Dissolutie- en diffusietesten zijn in-vitromethoden waarmee de farmaceutische industrie meet hoe een werkzame stof (API) vrijkomt uit een geneesmiddel. Een dissolutietest meet hoe snel en hoe volledig de werkzame stof uit een vaste toedieningsvorm, zoals een tablet of capsule, in oplossing gaat. Een diffusietest meet hoe snel een opgeloste stof uit een formulering vrijkomt en door een membraan of huid dringt, en wordt vooral gebruikt voor crèmes, gels, zalven en transdermale pleisters. Beide testen zijn onmisbaar in formuleringsontwikkeling, kwaliteitscontrole en vrijgifte van geneesmiddelen.
Dit artikel behandelt het principe van beide testen, de apparatuur (de zeven farmacopeïsche dissolutieapparaten en de Franz-diffusiecel), de uitvoering stap voor stap, de berekeningen, de acceptatiecriteria en de kwalificatie van de apparatuur.
Dissolutie betekent oplossen: het proces waarbij een vaste stof uiteenvalt in afzonderlijke moleculen of ionen die zich in een vloeistof verdelen. In de farmacie staat dissolutie specifiek voor het in oplossing gaan van de werkzame stof uit een toedieningsvorm. Andere woorden voor dissolutie zijn oplossing en, in de Engelse vakliteratuur, drug release. Buiten de chemie heeft het woord ook de betekenis van ontbinding, bijvoorbeeld van een vennootschap of huwelijk.
Een tablet in een glas water valt eerst uiteen en de werkzame stof lost daarna op. Een dissolutietest meet precies dat: hoeveel procent van de werkzame stof na 10, 15, 30 of 60 minuten is opgelost, onder vaste, reproduceerbare omstandigheden die het maag-darmkanaal zo goed mogelijk nabootsen. Alledaagse voorbeelden van dissolutie zijn suiker of zout dat in water oplost en een bruistablet die in water uiteenvalt en oplost.
Nee. Dissolutie is een fysisch proces: de stof lost op, maar het molecuul blijft chemisch hetzelfde. Hydrolyse is een chemische reactie waarbij een binding met water wordt verbroken en er nieuwe stoffen ontstaan. Een werkzame stof die tijdens een dissolutietest hydrolyseert in het medium, geeft een te laag resultaat; dat moet bij de methodeontwikkeling worden uitgesloten of gecorrigeerd.
Diffusie is de spontane verplaatsing van moleculen van een plaats met een hoge concentratie naar een plaats met een lage concentratie, als gevolg van hun willekeurige thermische beweging. De term komt van het Latijnse diffundere: uitgieten of verspreiden. Diffusie gaat door tot de concentratie overal gelijk is of tot er een evenwicht is bereikt.
Vijf voorbeelden van diffusie zijn: de geur van parfum die zich door een ruimte verspreidt, thee die vanuit een theezakje door heet water trekt, een druppel inkt die zich in water verdeelt, zuurstof die in de longen vanuit de longblaasjes naar het bloed gaat, en een werkzame stof die vanuit een zalf door de huid dringt.
In de biologie worden meestal drie vormen van passief transport onderscheiden: enkelvoudige diffusie (moleculen gaan direct door de lipidelaag van het membraan), gefaciliteerde diffusie (transport via kanaal- of dragereiwitten, zonder energieverbruik) en osmose (diffusie van water door een semipermeabel membraan). Voor de achtergrond van osmose en membranen, zie het artikel over membraanscheidingstechnieken.
In het lichaam hangen de twee processen samen: een werkzame stof moet eerst oplossen voordat hij door de darmwand kan diffunderen. Dissolutie zelf is bovendien een diffusieproces, zoals de Noyes-Whitney-vergelijking laat zien.
De oplossnelheid wordt beschreven door de vergelijking van Noyes en Whitney (in de vorm van Nernst en Brunner):
dm/dt = (D · A / h) · (Cs − C)
Hierin is dm/dt de oplossnelheid, D de diffusiecoëfficiënt van de stof in het medium, A het oppervlak van de vaste stof, h de dikte van de stilstaande diffusielaag rond het deeltje, Cs de verzadigingsoplosbaarheid en C de concentratie in het medium. Daaruit volgen de knoppen waaraan een formuleerder kan draaien: een kleinere deeltjesgrootte vergroot A, een andere kristalvorm of een zout verhoogt Cs, en intensiever roeren verkleint h. De deeltjesgrootte en het specifieke oppervlak worden gemeten met laserdiffractie en BET-oppervlakteanalyse; de kristalvorm met DSC.
