Development of a long-acting tablet with ticagrelor high-loaded nanostructured lipid carriers

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Ticagrelor (TCG), an antiplatelet agent, has low solubility and permeability, so many attempts have been made to apply pharmaceutical technology to improve the solubility and permeability of the drug. Nanostructured lipid carriers (NLCs) are second-generation lipid nanoparticles with properties to increase oral bioavailability and delay the release. However, drugs that require high doses due to low drug loading are limited. This study aims to improve drug loading and bioavailability through a high-loaded nanostructured lipid carrier (HL-NLC) using the Box-Behnken design and to develop a sustained-release tablet by manufacturing a solid formulation using an adsorbent. To evaluate the potential of high-content nanostructured lipid carriers for GMS and Capmul MCM EP, which have high solubility due to previous studies, were selected as solid lipids and liquid lipids. In addition, d--Tocopherol polyethylene glycol 1000 succinate and poloxamer 188, which are surfactants with the highest solubility and co-surfactants that will increase the stability of the formulation, were selected through screening studies. The formulation was optimized for process parameters (total lipid content, liquid lipid content ratio, surfactant fraction) for various response parameter factors (particle size, polydispersity index, encapsulation efficiency, drug loading) using the Box-Benken experimental design. The high-loaded nanostructured lipid carrier was successfully fabricated and optimized with a particle size of 164.5 ± 3.8 nm, a polydispersity index of 0.199 ± 0.018, encapsulation efficiency of 98.5 ± 3.6%, and a drug loading of 16.4 ± 1.7%. In addition, an adsorbent was used to solidify the formulation, and the adsorbent was determined based on physical properties such as bulk density, tap density, angle of repose, Hausner ratio, and Carr's index. Florite R was used because of its excellent adsorption capacity, excellent physical properties, and solubility of the powder after preparation, and a solidified high-loaded nanostructured lipid carrier (S-HL-NLC) was prepared. The results of scanning electron microscopy, differential scanning calorimetry, Fourier transform infrared spectroscopy, and powder X-ray diffraction analysis that the crystallinity of TCG was transformed into an amorphous form in the lipid matrix. In addition, a sustained-release tablet with a dissolution rate of over 90% within 24 h was developed using HPMC 4000 for the S-HL-NLC. Moreover, the HL-NLC and the S-HL-NLC did not show cytotoxicity to Caco-2 cells, and at a concentration of 20 µg/mL, 1.61-fold and 1.28-fold higher cellular uptake compared to TCG, respectively. In the pharmacokinetic study, the bioavailability of HL-NLC and S-HL-NLC compared to TCG was 293.03 ± 33.65%, 323.91 ± 37.20% depending on the area under the curve (AUCtotal) and peak plasma concentration (Cmax). In conclusion, HL-NLC tablets were successfully developed with sustained release profiles and improved oral bioavailability. This formulation improves the oral bioavailability of TCG and suggests that it can be used as a carrier for various oral administrations by using as a solid formulation.

국문 초록 (Abstract)

