vragen thesis

hoe werkt DLS

DLS meet niet rechtstreeks de partikelgrootte. Het toestel schijnt een laser door de verdunde nanosuspensie. De deeltjes bewegen voortdurend door Brownse beweging. Daardoor fluctueren de verstrooide lichtsignalen. Uit deze fluctuaties wordt de diffusiecoëfficiënt berekend. Vervolgens wordt via de Stokes-Einstein vergelijking de hydrodynamische diameter berekend.

Andere technieken voor het bepalen vd partikelgrootte

laser diffraction, SEM, TEM (bij SEM/TEM kan je de homogeniteit enkel visueel inschatten (nadeel))

Welke lost sneller op: amorf of kristallijn?

Amorf materiaal lost doorgaans sneller op. Dit komt door de hogere vrije energie, de minder geordende structuur en omdat er minder energie nodig is om moleculen vrij te maken.

Amorfe systemen zijn fysisch instabiel, kunnen herkristalliseren en zijn moeilijker te bewaren. Kristallijne systemen zijn stabieler en hebben een langere houdbaarheid.

Hoe verhoog je nog de oplosbaarheid?

Amorf maken, zouten maken, complexatie met cyclodextrinen, co-solventen toevoegen of lipide-gebaseerde systemen gebruiken.

Je schrijft dat nanosizing de schijnbare verzadigingsoplosbaarheid verhoogt, maar de intrinsieke oplosbaarheid blijft gelijk. Leg uit?

De intrinsieke oplosbaarheid verandert niet, omdat nanosizing de chemische structuur en de fundamentele interactie tussen de drug-moleculen en het oplosmiddel niet wijzigt.

Wanneer de deeltjes heel klein worden gemaakt, kunnen de moleculen aan het oppervlak gemakkelijker oplossen in water. Hierdoor ontstaat tijdelijk een hogere concentratie opgelost geneesmiddel dan bij grotere deeltjes. Dit noemen we een hogere schijnbare oplosbaarheid.

Wat is passive drug targeting?

Dit betekent dat de nanodeeltjes zich, puur op basis van hun grootte, selectief gaan ophopen in zieke weefsels zoals tumoren of ontstekingshaarden. Omdat de bloedvaten in snelgroeiende tumoren of ontstoken zones 'lek' zijn en grote poriën bevatten, kunnen de nanodeeltjes uit de nanosuspensie hier gemakkelijk naar buiten treden. Door een gebrekkige lymfedrainage in die weefsels blijven ze daar vervolgens langdurig aanwezig. Dit zorgt voor een hogere concentratie van Itraconazol and Niclosamide op de therapeutische doelplaats, wat de effectiviteit verhoogt en systemische bijwerkingen in gezond weefsel vermindert.

agglomeratie

nanodeeltjes klonteren samen tot grotere clusters, maar ze zitten losjes aan elkaar vast via zwakke krachten (zoals van der Waalskrachten)

→ agglomeraten kunnen meestal gemakkelijk weer uit elkaar worden gehaald (redispergeren) door simpelweg te schudden of te soniqueren (ultrasoon bad)

aggregatie

nanodeeltjes smelten of groeien echt chemisch aan elkaar vast via sterke, vaak kristallijne of covalente bindingen. Er ontstaan 'onbreekbare' grote structuren

→ je kunt ze door te schudden niet meer uit elkaar krijgen

sedimentatie

dit is het fenomeen waarbij de deeltjes onder invloed van de zwaartekracht naar de bodem van de vial zakken, waardoor er caking of een neerslag ontstaat

Ostwald rijping

De opgeloste drugmoleculen verplaatsen zich door de vloeistof van de zone met hoge concentratie (rond de kleine deeltjes) naar de zone met lagere concentratie (rond de grote deeltjes). Daar gaan ze neerslaan op het oppervlak van de grotere deeltjes. De kleinste deeltjes lossen uiteindelijk volledig op en verdwijnen, terwijl de grotere deeltjes alsmaar groter groeien. Je gemiddelde deeltjesgrootte verschuift hierdoor continu omhoog, wat de stabiliteit ondermijnt.

kristalgroei

dit hangt nauw samen met Ostwald-rijping, maar kan ook optreden door temperatuurschommelingen. Wanneer de temperatuur stijgt, lost er wat meer drug op; wanneer de temperatuur weer daalt, kristalliseert deze drug weer uit. Dit uitkristalliseren gebeurt bij voorkeur op de reeds bestaande kristallen, waardoor deze ongecontroleerd groter groeien tot macroscopische (grote) kristallen.

waarom gebruik je DSC en XRPD?

