Entwicklung einer Methodik zur Herstellung von Gelen mit Hydroxypropylmethylcellulose als Gelbildner

(1)

Entwicklung einer Methodik zur Herstellung von Gelen mit Hydroxypropylmethylcellulose als Gelbildner

Fachbereichsarbeit zur Erlangung des Titels

„Fachapotheker für Krankenhauspharmazie“

zur Vorlage an die Prüfungskommission der Österreichischen Apothekerkammer

vorgelegt durch:

Mag. pharm. Günther Graninger

Weiterbildungsstätte:

Anstaltsapotheke des Landeskrankenhauses Feldkirch

Betreuung der Fachbereichsarbeit durch den Weiterbildungsbeauftragten der Apotheke im LKHF:

Apotheker Rainer Sienz, aHPh

Feldkirch, im März 2011

(2)

Inhaltsverzeichnis

1. Einführung und Begründung für die Auswahl des Themas ………. 4

2. Literaturrecherche ……….…..… 4

2.1. Viskose Augenarzneimittel ……… 4

2.2. Arzneibuch ……….. 6

2.3. Viskositätserhöhende Hilfsstoffe in der Ophthalmologie ………. 7

2.3.1. Stoffe natürlicher Herkunft ………. 7

2.3.2. Halbsynthetische und synthetische Substanzen ……… 7

3. Prozessbeschreibung: Adaptierung und Abänderung der Rezeptur von Methocel®, Optimierung der Herstellungsweise ……… 12

3.1. Chargengröße ………. 12

3.2. Gelbildner ………. 12

3.3. Isotonisierung ……….. 13

3.4. Angleichung des pH-Wertes an die Tränenflüssigkeit und Einführung des Puffersystems ……….. 14

3.5. Konservierungsmittel ……….. 16

3.6. Möglichkeiten zur Gelherstellung und Suche nach einem geeigneten Verfahren - Entwicklung einer Methodik für die Herstellung im Labormaßstab ………. 19

3.7. Autoklavierung ………. 21

3.8. Filtrierbarkeit ……… 23

4. Gelherstellung und Untersuchungsergebnisse ……….. 24

4.1. Rezepturen ……….. 24

4.2. Ergebnisse ……….. 26

4.2.1. Herstellungstechnik ………. 26

4.2.2. Aussehen (Vergleich) ………..… 26

4.2.3. pH-Werte ………..…. 27

4.2.4. Vergleichende Viskositätsuntersuchung ……….. 27

4.3. Diskussion der Ergebnisse ……… 27

(3)

5. Verwendung des mit Methocel® vergleichbaren Gels ……….. 28

5.1. Filtration des Gels in Augentropfenflaschen ……….. 28

5.2. Mydriaticum Mischung ……… 29

6. Rückmeldungen der Anwender: Dr. Wolfgang Lehner (Facharzt der Abteilung für Augenheilkunde im LKH Feldkirch) ……….. 30

7. Übertragbarkeit auf andere Einsatzgebiete ……….… 31

7.1. Calciumgluconat-Gel ……….. 31

7.2. Polihexanid-Gel ………...……… 31

7.3. Natriumchlorid 5% Gel ………..…. 32

7.4. Citrat 10% Gel ……….…… 32

8. Zusammenfassung und Ausblick ……….. 33

9. Literaturverzeichnis ………. 34

10. Verwendete Materialien (Geräte, Gebinde, Substanzen) ………..………….. 34

Danksagung ………. 35

Lebenslauf ……… 36

Anlagen: Herstellungsvorschriften

(4)

1. Einführung und Begründung für die Auswahl des Themas

Im Jahr 2005 wurde die Herstellung des Medizinproduktes Methocel® 2% in der Gebindegröße zu 30g eingestellt. Methocel® 2% in der Gebindegröße zu 10g ist weiterhin erhältlich.

Methocel® wird zum Gebrauch während der Untersuchung (z.B.: Gonioskopie oder Funduskopie) oder zur Behandlung des Auges (z.B.: Argonlasertrabekuloplastik) unter Verwendung von Kontaktgläsern (1) eingesetzt.

In unserer Apotheke wurde Methocel® in der Gebindegröße zu 30g auch zur Herstellung von Augentropfen (Mischung mit Mydriaticum® Augentropfen und Neosynephrin-POS® 10% Augentropfen zu gleichen Teilen) verwendet. Diese Herstellung wurde durch die Reduktion der Gebindegröße von Methocel®

umständlicher, da nunmehr entsprechend mehr Fläschchen geöffnet werden mussten und zudem die Handhabung der kleineren Fläschchen schwieriger wurde.

Etwa zur gleichen Zeit wurde seitens unserer Abteilung für Augenheilkunde der Wunsch geäußert, dass die Augenspüllösung tima-oculav® (Phosphatpuffer zur Spülung der Augen nach Verätzungen mit Säuren und Laugen) (2) in einer Anwendungsform vorhanden sein sollte, welche eine längere Verweilzeit auf der Hornhaut des Auges gewährleistet.

Unter Berücksichtigung des Wunsches unserer Abteilung für Augenheilkunde und der für die Augentropfenherstellung nicht mehr praktischen Größe der Fläschchen von Methocel® entstand die Idee zur Herstellung eines Gels auf Basis des Gelbildners, der zur Herstellung von Methocel® Verwendung findet, und des Phosphatpuffersystems, das in tima-oculav® zum Einsatz kommt, und zwar in einer Gebindegröße, welche eine rationelle Produktion der gewünschten Augentropfen zulässt.

2. Literaturrecherche

2.1. Viskose Augenarzneimittel

Wässrige Augentropfen haben den Nachteil, dass sie durch die Augenlidbewegung rasch aus dem Konjunktivalsack herausgedrückt werden. Dadurch wird die Kontaktzeit am Auge herabgesetzt. Durch die Erhöhung der Viskosität können eine

(5)

bessere Verteilung des Wirkstoffes, eine längere Kontaktzeit und damit eine Wirkungsverlängerung erreicht werden. Zudem besitzen diese Zubereitungen schmierende Eigenschaften und bewirken dadurch eine Verminderung von Reizungen (z.B. bei der Augeninnendruckmessung). Als viskositätserhöhende Zusätze für wässrige Augentropfen finden Celluloseether, Polyacrylsäure, Polyvinylalkohol und Polyvinylpyrrolidon Verwendung. Auch mit öligen Augentropfen (gereinigte peroxidarme Pflanzenöle mit niedriger Säurezahl, insbesondere Erdnussöl und Rizinusöl) und Augensalben (Vaseline, Paraffin) kann die Kontaktzeit am Auge verlängert werden. Die Sehbeeinträchtigung ist jedoch bei wässrigen Gelzubereitungen aufgrund der möglichen Variation der Konzentration des Gelbildners (und damit der Viskosität) geringer.

Bei wässrigen Gelzubereitungen mit hoher Viskosität ist zu beachten, dass es zu einer Verstopfung des Tränenkanals kommen kann.

Während für ölige Augentropfen die Isotonie und Isohydrie nicht von Bedeutung sind, müssen bei wässrigen Augentropfen mit viskositätserhöhenden Gelbildnern sowohl der pH-Wert als auch der osmotische Druck berücksichtigt und gegebenenfalls eingestellt werden.

Ölige Augentropfen bilden keine Nährböden für Mikroorganismen, können aber Sporen enthalten. Demgegenüber muss bei wässrigen Augentropfen mit oder ohne viskositätserhöhenden Zusätzen an mikrobielles Wachstum gedacht werden und diese wässrigen Zubereitungen durch Sterilisation und eventuell erforderliche Konservierung (Mehrdosenbehältnisse) behandelt werden.

Wässrige Augentropfen mit viskositätserhöhenden Gelbildnern können auch als Vehikel für Augensuspensionen verwendet werden, da diese Suspensionen die Sedimentierung unlöslicher Bestandteile verzögern und die Resuspendierung erleichtern.

Die Hilfsstoffe zur Viskositätserhöhung müssen nach ihrer Auflösung eine schwebstofffreie und klar durchsichtige Lösung ergeben. Die Brechzahl muss nahe beim Refraktionswert der Tränenflüssigkeit (1,336-1,337) liegen.

