Prove di Stabilità. Francesco Lai

(1)

Francesco Lai

Tecnologia Farmaceutica Applicata

Dipartimento di Scienze della Vita e dell’Ambiente Università degli Studi di Cagliari

(2)

ID relazio ne rId16 non è stata trovata nel file.

Stabilità

Per stabilità di un prodotto farmaceutico si intende la capacità di una particolare formulazione, in uno specifico contenitore, di conservare inalterate entro limiti definiti e nel ambito del suo periodo di conservazione ed utilizzo (shelf life) le proprie peculiari proprietà fisiche, chimiche, microbiologiche, terapeutiche e tossicologiche:

La instabilità può determinare:

• Ridotta attività del farmaco

• Formazione di prodotti tossici di decomposizione

• Alterazione della forma farmaceutica

• il contenuto in principi attivi non può variare che entro limiti ristretti (10%)

• il colore, la viscosità, il pH e la carica batterica devono rimanere costanti

La data di preparazione e di scadenza della specialità registrata devono essere obbligatoriamente riportate sulla confezione.

(3)

Scopo degli Studi di stabilità

• Ricercare le cause che determinano il deterioramento dei farmaci (e formulazione)

• Studiare la velocità con cui avviene tale deterioramento

• Studiare misure adatte a ridurre l’entità e la velocità del deterioramento

(4)

Studi di stabilità (principi attivi e formulazioni)

Ø Prove di stress su principio attivo

Ø Prove Normali di Stabilità (Studi di stabilità a lungo termine) Ø Prove Accelerate di Stabilità (Studi di stabilità a breve termine)

•Metodo isotermico (Garret)

•Metodo non isotermico (Rogers)

(5)

Prove di stress su p.a.

Si valuta l’effetto di:

• Temperatura

• Luce

• O₂

• pH

• Eccipienti previsti nella formulazione (prove di compatibilità )

(6)

https://www.ema.europa.eu/en/human-regulatory/research-development/scientific-guidelines/quality/quality-stability

(7)

Normativa di riferimento

International Conference on Harmonisation of technical requirements for registration of pharmaceuticals for human use

ICH Q1A: ”Stability Testing Of New Drug Substances And Products”

ICH Q1B: “Photostability Testing of New Drug Substances and Products”

ICH Q1C: “Stability Testing of New Dosage Forms”

ICH Q3A: “Impurities in New Drug Substances”

ICH Q3B: “Impurities in New Drug Products”

ICH Q5C: “Stability Testing of Biotechnological/Biological Products”

ICH Q6A: “Specifications: Test Procedures and Acceptance Criteria for New Drug Substances and New Drug Products:

Chemical Substances”

ICH Q6B: “Specifications: Test Procedures and Acceptance Criteria for New Drug Substances and New Drug Products:

Biotechnological/Biological Products”

(8)

Studi di stabilità (principi attivi e formulazioni)

(9)

Ordine di reazione

• Ordine zero

La velocità della reazione è indipendente dalla concentrazione dei reagenti

dA

dt = -K

A = −Kt + Ao

A = quantità di Farmaco A non degradata al tempo t K = costante di velocità della reazione (massa t

^-1)

0

Tempo (t)

A

A = −Kt + Ao Ao

y = mx + q

Farmaco A prodotto di degradazione B

(10)

Ordine di reazione

• t_1/2reazione di ordine zero

0

Tempo (t)

A

Ao(100%)

Ao/2 (50%)

t_1/2

k t Ao

K t Ao

Kt A

Ao

Kt A

Ao

Ao Kt

A

10 2 2

% 10

2 / 1

=

= -

-

= -

+ -

=

t₁₀ Ao/10 (10%)

A = −Kt + Ao Ao = concentrazione iniziale farmaco (t=0)

A = quantità di farmaco che non degradata al tempo t K = costante di velocità della reazione ( t^-1)

(11)

Ordine di reazione

• Ordine primo

La velocità della reazione è proporzionale alla concentrazione di uno dei reagenti

dA

dt

= −KA

ln A = −Kt + ln Ao

log A = −

K

2, 303

t + log Ao

log

A

Ao

= −

K

2, 303

t

K = log Ao A

2, 303

t

Ao = concentrazione iniziale farmaco (t=0) A = quantità di farmaco non degradata al tempo t K = costante di velocità della reazione ( t^-1)

0

Tempo (t) Log A

K ( t

^-1

)

Log Ao log A = − K

2, 303t + log Ao Farmaco A prodotto di degradazione B

(12)