Ze worden gebruikt om de eigenschappen van de geneesmiddelen in vaste toestand te karakteriseren, zoals hun amorfe of kristallijne toestand, en om mogelijke moleculaire interacties tussen de componenten te identificeren

alternatief DSC, XRPD en FTIR

Solid state NMR

Raman spectroscopie

waarom gebruik je FTIR

Dit wordt gebruikt om potentiële intermoleculaire interacties, zoals waterstofbruggen of chemische compatibiliteit tussen de geneesmiddelen, verder te evalueren

Wat bedoel je met die lipofiele permeabiliteitsefficiëntie en waarom is die balans belangrijk?

In de medicinale chemie bestaat er een constante spanning tussen oplosbaarheid en permeabiliteit. Om biologische membranen te passeren moet een drug lipofiel zijn, maar overmatige lipofiliteit leidt tot een slechte wateroplosbaarheid , zoals we zien bij BCS klasse II drugs.

De lipofiele permeabiliteitsefficiëntie is geïntroduceerd als een maatstaf om deze balans te kwantificeren. Het evalueert hoe effectief een molecuul membraanpermeabiliteit behaalt zonder een overmatige 'lipofiele last' te dragen die de oplosbaarheid ruïneert. Aangezien onze modelstoffen Itraconazol en Niclosamide extreem lipofiel zijn en een lage wateroplosbaarheid hebben , gebruiken we nanosuspensies om deze fysiochemische barrière te doorbreken en hun biologische beschikbaarheid te optimaliseren.

Waarom heb je bij de pre-solved stabilizer methode (single drug) de snelheid vastgezet op 2000 rpm en niet ook 1500 rpm getest?

Om de focus volledig te leggen op de vergelijking tussen dry en pre-solved in relatie tot de bead hoeveelheid.

Waarom heb je bij de dual-drug nanosuspensies een lagere hoeveelheid GM gebruikt?

Ik heb dit gedaan om een ​​geschikte balans tussen stabilisator en geneesmiddel te behouden en een effectieve oppervlaktebedekking van beide verbindingen te garanderen, waardoor het risico op aggregatie en instabiliteit werd verminderd.

Waarom heb je 2 verschillende drug ratio’s gebruikt?

Hierdoor kon worden beoordeeld hoe de samenstelling van de formulering de vorming en stabiliteit van nanosuspensies beïnvloedt.

Waarom heb je tween 80 in 2 verschillende concentraties getest?

De 4% diende als een veilige referentiewaarde met een overmaat aan surfactant. De reductie naar 0,4% was bedoeld om te kijken of we de surfactant-belasting konden minimaliseren – wat toxicologisch gezien beter is voor de patiënt.

Wat is het Gibbs-Thomson effect?

Dit beschrijft dat de fysische eigenschappen van een stof veranderen wanneer de deeltjes extreem klein worden gemaakt.

Bij zeer kleine deeltjes neemt de verhouding tussen oppervlak en volume sterk toe. Moleculen aan het oppervlak hebben minder naburige moleculen en zijn daardoor energetisch minder stabiel. Daardoor is minder energie nodig om het kristal te laten smelten.

Bij de dual-drug suspensie zie je de smeltpiek van Niclosamide niet meer terug op de DSC. Waarom concludeer je dan toch dat NIC kristallijn is gebleven?

Ten eerste is er sprake van micellaire solubilisatie: tijdens het opwarmen in de DSC lost de kristallijne Niclosamide voortijdig op in de surfactant-fase van Tween 80, waardoor er geen zuivere smelttransitie meer plaatsvindt.

