Förstå temperaturberoendet och flödesbeteendet hos ögonvårdsprodukter - viskositetsmätningar med Kinexus

Inledning

NETZSCH Kinexus Prime-serien av reometrar kan karakterisera ett brett spektrum av komplexa vätskor och semisolider tack vare sin känslighet, låga volymkrav, modulära geometrier och Advanced Software kapacitet. Dessa reometrar har ett luftlager med extremt låg friktion som ger oöverträffad känslighet för mycket låga (0,001 1/s) till mycket höga (10.000 1/s) skjuvhastigheter. Detta är viktigt för att förstå och kunna mäta materialbeteende under verkliga förhållanden, t.ex. skjuvning genom en pipett eller fysiologisk skjuvning över ögat under blinkning. Företag med fokus på oftalmiska läkemedel kan använda de data som genereras av reometrarna i Kinexus Prime-serien för att påverka formuleringsutvecklingen.

Topikala ögondroppar är den främsta behandlingsmetoden för okulära tillstånd som torra ögon, glaukom och säsongsallergier. Det är dock välkänt att topikala ögondroppar till stor del är ineffektiva, eftersom mindre än 5% av läkemedlet i en applicerad dos når målvävnaderna [1]. Detta fenomen orsakas främst av ögats naturliga förmåga att rensa bort främmande föremål. Ögats framsida, som visas i figur 1, består av ett flertal barriärer, t.ex. den komplexa tårfilmen och hornhinnans hydrofoba och hydrofila egenskaper. Dessutom spelar nasolakrimal dränering och blinkning en viktig roll när det gäller att snabbt eliminera applicerade ögondroppar. Blinkning är ett unikt fall där skjuvhastigheten går från noll när ögat är öppet, till mycket hög skjuvning när ögonlocken snabbt stängs och öppnas igen.

För att förbättra uppehållstiden för aktiva komponenter kan olika doseringsformer användas, t.ex. salvor, geler och emulsioner. NETZSCH samarbetade nyligen med FoU-gruppen på ett företag som tillverkar läkemedel och utrustning för ögonvård för att utveckla en unik testmetod i den programmerbara programvaran rSpace, som hjälp vid formuleringsutvecklingen av salvor och smörjmedel för ögondroppar.

Mätförhållanden

Kinexus reometrar använder programvaran rSpace som gör det möjligt för användarna att programmera en anpassad testsekvens. Användarna kan också få tillgång till och ändra de över 200 förprogrammerade program som medföljer programvaran och som omfattar 6 språk.

För testning av de tillhandahållna proverna togs en anpassad sekvens fram som kan mäta ett enda prov över en rad olika skjuvhastigheter, vid olika temperaturer och med intermittenta pauser för uppvärmning. Denna metod simulerar både appliceringen av den topikala formuleringen när den appliceras från primärförpackningen (skjuvflöde) vid rumstemperatur och effekten av att blinka vid nära fysiologisk temperatur. Testparametrarna beskrivs i tabell 1.

Tabell 1: Testparametrar för mätning av topikala oftalmiska material

Jämförelse av topikala formuleringar

Viskositet som funktion av skjuvhastighet och temperatur för tre kommersiella topikala produkter visas i figurerna 2a, b och c. Figur 2a visar en ögonsalva gjord av petrolatum, mineralolja och lanolin, som används för att lindra symtom på torra ögon över natten. Figur 2b är också en salva som används för att behandla symtom på torra ögon över natten, men som innehåller vitamin A tillsammans med petrolatum, mineralolja och lanolin. Figur 2c, slutligen, är ett smörjmedel för ögon med natriumhyaluronat med hög molekylvikt och glycerin.

Även om alla tre proverna är utformade för att ge ögonkomfort för patienter med torra ögon. De okulära salvformuleringar som visas i figur 2a och 2b är storleksordningar mer viskösa jämfört med det smörjmedel som visas i figur 2c. Dessutom har salvorna ett tydligt temperaturberoende där uppvärmning av proverna från omgivande till fysiologisk temperatur minskar deras viskositet avsevärt. Däremot uppvisar smörjmedlet endast en liten minskning av viskositeten när temperaturen ökar, vilket inte förändrar dess övergripande svarsprofil. Detta är informativa resultat ur designsynpunkt: salvorna "smälter" mot ögats värme men förblir tillräckligt viskösa för att öka retentionstiden. Dessa salvor används ofta för att förbättra ögonkomforten hos patienter med svårartad ögontorrhet och hornhinnesjukdomar. Det okulära smörjmedlet uppvisar å andra sidan en tydlig skjuvtunnande effekt, vilket tyder på att formuleringen kommer att skjuvtunnas som en funktion av blinkning och inte snabbt avlägsnas eller hindra synen.

Slutligen, trots att båda är okulära smörjmedel med liknande formuleringar, finns det en tydlig skillnad i svarsprofilerna som visas i figur 2a och 2b. Vid rumstemperatur visar figur 2b ett bifasiskt svar på skjuvning snarare än det gradvisa svar som visas i figur 2a. Vid fysiologiska temperaturer är dessutom prov 2b betydligt mer visköst jämfört med 2a. Detta resultat illustrerar Kinexus-enheternas känslighet och deras förmåga att skilja mellan olika produkter, även om de har liknande sammansättning.

Sammanfattning

Reometrarna i NETZSCH Kinexus Prime-serien erbjuder användarna mångsidighet och en hög grad av kundanpassning när det gäller karakterisering av komplexa vätskor och halvfasta ämnen. För läkemedels- och biovetenskapliga tillämpningar är den höga känsligheten över ett intervall på large för skjuvhastigheter och den låga provvolymen båda viktiga attribut för testning. Här visar vi hur en anpassad testmetod genererades för Kinexus för att ta fram data om kommersiella ögonvårdsprodukter som stöd för formuleringsutveckling. Det breda skjuvhastighetsintervallet gör det möjligt för användare att simulera blinkande skjuvhastigheter för att vägleda formuleringsexperter om okulär uppehållstid, patientkomfort och oskärpa.