Introduktion
NETZSCH Kinexus Prime-serien af rheometre kan karakterisere en bred vifte af komplekse væsker og semisolider på grund af deres følsomhed, lave volumenkrav, modulære geometrier og Advanced Software muligheder. Disse rheometre har især et luftleje med ultralav friktion, som giver uovertruffen følsomhed på tværs af meget lave (0,001 1/s) til meget høje (10.000 1/s) forskydningshastigheder. Det er vigtigt for at forstå og kunne måle materialets opførsel under virkelige forhold som f.eks. forskydning gennem en pipette eller fysiologisk forskydning over øjet, når man blinker. Terapeutiske virksomheder med fokus på oftalmologi kan bruge de data, der genereres af Kinexus Prime-serien af rheometre, til at påvirke formuleringsudviklingen.
Topiske øjendråber er den primære behandlingsform for øjensygdomme som tørre øjne, grøn stær og sæsonbetingede allergier. Det er dog velkendt, at topiske øjendråber stort set er ineffektive, idet mindre end 5 % af lægemidlet i en påført dosis når målvævet [1]. Dette fænomen skyldes primært øjets naturlige evne til at fjerne fremmedlegemer. Øjets forside, som vist i figur 1, består af adskillige barrierer som f.eks. den komplekse tårefilm og hornhindens hydrofobe og hydrofile natur. Derudover spiller nasolakrimal drænage og blinken en stor rolle i forhold til hurtigt at fjerne påførte øjendråber. Blinkning er et unikt tilfælde, hvor shear rate går fra nul, mens øjet er åbent, til meget høj shear, når lågene hurtigt lukkes og åbnes igen.
For at forbedre opholdstiden for aktive komponenter kan man bruge forskellige doseringsformer, f.eks. salver, geler og emulsioner. NETZSCH arbejdede for nylig sammen med F&U-gruppen i et øjenplejefirma om at udvikle en unik testmetode i den programmerbare rSpace -software for at hjælpe med at styre formuleringsudviklingen af salve- og smøremiddelformuleringer til øjendråber.
Målebetingelser
Kinexus rheometre anvender rSpace software, som giver brugerne mulighed for at programmere en brugerdefineret testsekvens. Brugerne kan også få adgang til og ændre de over 200 forudbyggede programmer, der følger med softwaren, og som dækker 6 sprog.
Til testning af de medfølgende prøver blev der produceret en brugerdefineret sekvens, der kunne måle en enkelt prøve over en række forskydningshastigheder ved forskellige temperaturer med intermitterende pauser til opvarmning. Denne metode simulerer både påføring af den topiske formulering, som den påføres fra den primære emballage (shear flow) ved stuetemperatur, og effekten af at blinke ved næsten fysiologisk temperatur. Testparametrene er beskrevet i tabel 1.
Tabel 1: Testparametre til måling af topiske oftalmiske materialer
| Geometri | 1° kegle, 40 mm |
|---|---|
| Prøvevolumen | 0.8 ml |
| Mellemrum (H) | 1.5 mm |
| Normal kraft | 5 N |
| Temperatur testet | 25°C og 37°C |
| Isoterm forskydningsområde | 1 -5000 1/s |
Sammenligning af aktuelle formuleringer
Viskositet som funktion af forskydningshastighed og temperatur for tre kommercielle topiske produkter er vist i figur 2a, b og c. Figur 2a viser en øjensalve lavet af petrolatum, mineralolie og lanolin, som bruges til at lindre symptomer på tørre øjne fra den ene dag til den anden. Figur 2b er også en salve, der bruges til at behandle symptomer på tørre øjne natten over, men indeholder A-vitamin sammen med vaseline, mineralolie og lanolin. Endelig er figur 2c et øjensmøremiddel med natriumhyaluronat med høj molekylvægt og glycerin.
Selvom alle tre prøver er designet til at give øjenkomfort til patienter med tørre øjne. De okulære salveformuleringer, der er vist i figur 2a og 2b, er størrelsesordener mere viskøse sammenlignet med smøremidlet vist i figur 2c. Derudover har salverne en klar temperaturafhængighed, hvor opvarmning af prøverne fra omgivelsestemperatur til fysiologisk temperatur reducerer deres viskositet betydeligt. I modsætning hertil viser smøremidlet kun en lille reduktion i viskositet, når temperaturen stiger, hvilket ikke ændrer den overordnede responsprofil. Det er informative resultater ud fra et designmæssigt synspunkt: Salverne "smelter" mod øjets varme, men forbliver tyktflydende nok til at forbedre retentionstiden. Disse salver bruges ofte til øjenkomfort hos patienter med alvorlige tørre øjne og hornhindesygdomme. Øjensmøremidlet viser derimod en tydelig forskydningsfortyndende effekt, hvilket tyder på, at formuleringen bliver forskydningsfortyndet som en funktion af at blinke og ikke fjernes hurtigt eller hæmmer synet.
Endelig er der, på trods af at begge er øjensmøremidler med lignende formuleringer, en tydelig forskel i de responsprofiler, der vises i figur 2a og 2b. Ved stuetemperatur viser figur 2b en bifasisk reaktion på forskydning i stedet for den gradvise reaktion, som figur 2a viser. Ved fysiologiske temperaturer er prøve 2b desuden betydeligt mere viskøs end 2a. Dette resultat illustrerer Kinexus-enhedernes følsomhed og deres evne til at skelne mellem produkter, selv når de har lignende sammensætninger.
Sammenfatning
NETZSCH Kinexus Prime-serien af rheometre giver brugerne alsidighed og en høj grad af tilpasning, når det gælder karakterisering af komplekse væsker og halvfaste stoffer. Til farmaceutiske og biovidenskabelige anvendelser er den høje følsomhed på tværs af et large forskydningshastighedsområde og den lave prøvevolumen begge nøgleattributter til testning. Her demonstrerer vi, hvordan en brugerdefineret testmetode blev genereret til Kinexus for at producere data om kommercielle øjenplejeprodukter til støtte for formuleringsudvikling. Det brede shear rate-område giver brugerne mulighed for at simulere blinkende shear rates for at vejlede formuleringseksperter om okulær opholdstid, patientkomfort og sløring.