1. Introduction

레보설피라이드는 설피라이드의 좌선성 광학이성질체 로 중추 및 말초 신경계 모두에서 작용하는 도파민 수용 체 길항제인 벤즈아미드 유도체이다. 레보설피라이드는 정신병, 우울증, 신체형 장애 등의 정신신경계와 구토, 소 화불량, 위궤양, 십이지장궤양 등의 소화기계 증상치료에 사용되는 약물이다[1]. 물에 거의 녹지 않고 투과성이 낮 기 때문에 20-30% 낮은 경구 생체이용률을 나타낸다. 레 보설피라이드의 경구 흡수를 증가시키기 위해서는 수용해 도 및 위장관 흡수의 개선이 이루어져야 한다[2]. 용해도 개선을 위해서 리포솜 시스템, 자가 미세 유화 약물 전달 시스템, 나노입자 시스템 및 고체 지질 나노입자와 같이 용해도와 위장 흡수를 증가시키기 위한 다양한 전략이 연 구되고 있다[3-5]. 낮은 경구 흡수를 위한 전략 중 고체분 산체를 이용한 마이크로 분말화는 용해도와 생체 내 흡수 향상을 이루며 대량 생산이 가능한 방법이다[6]. 일반적으 로 약물, 고분자, 계면활성제로 구성된 고체분산체는 무정 형 형태의 미세한 입자 크기를 가지고 있어 수용성과 경 구 생체이용률을 증대시키기 위한 방법으로 사용된다[7]. 고체분산체 방법은 압출/구형화, 용융, 동결 건조, 초임계 및 전기분무 방법 등으로 제조가 가능하다[8].

본 연구는 레보설피라이드의 경구 흡수 개선과 용해도 와 용출을 증가시키기 위하여 분무건조법으로 무정형 분 무건조 미세분말을 제조하는 것이다. 폴리비닐피롤리돈 (Polyvinyl pyrrolidone; PVP)과 크로모포어 RH40(Cremophor RH40)을 이용하여 다양한 비율로 분무건조 미세분 말을 제조하였다. 주사 전자 현미경, 시차 주사 열량계 및 분말 X-선 회절을 이용하여 물리화학적 특성을 확인하였 다. 또한, 제조된 분무건조 미세분말을 통해 수용해도 평 가 및 용출 평가를 통해서 약물 단독과 용해 속도를 비교 하였다.

2. Experimental

레보설피라이드(Levosulpiride)는 한미약품(Korea)에서 제공하였다. 폴리비닐피롤리돈(PVP K30) 및 Cremophor RH40은 BASF(Germany)에서 구입하였다. 다른 모든 화학 물질 및 용매는 시약 등급이었고 추가 정제 없이 사용되 었다. 모든 시약은 대한약전 규격에 적합한 순도 및 규격 을 사용하였다. 기기로는 분무건조기(Model 290, Buchi mini-spray dryer, Switzerland)와 용출기(Dissolution tester, DT 6, ERWEKA, Germany), Scanning Electron Microscope (SEM, SIGMA 500, CARL ZEISS, Germany)를 사용하였다.

수용성 고분자 PVP, HPMC, HPC, 및 Dextran 그리고 계면활성제 Cremophor RH40, Tween 20, Tween 80, 및 poloxamer 188을 이용한 용해도 탐색 예비 시험을 수행하 였으며 이를 통해 약물과의 친화성이 가장 우수한 것으로 확인된 PVP를 수용성 고분자로, Cremophor RH40을 계면 활성제로 각각 사용하였다. 레보설피라이드가 함유된 미 세분말은 노즐형 분무건조기(B-290; Büchi Co., Flawil, Switzerland)를 사용하여 용매 증발법으로 제조하였다. 약 물, PVP 및 Cremophor RH40(표 1)의 다양한 중량비를 에 탄올과 물(1:1) 100 mL에 용해하였다. 생성된 투명한 용액 을 20mL/분의 유속으로 연동 펌프에 의해 노즐(직경 0.7 mm)을 통해 분무건조하였다. 분무건조의 상세한 조건은 다음과 같다. 흡입기 100%로 고정하였으며 분무 공기압 은 4 kg/cm²로 설정하였으며 흡기 및 배기 온도는 각각 130°C 및 65°C로 설정하였다[9].

