Stabilność produktów leczniczych
Trwałość, czyli stabilność leku odnosi się do substancji leczniczej oraz gotowej postaci leku i określa odporność na niekorzystne procesy zachodzące podczas produkcji, przechowywania w określonych warunkach i czasie, a także w trakcie transportu i dystrybucji.
Stabilność determinuje dopuszczalny okres przechowywania leku, w ciągu którego aktywność farmakologiczna leku nie obniża się, a ewentualne produkty rozpadu nie są toksyczne. Produkt leczniczy zachowuje warunki trwałości, jeśli deklarowana zawartość substancji leczniczej nie różni się więcej niż 5%, obecne produkty rozkładu i zanieczyszczenia mikrobiologiczne mieszczą się w dopuszczalnych normach oraz nie występują zmiany w wyglądzie, właściwościach fizycznych preparatu i uwalnianiu substancji leczniczej.
Zapewnienie trwałości produktu leczniczego zaczyna się już na etapie syntezy substancji leczniczej, następnie podczas procesów technologicznych (granulacja, tabletkowanie), fasowania (umieszczanie w opakowaniach bezpośrednich), dystrybucji (hurtownie, apteki) i podawania pacjentowi.
Do określenia okresu ważności leków gotowych jest zobowiązany producent.
Okres ważności jest to czas, w którym właściwa jakość produktu jest zachowana. Specyfikacja jest dokumentem, który zawiera cechy produktu, jakie muszą być zachowane w czasie okresu ważności. Określenie trwałości preparatu i warunków jego przechowywania dotyczy także leków recepturowych i aptecznych. Trwałość leków aptecznych w założonym czasie powinna być wykazana na podstawie przeprowadzonych badań. Okres ważności leków recepturowych jest ustalany na podstawie wskazań zawartych w Farmakopei Polskiej XI, w monografii narodowej zatytułowanej Leki sporządzane w aptece.
Podstawowymi kryteriami badań trwałości produktów leczniczych są wytyczne International Conference for Harmonization (ICH) oznaczone jako Q1A(R2). W dokumencie tym jest określone, że celem badań trwałości jest udowodnienie braku zmian substancji leczniczej lub produktu leczniczego w trakcie przechowywania pod wpływem czynników środowiskowych, jak temperatura, wilgotność i światło. W wyniku badań trwałości ustala się datę ważności produktu leczniczego i warunki jego przechowywania.
Termin ważności wynosi najczęściej od 2 do 3 lat i powinien być umieszczony na opakowaniu bezpośrednim leku oraz na opakowaniu zewnętrznym. Dokument ICH Q1 opisuje zasady podstawowych badań trwałości, w tym badania fotostabilności, stabilności nowych postaci leku czy metod opracowania danych z badań stabilności. Według wytycznych ICH powinno prowadzić się badania trwałości produktów w określonych warunkach temperatury i wilgotności względnej w zależności od strefy klimatycznej, w których będą przechowywane. Biorąc pod uwagę średnie roczne temperatury i ciśnienie pary wodnej, ICH wyróżnia cztery strefy klimatyczne, jak przedstawiono w tabeli 1.
Tabela 1. Warunki badań stabilności preparatów w różnych strefach klimatycznych
Badania stabilności na każdym etapie produkcji są rutynowe. Badany produkt umieszcza się w komorze klimatycznej, w której ustawia się i monitoruje wartości temperatury i wilgotności względnej powietrza. Warunki badania wybierane są w zależności od zalecanych warunków przechowywania produktu leczniczego w obrocie. Badania można podzielić na trzy grupy dla strefy klimatycznej I/II:
- długoterminowe – trwające więcej niż 12 miesięcy, produkt jest przechowywany w 25 ± 20C, RH 60 ± 5%; w lodówce 5 ± 30C, w zamrażarce -20 ± 50C;
- pośrednie – trwające 6 miesięcy, produkt jest przechowywany w 30 ± 20C, RH 65 ± 5%;
- przyspieszone – trwające 6 miesięcy, produkt jest przechowywany w 40 ± 20C, RH 75 ± 5%; w lodówce 25 ± 20C, RH 60 ± 5%.