Ten tweede is de concentratie van NIC in bepaalde drugratio's erg laag, waardoor het thermische signaal sowieso zwak is. Combineer je dat met de grote achtergrondsignalen van de waterverdamping en het smelten van Itraconazol, dan zakt de NIC-piek onder de detectielimiet van de DSC.

hoe kan een deeltje na drie weken kleiner zijn geworden zonder dat het oplost? Dat is thermodynamisch toch onmogelijk?

Tijdens het malen adsorbeert de stabilisator snel, maar in een suboptimale, wijd uitgerekte vorm. Tijdens drie weken opslag ondergaan de ketens een conformationele herschikking naar een compactere, beter georganiseerde sterische laag. Omdat deze laag dunner wordt, wordt de hydrodynamische diameter kleiner waardoor DLS dit ziet als een schijnbare afname van de partikelgrootte De stabiel lage PDI bewijst dat het systeem ondertussen fysiochemisch perfect stabiel is gebleven.

Waarom heb je bij de single-drug wel undissolved getest, maar ben je bij de dual-drug meteen overgegaan op vooraf opgeloste stabilizers?

Bij een dual-drug systeem worden tijdens het malen nog meer nieuwe oppervlakken gevormd dan bij een single-drug systeem. Daardoor wordt een snelle beschikbaarheid van de stabilisator zelfs nog belangrijker. Daarom was het logisch om de stabilisator vooraf op te lossen zodat adsorptie onmiddellijk kon plaatsvinden.

Waarom zijn nanosuspensies thermodynamisch instabiel?

Omdat kleine deeltjes een zeer groot specifiek oppervlak hebben. Dat zorgt voor een hoge oppervlaktevrije energie. Het systeem probeert die energie te verlagen door aggregatie, agglomeratie of kristalgroei.

Als jouw XRPD en DSC aantonen dat de stoffen kristallijn blijven, waarom verwacht je dan toch een betere dissolutie?

Omdat de verbeterde dissolutie niet noodzakelijk afkomstig moet zijn van amorfisering. Door nanosizing stijgt het specifieke oppervlak sterk, waardoor volgens Noyes-Whitney de dissolutiesnelheid toeneemt. Daarnaast kan ook de schijnbare verzadigingsoplosbaarheid licht stijgen door het kleine partikeloppervlak.

Waarom heb je geen zeta-potentiaal gemeten?

Zeta-potentiaal geeft informatie over de elektrostatische afstoting tussen deeltjes. Een hoge absolute zeta-potentiaal wijst meestal op een betere colloïdale stabiliteit. De poloxameren en Tween 80 stabiliseren voornamelijk via sterische stabilisatie en niet via elektrostatische afstoting. Daarom zou zeta-potentiaal aanvullende informatie geven, maar niet het volledige stabiliteitsmechanisme verklaren.

Waarom is PDI belangrijk?

Twee formulaties kunnen dezelfde gemiddelde partikelgrootte hebben maar een volledig verschillende grootteverdeling. Daarom is PDI noodzakelijk om de homogeniteit van het systeem te beoordelen.

Waarom gebruikte je DSC én XRPD?

DSC en XRPD geven complementaire informatie. DSC onderzoekt thermische eigenschappen zoals smelten en glastransities, terwijl XRPD rechtstreeks informatie geeft over de kristalstructuur. Samen geven ze een veel betrouwbaarder beeld van de vaste toestand.

Welke meerwaarde zouden toekomstige dissolutietesten hebben?

DLS bewijst wel dat de deeltjes klein zijn, maar een dissolutietest bewijst daadwerkelijk of deze deeltjesverkleining ook leidt tot een snellere en hogere opnamesnelheid van de drugs in gesimuleerd maag- en darmsap, conform de wet van Noyes-Whitney.

Hoe werkt de dissolutietest?

Je brengt een vaste hoeveelheid van je nanosuspensie in een beker met een gestandaardiseerd medium (zoals gesimuleerd maagsap/darmsap) bij 37°C, dat continu wordt geroerd (meestal met een paddle of basketopstelling). Op vaste tijdstippen neem je monsters van de vloeistof, filter je de resterende nanodeeltjes eruit, en meet je via HPLC of UV-vis spectroscopie de concentratie aan opgelost medicijn. Zo plot je een curve van de oplossnelheid over de tijd.

Waarom wil je dat een geneesmiddel sneller oplost?

