis. No entanto, uma das principais desvantagens deste estado sólido é a sua baixa solubilidade em água e, consequentemente, baixa biodisponibilidade. Por outro lado, os sólidos no estado amorfo são descritos como materiais com ordem molecular de curto alcance, termodinamicamente instáveis, possuindo uma maior área superficial específica, mas sem uma rede cristalina tridimensional definida, o que leva a um maior volume livre e uma maior mobilidade molecular. Estas características são responsáveis pela maior reatividade apresentada pelos materiais no estado amorfo relativamente ao estado cristalino. Devido à maior reatividade, é esperado que as formas amorfas tenham uma menor estabilidade química resultando em maiores taxas de degradação. A ausência de uma rede cristalina tridimensional, o maior volume livre e a grande mobilidade molecular presentes no estado amorfo são também responsáveis pela alta instabilidade física deste estado sólido. A degradação química é definida como a quebra e/ou formação de ligações covalentes, sendo a hidrólise e a oxidação os principais mecanismos de decomposição dos fármacos, podendo estar associadas à redução da potência do fármaco, causando preocupações a nível da segurança e eficácia. A estabilidade física está associada às transformações físicas que podem ocorrer onde nenhuma ligação covalente é formada ou quebrada, como por exemplo na cristalização, na amorfização e na aglomeração. As transformações físicas muitas vezes competem e acompanham a degradação química dos fármacos no estado sólido. As estabilidades física e química da forma II da olanzapina anidra, com diferentes graus de desordem (diferentes graus de cristalinidade e forma amorfa) foram estudadas. Para esse fim, a amorfização (moinho de bolas) da Forma II da olanzapina foi primeiramente testada à temperatura ambiente. Com 10 e 30 min de moagem, amostras parcialmente cristalinas de olanzapina foram obtidas, no entanto com 60, 90 e 180 min de moagem observou-se por calorimetria de varrimento diferencial, Raman e difração de raios-X uma conversão da Forma II na Forma I da olanzapina. Considerando que a moagem à temperatura ambiente não foi capaz de gerar olanzapina amorfa, a utilização de criomoagem foi testada. Através da moagem, a baixas temperaturas, da Forma II da olanzapina foram obtidas amostras com diferentes graus de desordem, sem ocorrência de conversões polimórficas mesmo com elevados tempos de moagem. No entanto, mesmo após 360 min de criomoagem não se obteve uma amostra de olanzapina totalmente amorfa. Com o intuito de gerar um estado amorfo da Forma II da olanzapina, utilizou-se a técnica de congelamento rápido tendo-se obtido halos no difractograma de raios-X. A competição entre a recristalização e a degradação química da olanzapina presente em amostras com diferentes graus de desordem foi investigada através de um estudo de estabilidade, onde diferentes temperaturas (30, 40, 50 °C) e valores de humidade relativa (RH) (15, 40, 75%) foram testados. Para o estudo da recristalização, um modelo dos mínimos quadrados parciais foi desenvolvido baseado em dados de espetroscopia de infravermelhos (ATR-FTIR), devido à sua natureza não destrutiva e à capacidade de analisar o estado amorfo da olanzapina. Quando se considerou apenas amostras criomoídas, a taxa de recristalização foi diretamente proporcional ao teor inicial de amorficidade. Deste modo, ocorreu uma maior recristalização nas amostras com um grau de desordem inicial superior, possivelmente devido à maior mobilidade molecular presente nessas amostras. Através dos resultados obtidos por cromatografia líquida de alta eficiência, estudou-se a degradação química das amostras de olanzapina utilizadas, tendo a maior taxa de degradação sido obtida pela olanzapina amorfa, entre 0,06 e 1,35%, em todas as condições estudadas, exceto a 50 °C/ 15% RH. Os resultados deste estudo de estabilidade indicam que a recristalização ocorreu maioritariamente nos primeiros 3 dias de armazenamento, mas nenhuma amostra com diferentes graus de desordem iniciais atingiu os 100% de cristalinidade. Deste modo, observou-se degradação química do conteúdo amorfo que permaneceu após os 3 dias iniciais, uma vez que a olanzapina cristalina demonstrou uma degradação química insignificante (entre 0,00 e 0,06%) em todas as condições estudadas. Este resultado deverá estar associado à menor instabilidade química do estado sólido cristalino em comparação com o estado amorfo. No caso da exposição a 75% RH, taxas de degradação mais altas foram obtidas quando comparadas com as taxas de degradação