항 혈소판제인 티카그렐러는 용해도 및 투과성이 낮아 약물의 용해도 및 투과성을 향상시키기 위한 약제학적 기술 적용하려는 시도가 많다. 나노구조 지질 운반체는 경구 생체이용률을 증가시기고 방출을 지연시키는 특징을 가진 2세대 지질 나노 입자이다. 그러나 낮은 약물 로딩으로 인해 높은 복용량을 필요로하는 약물은 제한적이다. 본 연구의 목적은 박스-벤켄 디자인을 이용한 고함량 나노구조 지질운반체를 통해 약물 로딩과 생체이용률을 개선시키고, 흡착제를 사용해 고형제제로 제조됨으로써 서방정을 개발하기 위한 고함량 나노구조 지질운반체의 가능성을 평가하는 것이다. 선행연구로 인해 용해도가 높은 모노스테아린산글리세린과 캡뮬 MCM EP이 고체 지질 및 액체 지질로 선택하였다. 또한 스크리닝 연구를 통해 용해도가 가장 높은 계면활성제와 제형의 안정성을 높여줄 공계면활성제인 d--토코페롤숙시네이트와 폴록사머 188을 선택하였다. 제형은 다양한 반응 변수 인자(입자크기, 다분산 지수, 캡슐화 효율, 약물 로딩)에 대해 박스-벤켄 실험 설계를 사용하여 공정 변수(총 지질 함량, 액체 지질량 비율, 계면활성제 분율)들을 최적화하였다. 고함량 나노구조 지질운반체는 164.5 ± 3.8 nm의 입자 크기, 0.199 ± 0.018의 다분산 지수, 98.5 ± 3.6%의 캡슐화 효율 및 16.4 ± 1.7%의 약물 로딩으로 성공적으로 제작 및 최적화되었다. 또한 제형의 고형화를 위해 흡착제가 사용되었고 부피밀도, 탭밀도, 안식각, 하우스너 비율, 카르 지수 등의 물성을 기반으로 흡착제를 결정하였다. Florite R은 우수한 흡착력, 우수한 물성 및 제조 후 분말의 용해도 때문에 사용되었고 고형화된 고함량 나노구조 지질운반체를 제조하였다. 주사전자현미경, 시차주사열량계, 푸리에변환적외선분광법, 분말 X-선 회절의 결과는 지질 매트릭스 내에서 티카그렐러의 결정성이 무정형으로 변형되었음을 확인했다. 또한 고형화된 고함량 나노구조 지질운반체는 HPMC 4000을 사용하여 24시간 이내에 90%이상의 용출률을 가진 서방형 정제를 개발했다. 더욱이, 고함량 나노구조 지질운반체와 고형화된 고함량 나노구조 지질운반체는 Caco-2 세포에 대해 세포독성을 나타내지 않았고 20 µg/mL의 농도에서 티카그렐러에 비해 각각 1.61배 및 1.28배 높은 세포흡수를 보였다. 약동학 연구에서 티카그렐러와 비교하여 고함량 나노구조 지질운반체와 고형화된 고함량 나노구조 지질운반체의 생체이용률은 곡선하면적(AUCtotal) 및 최고 혈중농도(Cmax)에 따라 293.03 ± 33.65%, 323.91 ± 37.20%로 향상시켰다. 결론적으로, 고함량 나노구조 지질운반체 정제는 지속 방출 프로파일과 향상된 경구 생체이용률을 가짐으로 성공적으로 개발되었다. 이 제형은 티카그렐러의 경구 생체이용률을 향상시키고 고형제제로 사용함으로써 다양한 경구투여를 위한 전달체로 사용될 수 있음을 제안한다.

목차 (Table of Contents)

• 1. Introduction 1
• 2. Materials and methods 4
• 2.1. Materials 4
• 2.2. Preparation and optimization of HL-NLC 5
• 2.2.1. Screening of surfactant and cosurfactant 5
• 2.2.2. Preparation of HL-NLC 6
• 2.2.3. Optimization of HL-NLC 6
• 2.2.4. Determination of physicochemical properties of HL-NLC 7
• 2.3. Solidification of HL-NLC 10
• 2.3.1. Physical properties of S-HL-NLC 10
• 2.3.2. Evaluation of drug content 11
• 2.3.3. Dissolution test 11
• 2.3.4. Transmission electron microscopy (TEM) 11
• 2.3.5. Scanning electron microscope (SEM) 12
• 2.3.6. Differential scanning calorimetry (DSC) 12
• 2.3.7. Fourier transform-infrared spectroscopy (FT-IR) 12
• 2.3.8. Powder X-ray diffraction (PXRD) 12
• 2.4. Preparation and characterization of S-HL-NLC tablets 12
• 2.5. Cytotoxicity of HL-NLC 14
• 2.6. Cellular uptake of HL-NLC 14
• 2.7. HPLC condition for the determination of TCG 15
• 2.8. Pharmacokinetics of S-HL-NLC 15
• 2.8.1. Animal experiment 15
• 2.8.2. Determination of TCG in plasma 16
• 2.8.3. Statistical analysis 16
• 3. Results and discussion 17
• 3.1. Screening of excipient 17
• 3.2. Optimization of HL-NLC 20
• 3.3. Characterization of S-HL-NLC 28
• 3.4. Characterization of HL-NLC and S-HL-NLC 32
• 3.4.1. SEM and TEM analysis 32
• 3.4.2. XRD, FT-IR and DSC analysis 32
• 3.5. Preparation and characterization of S-HL-NLC tablets 35
• 3.5.1. Composition, in vitro dissolution rate of S-HL-NLC tablets 35
• 3.5.2. Physical properties of S-HL-NLC tablet 38
• 3.6. Cytotoxicity of HL-NLC and S-HL-NLC 42
• 3.7. Cellular uptake of HL-NLC and S-HL-NLC 44
• 3.8. Pharmacokinetics of HL-NLC and S-HL-NLC 46
• 4. Conclusion 50
• References 51
• ABSTRACT 58