Viskose Lösungen dürfen das Auge weder reizen noch anderweitig stören. Ein unangenehmes Gefühl entsteht bei Lösungen mit einer Viskosität von 30 mPa^.s und darüber. Der nach dem Verdunsten des Lösungsmittels verbleibende, am Lidrand klebende, feine Film soll sich durch Abwischen mit einem feuchten Tuch leicht entfernen lassen.

(6)

Viskose Lösungen sollen physikalisch und chemisch stabil sein. Sie sollten ferner ohne Viskositätsabfall sterilisierbar und längere Zeit lagerfähig sein. (3) (4) (6)

2.2. Arzneibuch

Zubereitungen zur Anwendung am Auge (Ophthalmika) sind sterile, flüssige, halbfeste oder feste Zubereitungen eines oder mehrerer Arzneistoffe, die zur Verabreichung auf den Augapfel und/oder zur Anwendung auf der Bindehaut oder zum Einbringen in den Bindehautsack bestimmt sind. Das Europäische Arzneibuch unterscheidet folgende Zubereitungen:

- Augentropfen - Augenbäder

- Pulver für Augentropfen bzw. Augenbäder

- Halbfeste Zubereitungen zur Anwendung am Auge - Augeninserte

Zubereitungen zur Anwendung am Auge müssen so hergestellt werden, dass Sterilität gewährleistet ist und eine Kontamination und das Wachstum von Mikroorganismen ausgeschlossen wird. Zubereitungen in Mehrdosenbehältnissen müssen ein geeignetes Konservierungsmittel enthalten, es sei denn, die Zubereitung weist selbst antimikrobielle Eigenschaften auf. Werden Zubereitungen ohne Konservierungsmittel verordnet, sollten sie möglichst in Einzeldosenbehältnissen abgegeben werden. Zubereitungen zur Verwendung bei chirurgischen Eingriffen dürfen keine Konservierungsmittel enthalten. Zubereitungen zur Anwendung am Auge können Hilfsstoffe zur Erzielung der Isotonie, zur Steuerung der Viskosität, zum Einstellen eines bestimmten pH-Wertes, zur Verbesserung der Löslichkeit des Wirkstoffes oder zur Stabilisierung enthalten. Die zugesetzten Hilfsstoffe dürfen die Wirkung nicht beeinträchtigen und nicht zu lokalen Reizungen führen. Das Behältnismaterial darf keine Zersetzung der Zubereitung infolge Diffusion in oder durch das Material des Behältnisses oder durch Abgabe von Fremdsubstanzen an die Arzneizubereitung zulassen.

Augentropfen sind sterile, wässrige oder ölige Lösungen oder Dispersionen eines oder mehrerer Arzneistoffe, die zur Anwendung am Auge durch Einträufeln bestimmt sind. Lösungen müssen praktisch klar und frei von Teilchen sein. Suspensionen dürfen ein Sediment enthalten, das leicht aufschüttelbar ist. Behältnisse für Augentropfen dürfen nicht mehr als 10ml beinhalten. Sie müssen einen Hinweis

(7)

enthalten, dass die Zubereitung nach Anbruch höchstens 4 Wochen verwendet werden darf. […]

Halbfeste Zubereitungen zur Anwendung am Auge sind sterile Salben, Cremes oder Gele, die zur Anwendung auf der Augenbindehaut oder am Augenlid bestimmt sind.

Sie müssen gleichmäßig beschaffen sein. Die Grundlage darf die Bindehaut nicht reizen. […] (4) (5)

2.3. Viskositätserhöhende Hilfsstoffe in der Ophthalmologie

Es lassen sich zwei Gruppen von Hilfsstoffen unterscheiden:

2.3.1. Stoffe natürlicher Herkunft

Eine gute Viskositätssteigerung kann durch Zusatz von Hyaluronsäure (bis 0,75% als Natriumsalz) erzielt werden. Hyaluronsäure ist untoxisch, enzymatisch abbaubar und beeinträchtigt die Diffusionsrate niedermolekularer Substanzen nicht.

Weitere viskositätserhöhende Naturstoffe, die für die Herstellung von Augentropfen in Frage kommen, sind Gelatine, Guargummi, Natriumalginat, Chondroitinsulfat und Traganth. Es sei auch erwähnt, dass diese Naturstoffe zum Teil kritisch bezüglich der mikrobiellen Belastung gesehen werden müssen. Außerdem kommt es bei der Autoklavierung zu teilweise erheblichen Viskositätserniedrigungen.

2.3.2. Halbsynthetische und synthetische Substanzen

Es werden semisynthetische Cellulosederivate (Methyl-, Hydroxypropylmethyl-, Hydroxyethyl- und Carboxymethylcellulose sowie einige andere Derivate) verwendet.

Außerdem kommen vollsynthetische Gelbildner wie Polyacrylsäure, Polyvinylalkohol oder Polyvinylpyrrolidon zum Einsatz.

Im Folgenden werden die semisynthetischen Celluloseether und –ester näher beschrieben:

Cellulose enthält pro Glucopyranoseeinheit drei Hydroxylgruppen, durch deren Veretherung oder Veresterung Cellulosederivate mit veränderten physikochemischen Eigenschaften synthetisiert werden können. Im Allgemeinen wird nur ein Teil der vorhandenen Hydroxylgruppen substituiert.

(8)

Abbildung aus (4): Übersicht über die Substituenten gebräuchlicher Cellulosederivate

Zur Charakterisierung des Produkts dient der durchschnittliche Substitutionsgrad, der angibt, wie viele OH-Gruppen einer Glucopyranoseeinheit im Durchschnitt verethert bzw. verestert sind. Ist beispielsweise von den drei vorhandenen Hydroxylgruppen eine verethert, so beträgt der durchschnittliche Substitutionsgrad 1 bzw. 33%. Die Kettenlänge der Moleküle wird durch den durchschnittlichen Polymerisationsgrad charakterisiert. Er sagt aus, wie viele Glucopyranoseeinheiten das Makromolekül im Mittel enthält. Beide Größen bestimmen die Eigenschaften der halbsynthetischen Derivate. Die Kennzeichnung erfolgt durch eine nachgestellte Zahl, die die Viskosität einer 2%igen Zubereitung (m/m) in mPa^.s angibt.

Als Ausgangsmaterial zur Herstellung dient generell Cellulose, die durch Natronlauge in Alkalicellulose übergeführt wird. Die Veretherung erfolgt mit Alkylhalogeniden (Methylchlorid, Ethylchlorid), Ethylenoxid oder Monochloressigsäure. Die Veretherung erfolgt vorrangig an der primären Hydroxylgruppe des C-6-Atoms, in geringerem Maße auch an den sekundären OH- Gruppen des C-2- und C-3-Atoms. Während der Reaktion kommt es zur teilweisen Spaltung der Celluloseketten und es entstehen Produkte niedrigeren Polymerisationsgrades.

(9)

Nur die partiell veretherten Produkte besitzen die für pharmazeutische Belange gewünschte Wasserlöslichkeit, während die höher alkylierten nur in apolaren organischen Solventien löslich sind. Allen Produkten ist die Eigenschaft zu quellen gemeinsam. Während Cellulose nur sehr begrenzt in Wasser quellbar ist, weisen die veretherten Produkte unbegrenzte Quellbarkeit auf, d.h. sie gehen bei Anwesenheit einer genügend großen Wassermenge in den Solzustand über. Das Phänomen überrascht, denn man sollte erwarten, dass die Cellulose mit ihren freien Hydroxylgruppen zur vollständigen Quellung befähigt ist. Diese Anomalie wird damit erklärt, dass die Hauptvalenzketten der Cellulose durch die Alkylierung auseinandergedrängt werden, sodass die noch vorhandenen Gruppen nunmehr der Solvatisierung durch Wassermoleküle zugänglich sind.

Im aktuellen Europäischen Arzneibuch wird die Viskosität als funktionalitätsbezogene Eigenschaft im „freiwilligen“ Teil der Stoffmonographie (siehe beispielsweise Monographie „Hypromellose“) beschrieben. Es handelt sich dabei um Informationen zu Eigenschaften (z.B. Viskosität), die sich als relevante Prüfparameter für eine oder mehrere Eigenschaften der Substanz erwiesen haben, wenn diese Substanzen als Hilfsstoff verwendet werden. Dieser Abschnitt ist ein nicht verbindlicher Teil der Monographie und die angeführten Eigenschaften müssen nicht notwendigerweise verifiziert werden, um die Übereinstimmung mit der Monographie zu zeigen. Die Kontrolle der Eigenschaften kann jedoch zur Qualität des Hilfsstoffes beitragen, indem dadurch beispielsweise die Gleichförmigkeit des Herstellungsverfahrens nachgewiesen werden kann.

