Using small-angle X-ray scattering to investigate the compaction behaviour of a granulated clay

The compaction behaviour of a commercial granulated clay (magnesium aluminium smectite, gMgSm) was investigated using macroscopic pressure-density measurements, X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), X-ray microtomography (XμT) and small-angle X-ray scattering (SAXS). This material was studied as a potential compaction excipient for pharmaceutical tabletting, but also as a model system demonstrating the capabilities of SAXS for investigating compaction in other situations. Bulk compaction measurements showed that the gMgSm was more difficult to compact than polymeric pharmaceutical excipients such as spheronised microcrystalline cellulose (sMCC), corresponding to harder granules. Moreover, in spite of using lubrication (magnesium stearate) on the tooling surfaces, rather high ejection forces were observed, which may cause problems during commercial tabletting, requiring further amelioration. Although the compacted gMgSm specimens were more porous, however, they still exhibited acceptable cohesive strengths, comparable to sMCC. Hence, there may be scope for using granular clay as one component of a tabletting formulation. Following principles established in previous work, SAXS revealed information concerning the intragranular structure of the gMgSm and its response to compaction. The results showed that little compression of the intragranular morphology occurred below a relative density of 0 · 6, suggesting that granule rearrangements or fragmentation were the dominant mechanisms during this stage. By contrast, granule deformation became considerably more important at higher relative density, which also coincided with a significant increase in the cohesive strength of compacted specimens. Spatially-resolved SAXS data was also used to investigate local variations in compaction behaviour within specimens of different shape. The results revealed the expected patterns of density variations within flat-faced cylindrical specimens. Significant variations in density, the magnitude of compressive strain and principal strain direction were also revealed in the vicinity of a debossed feature (a diametral notch) and within bi-convex specimens. The variations in compaction around the debossed notch, with a small region of high density below and low density along the flanks, appeared to be responsible for extensive cracking, which could also cause problems in commercial tabletting

Fate of Tableted Freeze-Dried siRNA Lipoplexes in Gastrointestinal Environment

The incorporation of siRNA into nanocarriers is mandatory to facilitate its intracellular delivery, as siRNA itself cannot enter cells. However, the incorporation of these nanocarriers into oral, solid dosage forms and their fate in the gastrointestinal environment is yet to be explored. In the present work, the fate of, (i) naked siRNA, (ii) freshly prepared siRNA lipoplexes, and (iii) tableted siRNA lipoplexes, in simulated gastric and intestinal fluids was studied. The siRNA, either released from or protected within the lipoplexes, was quantified by gel electrophoresis and siRNA efficacy was assessed in cell transfection. The freshly prepared lipoplexes kept their siRNA load and transfection efficiency totally preserved during 1 h of incubation in simulated gastric fluid at 37 °C. However, in simulated intestinal fluid, despite no release of siRNA from lipoplexes after 6 h of incubation, gene silencing efficacy was dramatically decreased even after 1 h of exposure. The lipoplexes obtained from tablets efficiently protected siRNA in simulated gastric fluid, thus preserving the gene silencing efficacy, whereas their incubation in simulated intestinal fluid resulted in a marked siRNA release and decreased gene silencing efficacy. These results provided a detailed explanation for understanding the fate of siRNA in gastrointestinal conditions, when simply loaded in lipoplexes or formulated in the form of tablets

Impact of alternative solid state forms and specific surface area of high-dose, hydrophilic active pharmaceutical ingredients on tabletability

YesIn order to investigate the effect of using different solid state forms and specific surface area (TBET) of active pharmaceutical ingredients on tabletability and dissolution performance, the mono- and dihydrated crystalline forms of chlorothiazide sodium and chlorothiazide potassium (CTZK) salts were compared to alternative anhydrous and amorphous forms, as well as to amorphous microparticles of chlorothiazide sodium and potassium which were produced by spray drying and had a large specific surface area. The tablet hardness and tensile strength, porosity, and specific surface area of single-component, convex tablets prepared at different compression pressures were characterized. Results confirmed the complexity of the compressibility mechanisms. In general it may be concluded that factors such as solid-state form (crystalline vs amorphous), type of hydration (presence of interstitial molecules of water, dehydrates), or specific surface area of the material have a direct impact on the tabletability of the powder. It was observed that, for powders of the same solid state form, those with a larger specific surface area compacted well, and better than powders of a lower surface area, even at relatively low compression pressures. Compacts prepared at lower compression pressures from high surface area porous microparticles presented the shortest times to dissolve, when compared with compacts made of equivalent materials, which had to be compressed at higher compression pressures in order to obtain satisfactory compacts. Therefore, materials composed of nanoparticulate microparticles (NPMPs) may be considered as suitable for direct compaction and possibly for inclusion in tablet formulations as bulking agents, APIs, carriers, or binders due to their good compactibility performanceSolid State Pharmaceutical Cluster (SSPC), supported by Science Foundation Ireland under Grant No. 07/SRC/B1158

