Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Одной из актуальных задач для современной фармации является создание частиц активных фармацевтических ингредиентов (АФИ) с заданными характеристиками, в частности размером и морфологией. Сверхкритическое антисольвентное осаждение (SAS) представляет собой перспективный способ решения этой задачи. Метод SAS основан на создании пересыщения в растворе микронизуемого вещества с помощью сверхкритического флюида – антирастворителя. В подавляющем большинстве случаев в роли антирастворителя выступает сверхкритический диоксид углерода (СК СО2). Среди сверхкритических флюидных подходов получения частиц метод SAS является наиболее универсальным, так как бОльшая часть фармацевтических субстанций представляет собой полярные органические соли, обладающие очень низкой растворимостью в СК CO2. Для эффективного использования этого метода необходимы фундаментальные исследования влияния параметров процесса на морфологию и размер получаемых частиц. Такие характеристики осаждаемых частиц определяются, в частности, гидродинамикой процесса. Настоящая работа направлена на изучение влияния вязкости смесей СО2 – растворитель на размер частиц, осаждаемых методом SAS, как одного из наиболее значительных факторов, определяющих гидродинамику смешения в процессе SAS. В качестве основного объекта исследования в первом году выполнения проекта был выбран широко используемый антибиотик - гидрохлорид левофлоксацина, для которого актуальна задача микронизации для последующего создания препарата пролонгированного действия. Для исследования влияния вязкости смеси СО2-растворитель на размер и морфологию частиц, осаждаемых методом SAS, необходимо было определить вязкость этих смесей, так как в литературе отсутствует такая информация для используемых в методе SAS условий. Для таких исследований был модифицирован имеющийся в наличии сверхкритический флюидный хроматограф «Acquity UPC2» («Waters», США). Был использован подход, позволяющий рассчитать значение вязкости используемой подвижной фазы по перепаду давления в хроматографической колонке с использованием закона Дарси. Согласно закону Дарси, перепад давления на концах пористой фильтрующей среды при протекании потока флюида пропорционален его вязкости. Поскольку для определения вязкости среды с помощью уравнения Дарси необходимо использовать объёмный поток среды, а кориолисовы расходомеры, используемые в работе, дают информацию о массовом потоке, то для пересчёта провели серию экспериментов по измерению плотности среды СО2 – растворитель. Измерения плотности смесей проводили пикнометрическим способом, используя самостоятельно собранную установку. Перед проведением основных опытов по измерению вязкости было необходимо удостовериться в ламинарности потоков в изучаемых условиях. Для различных составов смеси СО2-сорастворитель построили графики зависимости перепада давления на концах колонки от величины установленного потока. Отклонение таких зависимостей от линейности указывает на возникновение турбулентностей потока в системе. Все дальнейшие измерения проводились в условиях ламинарного режима потока, что позволило использовать уравнение Дарси. Таким образом, были получены зависимости вязкости смесей СК СО2 – растворитель от их состава в максимально широком интервале мольных долей смесей СО2 – растворитель (метанол, изопропанол, диметилсульфоксид, диметилформамид, этилацетат, хлороформ, ацетон) при давлении 150 бар и 40 °С, а также измерены плотности таких смесей. Для исследования влияния вязкости смесей СО2-растворитель на размер и морфологию получаемых частиц была проведена серия микронизаций гидрохлорида левофлоксацина из наиболее часто используемых в SAS растворителей. Показано, что данные по вязкости смесей СО2 – растворитель позволяют прогнозировать размер получаемых частиц при использовании различных растворителей в SAS. Более высокая вязкость смеси СО2-растворитель обуславливает более медленное смешение раствора микронизуемой субстанции с СО2, что приводит к началу кристаллизации при больших долях растворителя. Большая же доля растворителя в системе СO2 – растворитель – микронизуемая субстанция обуславливает осаждение при меньшей локальной степени пересыщения, что приводит к образованию более крупных частиц. В ходе работы обнаружено, что давление, при котором проводят осаждение, может существенно влиять на морфологию и размер получаемых методом SAS частиц. Одним из факторов, на который оказывает влияние давление микронизации является число фаз (однофазность либо двухфазность) системы СО2 – растворитель – микронизуемое вещество. Смешение СО2 и раствора, и осаждение из этих систем будет проходить по разным механизмам. Для детального исследования кривых равновесия жидкость – газ и влияния на них добавки левофлоксацина были проведены опыты по установлению фазовых равновесий в ячейке высокого давления. Впервые построены кривые равновесия жидкость - газ для системы СО2 – ацетон – гидрохлорид левофлоксацина при температуре 40 °С. Кроме того, показано, что полученные данные по фазовым равновесиям для системы СО2 – ацетон соответствуют литературным данным. Показано, что кристаллизация левофлоксацина из двухфазной системы СО2-ацетон-левофлоксацин приводит к получению частиц с бимодальным распределением по размеру. Увеличение давления приводит к смене режима осаждения, и как следствие, кристаллизации частиц меньшего размера. Полученные закономерности характерны для минимальной по вязкости системы ацетон – CO2. Для исследования влияния вязкости смесей растворитель - CO2 на осаждение методом SAS в двухфазном режиме на следующем этапе работы будут исследованы фазовые равновесия в системах, обладающих бОльшей вязкостью, в частности CO2 – ДМФА, а также проведена микронизация левофлоксацина методом SAS в условиях неполной смешиваемости. Таким образом на первом этапе работы: 1. Определены вязкости смесей СО2 – растворитель (метанол, изопропанол, диметилсульфоксид, диметилформамид, этилацетат, хлороформ, ацетон) при температуре 40 °С и давлении 150 бар. Исследованные растворители являются наиболее часто используемыми для микронизации методом SAS. 2. Показано, что более высокая вязкость смесей СО2-растворитель приводит к образованию более крупных частиц осаждаемой субстанции из-за более медленного смешения, и соответственно более низкого локального пересыщения при кристаллизации. 3. Показано, что давление, при котором проводят SAS, также существенно влияет на размер и морфологию осаждаемых частиц, т.к. определяет механизм смешения СО2 и раствора, и кристаллизации. Проведение процесса «из двухфазной области» приводит к получению частиц бОльшего размера с бимодальным распределением по размеру, тогда как кристаллизация «в однофазной области» позволяет получать более дисперсный продукт, с более узким распределением частиц по размеру. 4. Впервые построены кривые равновесия жидкость - газ для системы СО2 – ацетон – гидрохлорид левофлоксацина при температуре 40 °С.

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
Одной из актуальных задач для современной фармации является создание частиц активных фармацевтических ингредиентов с заданными характеристиками, размером, морфологией, степенью кристалличности, а также полиморфным составом. Чаще всего требуется диспергирование (микронизация) фармацевтической активной субстанции для создания ингаляционных препаратов, препаратов адресной доставки или пролонгированного действия. Сверхкритическое антисольвентное осаждение (SAS) – перспективный, эффективный и достаточно простой способ решения этой задачи. Однако, для получения частиц необходимого размера и морфологии, разработки технологии получения конкретного продукта, необходим комплекс фундаментальных исследований, направленных на определение влияния многочисленных параметров процесса на морфологию и размер получаемых частиц. Для управления морфологией и размером осаждаемых SAS кристаллов прежде всего необходимо иметь данные о степени пересыщения в процессе кристаллизации. Для этого необходимо найти удобный и быстрый способ определения растворимости микронизуемых веществ в смесях растворитель - антирастворитель. Существующие методы не слишком хорошо подходят для решения такой задачи. Статические методы определения растворимости в двухкомпонентных флюидах дают достаточно точные значения, но на их реализацию в случае медленной кинетики растворения веществ требуется значительное время, в отдельных случаях исчисляемое неделями. Динамические методы менее времязатратны, однако они связаны с рядом технических трудностей. Такие методы требуют очень точного измерения массы растворённого вещества. Во-первых, такое измерение связано с очень хорошей эффективностью сепаратора, от которого требуется максимальное улавливание в том числе микронных частиц. Во-вторых, необходимо обеспечить сбор раствора вещества во всех трубках от экстракционного сосуда до обратного регулятора давления, и в особенности после него до сепаратора. В работе предложен новый метод оценки растворимости в двухкомпонентных флюидах (SAS – УФС). Метод основан на отборе пробы из потока смеси СО2-растворитель-микронизуемое