Zur Viskositätsbestimmung wird aus der getrockneten Substanz eine 2%ige (m/m) Zubereitung hergestellt. Bei einer erwarteten Viskosität von kleiner als 600 mPa^.s wird mit einem Kapillarviskosimeter (Methode 2.2.9.), bei einer erwarteten Viskosität von größer als 600 mPa^.s wird mit einem Rotationsviskosimeter (Methode 2.2.10.:

Gerät Spindelviskosimeter mit Zylinder) gemessen.

Bei einer Viskosität unter 600 mPa^.s soll der bei der Probe gemessene Wert zwischen 80 und 120% des angegebenen Nominalwerts liegen. Bei einer Viskosität über 600 mPa^.s soll der gemessene Wert zwischen 75 und 140% des angegebenen Nominalwerts liegen.

(10)

Die Angabe in den Prüfzertifikaten bezeichnet die unter obigen Bedingungen ermittelte Viskosität: z.B. Hypromellose 2000 (die Viskosität einer 2%igen Zubereitung liegt zwischen 75 und 140% des Nominalwerts 2000).

Die Viskositätsbestimmungen für diese Arbeit erfolgten im Labor der Österreichischen Apothekerkammer nicht nach den im Arzneibuch vorgeschlagenen Methoden, da in diesem Labor nur ein Kugelfallviskosimeter zur Verfügung steht. Die ermittelten Daten können aber trotzdem für einen Vergleich mit dem Handelspräparat Methocel® herangezogen werden.

Hydroxypropylmethylcellulose (HPMC, Hypromellose)

Es handelt sich um einen Propylenglykolether der Methylcellulose (die Methylcellulose stellt einen Methylether der Cellulose dar). Methyl- und Hydroxypropylgruppen sind über Etherbrücken mit der Cellulose verbunden.

Die USP (United States Pharmacopeia) führt Monographien für vier HPMC-Sorten an: Typ 1828, 2208, 2906 und 2910. Diese Bezeichnungen beziehen sich auf den Gehalt der Methyl- bzw. Hydroxypropylgruppen. Im Europäischen Arzneibuch findet man dazu keine Angaben. HPMC wird in verschiedenen Viskositätsgraden geliefert.

Diese werden mit einer Zahl gekennzeichnet, welche der Viskosität einer 2%igen Zubereitung in Wasser entspricht.

HPMC zeigt (wie auch Methylcellulose) in Wasser ein anormales Löslichkeitsverhalten. Aus Gelzubereitungen von HPMC in Wasser fällt bei Temperaturerhöhung in Abhängigkeit vom Substitutionsgrad bei Temperaturen zwischen 60 und 80ºC die HPMC aus. Im heißen Wasser ist HPMC also unlöslich.

Die beim Erhitzen auftretende Fällung ist beim Abkühlen wieder reversibel.

HPMC weist gegenüber Methylcellulose den Vorteil auf, weniger unveretherte Celluloseanteile zu enthalten und dadurch klarere Lösungen zu liefern. Die beim Erhitzen auftretende Ausfällung ist bei HPMC leichter wieder auflösbar als bei Methylcellulose.

Es werden hauptsächlich HPMC-Typen mit Viskositäten zwischen 1500 und 5000 mPa^.s verwendet (Markennamen: Celacol®, Methofas®, Methocel®). Für diese Arbeit wurde folgender HPMC-Typ verwendet: HPMC-Methocel® E4Prem, Typ 2910 (Methylsubstitutionsgrad zwischen 28 und 30%, Hydroxypropylsubstitutionsgrad zwischen 7 und 12%), Viskosität (2.2.10) zwischen 2250 und 4200 mPa^.s (nominale Viskosität 3000 mPa^.s), Hersteller: Colorcon Ltd.

(11)

Je nach Viskosität der HPMC-Typen werden in der Literatur für die Herstellung von künstlichen Tränenflüssigkeiten 0,25%, für die Herstellung von Schmiermitteln und von viskösen Vehikeln 0,5 – 1% an HPMC angegeben.

Beim Autoklavieren kommt es bei HPMC-Gelen zu einer Viskositätsreduktion. Wie stark die Viskositätsreduktion durch Autoklavierung ist, soll in dieser Arbeit auch untersucht werden.

Lösungen von HPMC sind bezüglich Dehydratation bei Zusatz bestimmter Salze etwas weniger empfindlich als Methylcellulose-Lösungen. Inkompatibilitäten zeigen sich mit höheren Natriumcitratkonzentrationen (10%), Nipaestern und Säuren (unter pH 2,5). Kompatibel sind HPMC-Lösungen mit Atropinsulfat, FluoresceinNatrium, Pilocarpinhydrochlorid und Tetracainhydrochlorid.

Hydroxyethylcellulose (HEC)

HEC ist ein Hydroxyethylether der Cellulose. Die Herstellung erfolgt durch Umsetzung von Alkalicellulose mit Ethylenoxid. Vorzugsweise reagieren dabei die primären OH-Gruppen. Durch Anlagerung von Ethylenoxid werden wiederum neue primäre OH-Gruppen gebildet, die ebenfalls reaktiver sind als die sekundären OH- Gruppen der Glucoseeinheiten. Auf diese Weise entstehen in C-6-Position der Glucoseeinheiten kurze Polyethylenglykolketten.

Im Gegensatz zu den meisten anderen Celluloseethern zeigt HEC keine Hitzekoagulation.

HEC ist unter den Handelsbezeichnungen Natrosol® und Tylose® H für die Herstellung von Arzneimitteln erhältlich.

Für diese Arbeit wurde folgender HEC-Typ verwendet: Natrosol® 250 G Pharm, Viskosität (2.2.10.) zwischen 248 und 462 mPa^.s (nominale Viskosität 330 mPa^.s), Hersteller: Ashland Aqualon. Natrosol® 250 G Pharm zählt zu den schwächer verdickenden HEC-Typen. Diese sind technisch einfacher zu verarbeiten (unproblematische Quellung, weniger Klumpenbildung, bessere Filtrierbarkeit).

Beim Autoklavieren kommt es bei HEC-Gelen zu einer Viskositätsreduktion. Es muss also bei der Herstellung von zu autoklavierenden Gelen eine höhere Ausgangskonzentration an HEC gewählt werden, um die Viskositätsreduktion zu kompensieren. Wie stark die Viskositätsreduktion durch Autoklavierung ist, soll in dieser Arbeit auch untersucht werden.

(12)

Wässrige HEC-Lösungen werden durch die meisten Elektrolye, Säuren und Alkalien nicht ausgeflockt, sind aber mit Tannin und Polidocanol unverträglich.

(3) (4) (7) (8)

3. Prozessbeschreibung: Adaptierung und Abänderung der Rezeptur von Methocel®, Optimierung der Herstellungsweise

Laut Gebrauchsinformation sind in Methocel® folgende Bestandteile enthalten:

- Hypromellose 2% (m/m) als viskositätserhöhender Bestandteil (Typ der verwendeten Hydroxypropylmethylcellulose ist nicht bekannt)

- Benzalkoniumchlorid 0,01% (m/m) als Konservierungsmittel - Borsäure zur Isotonisierung und als Pufferbestandteil

- Trometamol (Tris-Puffer) als Pufferbestandteil zur pH-Angleichung - Wasser

Methocel® besitzt einen pH-Wert von 7.

Die Rezeptur zur Herstellung eines mit Methocel® vergleichbaren Gels wurde in Abänderung der Rezeptur von Methocel® folgendermaßen entwickelt:

3.1. Chargengröße

Für die Produktion in unserer Apotheke ist die Konfektionierung in Gebinde, welche 100ml fassen, gut geeignet. Auf Basis unseres Verbrauchs war von einer Chargengröße von maximal 2 kg auszugehen. Die Haltbarkeit des Gels wurde mit maximal einem Jahr festgelegt. Die folgenden Überlegungen sind deshalb unter diesen Gesichtspunkten zu sehen.