Badania przyspieszonego starzenia prowadzone są w stresowych warunkach temperatury i wilgotności (400C, 75RH) , co pozwala ocenić w krótkim czasie trwałość produktu w normalnych warunkach przechowywania. Kinetykę rozkładu substancji leczniczej można opisać równaniem Arrheniusa, które przewiduje jaki procent substancji leczniczej ulegnie rozkładowi w temperaturze niższej niż temperatura, w której badamy rozkład leku. Dla uzyskania wyników do równania niezbędne jest wykonanie badań trwałości w co najmniej czterech temperaturach.
Badania trwałości pełnych serii produkcyjnych produktu dopuszczonego do obrotu wykonywane są w oparciu o dokumentację rejestracyjną, w której jest ustalone, jaka będzie częstotliwość wyboru serii do badań.
Badania rozwojowe nowego produktu leczniczego rozpoczynają się od udowodnienia stabilności substancji leczniczej. Za ten etap odpowiada wytwórca tej substancji, a dane są zawarte w dokumencie Active Substance Master File (ASMF) lub w certyfikacie zgodności z wymaganiami Farmakopei Europejskiej (CEP). Wytwórca produktu leczniczego może sprawdzić i potwierdzić trwałość substancji leczniczej własnymi testami. W następnym etapie określa się zgodność substancji leczniczej z substancjami pomocniczymi, które przechowuje się w warunkach stresowych. W końcu przygotowuje się wybrane formulacje, a w dalszym etapie serie pilotażowe w docelowym opakowaniu i w opakowaniu alternatywnym.
Do badań stabilności używa się kilka komór klimatycznych ustawionych według podstawowego zestawu 25/60, 30/65, 40/75. Badania przeprowadza się na bezpośrednio przygotowanym produkcie, następnie zwykle po 1, 3, 6 miesiącach, natomiast w warunkach długoterminowych 25/60 i 30/65 badania są kontynuowane co kilka miesięcy i prowadzone nawet do 3 lat, w zależności od spodziewanego terminu ważności. Badania obejmują ocenę właściwości fizycznych jak wygląd, wymiary, masa, twardość, czas rozpadu oraz zawartość substancji leczniczej, obecność produktów rozkładu, uwalnianie leku i czystość mikrobiologiczną.
Za stabilność produktu leczniczego odpowiada nie tylko producent, ale także hurtownia, apteka i pacjent. Wszystkie działania dotyczące przemieszczania się leku od wytwórcy do odbiorcy końcowego są określane mianem łańcucha dostaw produktów leczniczych. Działania te prowadzone są zgodnie z zasadami Dobrej Praktyki Dystrybucji (GDP). Elementem GDP jest zimny łańcuch dostaw, który dotyczy niektórych produktów leczniczych jak szczepionki czy insuliny, wymagających utrzymania stałej obniżonej temperatury podczas transportu i przechowywania.
W zakresie zachowania stabilności do zadań producenta leku należy zapewnienie odpowiedniego składu formulacji i trwałości na etapie produkcji oraz umieszczenie na etykiecie produktu daty przydatności do użycia. W hurtowni farmaceutycznej trwałość powinna być zapewniona przez składowanie produktów w odpowiednich warunkach temperatury i wilgotności, także na etapie transportu do aptek.
Pracownicy apteki są zobowiązani do ścisłego przestrzegania warunków przechowywania leków, śledzenia dat ważności produktów leczniczych w celu odpowiedniej ich rotacji i przechowywania leków w warunkach zgodnych ze wskazaniem producenta lub z wymaganiem farmakopealnym. Podczas nabywania leku w aptece pacjent powinien otrzymać informację o warunkach transportu i przechowywania leku w domu oraz ostrzeżenie przed stosowaniem przeterminowanego preparatu. W przypadku produktów termowrażliwych zalecane jest wydanie leku w torbach termoizolacyjnych lub z odpowiednim wkładem chłodzącym.