вещество при проведении процесса SAS. Для этого специальную петлю известного объёма заполняют раствором, который проходит через фильтр на дне сосуда осаждения SAS. Такой раствор представляет собой насыщенный раствор микронизуемой субстанции в смеси растворитель - СК-СО2. Далее производят сброс давления из петли в виалу и промывку дополнительными порциями чистого растворителя. Концентрацию в полученном растворе анализируют с помощью УФ-спектрофотометра по предварительно построенной калибровочной зависимости. Проведена верификация метода SAS – УФС и сравнение с литературными данными с использованием ацетисалициловой кислоты в качестве модельного объекта. Показано, что данные по растворимости ацетилсалициловой кислоты, полученные методом SAS-УФС, в целом согласуются с литературными данными. Предложенный метод SAS-УФС можно эффективно использовать для оценки растворимости, а, следовательно, и пересыщения при проведении процесса SAS. Для увеличения точности метода, в дальнейшем планируется проводить термостатирование петли отбора пробы. Кроме того, в первом году проекта было выявлено, что изменение давления при проведении процесса SAS может приводить к смене механизма смешения раствора и СО2, Изменение давления микронизации может изменять число фаз системы СО2 – растворитель – микронизуемое вещество, что в свою очередь радикально влияет на распределение частиц по размеру. В связи с этим в этом году мы расширили эти исследования. Во-первых, при микронизации левофлоксацина был выбран другой растворитель (диметилфорамид). Выбор был обусловлен высокой вязкостью его смесей в СО2 (см. результаты отчёта прошлого года) для дальнейшего сравнения этой системы с обладающей низкой вязкостью системой СО2-ацетон. Во-вторых, в качестве микронизуемого объекта был дополнительно добавлен гидрохлорид умифеновира. Были проведены серии микронизаций методом SAS левофлоксацина и умифеновира в двухфазной и однофазной областях системы СО2 – растворитель – микронизуемое вещество. Для этого дополнительно были впервые построены кривые равновесия жидкость-газ систем СО2 – диметилфорамид – гидрохлорид левофлоксацина и системы СО2 – метанол – гидрохлорид умифеновира при температуре 40 °С. Было показано, что полученные закономерности зависимости размера частиц от давления аналогичны полученным для системы левофлоксацин - ацетон – CO2. Кристаллизация субстанции из двухфазной системы СО2-растворитель-микронизуемое вещество приводит к получению частиц с бимодальным распределением по размеру. Увеличение давления приводит к смене режима осаждения, и как следствие, кристаллизации частиц меньшего размера с мономодальным распределением. Это связано с тем, что выше определённого давления наблюдается полная смешиваемость СО2 и раствора при любых соотношениях СО2 и растворителя, что приводит к быстрому, «газоподобному» смешению в таких условиях. Это определяет высокую степень пересыщения при осаждении, и соответственно, высокую скорость зародышеобразования, что приводит к меньшему размеру осаждаемых частиц. Тогда как ниже определённого давления, система однофазна не при любых соотношениях СО2-растворитель, она пересекает двухфазную область. Наблюдается процесс осаждения из капель, в которых скорость смешения раствора и СК-СО2 лимитирована площадью поверхности соприкосновения двух фаз. При таких условиях, кристаллизация происходит при больших долях растворителя, что определяет меньшее пересыщение и меньшую скорость зародышеобразования. Образующиеся зародыши успевают вырастать до более крупных размеров. Таким образом в этом году: 1. Разработан и верифицирован новый метод измерения растворимости микронизуемых веществ в бинарных флюидах, основанный на отборе пробы из потока смеси СО2-растворитель-микронизуемое вещество в процессе SAS с последующей УФ спектрофотомерией получаемых растворов. 2. Впервые построены кривые равновесия жидкость - газ для системы СО2 – диметилфорамид – гидрохлорид левофлоксацина при температуре 40 °С. 3. Впервые построены кривые равновесия жидкость - газ для системы СО2 – метанол– гидрохлорид умифеновира при температуре 40 °С. 4. Показано, что давление, при котором проводят SAS существенно влияет на размер и морфологию осаждаемых частиц, т.к. определяет механизм смешения СО2 и раствора и кристаллизации. Проведение процесса «из двухфазной области» приводит к получению частиц бОльшего размера с бимодальным распределением по размеру, тогда как кристаллизация «в однофазной области» позволяет получать более дисперсный продукт, с более узким распределением частиц по размеру.