3.2. Gelbildner

Als Gelbildner wurde Hydroxypropylmethylcellulose (Methocel® E4Prem, Type 2910) verwendet, da dieser Typ über den Rohstoffgroßhändler Fagron erhältlich ist.

Außerdem wurden auch Gele mit Hydroxyethylcellulose (Natrosol® 250 G Pharm) hergestellt, um einen Vergleich mit einem zweiten Gelbildner zu erhalten. Die Konzentration von HEC wurde zunächst empirisch gewählt. Durch einen

(13)

Viskositätsvergleich sollte festgestellt werden, in welchem Viskositätsbereich das in einer Konzentration von 5% hergestellte Gel im Vergleich zu den HPMC-Gelen (2, 3 und 4%ig) lag (siehe 4.2.4.).

3.3. Isotonisierung

Der osmotische Druck der Tränenflüssigkeit beträgt 6,5 – 8 bar, was einer Gefrierpunktserniedrigung gegenüber Wasser von ∆T = 0,52 K bzw. der Konzentration einer 0,9%igen wässrigen Natriumchloridlösung entspricht. Das Auge besitzt einen recht hohen Tonizitätstoleranzbereich, in dem keine bzw. nur geringfügige, noch akzeptable physiologische Beeinflussungen auftreten. So werden Lösungen mit einem Tonizitätsbereich von ∆T = 0,4 – 0,8 K, entsprechend Konzentrationen von 0,7 – 1,45% Natriumchlorid, schmerzfrei vertragen und verursachen keinen Tränenfluss. Zudem sind hypertonische Lösungen besser verträglich als hypotonische. Die Einstellung auf annähernde Isotonie kann deshalb als ausreichend angesehen werden. Zur Isotonisierung wird in den meisten Fällen ein Zusatz von Natriumchlorid, gelegentlich auch von Kaliumnitrat (insbesondere bei der Anwesenheit von Silberionen) oder Borsäure verwendet (4). Das ÖAB 1981 (9) und auch der Deutsche Arzneimittelcodex (Anlage B) (13) schlagen zur Ermittlung des isotonisierenden Zusatzes das Vorgehen über die Gefrierpunktserniedrigung vor und stellen entsprechende Werte für in der Augenheilkunde häufig verwendete Wirk- und Hilfsstoffe zur Verfügung.

Obwohl Borsäure noch in Augenarzneimitteln zur Pufferung und Isotonisierung enthalten sein darf (10), wurde in dieser Arbeit aus toxikologischen Überlegungen auf Borsäure verzichtet. Zur Isotonisierung wurde zunächst Natriumchlorid in einer Konzentration von 0,9% verwendet, da die makromolekulare Hydroxypropylmethylcellulose und die Konservierungsmittel (Konzentrationen im Promillebereich) keinen wesentlichen Beitrag zum osmotischen Druck bzw. zur Gefrierpunktserniedrigung leisten. In der Folge konnte nach Einführung des Puffersystems gänzlich auf Natriumchlorid zur Isotonisierung verzichtet werden, obwohl durch die für das Puffersystem verwendeten Natriumphosphate der osmotische Druck der Lösung nicht stark genug angehoben wurde. Die nach Einführung des Puffersystems resultierende Lösung war zwar eine hypotone Lösung, wurde aber offenbar aufgrund der pH-Angleichung und der Geleigenschaften (Schmiereffekt) so gut vertragen, dass nach Rücksprache mit unseren Augenärzten

(14)

keine weitere Tonisierung mehr notwendig war und nur das Puffersystem von tima- oculav® ohne Natriumchlorid zur Tonisierung verwendet werden konnte (siehe 3.4.

und 6.).

3.4. Angleichung des pH-Wertes an die Tränenflüssigkeit und Einführung des Puffersystems

Der pH-Wert des mit Natriumchlorid isotonisierten und konservierten (siehe Abschnitt Konservierungsmittel 3.5.), aber nicht auf den physiologischen pH-Wert gepufferten Gels betrug etwa 4,5 (siehe 4.2.3.).

Die Tränenflüssigkeit verfügt im Gegensatz zu Blut nur über drei Puffersysteme (Kohlensäure-Hydrogencarbonat, amphotere Plasmaproteine, primäres-sekundäres Phosphat). Der durchschnittliche pH-Wert liegt wie bei Blut bei 7,4, kann aber infolge eines Kohlendioxid-Verlustes an die Luft rasch bis gegen pH 8 ansteigen. Der schmerzfreie Toleranzbereich am gesunden Auge beträgt etwa pH 7-9, wobei das Auge gegenüber saurer Abweichung empfindlicher ist. (3)

Wie in der Einleitung erwähnt, trat die Abteilung für Augenheilkunde im Landeskrankenhaus Feldkirch an unsere Apotheke mit dem Wunsch heran, zusätzlich zu tima-oculav® (Augenspüllösung nach Verätzungen mit Säuren oder Laugen) eine Darreichungsform zu erhalten, welche eine längere Verweilzeit auf dem Auge gewährleistet.

tima-oculav® ist folgendermaßen zusammengesetzt:

Natriumdihydrogenphosphat ^.2 H2O 440mg

Natriummonohydrogenphosphat ^.12 H2O 4040mg Wasser für Injektionszwecke ad 100ml

Der pH-Wert der Lösung beträgt 7,4. Es handelt sich also um eine Phosphatpufferlösung, die in der Lage ist, Säuren oder Laugen abzupuffern und den physiologischen ph-Wert auf der Hornhaut nach Verätzungen wiederherzustellen.

Dieser Phosphatpuffer ist im Österreichischen Arzneibuch (11) im Abschnitt

„Reagentien und Lösungsmittel zur Prüfung der Arzneimittel“ beschrieben als Phosphatpufferlösung mit pH 7,4. Es wird hier von getrocknetem Natriummonohydrogenphosphat und Natriumdihydrogenphosphatdihydrat ausgegangen. Nach Umrechnung auf Natriummonohydrogenphosphat ^. 12 H2O erhält man exakt das Verhältnis der in tima-oculav® verwendeten Puffersubstanzen.

(15)

Dieser Phosphatpuffer findet auch Verwendung in Isogutt® MP, das für die gleiche Indikation wie tima-oculav® eingesetzt wird (12).

Berechnung der Gefrierpunktserniedrigung dieses Puffers aus den Tabellen in Anlage X des Österreichischen Arzneibuches 1981 (in dieser Anlage findet man die Angaben für die Natriumphosphate ohne Kristallwasser, weshalb noch eine Umrechnung obiger Mengenangaben auf die „wasserfreien“ Natriumphosphate notwendig ist):

1. Natriumdihydrogenphosphat ^.2 H2O Mr = 156 Natriumdihydrogenphosphat wasserfrei Mr = 120 0,44% : 156 = x % : 120 → 0,34%

2. Natriummonohydrogenphosphat ^.12 H2O Mr = 358,1 Natriummonohydrogenphosphat wasserfrei Mr = 142,1 4,04% : 358,1 = x % : 142,1 → 1,6%

Konzentration Gefrierpunkts -erniedrigung Natriumdihydrogenphosphat (berechnet ohne

Wasser) 0,34% ~0,08

Natriummonohydrogenphosphat (berechnet

ohne Wasser) 1,6% ~0,21

Summe ~0,3

Die Gefrierpunktserniedrigung durch die Phosphate liegt also mit 0,3 deutlich unter der Gefrierpunktserniedrigung der Tränenflüssigkeit. Aus den im Kapitel Isotonisierung (3.3.) genannten Gründen wurde die Lösung aber trotzdem gut vertragen und deshalb auf die Zugabe von Natriumchlorid verzichtet.

Nach (3) wurde auch eine approximative Bestimmung der Pufferkapazität durchgeführt. Unter Pufferkapazität ist die Fähigkeit einer Pufferlösung zu verstehen, einer pH-Verschiebung entgegenzuwirken. Zur Bestimmung der Pufferkapazität wurde folgendermaßen vorgegangen: Zu 10,0 ml Prüflösung (tima-oculav®) wurde

(16)

0,1N Natronlauge zugegeben, bis eine pH-Verschiebung um 0,3 Einheiten eintrat.

Pufferkapazität Pi = (mlLauge .