Ordine di reazione

• t_1/2reazione di ordine primo

K = log Ao A

2, 303

t K = log Ao

(Ao − Ao 2 )

2, 303 t

_1/2

K = log Ao ( Ao 2 )

2, 303

t

_1/2

= log 2 2, 303 t

_1/2

t

_1/2

= log 2 2, 303 K

t

_1/2

= 0, 693

K t

_10%

= 0,10538 K

0

Tempo (t) Log A

Log Ao

log A = − K

2, 303t + log Ao Ao = concentrazione iniziale farmaco (t=0)

A = quantità di farmaco non degradata al tempo t K = costante di velocità della reazione ( t^-1)

(13)

Effetto della temperatura-Equazione di Arrhenius

K= A e

^-Ea/RT

log K= −Ea

2, 3RT + log A (y = mx + q)

logK₂

K₁ = − Ea 2, 3R(1

T₂ − 1 T₁)

logK₂

K₁ = − Ea (T₁− T₂) 2, 3R (T₂× T₁)

Dipendenza della velocità di una reazione dalla temperatura

log K= −Ea

2, 3RT+ log A

K= costante della velocità di reazione

A= costante (funzione dell’entalpia di reazione) Ea= energia di attivazione (Cal/mole)

R= costante dei gas (1,987 Cal K^-1mol^-1) T= temperatura (gradi Kelvin 273,15 + °C)

(14)

Studi di stabilità (principi attivi e formulazioni)

(15)

Prove Normali di Stabilità

Nelle prove normali si studia la stabilità del prodotto per un lungo periodo di tempo (12 mesi o spesso uguale al periodo di stabilità che si vuole assegnare al prodotto stesso).

Lo studio viene eseguito nelle stesse condizioni di stoccaggio (temperatura, umidità ecc.) previste per il prodotto finito una volta immesso sul mercato.

(16)

Prove Normali di Stabilità

Studio della stabilità del farmaco Farmaco X che va incontro ad ossidazione utilizzando le Prove Normali di Stabilità (eseguite a 25°C per 24 mesi).

Si vuole ottenere un prodotto con stabilità minima di 18 mesi (calo tollerato del 10%)

Viene formulato come:

•

A= soluzione parenterale (15 mg/ml) (100 fiale)

•

B= soluzione parenterale (15 mg/ml) + 0,2 % antiossidante (100 fiale)

•

C= soluzione parenterale (15 mg/ml) + 0,4 % antiossidante (100 fiale)

•

Determinare ordine di reazione

•

La costante della velocità di reazione

•

T_1/2 e T_10%

(17)

Prove Normali di Stabilità- Dati sperimentali

(mesi) A(conc) B (conc) C (conc)

0 13,3 14,5 15

3 _12,6 _13,6 _14,9

6 _11,6 _12,9 ₁₅

9 10,8 11,8 14,6

12 10,5 11 14,5

15 9,6 10,3 14,6

18 8,9 9,4 14,4

21 _8,1 _8,6 _14,3

24 _7,4 _7,8 _14,3

a (log conc) b (log conc) c (log conc)

1,124 1,161 1,176

1,100 1,134 1,173

1,064 1,111 1,176

1,033 1,072 1,164

1,021 1,041 1,161

0,982 1,013 1,164

0,949 0,973 1,158

0,908 0,934 1,155

0,869 0,892 1,155

Tempi Concentrazioni (mg/ml) Log concentazioni

25°C

(mesi) A %

degradata B %

degradata C % degradata

0 11,33 3,33 0,00

3 16,00 9,33 0,67

6 22,67 14,00 0,00

9 28,00 21,33 2,67

12 30,00 26,67 3,33

15 36,00 31,33 2,67

18 40,67 37,33 4,00

21 46,00 42,67 4,67

24 50,67 48,00 4,67

(18)

Degradazione di ordine zero o primo ordine?

Come capisco se la Degradazione del farmaco A segue una reazione di ordine zero o di primo ordine?

