Advances in Clinical and Experimental Medicine

Title abbreviation: Adv Clin Exp Med
JCR Impact Factor (IF) – 1.736
5-Year Impact Factor – 2.135
Index Copernicus  – 168.52
MEiN – 70 pts

ISSN 1899–5276 (print)
ISSN 2451-2680 (online)
Periodicity – monthly

Download original text (EN)

Advances in Clinical and Experimental Medicine

2010, vol. 19, nr 6, November-December, p. 745–754

Publication type: original article

Language: English

Solid Dispersions of Artemisinin in Polyvinyl Pyrrolidone and Polyethylene Glycol

Stała dyspersja artemizyniny w poliwinylopirolidonie i glikolu polietylenowym

Muhammad Tayyab Ansari1,, Muhammad Haneef1,, Ghulam Murtaza2,

1 Faculty of Pharmacy, Bahauddin Zakariya University, Multan, Pakistan

2 Department of Pharmaceutical Sciences, COMSATS Institute of Information Technology, Abbottabad, Pakis

Abstract

Background. Artemisinin (ARMN), a sesquiterpene lactone with an endoperoxide bridge (C-O-O-C), is an active anti-malarial moiety for drug-resistant malaria, which is spreading by 15% per annum in Pakistan. A few pharmacokinetic studies have indicated that ARMN is incompletely absorbed after oral intake due to poor dissolution characteristics in the intestinal fluids.
Objectives. To prepare ARMN formulations by physical mixing, solid dispersion and lyophilized dispersion techniques, using polyvinylpyrrolidone (PVP) and polyethylene glycol (PEG) in various proportions, to improve the pharmaceutical properties of the drug and to characterize the formulations’ physicochemical properties.
Material and Methods. Solid dispersions of ARMN in mixtures of biopolymers – i.e., PVP and PEG – were prepared by three different methods and their pharmaceutical properties were evaluated. Different molecular weights of PVP (K30 and K25) and PEG (PEG6000 and PEG4000) were used in different drug-to-carrier ratios (1 : 9, 2 : 8, 3 : 7, 5 : 5 and 6 : 4). X-ray diffraction (XRD) and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) were used to evaluate drug/carrier interactions in the solid state. The dissolution rate and equilibrium solubility were compared with corresponding physical mixtures.
Results. Based on the XRD results, pure artemisinin showed a completely crystalline structure. Solid dispersions of ARMN showed more amorphous structures than physical mixtures. Improvement in the drug dissolution rate was observed for solid dispersion formulations compared to physical mixtures. The dissolution rate and equilibrium solubility were enhanced as the polymer content increased. The lyophilized solid dispersions showed the highest dissolution as compared to all the other formulations. The order of decrease in dissolution rate was LYO > SD > > PM > Pure ARMN. This may be due to the nature and extent of the physical interaction between the drug and the carrier. This work indicates that the rate of artemisinin dissolution can be increased substantially by formulating it as a solid dispersion in PVP K30 using the lyophilization method. The addition of superdisintegrants such as PEG to the solid dispersions played an important role in the enhancement of the dissolution rate and thus in the preparation of fast-dissolving ARMN tablets.