0,1) / (pH-Verschiebung ^. 10) Ermittelter Wert: 0,04

Pi > 0,05 → gute Pufferwirkung

Pi 0,05 – 0,005 → mäßige Pufferwirkung Pi 0,005 – 0,0005 → schlechte Pufferwirkung Pi < 0,0005 → ungepufferte Lösung

Durch die Einführung des Puffersystems konnte auf die Verwendung von Trometamol zur pH-Einstellung verzichtet werden.

Der Vollständigkeit halber sei noch die Berechnung der für die Isotonisierung der Lösung notwendigen Menge an Natriumchlorid erwähnt. Auch diese Berechnung lässt sich aus der Anlage X zum Österreichischen Arzneibuch 1981 ableiten:

Es fehlt für die Isotonisierung der Lösung eine zusätzliche Gefrierpunktserniedrigung von 0,22. Dafür müssten laut Tabelle pro 100ml Lösung 0,37g Natriumchlorid zugesetzt werden.

3.5. Konservierungsmittel

Das herzustellende Hydroxypropylmethylcellulosegel sollte die Grundlage für die Herstellung von Augentropfen in Mehrdosenbehältnissen darstellen. Aus diesem Grund mussten diese Augentropfen konserviert werden (siehe Angaben aus dem Arzneibuch).

Die zur Konservierung verwendeten Stoffe müssen folgende Anforderungen erfüllen:

- Physiologische Verträglichkeit: In den gebräuchlichen Konzentrationen dürfen keine toxischen, allergischen und/oder sensibilisierenden Erscheinungen auftreten.

- Kompatibilität mit den Wirk- und Hilfsstoffen sowie keine oder nur geringfügige Inaktivierung durch Behälter- und Verschlussmaterialien

- Chemische Stabilität: Erwünscht ist eine die Autoklavierung ermöglichende Hitzestabilität.

- Geruch und Geschmack: Konservierungmittel sollen geruchs- und geschmacklos sein.

- Wirkungsspektrum: Konservierungsmittel sollen sowohl bakteriostatisch bzw.

bakterizid als auch fungistatisch bzw. fungizid wirksam sein. Die Aktivität soll in kurzer Zeit eintreten und geringe pH-Abhängigkeit aufweisen.

(17)

Bei Augenarzneimitteln kommt der sicheren Wirkung gegen Problemkeime besondere Bedeutung zu. Besonders gefürchtet aus der Gruppe der Bakterien sind Pseudomonas aeruginosa (produziert ein Korneakollagen abbauendes Enzym), Escherichia coli, Pyocyaneus und Vertreter der Subtilis-Gruppe. Von den niederen Pilzen wird hauptsächlich Aspergillus fumigatus für Infektionen verantwortlich gemacht. Auch Viren (Adeno-Viren) führen zu krankhaften Zuständen am Auge (Keratokonjunktivitis) (4). Aus diesen Gründen ist eine sichere Konservierung von Augenarzneimitteln unbedingt erforderlich.

Aus der umfangreichen Palette pharmazeutisch genutzter Konservierungsmittel haben sich vor allem Thiomersal (0,002%), Benzalkoniumchlorid (0,002 – 0,02%) in Kombination mit Natriumedetat (0,1%), weiterhin auch Chlorhexidin (0,005 – 0,01%), Chlorobutanol (0,5%) und Benzylalkohol (0,5 – 1%) bewährt.

In Methocel® wird Benzalkoniumchlorid in einer Konzentration von 0,01% als alleiniges Konservierungsmittel eingesetzt.

Benzalkoniumchlorid gehört in die Konservierungsmittelgruppe der quartären Ammoniumverbindungen. Es handelt sich um kationenaktive Tenside. Diese besitzen ein breites Wirkungsspektrum, das Bakterien, Protozoen, niedere Pilze und Hefen umfasst. Eine sporozide Aktivität ist wahrscheinlich nicht vorhanden. Der Wirkungsmechanismus beruht auf einer Anlagerung und Adsorption an die Oberfläche der Mikroorganismen, was zu einer Zerstörung des Aufbaus der Cytoplasmamembran führt. Der Wirkungseintritt erfolgt schnell, in der Regel während einiger Stunden. In den üblichen Konzentrationen wirkt Benzalkoniumchlorid mikrobistatisch bis mikrobizid. Die geringe Wirksamkeit gegenüber gramnegativen Bakterien (vor allem Pseudomonas aeruginosa) lässt sich durch die Kombination mit Natriumedetat (Dinatriumedetat) beheben. Quartäre Ammoniumverbindungen zeigen nur geringe Wirkungsabhängigkeit von der Wasserstoffionenkonzentration. Ihre

(18)

Aktivität ist im neutralen und schwach alkalischen Bereich besser als im stark sauren Milieu (Optimum pH 6,5 – 8,5).

Aufgrund der kationischen Eigenschaften ist mit zahlreichen Unverträglichkeiten zu rechnen:

- Mit anionenaktiven Agenzien wie Seifen, Phenolen (Nipaester,

Salicylsäurederivate), Benzoe-, Zitronen- und Weinsäure und deren Salzen bestehen larvierte und zum Teil auch manifeste Inkompatibilitäten.

- Elektrolyte (z.B. Nitrate, Silikate, Iodide, Zink-, Eisen- und Silbersalze) führen zu wirkungsmindernden Komplikationen.

- Durch Oxidationsmittel (z.B. Wasserstoffperoxid) wird Benzalkoniumchlorid zerstört.

- Mit nichtionogenen Tensiden vom Typ Tween® und auch mit Ephedrin und Pilocarpin bestehen konzentrationsabhängige Unverträglichkeiten.

Eine Wirkungsverminderung tritt auch in Anwesenheit makromolekularer Stoffe (z.B.

Cellulosederivate) auf.

Die physiologische Verträglichkeit ist in den gebräuchlichen Konzentrationen als gut zu bezeichnen (bei nasaler Anwendung wird die Hemmung der Zilientätigkeit diskutiert).

Bei Benzalkoniumchlorid ist mit einer Sorption an Behälter-, aber auch Filtermaterialien zu rechnen.

Sowohl Benzalkoniumchlorid als auch Natriumedetat können unter Standardbedingungen (121ºC, 15 Minuten) in wässrigen Lösungen ohne Zersetzung autoklaviert werden.

Die in Methocel® eingesetzte Konzentration an Benzalkoniumchlorid beträgt 0,01%.

Die alleinige Verwendung von Benzalkoniumchlorid ist jedoch kritisch zu sehen, da Benzalkoniumchlorid keine Wirkung gegen Pseudomonas aeruginosa besitzt. Wie oben bereits erwähnt, ist der Zusatz von Natriumedetat notwendig. Natriumedetat selber zeigt höchstens eine sehr schwache antimikrobielle Wirksamkeit. Es soll aber durch Komplexierung von Magnesium- und Calciumionen die Zellwand von gramnegativen Bakterien schädigen und dadurch die Cytoplasmamembran zum Angriff durch das eigentliche Konservierungsmittel freilegen.

Für die Formulierung der Gelzubereitung wurde aus den genannten Gründen zusätzlich zum Einsatz von Benzalkoniumchlorid in einer Konzentration von 0,01%

die Verwendung von Natriumedetat in einer Konzentration von 0,1% festgelegt. (15)

(19)

3.6. Möglichkeiten zur Gelherstellung und Suche nach einem geeigneten Verfahren für die Herstellung im Labormaßstab

Celluloseether führen bei unsachgemäßer Technik zu nur langsam quellenden Klumpen, insbesondere wenn diese am Gefäßboden anhaften oder Luftblasen bzw.

pulveriges Verdickungsmittel einschließen.

In der Literatur sind folgende Methoden für die Herstellung im Kleinmaßstab (Chargengröße bis zu 2 kg) zu finden:

- Aufstreuen des Gelbildners auf die Flüssigkeitsoberfläche unter so starkem Rühren, dass die Celluloseether-Partikel ohne Klumpenbildung dispergiert werden.

- Anreiben des Gelbildners mit einer hydrophilen Flüssigkeit (z.B. Propylenglykol, Glycerin), die nicht oder nur zu geringer Quellung führt, aber die Dispersion in Wasser erleichtert.

- Trockenverreibung des Gelbildners mit einem in großer Menge enthaltenen festen Rezepturbestandteil, der die Dispersion der quellenden Celluloseether- Partikel erleichtert und deren Verklebung verhindert.