De term (Cs − C) verklaart waarom een dissolutietest onder zogenoemde sinkcondities wordt uitgevoerd: het medium moet ten minste drie keer zoveel werkzame stof kunnen oplossen als er in de dosis aanwezig is. Zo blijft C klein ten opzichte van Cs en meet u de afgifte uit de toedieningsvorm, niet de verzadiging van het medium.
De eerste wet van Fick stelt dat de flux J (hoeveelheid per oppervlak per tijd) evenredig is met de concentratiegradiënt: J = −D · dC/dx. Bij een permeatietest door een membraan of huid komt dit neer op een stationaire flux Jss = Kp · ΔC, met Kp de permeabiliteitscoëfficiënt. In de praktijk zet u de cumulatieve hoeveelheid die per cm² door het membraan is gegaan uit tegen de tijd; de helling van het lineaire deel is de flux, het snijpunt met de tijdas de lag time. Bij afgiftetesten van halfvaste producten volgt de cumulatief vrijgekomen hoeveelheid doorgaans een lineaire relatie met de wortel van de tijd (het Higuchi-model); de helling daarvan is de afgiftesnelheid.
Een werkzame stof kan pas worden opgenomen als hij is opgelost. Een tablet die te langzaam of onvolledig oplost, geeft een te lage of wisselende werkzaamheid; een tablet met gereguleerde afgifte die te snel afgeeft, kan juist een te hoge piekconcentratie geven (dose dumping). De dissolutietest is daarmee een van de weinige kwaliteitstesten die rechtstreeks iets zegt over de prestatie van het geneesmiddel in het lichaam, en niet alleen over de samenstelling.
Dissolutie is niet hetzelfde als de uiteenvaltest (desintegratie). De uiteenvaltest bepaalt alleen binnen welke tijd een tablet in kleine deeltjes uiteenvalt; de dissolutietest meet hoeveel werkzame stof daadwerkelijk is opgelost.
Een dissolutietester bestaat uit een waterbad of een direct verwarmd blok met meestal zes (soms zeven of acht) vaten van 1 liter met een halfbolvormige bodem, een aandrijving met roerassen, een temperatuurregeling, en een systeem voor bemonstering. De Amerikaanse farmacopee (USP, hoofdstuk <711> en verwante hoofdstukken) beschrijft zeven apparaten; de Europese Farmacopee (Ph. Eur. 2.9.3 en 2.9.4) beschrijft grotendeels dezelfde opstellingen.
Het USP-apparaat 4 is de doorstroomcel. Een pomp stuwt het medium, bij typische debieten van 4, 8 of 16 ml per minuut, van onder naar boven door een cel met glasparels en het product, en via een filter naar buiten. In een open systeem stroomt steeds vers medium door de cel, zodat er zelfs bij slecht oplosbare stoffen nauwelijks verzadiging optreedt. Daarnaast kan tijdens de test eenvoudig van medium worden gewisseld, bijvoorbeeld van zuur naar neutraal. Het apparaat is geschikt voor poeders, implantaten, microsferen, zetpillen en halfvaste producten met een speciale adapter.
Het USP-apparaat 5, paddle over disk, is een paddle-opstelling voor transdermale pleisters. De pleister wordt met de afgiftezijde naar boven op een roestvrijstalen schijf of in een houder op de bodem van het vat gelegd en het medium wordt op 32 °C gehouden, de temperatuur van het huidoppervlak.
Het volume van 900 ml is een historisch gegroeide standaard die past bij het vat van 1 liter: het laat voldoende ruimte onder de rand over, bedekt de paddle en de mand ruim en levert voor de meeste werkzame stoffen sinkcondities op. Een groter volume verlaagt de concentratie in het medium, wat voor slecht oplosbare stoffen gunstig is maar de meetbaarheid bij lage doseringen verslechtert. Afhankelijk van dosis en oplosbaarheid schrijven methoden daarom ook 500 of 1000 ml voor, of wordt voor zeer lage doseringen met kleinere vaten gewerkt.
Zes eenheden is de eerste stap van de farmacopeïsche stapsgewijze toetsing. Zes tabletten geven een eerste beeld van het gemiddelde én van de spreiding tussen tabletten, terwijl een test met één tablet niets zegt over de uniformiteit van de batch. Een standaard dissolutietester heeft daarom zes testvaten. Voldoet de eerste stap niet, dan worden extra eenheden getest, tot maximaal 24.