Table 1

Composition of levosulpiride-loaded spray-dried microparticles (SDMs)

용해도 평가 및 용출 평가에서 레보설피라이드의 농도 를 분석하기 위하여 고성능 액체크로마토그래피법(HPLC) 을 이용하여 분석하였다. Innertsil Sil-100 컬럼(4.6 mm I.D. × 150 mm, 5 μm; GL Sciences Inc., Japan)이 장착된 HPLC 시스템(Agilent 1220 Infinity; Agilent Technologies, USA)을 사용하였다. 인산으로 pH를 3.5로 조정한 메탄올: 20 mM KH₂PO₄의 혼합물(4:6, v/v)을 이동상으로 사용하 였으며 유속은 0.75 mL/분, 주입 부피는 10 μL이고, 파장 은 216 nm에서 관찰하였다[2].

제조된 약물함유 분무건조 미세분말의 수용해도와 용출 평가를 수행하였다. 과량의 레보설피라이드 분말(약물로 서 5 mg 해당량)을 1mL의 증류수를 넣은 2mL 마이크로 튜브에 첨가하고 혼합하였다. 그런 다음 튜브를 수조 (25°C)의 기계식 진탕기에 고정하고 7일 동안 100 rpm으 로 교반하였다. 그 후, 10분 동안 10,000 g에서 원심분리 (Smart 15; Hanil Science Industrial Co., Korea) 하였다. 상 등액을 여과하고 샘플을 HPLC 이동상으로 적절하게 희석 하여 여액 내 레보설피라이드의 농도는 앞에서 언급한 HPLC 분석법에 따라 평가하였다[10]. 또한, 각각 25mg 레보설피라이드에 해당하는 레보설피라이드가 함유된 분 무건조 미세분말의 용출 평가는 대한약전 용출 장치 제 2 법(패들 장치)(Dissolution tester, DT 6, ERWEKA, Germany) 를 통해 900 mL의 증류수에서 평가하였다. 50 rpm 의 패들 회전을 사용하여 37 ± 0.5°C에서 용출 시험을 수 행하였다[11]. 미리 정해진 시간 간격으로 샘플링(5 mL)하 고 여과하였다. 여액(10 μL)의 레보설피라이드 농도는 위 에서 언급한 HPLC 방법으로 분석하였다.

분무건조 미세분말의 물리화학적 평가를 위해 레보설피 라이드 분말, 레보설피라이드 함유 미세분말, 물리적 혼합 물 및 PVP의 표면 형태학적 측면을 주사 전자 현미경(S- 4800; Hitachi, Japan)을 사용하여 평가하였다. EMI Teck 이온 스퍼터(K575K)를 사용하여 진공(8 × 10^-3mbar)에서 15 mA의 전류 및 100% 속도로 4분 동안 백금으로 스퍼 터 코팅하여 전기 전도성으로 만들어 평가하였다[12]. 또 한 시차 주사 열량계(DSC Q20; TA Instruments, USA)를 사용하여 레보설피라이드 분말 및 레보설피라이드 함유 미세분말, 물리적 혼합물, PVP 및 Cremophor RH40의 열 적 특성을 평가하였다. 각 샘플 약 5 mg을 알루미늄 팬에 넣고 밀봉하고 50 mL/분의 질소 흐름 하에서 50-300°C 범 위에 걸쳐 10°C/분의 속도로 가열하였다[13]. 마지막으로 레보설피라이드 분말 및 레보설피라이드 함유 미세분말, 물리적 혼합물, PVP 및 Cremophor RH40의 결정화도는 Miniflex 고니오미터가 장착된 X-선 회절계(D/MAX-2500 PC; Rigaku Co., Japan)에 의해 평가하였다. 분석은 100 mA 전류 및 40 kV 전압에서 Cu/Kα₁ 단색 방사선 소스를 사용하여 평가하였다. 2θ 스캐닝 모드, 2°/초의 스텝 크기 및 4°/분의 스캔 속도로 3-50° 범위에서 X선 회절 패턴을 얻었다[14].

Fig. 1

Structure of levosulpiride.

