DRY POWDER FOR INHALATION - INFLUENCE OF MIXING PROCESS AND ADDITION OF MAGNESIUM STEARATE

Abstract

For efficient treatment of many diseases of the lung, it is beneficial to deliver the medicine to the respiratory tract directly. This ensures a rapid response since it can enter the bloodstream directly through the alveolar epithelium. Consequently, also decreases systemic effects due to the local treatment.

Dry powder inhaler (DPI) is today one of the most used inhalers for pulmonary delivery. The DPI formulations often consist of a micronized active pharmaceutical ingredient (API) which is mixed with larger carrier particles, creating an adhesive mixture. For a successful API delivery, there are four main factors that need to be considered; the formulation, the device used for the delivery, the physicochemical properties of the drug and the patient. In this thesis, the focus is to determine how the mixing energy, mixing speed, mixing time and use of coatings, affects the formulation and drug delivery.

These effects were studied using a Turbula T2C low shear and a Diosna P1-6 high shear mixer, set to different mixing speeds and mixing times to manufacture prototype formulations. To some of the batches, a coating of Magnesium Stearate was added. The formulations were studied using different analytical techniques.

Evidently, all the above-mentioned parameters play a part in the performance of the formulations. However, it is indicated that it is rather the mixing energy that controls the quality, than the individual parameters. Neither too low nor too high mixing energy is beneficial when manufacturing formulations.

Comparing the results of the Diosna and Turbula mixed formulations, it may be assumed that both are suitable for mixing of the API, however when mixing the coating agent, the Diosna high-shear mixer is favored. Adding a coating agent continually improved the performance of all formulations manufactured.

Popular Abstract (Swedish)

Nyckeln bakom en lyckad (torrpulver-) formulering

För att möjliggöra en lyckad administrering av inhalationsläkemedel är det många faktorer som spelar in. Däribland hur tillverkningen av formuleringen går till.

Till skillnad från vad många kanske tror, har inhalation länge använts som ett sätt att administrera läkemedel till lungan. Så länge, att de äldsta fynden daterar tillbaka ända till gamla Egypten. Sedan dess har såklart tekniken utvecklats och det var inte förrän under 1800-talet som den första inhalatorn för torrpulver patenterades. En av de viktigaste faktorerna som styr hur väl läkemedlet som inhaleras kan tas upp, är formuleringen.

Vanligtvis består torrpulver enbart av två ämnen, bärarpartiklar och aktiv substans. För att öka upptaget mals den aktiva substansen. Detta görs för att säkerställa att partiklarna är tillräckligt små för att kunna transporteras ned i lungorna. Problemet med mycket små partiklar är dock att pulverflytet är påtagligt sämre än för stora partiklar. Detta kan liknas med skillnaden mellan att försöka hälla strösocker och florsocker från en sked. Strösockret kommer rinna av medan florsockret, som är mycket mer finmalt, kommer vara mycket svårare att hälla och dosera. För att lösa detta problem introduceras bärarpartiklar, som är betydligt större. För att sätta detta i perspektiv är det optimalt att den aktiva substansen är kring 1-5 μm medan bärarpartiklarna bör vara mellan 30 och 150 μm. Genom att mixa dessa tillsammans kommer den aktiva substansen sätta sig på ytan av de stora bärarpartiklarna, och vid inhalation kommer dessa sedan att kunna separera och möjliggöra ett ökat upptag.

För att få ett så högt upptag som möjligt är det därför viktigt att studera hur blandningsprocessen påverkar depositionen samt separationen, dessutom kan denna process bli hjälpt av att tillsätta magnesiumstearat, som gör bärarnas yta jämnare och därav underlättar separationen. I examensarbetet “Dry powder for inhalation - Influence of mixing process and addition of magnesium stearate”, utfört av Love Ivarsson, undersöks dessa faktorer samt hur valet av blandare påverkar formuleringen.

Resultaten visade på att formuleringar med ett lager av magnesiumstearat på bärarpartiklarna ökade mängden aktiv substans som kunde nå ned i lungorna. Dessutom pekade resultaten på att den viktigaste aspekten när det kommer till mixningsprocessen är mängden energi som partiklarna blir utsatta för, snarare än mixningstid eller mixningshastighet, som är avgörande för kvalitén.

Idag används inhalationsläkemedel för att behandla flertalet vanliga sjukdomar, såsom till exempel astma och kronisk obstruktiv lungsjukdom (KOL). Fördelarna med att administrera läkemedel via inhalation är bland annat att det möjliggör mindre doser, då behandlingen är lokal vilket i sin tur även gör att risken för systemiska biverkningar blir betydligt längre, samt att responstiderna också blir lägre. Vid inhalationsadministrerade läkemedel kan det vara problematiskt att erhålla en tillräckligt hög deposition till lungorna, varför innovation och fortsatt arbete för att utveckla bättre formuleringar är viktigt.

• author: Ivarsson, Love
• supervisor: Kyrre Thalberg; Ann-Marie Lyberg
• organization: Food Technology and Nutrition (M.Sc.)
• course: KLGM15 20231
• year: 2023
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Medicine and Health Sciences
• keywords: inhalation, drug delivery, pulmonary drug delivery, API, FPF, FPD, DD, Turbula, Diosna, mixing energy, mixing time, mixing speed, pharmaceutical technology
• language: English
• id: 9108280
• date added to LUP: 2023-01-23 15:05:44
• date last changed: 2023-01-23 15:05:44