Badania trwałości dotyczą nienaruszonego opakowania produktu leczniczego, ale należy wziąć pod uwagę trwałość preparatu po:
- pierwszym otwarciu;
- wielokrotnym użyciu;
- utworzeniu płynnej postaci z proszku;
- rozcieńczeniu koncentratu;
- przepakowaniu.
Badania stabilności wykonywane w powyższych przypadkach są określane jako testowanie preparatu w warunkach używania (in use). Badania te dotyczą produktów w opakowaniach wielodawkowych. Wykonuje się w ten sposób, że określoną ilość preparatu pobiera się kilka razy dziennie lub z inną polecaną częstotliwością przez okres standardowej terapii, a następnie analizuje się pozostały w opakowaniu produkt leczniczy pod względem mikrobiologicznym. Badanie ma wykazać odpowiednią odporność preparatu na kontakt ze środowiskiem zewnętrznym, a zwłaszcza z mikroorganizmami, które pacjent może wprowadzać pobierając wielokrotnie porcję leku. Dla stabilności preparatu – na przykład półstałego – istotnym czynnikiem będzie to, czy przed pobraniem preparatu pacjent umyje ręce, czy pobierze preparat palcem czy szpatułką oraz czy po każdym pobraniu leku zamknie dokładnie opakowanie.
Czynniki fizyczne wpływające na trwałość produktów leczniczych
Trwałość fizyczna jest określana jako zdolność postaci leku do utrzymania właściwości fizycznych, nadanych w procesie wytwarzania. Zmiany fizyczne takie jak wygląd czy barwa są często łatwe do zauważenia, ale mogą być też zupełnie niewidoczne i możliwe do wykrycia dopiero po wykonaniu niezbędnych analiz. Zmiany zachodzące pod wpływem procesów fizycznych mogą powodować zmniejszenie skuteczności działania leku lub zwiększenie stężenia substancji leczniczej. Do niekorzystnych procesów fizycznych zalicza się:
– adsorpcję substancji leczniczej na substancji pomocniczej lub na opakowaniu preparatu;
– parowanie rozpuszczalnika z roztworów, emulsji lub hydrożeli;
– sublimację substancji z postaci leku;
– zmianę rozproszenia, co powoduje rozdział faz w emulsjach i zawiesinach oraz sprzyja tworzeniu aglomeratów cząstek;
– zmianę barwy, następującą w wyniku reakcji chemicznej, zmiany pH lub adsorpcji barwnika na substancji pomocniczej.
Czynniki chemiczne wpływające na trwałość produktów leczniczych
Zmiany zachodzące w preparatach pod wpływem procesów chemicznych prowadzą do zmniejszenia lub nawet zniesienia efektu terapeutycznego. Zaliczane są tu takie procesy jak:
– hydroliza;
– utlenianie;
– fotoliza;
– redukcja;
– racemizacja;
– tworzenie związków kompleksowych.
Problemy z trwałością produktów leczniczych najczęściej występują ze względu na procesy hydrolizy, utleniania i fotolizy.
Hydroliza jest jednym z częściej występujących procesów chemicznych, zachodzących bez wizualnych zmian, obniżających znacznie trwałość postaci leku. Stała szybkości reakcji hydrolizy zależy od temperatury oraz stężenia jonów wodorowych lub wodorotlenowych jako katalizatorów reakcji. Rozkładowi substancji leczniczych można zapobiec przez korektę pH. Odczyn środowiska dobiera się biorąc pod uwagę stabilność substancji leczniczej i jej aktywność farmakologiczną. Dodatek odpowiednich buforów zapewnia żądane pH środowiska.
Przykładowo wodę w składzie preparatu można zastąpić rozpuszczalnikiem niepolarnym, ale nie zawsze jest to wskazane, bo np. hydroliza chloramfenikolu przebiega szybciej w roztworze glikolu propylenowego niż w wodzie. W celu uniknięcia hydrolizy można przygotować produkt leczniczy w postaci proszku i dołączyć wodę lub inny rozpuszczalnik, w którym rozpuszcza się lub rozprasza proszek tuż przed podaniem pacjentowi.