- Einrühren des Gelbildners in sehr heißes Wasser, was bei einigen Celluloseether-Typen zu einer raschen Dispersion führt.

- Das Ausquellen im Kühlschrank oder das Einfrieren der Gelzubereitung kann das Ergebnis verbessern.

- Der Einsatz einer maschinellen Unterstützung (Magnetrührer, Ultra-Turrax®, Stephan®-Salbenmaschine) ist in Betracht zu ziehen. (3) (4) (7)

Generell gilt, dass hochviskose Gelbildner aufgrund stärkerer Klumpenbildung technisch schwieriger zu verarbeiten sind.

Das am besten geeignete Verfahren ist rezepturspezifisch auszuwählen und hängt im Einzelfall vom Typ des Verdickungsmittels, der Rezeptur und der Ansatzgröße ab.

In mehreren Vorversuchen wurden deshalb obige Verfahren auf ihre Anwendbarkeit für die Gelherstellung mit Hydroxypropylmethylcellulose oder Hydroxyethylcellulose getestet.

Das Anreiben der Gelbildner mit Glycerin bzw. Propylenglykol kam für den Nachbau von Methocel® zwar nicht in Frage, wurde aber dennoch ausprobiert und lieferte ein inhomogenes, nicht brauchbares Gel.

(20)

Da Hydroxypropylmethylcellulose in heißem Wasser nicht löslich ist und somit ohne Quellung dispergiert werden kann, wurde HPMC auf heißes Wasser aufgestreut.

Hydroxyethylcellulose wurde auf kaltes Wasser aufgestreut. Zur Dispergierung wurde zunächst lediglich ein Glasstab eingesetzt. Dies führte aber zu keiner befriedigenden Dispergierung. Es entstanden Pulvernester, die auch nach längerem Stehen nicht ausquollen. das erhaltene Gel zeigte ein sehr inhomogenes Bild. Es wurde also klar, dass eine maschinelle Homogenisierung notwendig ist. Die in unserer Apotheke vorhandene und prinzipiell für die Homogenisierung von Gelen geeignete Stephan®-Salbenrührmaschine ist allerdings für die geplante Chargengröße zu groß. Ein Homogenisierungsgerät vom Typ des Ultra-Turrax® ist in unserer Apotheke nicht vorhanden. Es entstand in der Folge die Idee, das Dispergieren auf einem Magnetrührer durchzuführen. Dazu wurde die je nach verwendetem Gelbildner heiße (für HPMC) oder kalte (für HEC) wässrige Lösung bei ca. 500 Umdrehungen pro Minute (bei einem 2l-Becherglas wurde ein 6 cm- Magnetrührstab verwendet) auf einen Magnetrührer gestellt. Anschließend ließ man den Gelbildner langsam in die Lösung rieseln. Die Lösung wurde bis zum Ausquellen des Gelbildners gerührt (bzw. bis zu dem Zeitpunkt, an dem der Magnetrührer im Gel

„steckenblieb“). Wurde der Rührvorgang zu früh beendet, kam es zum Absinken der partiell ausgequollenen Gelpartikel, und in der Folge bildete sich ein nicht mehr aufrührbarer, kompakter Gelkuchen auf dem Boden der Lösung. Wurde der Magnetrührer samt Ansatzgefäß (Becherglas) in einen Kühlschrank gestellt, wurde das Ausquellen beschleunigt. Man erhielt dadurch je nach Gelbildner nach zwei bis vier Stunden ein homogenes Gel ohne Klumpen und Luftblasen.

(21)

Abb.: Eintragen von HPMC in die heiße, bei 500U/min gerührte, wässrige Lösung

Abb.: Rühren der in der heißen wässrigen Lösung dispergierten HPMC

Das auf diese Weise erhaltene Gel wurde für die Autoklavierung zu 100ml in Glasflaschen (Fassungsvermögen 125ml, Typ Afnor-Schraubflaschen, Weithals mit Gummistopfen und Schraubkappe) gefüllt. Diese Glasflaschen eignen sich gut, da sie aus dickwandigem Glas gefertigt sind und somit eine gute Standfestigkeit haben.

Außerdem konnte mit diesen Klarglasflaschen die visuelle Inspektion der erhaltenen Gelzubereitungen einfach durchgeführt werden. Die Abfüllung in die Afnor-Flaschen erfolgte in einer Laminar-Air-Flow-Werkbank unter Reinraumbedingungen (Klasse A).

3.7. Autoklavierung

Gelzubereitungen, die für die Augentropfenproduktion verwendet werden, müssen aseptisch zubereitet werden. Sämtliche Gerätschaften (Bechergläser, Patenen, Spateln, Magnetrührstäbe, Afnor-Flaschen usw.) wurden deshalb nur in sterilisierter Form eingesetzt. Die Einwaage und Zubereitung erfolgt idealerweise in einer Räumlichkeit mit kontrollierter Raumluft (mindestens Reinraum D). Bei der Personalhygiene sind die gängigen Hygienerichtlinien einzuhalten (Haube, Mundschutz, steriler Mantel, Händedesinfektion, sterile Handschuhe).

(22)

Trotzdem ist im Produktionsprozess ein Autoklavierungsschritt einzuschalten, um eine mögliche Einschleppung von Mikroorganismen (z.B. durch Rohstoffe) auszuschalten. Die Autoklavierung erfolgte nach der Abfüllung des Gels in die Afnor- Schraubflaschen. Es wurden die Standardbedingungen des Europäischen Arzneibuches eingehalten: 121ºC und 15 Minuten.

Bei Hydroxypropylmethylcellulose kam es durch das Erhitzen zu einem Ausfallen des Gelbildners in Form eines „Kuchens“. Die Geleigenschaften gingen dabei vollkommen verloren. Während der Abkühlphase löste sich dieser Kuchen auf und das Gel bildete sich wieder. Hierbei war es notwendig, dass die Flaschen kräftig geschüttelt wurden, wenn das Gel vom Zustand der Dispersion wieder in den Gelzustand überging (siehe Abbildungen).

Abb.: Ausquellvorgang in zeitlicher Abfolge

Links: Ausgefallener Gelkuchen in heißer Lösung Mitte: Übergang in den Gelzustand

Rechts: Nur mehr mäßig warme Lösung mit nahezu ausgequollenem Gelbildner

Bei Hydroxyethylcellulose kam es durch die Autoklavierung zu einer Koagulation des Gelbildners, die zwar reversibel ist, deren vollständige Ausquellung aber offenbar in Abhängigkeit von der Elektrolytkonzentration unterschiedlich lange dauern kann. Für das Ausquellen der HEC hat sich eine Rollerbank bewährt. Für das Ausquellen der

(23)

HEC-Zubereitung mit dem Phosphatpuffer waren ungefähr 48 Stunden, für das Ausquellen des Citrat-10%-Augengels waren bis zu 10 Tage notwendig (siehe 7.4.).

3.8. Filtrierbarkeit

Bei der visuellen Inspektion zeigte sich, dass die erhaltenen Gele nicht ganz schwebstofffrei produziert werden konnten. Es wurden vielmehr sowohl bei den Gelen mit Hydroxypropylmethylcellulose als auch bei den Gelen mit Hydroxyethylcellulose feine Partikel beobachtet. Die Arzneibuchforderung nach partikelfreien Lösungen kann durch Filtration der Gelzubereitungen erreicht werden.

Die Machbarkeit der Filtration von Gelen hängt vor allem von der Viskosität der Gelzubereitung ab. Da eine manuelle Filtration nur sehr mühsam durchgeführt werden konnte, wurde zur Filtration der Gele eine BAXA-Pumpe eingesetzt. Die Förderung des Gels erfolgte über einen sterilen Einmalschlauch. Als Filtereinheit wurde ein Einwegfilter der Firma Sartorius verwendet: Minisart® Nr. 17594 (5 µm, Celluloseacetatmembran, sterilisiert).

Unfiltrierte Gele (links) und filtrierte Gele (rechts) im Tyndall-Licht der Seidenader- Inspektionsmaschine.

Es ist deutlich zu sehen, dass es durch die Filtration zu einer Reduktion der Partikel gekommen ist.

Anmerkung: Beim HEC 5% Gel im rechten Bild handelt es sich im oberen Bereich um Luftblasen.

