110A - ABRATEC | Associação Brasileira de Análise Térmica e

IX Congresso Brasileiro de Análise Térmica e Calorimetria
09 a 12 de novembro de 2014 –Serra Negra –SP - Brasil
ESTUDO DE COMPATIBILIDADE FÁRMACO-EXCIPIENTE DO SULFATO DE
HIDROXICLOROQUINA ATRAVÉS DE ANÁLISE TÉRMICA
Resumo
As incompatibilidades presentes entre fármaco e excipientes da formulação podem influenciar na
estabilidade e biodisponibilidade dos fármacos e, assim, alterar a segurança e a eficácia do medicamento.
Sendo assim, o estudo de compatibilidade fármaco-excipiente é uma importante etapa no estudo de préformulação. As variações que podem ocorrer nos eventos térmicos sugerem uma interação e/ou possível
incompatibilidade. O objetivo deste trabalho foi avaliar a compatibilidade entre o fármaco sulfato de
Hidroxicloriquina e diferentes excipientes comumente utilizados na obtenção tecnológica de formar
farmacêuticas sólidas, através de análise térmica e técnicas complementares. Foi elaborado um
fluxograma para execução do estudo de compatibilidade, o qual foi realizado através de TG/DTG e DSC
e, quando alguma possível interação fosse detectada, o FTIR e DRX seriam utilizadas como técnicas
corroborativas. Foi evidenciado que o glicolato de amido sódico e a lactose apresentaram
incompatibilidade com o sulfato de HCQ. Estes estudos indicaram uma significativa redução na energia
de ativação da temperatura de decomposição do fármaco quando na mistura binária, o que implica na
redução da sua estabilidade térmica. As técnicas complementares ainda evidenciaram as mudanças dos
comportamentos e perfis térmicos, espectrais e difratométricos, o que corrobora ainda mais a
incompatibilidade entre os excipientes e o sulfato de HCQ.
Palavras-Chave: Sulfato de Hidroxicloroquina, técnicas termoanalíticas, compatibilidade fármacoexcipiente, Estabilidade térmica.
Abstract
The incompatibilities between the drug and excipients present in the formulation may influence the
stability and bioavailability of the drug and thereby change the safety and efficacy of the medicine. Thus,
the study of drug-excipient compatibility is an important step in the study of pre-formulation. Variations
that can occur in thermal events suggest an interaction and/or possible incompatibility. The aim of this
study was to evaluate the compatibility between the drug hydroxychloroquine (HCQ) sulfate and different
excipients, commonly used in technological obtaining of solid dosage forms, through thermal analysis
and complementary techniques. A flowchart was developed for application of the compatibility study,
which was performed by TG/DTG and DSC and when any possible interaction was detected, the FTIR
and DRX would be used as corroborative techniques. It was shown that the sodium starch glycollate and
lactose showed incompatibility with HCQ sulfate. These studies indicated a significant reduction in the
activation energy of the decomposition temperature of the drug when in the binary mixture, which implies
the reduction of their thermal stability. The complementary techniques still showed changes in thermal
and spectral behaviors and difratometric profiles, which further corroborates the incompatibility between
the excipients and HCQ sulfate.
Keywords: Hydroxychloroquine Sulfate, Drug-excipient Compatibility, Thermoanalytical Techniques,
Thermal stability.
1. INTRODUÇÃO
O sulfato de hidroxicloroquina (HCQ) - quimicamente (7-cloro-4-[4-[N-etil-N-(2-hidroxietil)amino]-1-metilbutilamino]-quinolina sulfato (Figura 1), foi desenvolvido como agente antimalárico, e
hoje vem sendo utilizado como fármaco antirreumático de ação lenta no tratamento de artrite reumatoide
(AR) e lúpus eritematoso sistémico (LES) [1,2].
A análise térmica é um grupo de métodos em que as propriedades físicas e químicas de uma amostra
são medidas em função do tempo e da temperatura. Inclui as técnicas de termogravimetria (TG), a análise
térmica diferencial (DTA) e a calorimetria exploratória diferencial (DSC).As incompatibilidades
presentes entre fármaco e excipientes da formulação podem influenciar na estabilidade e
biodisponibilidade dos fármacos e, assim, alterar a segurança e a eficácia do medicamento. Sendo assim,
o estudo de compatibilidade fármaco-excipiente é uma importante etapa no estudo de pré-formulação. As
variações que podem ocorrer nos eventos térmicos sugerem uma interação e/ou possível
incompatibilidade.