Procesy hydrolityczne mogą zachodzić także w stałych postaciach leku, gdy substancja lecznicza lub substancje pomocnicze adsorbują parę wodną. Wilgoć może pochodzić z powietrza w przypadku substancji higroskopijnej lub z pozostałości wody stosowanej do przygotowania preparatu, np. podczas procesu granulacji. Pochłanianie wody lub jej utrata z postaci leku zawsze zmieniają jakość preparatu, co może mieć wpływ na szybkość rozpuszczania substancji leczniczej, zmianę stopnia rozdrobnienia, a także wygląd preparatu. W niższej temperaturze następuje znaczne zmniejszenie szybkości hydrolizy, ale może wystąpić także precypitacja, np. w emulsjach, roztworach nasyconych czy szczepionkach.
Szczególnie narażone na hydrolizę są substancje lecznicze należące do takich grup chemicznych jak estry, laktony, amidy, laktamy czy imidy. Wymienić tu należy:
- chemioterapeutyki – penicyliny, cefalosporyny, chloramfenikol, linkomycyna, sulfonamidy;
- alkaloidy – fizostygmina, pilokarpina, atropina, digitoksyna;
- pochodne fenotiazyny – prometazyna, chloropromazyna;
- katecholaminy – epinefryna, norepinefryna;
- paracetamol;
- niesteroidowe leki przeciwzapalne – kwas acetylosalicylowy, indometacyna;
- białkowe produkty lecznicze – antygeny, szczepionki;
- związki srebra i jodu.
Procesy utleniania można zahamować przez dodatek substancji stabilizujących, tak zwanych przeciwutleniaczy do produktów leczniczych. Należą do nich:
– rozpuszczalne w oleju – octan ɑ-tokoferolu, d-ɑ-tokoferol, butylohydroksytoluen, butylohydroksyanizol;
– rozpuszczalne w wodzie – acetylocysteina, butylohydroksyanizol, chlorowodorek cysteiny, kwas askorbinowy, tiomocznik;
– słabo rozpuszczalne w wodzie – askorbinian palmitylu, cysteina, galusan propylu.
Na etapie procesów przygotowania produktu leczniczego można zapobiegać utlenianiu przez użycie gazów obojętnych (azotu, dwutlenku węgla) do wysycenia roztworu wodnego, do sączenia i rozlewu do opakowań jednostkowych w ich atmosferze. Przed utlenianiem chroni również korekta pH roztworów, zabezpieczenie przed działaniem światła, przechowywanie preparatu w niższej temperaturze. Na procesy utleniania wrażliwe są substancje lecznicze takie jak etery, tioetery, tiole, pochodne fenolowe i aldehydy.
Reakcje fotolizy w preparatach leczniczych zachodzą najczęściej pod wpływem światła, a ich skutkiem są reakcje izomeryzacji, dimeryzacji i odczepienia łańcuchów amidowych. Światło przyspiesza reakcję utlenienia adrenaliny, fizostygminy, chloropromazyny oraz może być katalizatorem reakcji redukcji proteinianu srebra, soli żelaza lub rtęci. W celu zapobiegania fotolizie w preparatach należy stosować opakowania nieprzezroczyste lub ze szkła oranżowego, co umożliwi ochronę przed wpływem światła.
Czynniki mikrobiologiczne wpływające na trwałość produktów leczniczych
Trwałość mikrobiologiczna określa zdolność produktu leczniczego do pozostania w klasie czystości mikrobiologicznej nadanej przez producenta w procesie jego wytwarzania. Zwiększenie ilości mikroorganizmów może powodować rozkład substancji leczniczej i zmiany fizyczne leku. Kryteria akceptacji jakości i trwałości mikrobiologicznej oznaczają dwie wartości: ogólna liczba drobnoustrojów tlenowych i ogólna liczba drożdży i pleśni. Kryteria akceptacji dla poszczególnych postaci leków niejałowych są umieszczone w FP XI. W celu zapobiegania rozwojowi drobnoustrojów stosuje się dodatek środków konserwujących, zwłaszcza do leków w postaci płynnej.
