Новые методы в оценке качества сульфаниламидов (дифференциальная сканирующая калориметрия, термогравиметрический анализ, нарушенное полное внутреннее отражение,

На правах рукописи

БАЛЫКЛОВА КСЕНИЯ СЕРГЕЕВНА

НОВЫЕ МЕТОДЫ В ОЦЕНКЕ КАЧЕСТВА СУЛЬФАНИЛАМИДОВ
(ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ СКАНИРУЮЩАЯ КАЛОРИМЕТРИЯ,
ТЕРМОГРАВИМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ,
НАРУШЕННОЕ ПОЛНОЕ ВНУТРЕННЕЕ ОТРАЖЕНИЕ,
БЛИЖНЯЯ ИНФРАКРАСНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ)

14.04.02 – Фармацевтическая химия, фармакогнозия

Автореферат
диссертации на соискание ученой степени

кандидата фармацевтических наук

Москва – 2011

Работа выполнена в ГОУ ВПО Первый Московский государственный медицинский университет имени И.М.Сеченова

Научные руководители:

доктор фармацевтических наук, профессор	Садчикова Наталья Петровна
доктор фармацевтических наук	Титова Анна Васильевна

Официальные оппоненты:

доктор химических наук, профессор	Харитонов Юрий Яковлевич
доктор фармацевтических наук	Емшанова Светлана Витальевна

Ведущая организация:

ОАО «Всероссийский научный центр по безопасности биологически активных веществ» (ОАО «ВНЦ БАВ»)

Защита состоится: « » 2011 г. в 14 часов на заседании Диссертационного совета Д.208.040.09 при ГОУ ВПО Первый Московский государственный медицинский университет имени И.М. Сеченова по адресу: 119019, г. Москва, Никитский бульвар, д. 13.

С диссертацией можно ознакомиться в Центральной научной медицинской библиотеке Первого МГМУ им. И.М.Сеченова (ЦНМБ) по адресу: 117998, г. Москва, Нахимовский проспект д. 49.

Автореферат разослан «_____»_______________2011 г.

Ученый секретарь

Диссертационного Совета

доктор фармацевтических наук, профессор

Садчикова Наталья Петровна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Проблема обеспечения качества лекарственных средств сохраняет свою актуальность как на национальном, так и на международном уровне. Это обусловлено расширением их номенклатуры в первую очередь за счет увеличения воспроизведенных лекарственных средств, вовлечением в сферу обращения наряду с лекарственными препаратами фармацевтических субстанций. В условиях рыночного развития экономики страны в производство лекарственных средств включаются предприятия, не занимавшиеся ранее фармацевтическим производством, и использующие различные технологичные схемы получения лекарственных средств.

Многообразие технологических процессов получения как субстанций, так и лекарственных препаратов на различных заводах привело к существованию на фармацевтическом рынке лекарственных средств одного наименования, но изготовленных по разным технологиям и вследствие этого различающихся по наличию или отсутствию полиморфных форм, сольватов и/или кристаллогидратов, что влияет на их биодоступность и ряд технологических характеристик.

Сульфаниламиды, несмотря на появление новых антибактериальных средств, регулярно назначаются при различных инфекционных заболеваниях. В настоящее время на фармацевтическом рынке России в обращении находится 10 наименований сульфаниламидов, субстанции производятся на 10 предприятиях, а готовые лекарственные формы – на 25.

Современные требования к качеству лекарственных средств характеризуются тенденцией к получению новых или дополнительных данных о свойствах и химических превращениях лекарственных веществ в составе лекарственных форм с помощью таких методов, которые еще не получили широкого распространения в фармацевтическом анализе и контроле процесса производства. К таким методам относятся ИК-спектроскопия в вариантах нарушенного полного внутреннего отражения (НПВО) и ближ-ней инфракрасной спектроскопии (БИК), дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК) и термогравиметрический анализ (ТГА).

Метод НПВО, в отличие от общепринятого варианта ИК-спектроскопии пропускания в дисках калия бромида или суспензии в масле, не требует специальной пробоподготовки образца и может быть использован в качестве экспресс-метода в испытаниях на подлинность лекарственных средств.

В последнее время возрос интерес к ближней области ИК-спектроскопии (БИК), но ее место в системе контроля качества лекарственных средств до конца не определено.