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Fig. 1 Estrutura química da hidroxicloroquina base livre com a enumeração dos carbonos
O objetivo do presente estudo foi realizar estudo de compatibilidade do fármaco sulfato de
hidroxicloroquina e diferentes excipientes comumente utilizados na obtenção tecnológica de formar
farmacêuticas sólidas, através de análise térmica e técnicas complementares, tais como Difração de
Raios-X (DRX) e espectroscopia de absorção na região do Infravermelho com Transformada de Fourier
(FTIR).
2. MATERIAIS E MÉTODOS
2.1 Materiais
O sulfato de HCQ foi adquirido da FAGRON®, sintetizado pela indústria Chongqing®, lote SQK120502#7 (pureza de 99,18%). Para avaliar a compatibilidade com os excipientes, foram preparadas
misturas binárias (MB) utilizando os seguintes excipientes: celulose microcristalina, talco,
polivinilpirrolidona (PVP) K-30, croscarmelose sódica, Starch® (amido pré-gelatinizado), estearato de
magnésio, polietilenoglicol (PEG) 4000, glicolato de amido sódico (GAS), lactose anidra (LA),
hidroxipropilmetilcelulose (HPMC) e Polyox®.
As MB 1:1 (p/p) do sulfato de HCQ com os excipientes foram preparadas utilizando almofariz e
pistilo, triturando a mistura durante 3 minutos cada. Em seguida, as amostras foram armazenadas em
frascos ampola.
2.2 Métodos
A Figura 2 apresenta o protocolo utilizado para a realização do estudo de compatibilidade.
Inicialmente, foi realizada uma análise da curva DSC do sulfato de HCQ isolado e desta em MB. A
variação de até 2˚C a temperatura inicial de fusão (Ti) foi usada como indicador de interações fármacoexcipiente. A curva TG foi usada como técnica auxiliar na interpretação dos resultados.
Fig. 2 Fluxograma para execução do estudo de compatibilidade
Cinética de degradação
isotérmica
As curvas TG foram realizadas por meio de termobalança Shimadzu®, modelo TGA Q60, em
atmosfera de nitrogênio em fluxo de 100 mL.min-1, sendo a massa da amostra cerca de 5 mg (± 0,05) para
o sulfato de HCQ isolado e 10 mg (± 0,05) para a MB, acondicionadas em cadinho de platina na faixa de
temperatura de 25 a 600°C na razão de aquecimento de 10ºC.min-1. A curva DSC do sulfato de HCQ e
das MB foram obtidas utilizando Calorímetro Shimadzu® DSC-60 interligado ao software Shimadzu®
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TA-60WS com atmosfera de nitrogênio de 100 mL.min-1 e razão de aquecimento de 10°C.min-1, na faixa
de temperatura de 25–500°C. As amostras foram colocadas em porta-amostra de alumina hermeticamente
fechada com massa de 5 mg (± 0,2) de fármaco e 10 mg (± 0,2) das MB. As determinações foram
realizadas em triplicata.
O FTIR foi obtido utilizando o equipamento PerkinElmer® (Spectrum 400) com dispositivo de
reflectância total atenuada (ATR) com cristal de seleneto de zinco. As amostras a serem analisadas foram
transferidas diretamente para o compartimento do dispositivo de ATR, sendo o resultado obtido da média
de 16 varreduras entre 4000 a 650 cm-1 com resolução de 4 cm-1[3]. A análise de DRX do sulfato de HCQ
foi realizada em difratômetro D5000 da SIEMENS®, equipado com ânodo de cobre a uma velocidade de
varredura de 1,2°C.min-1, na faixa do ângulo 2θ de 5° - 45°.
Para realização do estudo da cinética de degradação isotérmica foi utilizado software apropriado
instalado no equipamento TA60 Shimadzu® e equação de Arrhenius. Foram obtidas curvas por meio do
aquecimento das amostras até temperaturas de isotermas antecedentes ao principal evento de degradação
referente ao fármaco isolado, definidas através do método das tangentes e mantidas em atmosfera de
nitrogênio (100 mL.min-1) durante o tempo necessário para uma perda de massa de 10 ± 0,5%.
3. RESULTADOS
O trabalho limitou-se a apresentar as possíveis interações negativas não antes mencionadas na
literatura e que poderiam caracterizar uma incompatibilidade fármaco-excipiente. Apenas as MB: HCQGAS e HCQ-LA apresentaram possívelindício de interação, uma vez que demonstraram variação da
temperatura do pico de fusão (Tpico) em até 2 ºC (240,09 e 234,43 ºC, respectivamente).