Die Filtration im Rahmen der eigentlichen Augentropfenzubereitung wurde nicht im Anschluss an die Autoklavierung durchgeführt, sondern erfolgte erst nach der

HPMC 2% HEC 5% HPMC 2% HEC 5%

(24)

Weiterverarbeitung des Gels (siehe Mydriaticum-Mischung, Methocel phosphatgepuffert).

4. Gelherstellung und Untersuchungsergebnisse 4.1. Rezepturen

Für eine vergleichende Untersuchung (Viskosität, pH-Wert, Verhalten nach Autoklavierung) mit Methocel® wurden folgende Gele hergestellt:

Hydroxypropylmethylcellulose 2% mit Natriumchlorid isotonisiert

Methylhydroxypropylcellulose E4M Prem Methocel, Hypromellose

Viskosität 3000 mPa^.s

2,4g

Natriumchlorid 1,08g

Natriumedetat (Dinatriumedetat) 0,12g Benzalkoniumchlorid

-verwendet wird

Benzalkoniumchloridlösung 50%

Korrektur mit tatsächlichem Gehalt der Lösung (Analysenzertifikat) und ρ=0,985g/ml durchführen

0,012g

Aqua bidest. ad 120,0g

Hydroxypropylmethylcellulose 2% mit Phosphatpuffer

2,4g

Natriumdihydrogenphosphatx2H2O 0,528g Natriummonohydrogenphosphatx12H2O 4,848g Natriumedetat (Dinatriumedetat) 0,12g Benzalkoniumchlorid

-verwendet wird

0,012g

(25)

3,6g

Natriumdihydrogenphosphatx2H2O 0,528g Natriummonohydrogenphosphatx12H2O 4,848g Natriumedetat (Dinatriumedetat) 0,12g Benzalkoniumchlorid

-verwendet wird

0,012g

4,8g

-verwendet wird

0,012g

Hydroxyethylcellulose 5% mit Phosphatpuffer

Hydroxyethylcellulose 250 G Pharm (Natrosol® 250 G Pharm)

Nom. Viskosität: 330 mPa^.s

6,0g

-verwendet wird

0,012g

Es wurde jeweils ein fünffacher Ansatz hergestellt (das sind also 600g), die dann auf je 5 Afnor-Flaschen aufgeteilt wurden.

(26)

4.2. Ergebnisse

4.2.1. Herstellungstechnik

Hydroxypropylmethylcellulose wurde in heißem Wasser dispergiert (Magnetrührer 500U/min), anschließend wurde diese Dispersion unter Rühren im Kühlschrank abgekühlt. Der Ausquellvorgang nahm im Kühlschrank etwa zwei Stunden in Anspruch. Die HPMC-Gele wurden nach den unter 4.1. aufgeführten Rezepturen hergestellt.

Hydroxyethylcellulose wurde in kaltes Wasser (Magnetrührer 500U/min) eingestreut und anschließend auch im Kühlschrank unter Rühren zur Ausquellung gebracht, wobei allerdings der Magnetrührstab aufgrund der hohen Viskosität schon bald steckenblieb. Der Vorgang bis zur vollständigen Quellung nahm etwa vier Stunden in Anspruch. Das HEC-Gel wurde nach der unter 4.1. aufgeführten Rezeptur hergestellt. Das erhaltene Gel wurde in die Afnor-Flaschen gefüllt.

Vom HPMC-Gel 2% und 4% (phosphatgepuffert) sowie vom HEC-Gel 5% wurde nur ein Teil autoklaviert, um untersuchen zu können, ob es durch die Hitzesterilisation zu einem Viskositätsverlust kam.

4.2.2. Aussehen (Vergleich)

Die HPMC-Gele waren farblose Gele. Nach der Ausquellung und Abfüllung waren im Gel mit freiem Auge feine Partikel zu sehen. Im Tyndall-Licht zeigte sich eine leicht milchige Trübung. Durch Filtration (Partikelfilter 5µm) konnten diese feinen Partikel entfernt werden, die milchige Trübung war kaum mehr zu sehen.

Die HEC-Gele waren leicht gelbliche Gele. Nach der Ausquellung und Abfüllung waren im Gel mit freiem Auge feine Partikel zu sehen, die im Tyndall-Licht stark aufleuchteten. Eine milchige Trübung war nicht zu sehen. Durch Filtration (Partikelfilter 5µm) konnten die feinen Partikel entfernt werden.

(27)

4.2.3. pH-Werte

nicht sterilisiert sterilisiert

HPMC 2% NaCl isotonisiert 4,51

HPMC 2% phosphatgep. 7,28 7,29

HPMC 3% phosphatgep. 7,34

HPMC 4% phosphatgep. 7,26 7,29

HEC 5% phosphatgep. 7,20 7,23

4.2.4. Vergleichende Viskositätsuntersuchung (Vergleich gegen Fertigpräparat Methocel®)

Die vergleichende Viskositätsmessung wurde vom Labor der Österreichischen Apothekerkammer durchgeführt (Bestimmung mit einem Kugelfallviskosimeter nach Höppler):

Zubereitung Relative Dichte

(bei 25ºC)

Viskosität (mPa^.s)

(bei 25ºC)

Methocel® 2% (Fertigpräparat) 1,015 2976

HPMC 2% NaCl isotonisiert sterilisiert 1,011 1026 HPMC 2% phosphatgepuffert

sterilisiert

1,023 1426

HPMC 2% phosphatgepuffert nicht sterilisiert

1,023 1567

HPMC 3% phosphatgepuffert sterilisiert

1,026 7553

HPMC 4% phosphatgepuffert sterilisiert

1,028 24349

HPMC 4% phosphatgepuffert nicht sterilisiert

1,027 27456

HEC 5% phosphatgepuffert sterilisiert 1,034 3022

HEC 5% phosphatgepuffert nicht sterilisiert

1,036 9212

4.3. Diskussion der Ergebnisse

Die Adaptierung der Herstellungstechnik führte zu klumpenfreien Gelzubereitungen.

Durch die Einführung der Partikelfiltration erhielt man ein nahezu partikelfreies Gel.

(28)

Durch die Einführung des Phosphatpuffers konnte der pH-Wert des Gels in den für das Auge gut verträglichen pH-Bereich angehoben werden.

Die Viskositätsmessungen zeigten folgende Ergebnisse:

- Durch die Sterilisierung kam es zu einer Abnahme der Viskosität (bei den HPMC-Gelen um ungefähr 10%, beim HEC-Gel um ungefähr 65%).

- Die Viskosität der HPMC-Eigenherstellung (2%, phosphatgepuffert) lag ungefähr 50% unter der Viskosität des Fertigpräparats Methocel®.

- Bei den höher konzentrierten HPMC-Eigenherstellungen kam es zu einem starken Viskositätsanstieg (Die Viskosität lag deutlich über der Viskosität des Fertigpräparats Methocel®).

- Die Viskosität der HEC-Eigenherstellung (5%, phosphatgepuffert, sterilisiert) lag im Viskositätsbereich des Fertigpräparates Methocel®.

Bei der Interpretation der Ergebnisse der Viskositätsuntersuchungen darf allerdings nicht übersehen werden, dass die Grenzwerte für die Viskosität, die in der Spezifikation von Hydroxypropylmethylcellulose festgelegt sind, ziemlich weit gefasst sind (siehe Punkt 2.3.2). Der Viskositätswert der für diese Charge verwendeten HPMC liegt am unteren Rand der Spezifikation (siehe verwendete Substanzen). Es ist somit damit zu rechnen, dass bei der Verwendung einer anderen Charge von HPMC, deren im Analysenzertifikat angegebener Viskositätswert höher ist, auch eine höhere Viskosität der Zubereitung erreicht wird und damit der resultierende Viskositätswert näher beim Wert des Originalpräparates liegt. Da die Viskositäten der höherprozentigen HPMC-Zubereitungen schon deutlich über der Viskosität des Fertigpräparates liegen, bestätigt sich somit die Verwendung von Hydroxypropylmethylcellulose in einer Konzentration von 2% für die Eigenherstellung des Gels.

Herstellungsprotokoll für das mit Methocel® vergleichbare Gel siehe Anlage A

5. Verwendung des mit Methocel® vergleichbaren Gels 5.1. Filtration des Gels in Augentropfenflaschen

Das nach 4.3. hergestellte Gel wurde durch Filtration (BAXA-Pumpe, Partikelfilter 5µm) in Kunststoffaugentropfflaschen filtriert. Damit konnte die Anforderung unserer

(29)

Augenärzte nach einer mit tima-oculav® vergleichbaren Lösung mit längerer Verweilzeit im Auge realisiert werden.