0 20 40 60 80 100 120

0 5 10 15 20 25 30

concentrazioni (mg/ml)

tempo (h)

Serie1

0 0,5 1 1,5 2 2,5

0 10 20 30

log concentrazioni

tempo (h)

Serie1

(19)

reazione di ordine zero

0

Tempo (t)

Log A Log Ao

Tempo (t) [A]

[A0]

Scala semilogaritmica

A = −Kt + Ao

(20)

reazione di ordine primo

0

Tempo (t) Log A

Log Ao

log A = − K

2, 303t + log Ao

Tempo (t) [A]

Scala semilogaritmica

(21)

Determinazione ordine di reazione

Riporto i dati sperimentali su un sistema di assi cartesiani

y = -0,2428x + 13,224 R² = 0,9956

y = -0,2794x + 14,453 R² = 0,9988 y = -0,0322x + 15,009

R² = 0,8822

0 2 4 6 8 10 12 14 16

0 5 10 15 20 25 30

Concentrazioni mg/ml

tempo (mesi) a

b

c y = -0,0104x + 1,1309

R² = 0,9906

y = -0,0112x + 1,1707 R² = 0,9942 y = -0,001x + 1,1764

R² = 0,8841

0,800 0,850 0,900 0,950 1,000 1,050 1,100 1,150 1,200

0 5 10 15 20 25 30

Log concentrazioni

tempo (mesi) Log a

Log B Log c

zero) ordine di

(reazione Ao

Kt A=- +

k t Ao

10

2 ¹⁰^%

2 /

1 = =

primo) ordine

di (reazione

303 log ,

log 2K t Ao

A=- +

10538 , 0

693

, 0

% 10 2

/

1 t K

t = K =

(22)

di immagi ne con ID relazio ne rId16 non è stata trovata nel file.

Riassunto equazioni

log K= −Ea

2, 3RT + log A (y = mx + q)

logK₂

K₁ = − Ea 2, 3R( 1

T₂ − 1 T₁)

logK₂

K₁ = − Ea (T₁− T₂) 2, 3R (T₂× T₁)

log K= −Ea

2, 3RT + log A (y = mx + q)

logK₂

K₁ = − Ea 2, 3R( 1

T₂ − 1 T₁)

logK₂

K₁ = − Ea (T₁− T₂) 2, 3R (T₂× T₁)

Equazione di Arrhenius

k t Ao

K t Ao

K t A Ao

Kt A

Ao

Kt A

Ao

10 2 2

% 10

2 / 1

=

= - =

= -

-

= -

k t Ao

K t Ao

K t A Ao

Kt A

Ao

Kt A

Ao

Ao Kt

A

10 2 2

% 10

2 / 1

=

= - =

= -

-

= -

+ -

=

Cinetica di ordine zero

dA

dt

= −KA

ln A = −Kt + ln Ao

log A = −

K

2, 303

t + log Ao

log

A

Ao

= −

K

2, 303

t

K = log Ao A

2, 303

t

A t

K = log Ao (Ao − Ao

2 )

2, 303 t

_1/2

K = log Ao ( Ao 2 )

2, 303

t

_1/2

= log 2 2, 303 t

_1/2

t

_1/2

= log 2 2, 303 K

t

_1/2

= 0, 693

K t

_10%

= 0,10538

K

Cinetica di primo ordine

(23)

Calcolo T

_1/2

e T

_10%

Retta ricavata dai dati sperimentali per

C= soluzione parenterale (15 mg/ml) + 0,4 % antiossidante ipotizzando reazione di ordine zero (concentrazioni/tempo)

y = -0,0322x + 15,009 (y = mx + q) R² = 0,8822

Retta ricavata dai dati sperimentali per

C= soluzione parenterale (15 mg/ml) + 0,4 % antiossidante ipotizzando reazione di ordine primo (log concentrazioni/tempo)

y = -0,001x + 1,1764 (y = mx + q) R² = 0,8841

primo) ordine

di (reazione

303 log ,

log 2K t Ao

A=- +

10538 , 0

693

, 0

% 10 2

/

1 t K

t = K =

0023 , 0 303 , 2

* 001 , 0

001 , 303 0 , 2

=

-

= -

= K m K

anni) (3,88 mesi 46,61 0322

, 0

* 10

009 . 15

anni) (19,42 mesi 05 , 33 0322 2 , 0

* 2

009 . 15

% 10

2 / 1

=

= t t

zero) ordine di

(reazione Ao

Kt A=- +

k t Ao

10

2 ¹⁰^%

2 /

1 = =

0322 , 0

=

-

= -

= K

K m

anni) (3,18 mesi 45,81 0023

, 0

10538 , 0

anni) (25,10 mesi 301,30 0023

, 0

693 , 0

% 10

2 / 1

=

= t t

(24)

Prove Accelerate di Stabilità

Nelle prove accelerate si studia la stabilità del prodotto per un periodo di tempo minore al periodo di stabilità che si vuole assegnare al prodotto stesso.

Lo studio viene eseguito in condizioni diverse da quelle di stoccaggio previste per il prodotto finito (normalmente vengono testate temperature molto più alte (temperature fisse nel metodo isotermico o che aumentano in maniera programmata in quello non isotermico).