Термоаналитические методы анализа (ДСК и ТГА) находят практическое применение в анализе полиморфных форм веществ, для выявления различий в технологии получения субстанций и определения полиморфных форм веществ или примесей в лекарственных формах.

Таким образом, обоснование применения данных методов в системе контроля качества и производства лекарственных средств является актуальным и своевременным.

Цель и основные задачи исследования

Целью настоящего исследования является изучение возможности использования комплекса методов термического анализа (ДСК, ТГА) и ИК-спектроскопии (НПВО, БИК) для оценки качества лекарственных средств из группы сульфаниламидов.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

– изучить кривые ДСК и ТГА субстанций и лекарственных форм сульфаниламидов различных заводов-изготовителей;

– изучить в сравнительном аспекте ИК-спектры пропускания и НПВО субстанций и лекарственных форм сульфаниламидов для обоснования использования метода НПВО в испытаниях на подлинность лекарственных веществ;

– дать сравнительную оценку БИК-спектров субстанций и лекарственных форм сульфаниламидов с помощью визуального метода анализа;

– провести хемометрическую обработку полученных БИК-спектров с помощью дискриминантного и кластерного видов анализа и на основании полученных результатов построить модели распределения «БИК-спектр – наименование субстанции» и «БИК-спектр – наименование препарата»;

– обосновать возможность применения БИК-спектроскопии для установления принадлежности лекарственного средства конкретному заводу-изготовителю.

Научная новизна результатов исследования

С помощью комплекса методов термического анализа и ИК-спектроскопии получены новые данные о свойствах лекарственных веществ группы сульфаниламидов.

Методом ДСК и ТГА доказано присутствие примесей метастабильных полиморфных форм в субстанциях и таблетированных формах стрептоцида и норсульфазола. В образцах субстанции сульгина выявлено присутствие примесей метастабильных полиморфных форм и кристаллогидратов и/или сольватов, а в таблетках сульгина – только кристаллогидратной и/или сольватной формы.

Методом ДСК установлено, что при плавлении сульфацил-натрия, норсульфазола, этазола происходит необратимая аморфизация; стрептоцида, сульгина, сульфалена, сульфадимезина, сульфадимезин-натрия, сульфаметоксазола – рекристаллизация, а стрептоцид растворимый, норсульфазол-натрий и сульфадиметоксин плавятся с разрушением. Отмечено, что при повторном нагревании сульфадимезина и сульфадимезин-натрия происходит их рекристаллизация.

Результаты исследования образцов сульфаниламидов различных серий и предприятий-изготовителей, полученные методом ДСК, свидетельствуют о неоднородном составе стрептоцида, стрептоцида растворимого, сульфацил-натрия, норсульфазола и фталазола, что может быть обусловлено некоторыми различиями в технологии их получения.

Показано, что НПВО- и БИК-спектры сульфаниламидов субстанций и однокомпонентных таблеток практически совпадают и могут быть использованы для подтверждения подлинности лекарственных веществ в составе лекарственных форм.

В НПВО- и БИК-спектрах комбинированных препаратов, содержащих сульфаметоксазол и триметоприм (400 мг + 80 мг), прослеживаются преимущественно полосы сульфаметоксазола; триметоприм проявляется лишь в виде малоинтенсивных полос при 1231 и 6814 см-1.

Полученные БИК-спектры субстанций и лекарственных форм были подвергнуты дискриминантному анализу с помощью программы «TQ Analyst» (критерием различия было расстояние Махаланобиса). На основании полученных результатов построены модели распределения анализируемых объектов по принадлежности их соответствующим предприятиям-изготовителям. Показано, что продукция одного наименования конкретного завода-изготовителя неоднородна от серии к серии, в то же время отмечена близость расстояния Махаланобиса для образцов одного наименования разных заводов-изготовителей. В ряде случаев с помощью дискриминантного анализа доказана принадлежность лекарственных веществ соответствующим заводам-изготовителям (субстанции: стрептоцида растворимого производства ОАО «Усолье-Сибирский ХФК», норсульфазола фирм «Шанхай Ю Ксинг Файн Кемикал Ко» и «МИР-ФАРМ», сульфадимезина фирмы «Хемофарма Усти», таблеток сульфадимезина производства ОАО «Ирбитский ХФЗ» и ОАО «Мосхимфармпрепараты» имени Н.А. Семашко).