Evidence-based nanoscopic and molecular framework for excipient functionality in compressed orally disintegrating tablets

The work investigates the adhesive/cohesive molecular and physical interactions together with nanoscopic features of commonly used orally disintegrating tablet (ODT) excipients microcrystalline cellulose (MCC) and D-mannitol. This helps to elucidate the underlying physico-chemical and mechanical mechanisms responsible for powder densification and optimum product functionality. Atomic force microscopy (AFM) contact mode analysis was performed to measure nano-adhesion forces and surface energies between excipient-drug particles (6-10 different particles per each pair). Moreover, surface topography images (100 nm2-10 μm2) and roughness data were acquired from AFM tapping mode. AFM data were related to ODT macro/microscopic properties obtained from SEM, FTIR, XRD, thermal analysis using DSC and TGA, disintegration testing, Heckel and tabletability profiles. The study results showed a good association between the adhesive molecular and physical forces of paired particles and the resultant densification mechanisms responsible for mechanical strength of tablets. MCC micro roughness was 3 times that of D-mannitol which explains the high hardness of MCC ODTs due to mechanical interlocking. Hydrogen bonding between MCC particles could not be established from both AFM and FTIR solid state investigation. On the contrary, D-mannitol produced fragile ODTs due to fragmentation of surface crystallites during compression attained from its weak crystal structure. Furthermore, AFM analysis has shown the presence of extensive micro fibril structures inhabiting nano pores which further supports the use of MCC as a disintegrant. Overall, excipients (and model drugs) showed mechanistic behaviour on the nano/micro scale that could be related to the functionality of materials on the macro scale. © 2014 Al-khattawi et al

Recherche de lois de mélange sur des propriétés mécaniques de systèmes granulaires compactés