A MB sulfato de HCQ:GAS (Figura 3a) apresentou comportamento térmico totalmente diferente do
observado para o fármaco isolado. A curva TG da MB do sulfato de HCQ: GAS apontou a presença de 2
eventos térmicos. O primeiro com inicio em 251,29ºC e término em 272,47ºC, com perda de massa de
com perda de massa de 4,27% (DTGpico=263,97ºC). O segundo evento entre 273,38ºC e 322,10ºC
apresentou perda de massa de 37,17% da massa inicial (DTGpico=291,84 ºC). Além disso, a amostra
apresentou significativa perda de massa (aproximadamente 5,47%), provavelmente relacionada à água
adsorvida, na faixa de 35-105ºC.
Na curva DSC (figura 3b) observou um evento endotérmico entre 121,93 e 176,82ºC, relativo a uma
desidratação da MB. O evento relacionado à fusão do sulfato de HCQ foi antecipado e observado entre
224,92-244,80ºC (∆H = -40,09 J.g-1). O terceiro pico apresentou natureza exotérmica entre 258,23-283,09
ºC. A acentuada redução da entalpia do evento de fusão do fármaco (-185,85 a -40,09 J.g-1) e a inversão
da naturezado picosugere uma interação fármaco-excipiente, o que aumenta a suspeita de
incompatibilidade entre os componentes.
Fig. 3 a) Curvas TG e b) Curvas DSC, do sulfato de hidroxicloroquina e misturas binárias com glicolato
de amido sódico e lactose
a)
b)
Na MB do sulfato de HCQ:LA (Figura 3a) observou uma antecipação do inicio da degradação do
sulfato de HCQ, o que podereduzir a estabilidade térmica do mesmo. Na curva DTG, o primeiro evento
foi observado na faixa de 146,09-152,72 ºC (DTGpico=148,91 ºC), apresentando perda de massa de,
aproximadamente, 1,64%. O segundo evento, correspondente ao principal evento de degradação,foi
observado na faixa de 220,38-230,74 ºC (DTGpico=225,44 ºC), com perda de massa de 16,35%. O terceiro
apresentou-se entre 285,64-312,95ºC (DTGpico=295,75 ºC) com perda de massa de 18,83%; sendo a etapa
que representa a degradação da lactose fundida [4,5,6].
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Com relação à curva DSC da MB contendo LA (Figura 3b), o primeiro pico foi evidenciado entre
138,88-153,65ºC, referente à perda de água de cristalização, fenômeno característico do perfil térmico do
excipiente. Em seguida, foram observados dois eventos endotérmicos característicos da fusão do
excipiente (191,38-206,40 ºC) seguida imediatamente pela sua degradação térmica (209,35-219,06 ºC). É
interessante mencionar que houve o desaparecimento do pico exotérmico (178,14 °C) característico da
transição cristalina do excipiente quando este é analisado isoladamente. O pico corresponde ao evento de
fusão do fármaco foi observado entre 239,40-248,30ºC (∆H = - 23,80 J.g-1). Os outros dois eventos
(249,34-273,71 ºC e 278,45-290,25 ºC), ambos de natureza endotérmica, correspondem à degradação do
fármaco. A antecipação da fusão, a brusca redução da entalpia deste evento (-185,85 a -23,80 J.g-1) e o
fato de que ambos os picos de fusão edegradação do sulfato de HCQ não estarem sobrepostos – comum
ao fármaco isolado –, indica possível incompatibilidade fármaco:excipiente. A redução da entalpia da
reação de fusão do fármaco pode estar atrelada ao enfraquecimento das ligações intramoleculares do
sulfato de HCQ na presença de LA, o que caracteriza uma interação física, o que facilita a sua transição
do estado sólido para o líquido. Este mesmo fenômeno já foi evidenciado em outras moléculas que
possuem aminas e amidas, tais como: glimeperida, primaquina, glibenclamida [5].
O espectro de IV da MB sulfato de HCQ-LA (Figura 4a) mostrou o pico de deformação axial C-Cl
alifática ausente na MB o que confirma a incompatibilidade entre o fármaco e o excipiente. Observa-se a
redução da intensidade dos picos referentes às deformações axiais dos anéis (bandas do esqueleto) C=C e
C=N, podendo indicar que há uma alteração da estrutura da molécula da hidroxicloroquina. O espectro
ainda apresenta as deformações dos grupos funcionais presentes na lactose, destacando o estiramento
axial da ligação O-H em 3300 cm-1, se apresentando bastante larga e característica [7].