Практическая значимость результатов исследования. На основе методов термического анализа и ИК-спектроскопии получены новые данные, характеризующие свойства и состав субстанций сульфаниламидов, используемых для получения лекарственных препаратов.

Разработаны методики подтверждения подлинности сульфаниламидов в субстанциях и лекарственных формах с помощью метода НПВО, апробированные в филиалах Федерального Государственного учреждения «Информационно-методический центр по экспертизе, учету и анализу обращения средств медицинского применения» Росздравнадзора (г. Красноярск, г. Ростов-на-Дону), рекомендованные для использования предприятиями и организациями, осуществляющими выпуск и контроль лекарственных средств.

Результаты исследования образцов фталазола методом ИК-спектроскопии использованы при разработке проекта соответствующей фармакопейной статьи для ГФ XII.

Полученные результаты свидетельствуют о целесообразности использования предприятиями методов ДСК, ТГА, НПВО и БИК для контроля технологических процессов получения лекарственных средств и обеспечения выпуска однородной и стандартной продукции.

Апробация работы

Результаты работы доложены на итоговой научной конференции студентов и молодых исследователей «Татьянин день» в 2009 и 2010 гг., на XVI Российском национальном конгрессе «Человек и лекарство», на международной научно-практической конференции «Ботанические сады в 21 веке: сохранение биоразнообразия, стратегия развития и инновационные решения» в 2009 г.

Личный вклад автора. Автору принадлежит ведущая роль в выборе направления исследования, анализе и обобщении полученных результатов. В работах, выполненных в соавторстве, автором лично проведено мониторинг основных параметров, аналитическая и статистическая обработка, научное обоснование и обобщение полученных результатов. Вклад автора является определяющим и заключается в непосредственном участии во всех этапах исследования: от постановки задач, их экспериментально-теоретической реализации до обсуждения результатов в научных публикациях, докладах и внедрения в практику.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Научные положения диссертации соответствуют формуле специальности 14.04.02 – «фармацевтическая химия, фармакогнозия». Результаты проведённого исследования соответствуют области исследования специальности, конкретно пунктам 1 и 4 паспорта фармацевтическая химия, фармакогнозия.

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 10 работ, из них 4 – в журналах, рекомендованных ВАК.

Связь темы исследования с проблемным планом фармацевтических наук. Диссертационная работа выполнена в рамках комплексной темы кафедры фармацевтической и токсикологической химии Первого МГМУ им. И.М.Сеченова «Основные направления создания и оценки качества лекарственных средств» (номер госрегистрации 01.2.006 06 352).

Положения, выносимые на защиту:

– новые данные о составе субстанций сульфаниламидов, полученные методами ДСК и ТГА;

– обоснование использования метода НПВО для подтверждения подлинности сульфаниламидов в субстанциях и лекарственных формах;

– обоснование применения комплекса методов НПВО и БИК с целью установления изготовителя субстанций и лекарственных форм и выявления фальсифицированной продукции;

– результаты хемометрической обработки БИК-спектров.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа изложена на 163 страницах машинописного текста, состоит из введения, обзора литературы (1 глава), экспериментальной части (4 главы), общих выводов, списка литературы и приложений (14 страниц). Диссертация включает 27 таблиц и 122 рисунка. Библиографический список содержит 210 источников, из них 156 на иностранном языке.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Объекты исследования и методы анализа

Объекты исследования: стрептоцид, стрептоцид растворимый, сульфацил-натрий, сульгин, норсульфазол, норсульфазол-натрий, фталазол, этазол, сульфален, сульфадимезин, сульфадимезин-натрий, сульфадиметоксин и сульфаметоксазол. Общее количество серий образцов составило 167, из них 117 серий – субстанции и 50 серий – промышленные лекарственные формы (таблетки, порошки, мазь, глазные капли). В работе использовались образцы лекарственных средств, отвечающие требованиям действующей нормативной документации (ФСП или НД).