a 15 e 40% RH. Os estudos de degradação forçada, em solução com a azobisisobutironitrila (AIBN) como fonte de radicais e no estado sólido através do equipamento RapidOxy®, foram realizados para identificar e comparar os produtos de degradação oxidativa da olanzapina determinados no estudo de estabilidade. No estudo de degradação forçada em solução, os 3 principais produtos de degradação oxidativa apresentaram um tempo de retenção relativo igual a 0,57, 0,72 e 0,85, respetivamente. Através dos espetros obtidos por espetrofotometria ultravioleta-visível (UV-Vis) para cada um deles, e da literatura reportada, os 3 produtos de degradação oxidativa foram identificados como sendo o cetolactama, o cetotiolactama e o N-óxido da olanzapina, respetivamente. Considerando que a AIBN é um composto azo que leva à formação de radicais peroxi aquando decomposição térmica, a olanzapina em solução sofreu oxidação, mais especificamente auto-oxidação, tendo 8,77% sido degradada. No caso do estudo de degradação forçada no estado sólido, os principais produtos de degradação apresentaram um tempo de retenção relativo igual a 0,60, 0,74 e 0,87. Comparando estes tempos de eluição com os determinados no estudo em solução, e através dos espetos de UV-Vis obtidos no estado sólido, observou-se que o cetolactama, o cetotiolactama e o N-óxido da olanzapina foram também formados e, por isso, a olanzapina no estado sólido degradou-se igualmente por auto-oxidação (0,14% no estado cristalino e 6,06% no estado amorfo). Em relação ao estudo de estabilidade, os 2 principais produtos de degradação oxidativa apresentaram um tempo de retenção relativo igual a 0,76 e 0,87. Através destes dados e dos espetros UV-Vis obtidos para cada um, os produtos de degradação oxidativa foram identificados como cetotiolactama e N-óxido da olanzapina, respetivamente. Desta forma, os estudos de degradação forçada foram capazes de gerar os principais produtos de degradação oxidativa obtidos quando a olanzapina, com diferentes graus de desordem, foi exposta no estado sólido a diferentes condições de temperatura e RH, tendo a olanzapina sofrido auto-oxidação durante o seu armazenamento. O mecanismo oxidativo ocorrido para a formação do cetotiolactama, um dos produtos de degradação obtidos no estudo de estabilidade, requer uma molécula de água. Isto sugere que as maiores taxas de degradação observadas a 75% RH estavam associadas a um aumento na formação desse produto de degradação a 75% RH, ao invés de 15 e 40% RH, devido à presença de maior quantidade de moléculas de água. O impacto que os excipientes têm na degradação química da olanzapina foi investigado através de mecano-ativação por co-moagem da olanzapina cristalina e amorfa com copovidona S-630 ultra. Os produtos de degradação oxidativa cetolactama, cetotiolactama e N-óxido da olanzapina foram obtidos tendo a copovidona promovido a oxidação da olanzapina mediada por radicais peroxi (auto-oxidação). A percentagem de degradação observada quando a olanzapina cristalina foi usada como material de partida (entre 0,10 e 4,34%) foi semelhante à obtida com olanzapina amorfa como o composto inicial (entre 0,20 e 4,27%). Deste modo, com tempos de moagem baixos, a olanzapina cristalina teve um aumento do grau de desordem e, portanto, a degradação observada nos tempos de moagem mais elevados correspondeu à degradação de um material desordenado e não de um composto cristalino. A degradação química da amostra amorfa da olanzapina com copovidona S-630 ultra foi estudada na presença de um antioxidante, o hidroxitolueno butilado (BHT). Uma diminuição em mais de 50% na degradação química da olanzapina amorfa foi observada a altas velocidades de rotação, mostrando o BHT ser um antioxidante útil em futuras formulações com a Forma II da olanzapina. Os resultados obtidos neste trabalho mostram a importância de se estudar as transformações físicas e a degradação química dos fármacos sob condições aceleradas de armazenamento, após um processo de produção dos produtos finais, como a moagem. A baixa recristalização e degradação química da Forma II da olanzapina cristalina em comparação com a amostra de olanzapina amorfa mostrou como a elevada mobilidade molecular associada aos estados desordenados influencia as suas estabilidades física e química. Além disso, o início do estudo da interação da olanzapina com dois excipientes, a copovidona S-630 ultra e o BHT, mostrou como os excipientes são também uma fonte de degradação química e como os antioxidantes têm um papel essencial na diminuição da ocorrência de processos químicos indesejados.