Streszczenie

Wprowadzenie. Artemizynina (ARMN), lakton seskwiterpenowy z mostkiem endonadtlenkowym (C-O-O-C) jest aktywną grupą funkcyjną przeciw lekoopornej malarii, która rozprzestrzenia się w Pakistanie o 15% rocznie. Niektóre badania farmakokinetyczne wykazały, że ARMN po podaniu doustnym nie jest w pełni wchłaniana z powodu słabej rozpuszczalności w płynach jelitowych.
Cel pracy. Przygotowanie preparatu ARMN za pomocą mieszania fizycznego, stałej dyspersji i technik liofilizowanej dyspersji, z użyciem poliwinylopirolidonu (PVP) i glikolu polietylenowego (PEG) w różnych proporcjach. Poprawa właściwości farmaceutycznych leku i scharakteryzowanie właściwości fizykochemicznych preparatu.
Materiał i metody. Stałą dyspersję ARMN w mieszaninach biopolimerów, tj. PVP i PEG, przygotowano 3 różnymi metodami i oceniono ich właściwości farmaceutyczne. Użyto różnych mas cząsteczkowych PVP (K30 i K25) i PEG (PEG6000 i PEG4000) w różnych stosunkach lek–nośnik (1 : 9, 2 : 8, 3 : 7, 5 : 5 i 6 : 4). Za pomocą dyfrakcji rentgenowskiej (XRD) i spektroskopii fourierowskiej (FTIR) oceniono interakcje lek–nośnik w stanie stałym. Porównano szybkość rozpuszczania i równowagę rozpuszczalności z odpowiadającymi im mieszaninami fizycznym.
Wyniki. Na podstawie badań XRD stwierdzono, że czysta artemizynina miała strukturę całkowicie krystaliczną. Stałe dyspersje ARMN wykazały bardziej amorficzne struktury niż mieszaniny fizyczne. Poprawę szybkości rozpuszczania leku zaobserwowano w przypadku preparatów stałej dyspersji w porównaniu z mieszaninami fizycznymi. Szybkość rozpuszczania i równowaga rozpuszczalności były lepsze w miarę wzrastania zawartości polimeru. Liofilizowane stałe dyspersje rozpuszczały się najlepiej w porównaniu z innymi preparatami.
Wnioski. Tempo rozpuszczania w porządku malejącym to LYO > SD > PM > czysta ARMN. Tak może być ze względu na charakter i zakres fizycznych interakcji między lekiem a nośnikiem. Praca ta wskazuje, że szybkość rozpuszczania artemizyniny można zwiększyć, łącząc ją jako stałą dyspersję w PVP K30 metodą liofilizacji. Dodanie znakomitych dezintegratorów, takich jak PEG, do stałych dyspersji odegrało ważną rolę w poprawie szybkości rozpuszczania, a tym samym w przygotowaniu szybko rozpuszczającej się tabletki ARMN.

Key words

solid dispersion, artemisinin, PVP, PEG

Słowa kluczowe

artemizynina, stała dyspersja, poliwinylopirolidon, glikol polietylenowy

References (12)

  1. Attaran A, Barnes KI, Curtis C: The global fund and medical malpractice in malaria treatment. Lancet 2004, 363, 237–240.
  2. Rowland M, Durrani N, Hewitt S, Sondrop E: Resistance of falciparum malaria to chloroquine and sulfadoxinepyrimethamine in Afghan refugee settlements in western Pakistan: Survey by the general health services using a simplified in vivo test. Trop Med Int Health 1997, 2, 1049–1056.
  3. Vector borne diseases in Pakistan, Country report of Pakistan. Khartoum, Sudan 2003, 1–11.
  4. Bradley D, Brannister B: Guidelines for malaria prevention in travellers from the United Kingdom for 2001. Common Dis Publ Health 2001, 84–101.
  5. Sweetman S: Martindale: The Complete Drug Reference. Royal Pharmaceutical Press, London.
  6. Woodrow CJ, Haynes RK, Krishna S: Artemisinin. Postgrad Med J 2005, 81, 71–78.
  7. Famin O, Ginsburg H: Differential effects of 4-aminoquinoline-containing antimalarial drugs on hemoglobin digestion in plasmodium falciparum-infected erythrocytes. Biochem Pharmacol 2002, 63(3), 393–398.
  8. Min-Young Heo, Zong-Zhu Piao, Tae-Wan Kim, Qing-Re Cao, Aera Kim, Beom Jin Lee: Effect of solubilizing and microemulsifying excipients polyethylene glycol 6000 solid dispersion on enhanced dissolution and bioavailability of ketokonazole. Arch Pharm Res 2005, 28 (5), 604–611.
  9. Sethia S, Squillante E: Solid dispersion of carbamazepine in PVP by conventional solvent evaporation and supercritical methods. Int J Pharm 2004, 272, 1–10.
  10. Emara LH, Badr RM, Elbary AA: Improving the dissolution and bioavailability of nifedipine using solid dispersions and solubilizers. Drug Dev Ind Pharm 2002, 28(7), 795–807.
  11. Van Nijlen T, Brennan K, Van den Mooter G, Blaton N, Kinget R, Augustijns P: Improvement of the dissolution rate of artemisinin by means of supercritical fluid technology and solid dispersions. Int J Pharm 2003, 254 (2), 173–181.
  12. USP30-NF25, 2007. The official compendium of standards. The United States Pharmacopoeial Convention.