Per determinare il valore teorico del coefficiente della velocità di degradazione alla

temperatura di stoccaggio della formulazione, si sfrutta l’equazione di Arrhenius che mette in relazione la velocità di reazione (degradazione) con la temperatura assoluta.

(25)

Effetto della temperatura-Equazione di Arrhenius

K= A e

^-Ea/RT

log K= −Ea

2, 3RT+ log A

log K= −Ea

2, 3RT + log A (y = mx + q)

logK₂

K₁ = − Ea 2, 3R(1

T₂ − 1 T₁)

logK₂

K₁ = − Ea (T₁− T₂) 2, 3R (T₂× T₁)

(26)

Prova Accelerata di Stabilità-metodo isotermico

Studio della stabilità del farmaco Vitamina B12 utilizzando le Prove accelerate di Stabilità- metodo isotermico (12 analisi eseguite a 60°C, 70°C e 80°C per 66 giorni-1600 ore).

•

soluzione Vitamina B₁₂(1000 µg/ml) (100 fiale) a 60°C

•

Determinare ordine di reazione

•

Determinare t_1/2 e t_10% a 25°C

•

Determinare la % di degradazione dopo X giorni

•

Determinare l’energia di attivazione (Ea) della reazione

(27)

Prova Accelerata di Stabilità-metodo isotermico

Dati sperimentali

ore temperatura

60°C (µg/ml)Conc

60°C log conc

70°C (µg/ml)Conc

70°C Log conc

80°C (µg/ml)Conc

80°C log conc

0 940,3 2,9733

45 686,3 2,8365

90 523,3 2,7188

180 311,1 2,4929

0 940,3 2,9733

120 701,3 2,8459

240 511 2,7084

480 260,2 2,4153

0 940,3 2,9733

320 731,6 2,8643

640 553,3 2,7430

960 427,9 2,6313

1280 316,2 2,5000

1600 250,7 2,3992

(28)

Effetto della temperatura-Equazione di Arrhenius

(29)

Determinazione ordine di reazione

y = -0,4303x + 880,92 R² = 0,9663

y = -1,3889x + 894,86 R² = 0,9745 y = -3,3764x + 881,14

R² = 0,9543 0

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

0 500 1000 1500 2000

microg/ml

ore 60 70 80

Lineare (60) Lineare (70) Lineare (80)

y = -0,0004x + 2,9762 R² = 0,9992

y = -0,0012x + 2,9809 R² = 0,999

y = -0,0026x + 2,9637 R² = 0,9981 2,3000

2,4000 2,5000 2,6000 2,7000 2,8000 2,9000 3,0000 3,1000

0 500 1000 1500 2000

log (microg/ml)

ore

60 log 70 log 80 log Lineare (60 log) Lineare (70 log)

zero) ordine di

(reazione Ao

Kt A=- +

k t Ao

10

2 ¹⁰^%

2 /

1 = =

primo) ordine

di (reazione

303 log ,

log 2K t Ao

A=- +

10538 ,

0 693

, 0

% 10 2

/

1 t K

t = K =

(30)

Calcolo di K alle diverse temperature

005987 ,

0 303 , 2

* 0026 , 0

002763 ,

0 303 , 2

* 0012 , 0

000921 ,

0 303 , 2

* 0004 , 0

303 , 2

80 70 60

=

= -

=

K K K m K

primo) ordine

di (reazione

303 log ,

log 2K t Ao

A=- +

(y = mx + q)

y = -0,0004x + 2,9762

retta della degradazione a 60°C

y = -0,0012x + 2,9809

y = -0,0026x + 2,9637

K= -m x 2,303

Calcolo K

K(ore -¹) log K (ore -¹) T (C°) T (K) 1/T (K)

K₆₀ 0,0009212 -3,03564607 60 333 0,0030

K₇₀ 0,0027636 -2,55872916 70 343 0,0029

K₈₀ 0,0059878 -2,22273271 80 353 0,0028

(31)

Effetto della temperatura-Equazione di Arrhenius

K= A e

^-Ea/RT

log K= −Ea

2, 3RT+ log A

log K= −Ea

2, 3RT + log A (y = mx + q)

logK₂

K₁ = − Ea 2, 3R(1

T₂ − 1 T₁)

logK₂

K₁ = − Ea (T₁− T₂) 2, 3R (T₂× T₁)

(32)