3. Results and Discussion

이 연구에서는 레보설피라이드의 경구 생체이용률을 증 가시키기 위해 약물, 수용성 고분자 및 계면활성제를 사용 하여 다양한 분무건조 미세분말을 준비하여 용해도와 용 출율 변화를 평가하였다. 레보설피라이드는 수용성이 낮 고 P-당단백질 유출로 인해 위장관에서 경구 흡수율이 낮 다[1]. 고체분산체를 통해 용해도를 증가시키기 위해서는 적절한 수용성 고분자와 계면활성제를 선택하는 것이 중 요하다. 예비 평가를 통해 레보설피라이드의 수용해도를 증가시키는 수용성 고분자로 PVP를 선정하였으며 계면활 성제로 Cremophor RH40을 선정하였다. PVP는 고체분산 체 제조에 많이 사용되는 수용성 고분자로 무정형, 생체 적합성, 수용성 특성 때문에 제약분야에서 자주 사용되는 첨가제이다[15]. 또한, Cremophor RH40은 계면활성제로 의 용해도 개선뿐만 아니라 세포막의 부분 용해 등의 메 커니즘을 통해 생체막 투과성을 증가시키는 역할도 수행 한다[16].

적정량의 PVP를 결정하기 위해 분무건조기를 이용하여 용매 증발법을 통해 5 g의 약물과 2.5-10 g의 PVP로 다양 한 분무건조 미세분말을 제조하고(표 1, 제형 I-III), 약물 의 용해도를 평가하였다(그림 2A). PVP 양이 제제 I에서 II 및 III으로 증가함에 따라 분무건조 미세분말에서 약물 의 용해도가 증가하였다[17]. 그러나 증가하는 정도가 크 지 않았다. 제제 III에서 수용성 고분자의 양이 약물대비 1:2 비율에서 용해도는 약물 단독 대비(720 ± 36 vs. 811 ± 27 μg/mL) 증가하였으나 그 정도가 크지 않고 수용성 고 분자 양이 더 증가하였을 경우 최종 제형의 양이 증가함 에 따라 환자의 복용 편의성이 감소할 수 있다. 따라서 PVP의 양은 약물대비 1:2의 비율로 고정하였다(제제 III). 다음으로, 적절한 농도의 계면활성제의 비율을 정하기 위 해 Cremophor RH40의 비율을 변경하여 분무건조 미세분 말을 약물 5 g, PVP 10 g 및 Cremophor RH40 1-3 g으로 제조하였다(표 1, 제제 VI-VI). Cremophor RH40은 반고형 형태로 3 g 이상 첨가하였을 때는 분무건조 후에 미세입 자를 제조하기 어려워 Cremophor RH40은 약물 5 g 대비 최대 3 g까지 제조하여 용해도를 평가하였다(그림 2B) . 계 면활성제인 Cremophor RH40에 따른 용해도 평가 결과 Cremophor RH40이 증가함에 따라서 약물의 용해도도 선 형적으로 증가하였다. Cremophor RH가 각각 0, 1, 2 및 3 g인 제제 III, IV, V 및 VI에서 약물의 용해도는 각각 811 ± 27, 1211 ± 61, 1585 ± 54 및 1822 ± 51 μg/mL를 나 타냈다. 모든 분무건조 미세분말은 약물 단독(720 ± 36 μg/mL)에 비해 약물 용해도를 증가시켰다. 이러한 결과는 Cremophor RH40이 분무건조 미세분말에서 수용성 고분 자에 비해 약물 용해도에 큰 영향을 미친다는 것을 시사 한다[18].

Fig. 2

Drug solubility of levosulpiride-loaded SDMs as an amounts (A) PVP and (B) Cremophor RH40. Each value represents the mean ± SD (n = 3). *P < 0.05 when compared with drug only.

분무건조 미세분말로부터 레보설피라이드의 용출 거동 을 그림 3에 나타내었다. 약물 양은 시판제품과 동일하게 25 mg으로 수행하였으며 샘플링 시간은 분무건조 미세분 말 제형이 포화가 이뤄지는 시점으로 정하여 시험하였다. 모든 약물 함유 분무건조 미세분말은 레보설피라이드 단 독 분말에 비해 현저하게 높은 용출률을 나타내었다[19]. 30분까지, Cremophor RH40(제제 IV-VI)를 포함하는 분무 건조 미세분말은 Cremophor RH40을 포함하지 않는 제제 (제제 III)보다 더 높은 초기 용출 속도를 나타내었다. 그 러나, Cremophor RH40를 포함하는 제제 IV-VI 사이에서 의 용출속도는 큰 차이는 없었으나 15분까지 Cremphor RH40 3 g을 함유하는 제제 VI는 다른 제제에 비해 증가 된 초기 용출률을 나타내었다. 15분에서 약물 단독, 제제 III, IV, V 및 VI의 용출율은 각각 10.3 ± 2.2, 65.2 ± 8.5, 86.8 ± 4.5, 88.7 ± 4.6, 92.6 ± 6.0%였다.