Postać leku a jego trwałość
W zależności od rodzaju postaci leku w preparatach mogą nastąpić różne zmiany:
- czopki, półstałe postacie leku – mogą się topić lub zestalać bądź zmienić właściwości reologiczne, zmienić barwę
- proszki – mogą utworzyć mieszaniny eutektyczne;
- zawiesiny – może nastąpić zmiana formy polimorficznej, co wiąże się ze zmianą wielkości kryształów, możliwość sedymentacji lub flotacji;
- emulsje – mogą ulec koalescencji lub rozdziałowi faz;
- roztwory – może wytrącić się osad lub nastąpić zmiana barwy;
- tabletki – mogą wystąpić przebarwienia, zmiany czasu rozpadu i profilu uwalniania leku, a także zmiany w twardości;
- kapsułki – możliwość rozmiękania, klejenia.
Zabiegi stabilizacyjne podczas przygotowania leków
W celu zwiększenia trwałości preparatów stosuje się zabiegi takie jak:
- Mikronizacja proszków.
- Dodatek stabilizatorów – substancji zwiększających lepkość, emulgatorów, przeciwutleniaczy, buforów, środków konserwujących.
W zawiesinach sedymentacja spowodowana jest opadaniem rozproszonych cząstek pod wpływem siły ciężkości. Szybkość sedymentacji (V) określa wzór Stokesa:
V= 2r2(d1-d2)g/9η
gdzie:
r – promień cząstki rozproszonej
d1 – gęstość fazy rozproszonej
d2 – gęstość fazy rozpraszającej
g – przyspieszenie ziemskie
η – lepkość
W oparciu o powyższą zależność, szybkość sedymentacji w zawiesinach można zmniejszyć przez mikronizację proszków oraz zmniejszenie różnicy gęstości faz.
Zjawisko flotacji występuje wówczas, gdy rozproszone cząstki ciała stałego mają charakter hydrofobowy i nie są dobrze zwilżane cieczą rozpraszającą. Flotacji można zapobiegać przez zastosowanie substancji powierzchniowo czynnych oraz przez dodanie substancji hydrofilnych wielkocząsteczkowych.
Zjawisko złamania emulsji, czyli rozdzielenie faz jest zmianą nieodwracalną. Zwiększenie trwałości emulsji można uzyskać przez zmniejszenie średnicy kuleczek fazy rozproszonej, obniżenie napięcia powierzchniowego i zwiększenie lepkości fazy zewnętrznej.
- Unikanie nagłych zmian temperatury.
W przypadku zawiesin nie są korzystne nagłe zmiany temperatury przechowywania, ponieważ mogą prowadzić do częściowego rozpuszczania substancji leczniczej i ponownej krystalizacji, co może spowodować zwiększenie kryształów.
Pod wpływem zmian temperatury mogą następować zmiany polimorficzne w maściach i czopkach.
- Suszenie surowców.
- Stosowanie atmosfery beztlenowej w procesie wytwarzania preparatu.
- Homogenizacja.
- Wyjaławianie niektórych preparatów.
- Dobór rodzaju opakowania i jego wielkości.
Trwałość produktu leczniczego ma bezpośredni związek z biodostępnością substancji leczniczej i skutecznością kliniczną, dlatego tak ważne jest, aby stabilność leku była zachowana przez cały dopuszczalny okres jego przechowywania i stosowania.
dr n. farm. Regina Kasperek-Nowakiewicz
Katedra i Zakład Farmacji Stosowanej
Uniwersytetu Medycznego w Lublinie
email: regina.kasperek@umlub.pl
Literatura:
[1] Farmakopea Polska XI. Urząd Rejestracji Produktów Leczniczych, Wyrobów Medycznych i Produktów Biobójczych PTF, Warszawa 2017.
[2] Jachowicz R. (red.). Farmacja praktyczna. Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa 2010.
[3] Sznitowska M. (red.). Farmacja stosowana technologia postaci leku. Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa 2017.