Retta valori di K alle diverse temperature

y = -4784,5x + 11,351 R² = 0,9931

-3,20 -3,00 -2,80 -2,60 -2,40 -2,20 -2,00

0,0028 0,0028 0,0029 0,0029 0,0029 0,0029 0,0029 0,0030 0,0030 0,0030 0,0030

lo g K

1/T

Calcolo K

K(ore -¹) log K (ore -¹) T (C°) T (K) 1/T (K)

K₆₀ 0,0009212 -3,03564607 60 333 0,0030

K₇₀ 0,0027636 -2,55872916 70 343 0,0029

K₈₀ 0,0059878 -2,22273271 80 353 0,0028

(33)

Calcolo coefficiente velocità di degradazione K a 25°C

1 ore 0000199 ,

0 10

= K

70 , 4 -

= K log

11,351 298

5 1 , 4784 -

= K log

11,351 25

273 5 1 , 4784 -

= K log

1 log 3

, - 2

= K log

) 11,351 4784,5x

- y ( 1 log

3 , - 2

= K log

70 , 4 25

25 25 25 25

-

=

+ + + +

+

= +

-

T A R Ea

(34)

Calcolo T

_1/2

e T

_10%

a 25°C

anni)

0,6 - giorni (220

ore 0000199 5295

, 0

10538 ,

0 anni) 3,97

- giorni (1451

ore 34824 0000199

, 0

693 , 0

1 - ore 0000199 ,

0 10

= K

10538 ,

0 693

, 0

% 10

2 / 1

70 , 4 25

% 10 2

/ 1

=

-

t t

t K

(35)

Calcolare degradazione dopo X ore

29,81

= 70,19 - 100

= degradata

%

19 , 3 70 , 940

100

*

= 660 degradata non

%

µg/ml 660

82 , 2 log

9733 , 2 17520 303

, 2

0000199 ,

log 0

0000199 ,

0 10

= K

9733 , 2 3 , 940 log log

primo) ordine

di (reazione

303 log , log 2

70 , 4 25

=

+ -

=

= +

-

=

-

A A A

Ao Ao

K t A

Esempio: Qual’è la percentuale di farmaco degradato dopo 2 anni (17520 ore) a 25 °C?

0

Tempo (t)

LogA

Log Ao

Ao = concentrazione iniziale farmaco (t=0) A = quantità di farmaco non degradata al tempo t K = costante di velocità della reazione ( t^-1)

(36)

Effetto della temperatura-Equazione di Arrhenius

A + B → (AB) → C + D

(37)

Calcolo Energia di Attivazione

) 89

, 21 ( cal 16 , 21894 987

, 1

* 303 , 2

* 5 , 4784

) mol K

(cal 987 , 1

5 , 303 4784

, 2

) 11,351 4784,5x

- y ( 1 log

303 , - 2

= K log

1 1

Kcal Ea

R

R m Ea T A

R Ea

=

-

=

= -

+

= +

- -

Cal/ mole (21,89 Kcal)

(38)

Esempio compito esame

1. La degradazione del farmaco F segue una cinetica di primo ordine. Il valore della costante di velocità di degradazione (K) calcolata a 100, 120e 150°Cè rispettivamente:

Calcolo K

K (ore ^-1) log K

K₁₀₀ 0,0011 -2,959

K₁₂₀ 0,0043 -2,367

K150 0,0091 -2,041

La retta associata alla variazione di K con il variare della temperatura assoluta è di seguito riportata:

Calcolare:

• Il valore della costante di velocità di degradazione a 25°C

• Il tempo necessario affinché si degradi il 10% del farmaco a 25°C

y = −2361,2 𝑥 + 3,5762

(39)

logK = − E_a 2,3 R

1

T + logA

log K= −Ea

2, 3RT+ log A

y = −2361,2 𝑥 + 3,5762

logK₂₅ = −2361,21

T + 3,5762 T = 25 + 273 = 298 logK₂₅ = −2361,2 1

298+ 3,5762

logK₂₅ = −7,92 + 3,5762 = −4,34 ℎ^!"

K₂₅ = 10^!#,%#=4,57 10^!& ℎ^!"

• costante di velocità di degradazione a 25°C

K₂₅ = 0,0000457 ℎ^!"

Esempio compito esame

A= costante (funzione dell’entalpia di reazione) Ea= energia di attivazione (Cal)

(40)

• Il tempo necessario affinché si degradi il 10% del farmaco a 25°C

𝑡_"'%= ',"'&%)

*

𝑡_"'%= ',"'&%)

#,&+ "'^!" = ',"'&%)

',''''#&+= 2306 ore (96 giorni)