O espectro de IV da MB sulfato de HCQ-GAS (Figura 4a) mostra os mesmos estiramentos
característicos do fármaco isolado. Entretanto, pôde-se confirmar uma forte interação entre os grupos
funcionais das moléculas presentes na mistura. Isso provoca a modificação na densidade eletrônica,
alterando as forças de ligação entre os átomos e provocando uma significativa redução nas frequências de
absorção no infravermelho [8].
Os difratogramas obtidos confirmaram a existência de interação fármaco-excipiente para o GAS e a
LA (Figura 4b). O perfil difratométrico da MB sulfato de HCQ-GAS se mostrou bastante diferente do
apresentado pelos componentes isolados, não sendo possível evidenciar nenhum dos picos característicos.
No caso da MB sulfato de HCQ-LA, os picos apresentados pela MB foram semelhantes à LA isolada e
nenhum dos picos característicos do fármaco foi evidenciado, sendo possível confirmar a existência da
interação quando uma mistura física entre os materiais é obtida. Entretanto, em ambos os casos, foi
observado que o comportamento cristalino do sulfato de HCQ é mantido, uma vez que as MB
apresentaram grande intensidade de picos.
A partir da determinação dos parâmetros cinéticos pôde-se confirmar a hipótese de que houve
interação entre as MB: fármaco-GAS e fármaco-LA. O prazo de validade das MB na forma sólida foi
estimado a partir de modelo isotérmico. As temperaturas de isoterma da MB sulfato de HCQ-GAS foram:
252, 254, 256, 258 e 260 ºC (uma vez que a temperatura de degradação foi observada em 264ºC). Já para
a MB sulfato de HCQ-LA, as temperaturas foram: 195, 197, 199, 201 e 203ºC (temperatura de
degradação 210ºC).
Os resultados demonstraram a considerável redução do tempo necessário para que a amostra
perdesse 10% de sua massa inicial em temperatura ambiente, em relação ao prazo de validade estimado
para o fármaco isolado (Tabela 1). Apesar da pequena variação vista para a Ea apresentada pela MB
HCQ-LA, sugere-se que a grande porcentagem de perda de massa seja o fator responsável pelo grande
decréscimo do prazo de validade [9].
Tabela 1. Resultados obtidos para os cálculos dos parâmetros cinéticos do sulfato de hidroxicloroquina
isolado e das misturas binárias entre o fármaco e o glicolato de amido sódico a lactose.
Amostra
HCQ
MB HCQGAS
MB HCQLA
Ordem de
Reação (n)
1
Energia de Ativação
(Ea) (KJ.mol-1)
144,57
Fator de Frequência
(A) (min-1)
4,910x1012
Prazo de Validade
Estimado (dias)
622
1
98,69
1,072x108
446
1
139,31
6.452x1013
414
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Conforme demonstram os resultados, durante o desenvolvimento de formas farmacêuticas, devem
ser utilizados outros adjuvantes capazes de promover as mesmas funções exercidas pela GAS e a LA. O
GAS, conhecido por Explosol®, é bastante utilizado como agente desintegrante, podendo ser facilmente
substituído pela croscarmelose sódica. Já a LA, muito utilizada como diluente, pode ser substituída pelo
amido de milho [10].
Fig. 4 a) Espectros de infravermelho b) Difratogramas do sulfato de hidroxicloroquina e excipientes
isolados e das misturas binárias do fármaco com a lactose e o glicolato de amido sódico
b)
a)
GAS
GAS
GAS
GAS
GAS
4. DISCUSSÃO
Os resultados do estudo de compatibilidade analisados usando DSC, TG-DTG mostraram a utilidade
da análise térmica como um método rápido e conveniente para estudos de pré formulação, permitindo
demonstrar as interações ou incompatibilidades fármaco-excipiente. A incompatibilidade do sulfato de
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HCQ com o glicolato de amido sódico e a lactose foi observada e confirmada por estudos cinéticos
(isotérmicos e não isotérmicos). Estes estudos indicaram uma significativa redução na energia de ativação
da temperatura de decomposição do fármaco quando na mistura binária, o que implica na redução da sua
estabilidade térmica. As técnicas complementares ainda evidenciaram as mudanças dos comportamentos
e perfis térmicos, espectrais e difratométricos, o que corrobora ainda mais a incompatibilidade entre os
excipientes e o sulfato de HCQ.
AGRADECIMENTOS
À Fundação de Amparo à Ciência de Tecnologia do Estado de Pernambuco (FACEPE).
CONFLITOS DE INTERESSE
Os autores declararam que não há conflitos de interesses.
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