Fig. 3

Dissolution profile of levosulpiride-loaded SDMs. Each value represents the mean ± SD (n = 3).

DSC에 의한 레보설피라이드 함유 분무건조 미세분말의 열적 거동을 그림 4A에 나타내었다. 레보설피라이드(4Aa) 는 녹는점인 약 190°C에서 흡열 피크를 보여 결정질 특 성을 나타낸다[2]. PVP(4A-b)와 Cremophor RH40(4A-c) 는 테스트 영역에서 고유한 피크를 나타내지 않았다. 또한, 물리적 혼합물(4A-d)은 약물에서 나타나는 흡열 피크를 나타내었다. 물리적 혼합물은 제제 VI를 분무건조 방법이 아닌 단순 혼합하여 제조하였다. 그러나 분무건조 미세분 말인 제제 VI는 약물에서 나타나는 흡열 피크를 나타내지 않았다(그림 4A-e)[20]. 한편, 분말 X선 회절(PXRD) 패턴 은 그림 4B에 나타내었다. 레보설피라이드 분말(4B-a)은 고유의 결정 패턴을 나타내었다[2]. PVP(4B-b)와 Cremophor RH40(4B-c)는 미미하고 뚜렷하지 않은 상대적으로 약한 피크를 나타내었다. DSC의 결과와 마찬가지로 약물 에 나타난 모든 구별되는 결정 피크는 물리적 혼합물(4Bd) 에서 검출되었다. 그러나 분무건조 미세분말인 제제 VI 에서 뚜렷한 약물 피크를 나타내지 않았다(그림 4B-e). 이 상의 결과는 약물함유 미세분말에서 약물이 완전히 무정 형 상태로 존재함을 시사한다[21, 22].

Fig. 4

DSC thermograms (A) and PXRD patterns (B): (a) levosulpiride powder; (b) PVP; (c) Cremophor RH40; (d) physical mixture; (e) formulation VI.

그림 5는 약물함유 미세분말의 주사 전자 현미경 사진 을 나타내었다. 레보설피라이드 단독(그림 5A)은 평평한 판상 결정을 보여주고 있다. PVP(그림 5B)는 형태가 편형 된 구형입자 형태를 보여주며 물리적 혼합물(그림 5C)은 약물과 PVP가 혼합된 모습을 보여준다. 약물함유 분무건 조 미세분말은 상대적으로 매끄러운 표면을 갖는 구체를 제공하였다; 또한, 제형 VI의 분무건조 미세분말은 상대적 으로 균질하며 약물 결정크기보다 작은 3 μm 이하의 입자 크기를 나타내었다. 분무건조 과정을 통해서 약물 결정입 자 약 100 μm의 입자크기가 미세분말로 제조됨을 확인할 수 있었다[23].

Fig. 5

Scanning electron micrographs: (A) levosulpiride powder (×500); (B) PVP (×500); (C) physical mixture (×500); (D) formulation VI (×10,000).

PVP와 Cremophor RH40을 사용하여 분무건조법으로 제조한 미세분말은 DSC, PXRD와 주사 전자 현미경 사진 결과를 통해 결정형 약물의 무정형 상태로의 전환 및 입 자 감소가 되었음을 확인할 수 있었다. 약물함유 분무건조 미세분말은 계면활성제와 수용성 고분자 함유에 따른 습 윤작용, 입자 크기 감소 및 결정성 약물의 무정형 상태로 의 전환으로 인해 난용성 약물인 레보설피라이드의 용해 도 및 용출을 향상시킬 수 있었다.

4. Conclusion

PVP와 Cremophor RH40으로 구성된 레보설피라이드가 포함된 분무건조 미세분말은 약물의 용해도와 용출률을 현저하게 개선하였다. 특히, Cremophor RH40은 비율이 증가할수록 약물의 용해도가 더 향상되었다. 또한, 분무건 조 미세분말에서 약물은 결정형에서 무정형으로 변환되고 약물의 입자 크기가 작아져 약물의 용해도 증가가 입자크 기 감소 및 무정형에 따른 결과로 사료된다. 이 분무건조 미세분말은 레보설피라이드의 경구 생체이용률 향상을 위 한 상업용 의약품으로 가능성을 보여주었다.

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Figure & Data

References

Citations

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