Voor slecht oplosbare stoffen (BCS klasse II en IV) is de oplossnelheid in het maag-darmkanaal de snelheidsbepalende stap voor de opname in het bloed. Als een medicijn te langzaam oplost, verlaat het onopgelost het lichaam via de ontlasting en werkt het niet. Door de oplossnelheid te verhogen, stijgt de biologische beschikbaarheid (bioavailability), werkt het medicijn sneller, en is er een lagere dosis nodig, wat bijwerkingen vermindert.

Hoe werkt spray drying?

De suspensie wordt via een vernevelaar als flinterdunne druppeltjes in een hete luchtstroom gespoten. Het water verdampt milliseconden later, waardoor droge nanopoeder-deeltjes overblijven die onderaan worden opgevangen.

Hoe werkt freeze drying (Vriesdrogen / Lyofilisatie)?

De suspensie wordt eerst diepgevroren. Vervolgens wordt de druk verlaagd tot een diep vacuüm en wordt er milde warmte toegevoegd. Hierdoor transformeert het ijs direct in waterdamp zonder eerst vloeibaar te worden (sublimatie). Dit laat een luchtige, droge 'koek' achter.

Hoe werken in vivo pharmacokinetische studies?

Je dient de nanosuspensie toe aan proefdieren. Vervolgens neem je op vaste tijdstippen kleine bloedmonsters. Via bio-analyse (zoals LC-MS/MS) meet je de drugconcentratie in het plasma. Hieruit plot je een concentratie-tijdcurve waarmee je parameters berekent zoals de C_max (maximale bloedconcentratie) en de AUC (totale bloedblootstelling) om de effectiviteit in een levend organisme te bewijzen.

Waarom heb je enkel niet-ionogene stabilizers gebruikt en geen ionogene?

Niet-ionogene stabilisatoren stabiliseren via sterische hindernis. Dit mechanisme is fysiochemisch veel robuuster in het maag-darmkanaal dan ionogene (geladen) stabilisatoren. Ionogene stabilisatoren zijn namelijk extreem gevoelig voor veranderingen in pH en zoutconcentraties (ionsterkte). In de zure maag of de zoute darm kan hun lading geneutraliseerd worden, waardoor de nanosuspensie direct collapseert en aggregeert. Niet-ionogene ketens trekken zich niks aan van pH of zouten.

Zijn er andere verklaringen waarom het smeltpunt van ITR verlaagd is naar 150°C?

Het Gibbs-Thomson-effect lijkt de meest waarschijnlijke verklaring omdat de partikelgrootte sterk gereduceerd werd. Ik kan echter niet uitsluiten dat ook gedeeltelijke amorfisering of interacties met de stabilisator bijdragen aan de waargenomen verschuiving (de stabilisator kan hierbij fungeren als een onzuiverheid of deeltjesoppervlakken plastificeren, wat eveneens kan leiden tot een verlaging of verbreding van de smelttransitie). Omdat XRPD nog steeds duidelijke kristallijne pieken toont, lijkt volledige amorfisatie echter onwaarschijnlijk.

werking niet-ionogene stabilisatoren

Het hydrofobe deel verankert zich op het GM-oppervlak en de hydrofiele keten steken uit in het water. Als 2 deeltjes botsen worden deze ketens samengedrukt, wat zorgt voor een thermodynamische afstotingskracht die aggregatie voorkomt

werking SEM

Het scant het oppervlak en meet de weggekaatste elektronen, wat resulteert in een gedetailleerd 3D beeld van de deeltjesmorfologie en de oppervlaktestructuur

werking TEM

Het vuurt de elektronen dwars door een flinterdun monster heen. Het levert een 2D-transmissiebeeld met extreem hoge resolutie, waarmee we de interne structuur van de nanosuspensie kunnen bestuderen

Wanneer ionogene stabilisator gebruiken?

Bij liposomen of lipide nanopartikels.

De buitenkant van biologische cellen (celmembraan) is negatief geladen. Als je nanodeeltjes stabiliseert met een positief geladen surfactant ontstaan er elektrostatische aantrekkingskrachten. De positieve lading dwingt de cel om de deeltjes via endocytose sneller op te nemen.