Riassunto analitico
La piattaforma tecnica “Physico-Chimie Industrielle du Médicament”(PCIM) lavora sul miglioramento della formulazione di creme topiche come "EMLA©", una miscela equi molare di due anestetici locali: lidocaina e prilocaina. A causa degli effetti collaterali provocati dalla prilocaina a livello ematico, il laboratorio PCIM ha progettato un nuovo protocollo che prevede come principio attivo la lidocaina e il mentolo come eccipiente. Tuttavia il mentolo presenta stati cristallini differenti. Le forme polimorfe di uno stesso composto hanno differenti proprietà fisico-chimiche e quindi comportamenti distinguibili. Il progetto del tirocinio è stato incentrato sulla sintesi di co-cristalli, variando i rapporti tra la lidocaina e la forma stabile del L-/D-/DL-mentolo, sulla loro caratterizzazione chimico-fisica e sullo studio della loro solubilità, sapendo infatti che la formazione di un co-cristallo tra principio attivo e co-former causa una variazione delle loro proprietà chimico-fisiche. Alcuni esperimenti già eseguiti in passato dal gruppo di ricerca del quale fa parte il Dr. Yohann Corvis, hanno dimostrato che il co-cristallo può essere una forma appropriata per questo tipo di formulazione farmacologica. Lo studio di carattere chimico fisico del composto risultante da tale associazione è finalizzato a determinare la sua forma più stabile. Inoltre si sono analizzati per la prima volta le associazioni binarie tra co-cristalli per comprendere la natura delle interazioni instaurate tra loro nella fase solida e nella fase fusa, sapendo che essi si comportano come composto puro quando sono separati uno dall'altro. I co-cristalli sono stati preparati mediante ricottura (ciclo di riscaldamento) e tempra (raffreddamento controllato) di una miscela di lidocaina e L-, D- e DL-mentolo in proporzione equi molare. Ogni campione è stato studiato con l’analisi termica utilizzando la calorimetria differenziale a scansione (DSC), un metodo di analisi termo sensoriale per determinare le caratteristiche di fusione (temperatura ed entalpia), e tecniche di diffrazione a raggi-X per determinare l'arrangiamento intermolecolare dei differenti co-cristalli. Conoscere l'entalpia di fusione permette di arricchire le raccolte dati scientifiche e di distinguere polimorfi che avranno temperature di fusione molto differenti. La tecnica DSC permette inoltre di studiare la transizione vetrosa del composto. Successivamente, è stato utilizzato un termo microscopio ottico per studiare in tempo reale il comportamento del co-cristallo durante i processi di riscaldamento e raffreddamento. In aggiunta, esperimenti di densitometria sono stati condotti per determinare la solubilità della lidocaina e dei co-cristalli sintetizzati. Al fine di poter solubilizzare lo stato più stabile (co-cristallo) ed ottenere così il composto finale ottimale, è importante conoscere la solubilità sia del principio attivo che degli eccipienti. I risultati, elaborati con il software ORIGINE®, hanno evidenziato che la lidocaina risulta maggiormente solubile quando si dissolve come un co-cristallo con L-/D-/DL-mentolo che quando disciolta singolarmente. Un’ulteriore prova del miglioramento della solubilità del composto definito rispetto al principio attivo puro è stata confermata dalle analisi eseguite con il microscopio ottico mono-pozzo (ANACRISMAT). Le analisi hanno confermato un tasso di dissoluzione più elevato per il composto formato da lidocaina e la forma racemica del mentolo rispetto alle forme enantiomeriche. Si può quindi concludere che gli studi effettuati durante questo progetto di tesi confermano il co-cristallo come la forma più stabile e con una solubilità maggiore grazie all’aggiunta dell’eccipiente, suggerendo il co-cristallo DL-mentolo con lidocaina come il miglior candidato per la formulazione farmaceutica di farmaci anestetici nella loro forma solida.
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Abstract
The technical platform "Physico-Chimie Industrielle du Médicament" (PCIM) works on improving the formulation of topical creams such as "EMLA ©", a mixture of two local anaesthetics: lidocaine and prilocaine. Because of the side effects caused by prilocaine at the blood level, the PCIM laboratory has designed a new protocol that provides the active ingredient with lidocaine and menthol as an excipient. However, menthol has different crystalline states. The polymorphic forms of the same compound have different physico-chemical properties and therefore distinguishable behaviour. The training project focused on the synthesis of co-crystals, varying the relationships between lidocaine and the stable form of L- / D- / DL-menthol, on their chemical-physical characterization and on the study of their solubility, knowing that the formation of a co-crystal between active principle and co-former causes a variation of their chemical-physical properties. Some experiments already performed in the past by the research group of which Dr. Yohann Corvis is part, have shown that co-crystal can be an appropriate form for this type of pharmacological formulation. The chemical-physical study of the compound resulting from this association is aimed at determining its most stable form. Furthermore, binary associations between co-crystals were analysed for the first time to understand the nature of interactions established between them in the solid phase and in the molten phase, knowing that they behave as a pure compound when they are separated from one another. The co-crystals were prepared by annealing (heating cycle) and quenching (controlled cooling) of a mixture of lidocaine and L-, D- and DL-menthol in equimolar proportions. Each sample was studied with thermal analysis using differential scanning calorimetry (DSC), a thermal sensory analysis method to determine the characteristics of fusion (temperature and enthalpy), and X-ray diffraction techniques to determine the intermolecular arrangement of the different co-crystals. Knowing the merging enthalpy allows to enrich the scientific data collections and to distinguish polymorphs that will have very different melting temperatures. The DSC technique also allows studying the glass transition of the compound. Subsequently, a thermal optical microscope was used to study in real time the behaviour of the co-crystal during the heating and cooling processes. In addition, densitometry experiments were conducted to determine the solubility of lidocaine and synthesized co-crystals. In order to solubilize the most stable state (co-crystal) and thus obtain the optimal final compound, it is important to know the solubility of both the active ingredient and the excipients. The results, elaborated with the ORIGINE® software, have shown that lidocaine is more soluble when it dissolves as a co-crystal with L- / D- / DL-menthol and when dissolved individually. Further evidence of the improvement in solubility of the defined compound with respect to the pure active principle was confirmed by analyses performed with the single-well optical microscope (ANACRISMAT). The analyses confirmed a higher dissolution rate for the compound consisting of lidocaine and the racemic form of menthol compared to enantiomeric forms. It can therefore be concluded that the studies carried out during this thesis project confirm the co-crystal as the most stable form and with a higher solubility thanks to the addition of the excipient, suggesting the co-crystal DL-menthol with lidocaine as the best candidate for the pharmaceutical formulation of anaesthetic drugs in their solid form.
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