Исследование термическими методами проводилось на приборах с модулями DSC822e и TGA1 фирмы «Mettler Tolledo» в диапазоне температур от 0 до 500 °С, с использованием системы термического анализа STARe (2005 г). Работа проводилась согласно следующей схеме: вначале исследовали образец при стандартном режиме нагревания (от 30 до 300 °С со скоростью 5 °С/мин). Появление пиков на кривой ДСК свидетельствовало об изменении энтальпии, связанных с фазовым переходом вещества. Для установления однородности пиков нагревание проводили

со скоростью 1 и 100 °С/мин. Термическую устойчивость пиков изучали нагреванием от 30 °С до температуры максимума пика, последующем охлаждением образца до 30 °С и повторным нагреванием до 300 °С (скорость нагревания была постоянной – 5 °С/мин) [Титова А.В., 2008]. Исследование соединения термогравиметрическим методом (ТГА) дало дополнительную информацию о возможной природе отмеченных пиков.

Исследование в средней и ближней ИК-области проводилось на приборах ИК-Фурье спектрометр Digilab Co Pharmalyzir (США) с приставками для получения спектров пропускания в дисках калия бромида и для получения НПВО-спектров и ИК-Фурье спектрометр Antaris II фирмы Thermo Electron Corporation (Интертек, США) с интегрирующей сферой.

Термоанализ сульфаниламидов (ДСК и ТГА)

В результате проведенного исследования установлено, что пик на термограммах субстанции и таблеток стрептоцида с максимумом при температуре около 164,0 °С является фазовым переходом вещества из кристаллической формы в жидкую. Процесс плавления стрептоцида является обратимым и после плавления вещество восстанавливает свою кристаллическую структуру. Кроме данного пика на термограммах обнаружены низкоинтенсивные пики, свидетельствующие о присутствии в стрептоциде метастабильных полиморфных форм, которые после плавления переходят в основную форму. Их присутствие подтверждено плавлением образца со скоростью нагревания 100 °С/мин (рис. 1). Примесь полиморфной формы была обнаружена также на термограммах таблеток стрептоцида. Термограммы субстанции стрептоцида растворимого различных серий и заводов-изготовителей имеют различия в области фазового перехода вещества, что возможно, связано с разрушением структуры.

а)б)в)

г)д)е)

Рис.1. Термограммы ДСК и ТГА субстанций стрептоцида при стандартном режиме (а, б) (30-300-5 °С/мин) и со скоростью нагревания 100 °С/мин (г, д); термостабильность (в); термограммы ДСК таблеток стрептоцида (е)

На термограммах ДСК всех образцов субстанции сульфацил-натрия четко видны два эндотермических пика с разной интенсивностью. По характеру термограмм ДСК исследуемые образцы сульфацил-натрия были разделены на две группы. На термограммах образцов первой группы между указанными пиками присутствует широкий эндотермический пик, а на термограммах второй группы – многочисленные низкоинтенсивные пики. Форма пиков и их поведение при различных режимах нагревания позволяют предположить, что первый пик (144,0 °С) на термограммах сульфацил-натрия является плавлением кристаллогидратной формы, второй – удалением растворителя (179,8 °С), третий пик (266,7 °С) – фазовым переходом кристаллической формы сульфацил-натрия, которая плавится с аморфизацией. Микроскопическое исследование субстанций сульфацил-натрия выявило различия по форме и размеру кристаллов между исследуемыми образцами (рис. 2).

а)б)в)

г) д)

е)

Рис.2. Термограммы ДСК и ТГА субстанций сульфацил-натрия первой (а) и второй (б) группы при стандартном режиме (30-300-5 °С/мин) и со скоростью нагревания 1 °С/мин (в); термостабильность (г); микроскопия (4х10) первой (д) и второй (е) группы образцов сульфацил-натрия

Из термограммы сульгина следует, что анализируемый образец содержит несколько полиморфных форм, одна из которых является кристаллогидратом и/или сольватом, две другие – собственно полиморфными формами. Установлено, что температура плавления сульгина в таблетках и субстанциях практически совпадает (рис. 3).

а)б)в)

Рис.3. Термограммы ДСК и ТГА субстанций сульгина (а); термостабильность (б); термограмма ДСК таблеток сульгина (в)

Результаты анализа методом ДСК субстанций норсульфазола свидетельствуют о наличии двух полиморфных форм, которые после плавления аморфизуются. По характеру термограмм ДСК образцы норсульфазола были разделены на две группы. В первой группе одна из полиморфных форм плавилась при 163,4 °С, а во второй – при 170,9 °С. В таблетках температура плавления норсульфазола не изменяется (рис. 4).

а)б)в)