The tablet remains the dosage form the most present on the market. These tablets are obtained by the compaction of complex mixtures of an active substance and some excipients.The aim of this work was to evaluate the behaviour of various binary mixtures of three pharmaceutical excipients.The first part of this work is about the study of the compressibility and the compactibility of the excipients alone. Tests of characterization of the solid fraction by microtomography X supplemented this study.The second part deals with the study of the variation of compressibility and mechanical properties when the binary mixture composition changes. Microtomography X were also carried out on one of the mixture.This work was supplemented by the proposal for a model to describe the evolution of the Young's modulus and the tensile strength according to the mixture composition.Les matériaux granulaires sont utilisés dans de nombreux domaines tels que la pharmacie, la chimie, la métallurgie, l'agroalimentaire. Ils font l'objet de nombreuses recherches théoriques et expérimentales. La compression en matrice fermée est un procédé économique et facile à automatiser, ce qui explique qu'elle soit très répandue dans les industries qui utilisent des milieux granulaires. Dans le domaine pharmaceutique, le comprimé reste la forme la plus présente sur le marché. Bien que simple en apparence, la compression est un processus dynamique irréversible d'une grande complexité. Dans le cas d'un comprimé pharmaceutique, il faut garder à l'esprit que celui ci doit répondre à la fois à des contraintes technologiques, à des contraintes thérapeutiques et à des contraintes réglementaires très strictes. Pour répondre à ces différentes contraintes, les comprimés pharmaceutiques sont obtenus par la compression de mélanges souvent complexes d'excipients et d'une substance active. Bien que des progrès aient été fait dans la quantification des propriétés mécaniques des systèmes simples, le comportement mécanique des systèmes de poudres plus complexes a été moins étudié. L'idéal pour le formulateur serait de disposer des propriétés de chaque constituant du mélange et de sa contribution au comportement de l'ensemble du système pour pouvoir prédire le comportement des constituants en mélange. L'expérience semble montrer que ce n'est pas aussi simple. Or, comprendre le comportement d'un mélange en fonction des propriétés de ces constituants de base, c'est non seulement pouvoir prédire le comportement du mélange, mais également pouvoir développer de nouvelles formules. L'objectif de ce travail de recherche est d'évaluer les propriétés de mélanges granulaires compactés. Etant donnée la complexité du problème et la difficulté d'interprétation lorsque l'on s'intéresse à des mélanges d'excipients, les études doivent être réalisées sur des systèmes simples (mélanges binaires faisant intervenir des systèmes monodisperses). Il a donc été nécessaire d'étudier de la façon la plus complète possible les systèmes simples choisis avant de pouvoir passer à l'étude de leurs mélanges binaires.Les excipients étudiés (A TAB®, Fast Flo®, Vivapur 12®) sont représentatifs des excipients utilisés dans le domaine pharmaceutique. Les données de la littérature ont également mis en évidence des comportements en compression très différenciés. Le premier objectif de ce travail a donc été de caractériser de la manière la plus exhaustive possible le comportement sous pression des trois excipients ainsi que les propriétés mécaniques de ces systèmes compactés.Les résultats obtenus sur la compressibilité des trois excipients (énergies mises en jeu au cours de la compression, consommation de la porosité, modélisation de Heckel et seuil moyen d'écoulement plastique) ont confirmé des aptitudes à la compression très différentes.En complément, la technique de microtomographie X a été utilisée pour caractériser la fraction solide des comprimés de Vivapur 12®. Cette technique est une technique émergente dans l'étude des comprimés pharmaceutiques. Il a donc été nécessaire au préalable de la valider dans le domaine d'application dans lequel nous voulions la mettre en oeuvre (vérification de la loi de Beer-Lambert). Après une étape de calibration, une hétérogénéité au niveau de la répartition de la masse volumique a été mise en évidence au sein des comprimés, avec une différence importante entre la surface (surdensifiée) et le centre du comprimé. A la vue de ces observations, il apparaît donc que la différence entre les propriétés du volume (résistance à la rupture, module de Young, ...) et les propriétés de surface (dureté en indentation, ...) doit être faite.Concernant les propriétés mécaniques des systèmes simples compactés (résistance à la rupture, module de Young, ténacité, dureté Brinell), des différences ont été observées entre les trois excipients pour une même propriété. De plus, pour un même excipient, des variations marquées entre les propriétés mécaniques caractéristiques du volume du compact et les propriétés mécaniques caractéristiques de la surface ont été mises en évidence.Le modèle de la percolation qui est de plus en plus rencontré dans le domaine de la compression de composés pharmaceutiques a été appliqué aux trois systèmes étudiés. Les résultats de nos essais de modélisation semble montrer que ce modèle présente des limites. L'exposant critique ne semble pas universel pour une propriété donnée et les seuils de densité critique obtenus restent difficile à interpréter.La deuxième partie de ce travail est consacrée à l'étude des mélanges binaires formés à partir des trois excipients étudiés dans la première partie.Le suivi de l'évolution de la porosité des mélanges (à une contrainte de compression donnée) en fonction de la composition massique du mélange a permis de mettre en évidence une relation linéaire Porosité/Composition. Cette relation permet de déterminer la porosité d'un mélange compacté sous une pression donnée à partir des données recueillies au cours de l'étude des systèmes simples. Par contre, le seuil moyen d'écoulement plastique des mélanges n'évolue pas linéairement avec la composition massique du mélange. Mais en raison de la relation précédemment obtenue, une méthode de calcul indirect du seuil moyen d'écoulement plastique est possible. Cette méthode prédictive permet une bonne approximation des propriétés de densification et de déformation d'un mélange binaire quelle que soit sa composition.Pour toutes les propriétés mécaniques étudiées, les lois de proportionnalités simples classiquement utilisées en mécanique ne sont pas applicables. Dans la majorité des cas, une déviation négative est même observée par rapport à ces lois simples.Dans le cas particulier des propriétés mécaniques qui caractérisent la surface des compacts, il est apparu qu'elles étaient régies par le composé le plus plastique du mélange dès que sa proportion massique est égale à environ 30 à 20 %.Pour s'inscrire dans une optique d'aide à la formulation, un modèle a été proposé pour décrire l'évolution du module de Young et de la résistance à la rupture en fonction de la composition du mélange. Après ajustement, une approche basée sur des interactions triangulaires et sur la probabilité de présence de ces interactions semble la plus adaptée.Pour compléter l'étude des systèmes binaires, des essais de microtomographie X ont également été menés sur des mélanges Vivapur 12®/A TAB® compactés. Les représentations obtenues ont permis de mettre en évidence le Vivapur 12® au niveau des surfaces des compacts qui ont été en contact avec les pièces mécaniques. Ces observations confirment les résultats obtenus en microindentation sur ce mélange. Les seuils de percolation des deux excipients ont également été mis en évidence

Recherche de lois de mélange sur des propriétés mécaniques de systèmes granulaires compactés

Le comprimé reste la forme pharmaceutique la plus présente sur le marché. Ces comprimés sont obtenus par la compression de mélanges complexes d'une substance active et d'excipients. L'objectif de ce travail a été d'évaluer le comportement de différents mélanges binaires d'excipients pharmaceutiques. Une partie a tout d'abord été consacrée à l'étude de la compressibilité et de la comprimabilité des excipients seuls. Des essais de caractérisation de la fraction solide par microtomographie X ont complété cette étude. La deuxième partie concerne l'étude des mélanges binaires avec le suivi de la variation du comportement en compression et des propriétés mécaniques en fonction de la composition des mélanges. Des essais de microtomographie X ont également été réalisés sur un des mélange. Ce travail sur les systèmes binaires a été complété par la proposition d'un modèle pour décrire l'évolution du module d'élasticité et de la résistance à la rupture en fonction de la composition du mélange.CHATENAY M.-PARIS 11-BU Pharma. (920192101) / SudocPARIS-BIUP (751062107) / SudocSudocFranceF

Lactoses et phosphates de calcium en compression (intérêt de la caractérisation)

LILLE2-BU Santé-Recherche (593502101) / SudocSudocFranceF