Q is de hoeveelheid opgeloste werkzame stof die in de specificatie wordt geëist, uitgedrukt als percentage van het gedeclareerde gehalte, op een vastgesteld tijdstip. Een specificatie 'Q = 80 % in 30 minuten' betekent dat na 30 minuten ten minste 80 procent van de gedeclareerde hoeveelheid moet zijn opgelost, beoordeeld volgens het stapsgewijze schema hieronder.
Voor producten met directe afgifte gebruikt de farmacopee een toetsing in maximaal drie stappen:
L1, L2 en L3 zijn de overeenkomstige stappen voor producten met gereguleerde of verlengde afgifte. Hier geldt per tijdstip een bereik (bijvoorbeeld 20 tot 40 procent na 1 uur, 45 tot 65 procent na 4 uur, ten minste 80 procent na 8 uur). Bij L1 moeten alle 6 eenheden binnen het bereik vallen. Bij L2 (12 eenheden) moet het gemiddelde binnen het bereik liggen en mag geen eenheid meer dan 10 procent van het gedeclareerde gehalte buiten het bereik vallen. Bij L3 (24 eenheden) moet het gemiddelde binnen het bereik liggen, mogen maximaal 2 eenheden meer dan 10 procent afwijken en geen enkele meer dan 20 procent. Raadpleeg voor de exacte bewoording altijd de actuele farmacopee.
Het percentage opgeloste werkzame stof op tijdstip n is:
% opgelost = (Cn · V + Σ Ci · vs) / gedeclareerd gehalte × 100 %
Hierin is Cn de gemeten concentratie op tijdstip n (mg/ml), V het volume medium in het vat (ml), vs het volume van elk eerder afgenomen monster en Σ Ci de som van de concentraties van de eerdere monsters. De tweede term corrigeert voor de werkzame stof die met eerdere monsters is verwijderd; wordt het afgenomen volume niet aangevuld, dan wordt V per monstername verkleind.
Rekenvoorbeeld: een tablet van 200 mg, 900 ml medium, monsters van 10 ml die worden aangevuld. Na 15 minuten is de concentratie 0,120 mg/ml, na 30 minuten 0,190 mg/ml. Na 15 minuten is opgelost: 0,120 × 900 / 200 × 100 = 54,0 %. Na 30 minuten: (0,190 × 900 + 0,120 × 10) / 200 × 100 = (171 + 1,2) / 200 × 100 = 86,1 %.
Met de verschilfactor f1 en de gelijkenisfactor f2 worden twee dissolutieprofielen vergeleken, bijvoorbeeld van een referentieproduct (R) en een testproduct (T) op dezelfde n tijdstippen:
f1 = Σ|Rt − Tt| / Σ Rt × 100
f2 = 50 · log10{ [1 + (1/n) · Σ(Rt − Tt)²]−0,5 × 100 }
Profielen gelden als gelijkwaardig bij een f1 tussen 0 en 15 en een f2 tussen 50 en 100; een f2 van 50 komt overeen met een gemiddeld verschil van ongeveer 10 procent per tijdstip. Voorwaarden zijn onder meer ten minste 12 eenheden per product, ten minste drie tijdstippen, niet meer dan één tijdstip boven 85 procent opgelost en een beperkte variatiecoëfficiënt. Richtlijnen hierover zijn te vinden bij de EMA en de FDA-guidancedocumenten.
De Amerikaanse farmacopee beschrijft de apparatuur en acceptatiecriteria in de algemene hoofdstukken <711> Dissolution en <724> Drug Release, en de methodeontwikkeling in <1092>; zie USP. In Europa gelden Ph. Eur. 2.9.3 (vaste orale toedieningsvormen) en 2.9.4 (transdermale pleisters). De farmacopeeën zijn op dit punt grotendeels geharmoniseerd. De specifieke condities per product (apparaat, toerental, medium, tijdstippen en Q-waarde) staan in de monografie of in de registratie.
Omdat kleine afwijkingen in de apparatuur het resultaat meetbaar beïnvloeden, wordt een dissolutietester periodiek gecontroleerd. Bij de mechanische kwalificatie worden onder meer het toerental, de slingering (wobble) van de as, de centrering en verticaliteit van as en vat, de hoogte van paddle of mand en de temperatuur gemeten. Aanvullend kan een prestatieverificatietest met referentietabletten worden uitgevoerd. Deze controles horen bij de kwalificatie van apparatuur (IQ/OQ/PQ); de gebruikte thermometers en toerentalmeters moeten gekalibreerd zijn, zie kalibratie en verificatie. Ook trillingen van omringende apparatuur, belletjes in het medium en beschadigde vaten zijn bekende oorzaken van afwijkende resultaten.
De Franz-diffusiecel, genoemd naar Thomas J. Franz die haar in de jaren zeventig beschreef, is de standaardopstelling voor het meten van de afgifte en huidpenetratie van halfvaste en transdermale producten. Een verticale Franz-cel is van glas en bestaat uit:
In de praktijk worden meerdere cellen tegelijk op een roerblok gebruikt, handmatig bemonsterd of met een geautomatiseerd systeem. De monsters worden meestal met HPLC geanalyseerd, omdat de concentraties laag zijn en de receptorvloeistof componenten uit de formulering kan bevatten.
Bij IVRT (in vitro release testing) wordt een inert synthetisch membraan gebruikt dat de afgifte niet beperkt. De test meet hoe snel de werkzame stof uit de formulering vrijkomt en is een instrument voor kwaliteitscontrole en voor het vergelijken van formuleringen, bijvoorbeeld na een wijziging in productie of samenstelling. De Amerikaanse farmacopee beschrijft dit in hoofdstuk <1724>.
Bij IVPT (in vitro permeation testing) wordt een huidmembraan gebruikt, meestal humane huid of varkenshuid, en wordt gemeten hoeveel werkzame stof door de huid dringt. IVPT wordt ingezet in de ontwikkeling van topicale en transdermale producten, bij equivalentiestudies van generieke topicale producten en bij de beoordeling van huidabsorptie van chemische stoffen, onder meer volgens OECD-testrichtlijn 428.
Een Franz-celmethode wordt gevalideerd op onder meer lineariteit, precisie, gevoeligheid en selectiviteit van de afgiftesnelheid; zie het artikel over validatie van analytische methoden.
Het basisprincipe is dat een vaste stof oplost doordat moleculen vanaf het oppervlak door een dunne, stilstaande vloeistoflaag naar de oplossing diffunderen. De snelheid daarvan hangt af van het oppervlak van de vaste stof, de oplosbaarheid, de diffusiecoëfficiënt en de dikte van de diffusielaag, zoals beschreven door de Noyes-Whitney-vergelijking.
Het doel van een dissolutietest is vaststellen of de werkzame stof in de juiste mate en met de juiste snelheid uit het geneesmiddel vrijkomt. Dat borgt de kwaliteit en uniformiteit van elke batch, ondersteunt de ontwikkeling van nieuwe formuleringen en kan in bepaalde gevallen een bio-equivalentiestudie bij mensen vervangen.
Voorbeelden van dissolutie in het dagelijks leven zijn suiker in koffie, zout in kookwater en een bruistablet in water. In het laboratorium en de farmacie gaat het om het oplossen van een tablet in maagsap, van een werkzame stof uit een capsule en van een zout bij het bereiden van een oplossing; zie ook oplossingen bereiden.
Voor producten met directe afgifte duurt een test meestal 30 tot 60 minuten, met bemonstering op bijvoorbeeld 10, 15, 20, 30, 45 en 60 minuten. Producten met gereguleerde afgifte worden 8 tot 24 uur getest, en implantaten of injecteerbare depotformuleringen soms dagen tot weken, meestal met het doorstroomapparaat. Een Franz-celtest duurt doorgaans 6 tot 48 uur.
Een uiteenvaltest bepaalt alleen binnen welke tijd een tablet of capsule in een mandjesapparaat volledig uiteenvalt. Een dissolutietest meet kwantitatief hoeveel werkzame stof in de loop van de tijd is opgelost. Een tablet kan snel uiteenvallen maar toch langzaam oplossen, bijvoorbeeld bij een slecht oplosbare werkzame stof; de dissolutietest is daarom de meer onderscheidende prestatietest.
Bent u op zoek naar laboratoriummaterialen voor dissolutie- en diffusieonderzoek? Bekijk ons aanbod van spuitfilters, maatglaswerk, waterbaden en thermometers en timers.
Disclaimer: De informatie in dit artikel is bedoeld als technische achtergrond en vervangt niet de actuele farmacopee-monografieën, de geregistreerde productspecificaties, de gebruiksaanwijzingen van fabrikanten en de geldende richtlijnen. Acceptatiecriteria, testcondities en rekenregels kunnen per farmacopee-editie en per product verschillen; raadpleeg bij twijfel altijd de officiële bronnen.
Inloggen
Wachtwoord vergeten
Account aanmaken
Uw winkelwagen is leeg.