Herstellungsprotokoll siehe Anlage B

5.2. „Mydriaticum Mischung“

In unserer Apotheke wurde bis zur Entwicklung der Hydroxypropylmethylcellulose- Eigenherstellung viele Jahre eine Mischung von Methocel® mit den Fertigarzneimitteln Mydriaticum® Augentropfen und Neosynephrin-POS® 10%

Augentropfen zu gleichen Teilen verwendet.

Bei Mydriaticum® Augentropfen handelt es sich um eine 0,5%ige wässrige Lösung von Tropicamid. Als Konservierungsmittel werden Benzalkoniumchlorid (0,01%) und Natriumedetat eingesetzt. Zur Isotonisierung wird Natriumchlorid und zur pH- Einstellung Natriummonohydrogenphosphat ^.12 H2O verwendet. Der pH-Wert der Lösung beträgt etwa 6. (16)

Bei Neosynephrin-POS® Augentropfen handelt es sich um eine 10%ige wässrige Lösung von Phenylephrinhydrochlorid. Als Konservierungsmittel wird Benzalkoniumchlorid (0,005%) und Natriumedetat eingesetzt. Der pH-Wert der Lösung beträgt etwa 4. Die Lösung ist aufgrund der hohen Wirkstoffkonzentration hyperton (17).

Die in den beiden Fertigpräparaten verwendeten Hilfsstoffe sind auch in der HPMC- Eigenherstellung zu finden, weshalb keine Inkompatibilitäten zu erwarten sind.

Durch die Mischung zu gleichen Teilen mit der HPMC-Eigenherstellung wird der pH- Wert auf etwa 7,2 angehoben. Tropicamid ist in einem pH-Bereich von 1 bis 12 stabil (18). Phenylephrin ist im sauren pH-Bereich am stabilsten. Die Stabilität nimmt ab, wenn der pH-Wert der Lösung angehoben wird. Aus diesem Grund wurde die Laufzeit der Mischung mit 6 Monaten begrenzt (19). Die Festsetzung dieser Laufzeit erfolgte empirisch und wurde noch nicht analytisch abgesichert.

Nach der Mischung der drei Bestandteile wurde die erhaltene Lösung durch Filtration in SANO-Augentropfflaschen filtriert (BAXA-Pumpe, Partikelfilter 5µm).

Herstellungsprotokoll siehe Anlage C

(30)

6. Rückmeldungen der Anwender: Dr. Wolfgang Lehner (Facharzt der Abteilung für Augenheilkunde im LKH Feldkirch)

Dr. Lehner beschreibt die Vorgehensweise bei Verätzungen der Augen mit Säuren oder Laugen. Nach einer Messung des pH-Wertes auf der Hornhaut werden die Augen mit tima-oculav® gespült. Durch diese Maßnahme soll der pH-Wert möglichst in den neutralen Bereich gebracht werden. Anschließend wird in den ersten sechs Stunden in viertelstündlichem Abstand das in unserer Apotheke hergestellte phosphatgepufferte hydroxypropylmethylcellulosehaltige Gel (siehe 5.1.) eingetropft.

Nach diesen sechs Stunden wird der Tropfabstand auf eine halbe bis eine Stunde vergrößert. Ziel dieser Maßnahme ist es, den pH-Wert der Hornhaut nachhaltig im neutralen Bereich zu stabilisieren. Die Verwendung des HPMC-haltigen phosphatgepufferten Augengels hat sich in den letzten Jahren bewährt und ist inzwischen zu einem Behandlungsstandard geworden. Dr. Lehner beschreibt die Augentropfen als gut verträglich. Die mangelnde Isotonisierung sieht er nicht als Problem, er kann jedenfalls nicht von entsprechenden Reaktionen (z.B. Brennen) bei den Patienten berichten. Offenbar überwiegt der schmierende Effekt dieser Augentropfen, wodurch die Augentropfen als angenehm empfunden werden.

Trotzdem könnte aus seiner Sicht über eine allfällige Isotonisierung mit Natriumchlorid nachgedacht werden. Die Viskosität ist aus seiner Sicht gut gewählt.

Die Lösung lässt sich gut aus der Plastikflasche in das Auge eintropfen. Eine höhere Viskosität ist nicht wünschenswert, da sich dann das Fremdkörpergefühl beim Patienten zu stark bemerkbar machen würde. Eine Verstopfung des Tränenkanals hat er bisher noch nicht beobachtet.

Die Mydriaticum Mischung (siehe 5.2.) wird vor allem zur Netzhautdiagnose und vor Kataraktoperationen eingesetzt. Die Verwendung einer viskosen Grundlage ist bei diesen Augentropfen notwendig, um die Kontaktzeit der Lösung auf der Hornhaut zu verlängern und damit das Eindringen der Wirkstoffe ins Auge zu verbessern. Die Viskosität wird durch die Mischung mit den beiden Fertigpräparaten zwar um etwa zwei Drittel erniedrigt, jedoch reicht die Viskosität aus, um die Anforderung der Kontaktzeitverlängerung zu erreichen.

Verbesserungspotential sieht Dr. Lehner in der Herstellung der besprochenen Augentropfen ohne Konservierungsmittel. Benzalkoniumchlorid wirkt bei langer Anwendung epitheltoxisch. Bei den genannten Indikationen (Verätzungen, diagnostische Zwecke, kurzzeitige Anwendungen) ist dies allerdings von

(31)

untergeordneter Bedeutung. Bei bekannter Benzalkoniumchloridallergie wird auf ein Cyclopentolat-haltiges konservierungsmittelfreies Fertigpräparat ausgewichen. Für die Herstellung konservierungsmittelfreier Augentropfen fehlen in unserer Apotheke derzeit sowohl die apparativen (Herstellung von Einmalaugentropfen in kleinen Phiolen) als auch die räumlichen (Reinraum) Voraussetzungen.

7. Übertragbarkeit auf andere Einsatzgebiete 7.1. Calciumgluconat-Gel 2,5%

Für die Antidotadepots in den vom LKH Feldkirch versorgten Krankenhäusern wird ein Calciumgluconat-Gel zur Behandlung der Haut nach Flusssäureverätzungen benötigt. Dieses Gel wird nach der Vorschrift 19.6. des DAC-NRF hergestellt (20).

Die dort vorgeschlagene Herstellungsmethode (Anreiben der Hydroxypropylmethylcellulose mit Propylenglykol und Zugabe der Calciumgluconatlösung) führte aber zu keinen zufriedenstellenden Ergebnissen. Das erhaltene Gel war inhomogen (mit Luftblasen durchsetzte Gelklumpen). Für die Herstellung dieses Gels hat sich die unter 3.6. beschriebene Herstellungsmethodik bewährt (Konzentration von HPMC 2,5%).

7.2. Polihexanid-Gel

Zur Versorgung von Verbrennungspatienten wird in unserem Krankenhaus ein Polihexanid-Gel 0,04% benötigt. Nach dem Sichten mehrerer Rezepturvorschläge und unter Berücksichtigung der Wünsche unserer Ärzte (Gebindegröße, sterile Zubereitung) konnte ein Gel entwickelt werden, das wiederum nach der unter 3.6.

beschriebenen Methodik hergestellt wurde (Polihexanid in Ringerlösung mit Glycerinzusatz). In zahlreichen Vorversuchen wurde festgestellt, dass bei Verwendung von Hydroxyethylcellulose (Natrosol® 250 G Pharm) als Gelbildner nach der Autoklavierung ein trübes Gel (feine Nadeln im Tyndall-Licht) resultierte.

Bei Verwendung von Hydroxypropylmethylcellulose (Methocel® E4Prem) in einer Konzentration von 3% blieb das Gel auch nach der Autoklavierung nahezu klar (abgesehen von der unter 3.8. beschriebenen milchigen Trübung im Tyndall-Licht).

(32)

7.3. Natriumchlorid-Gel 5%

Die Abteilung für Augenheilkunde im LKH Feldkirch benötigt zur Behandlung von Hornhautödemen (beispielsweise nach Augenoperationen) hypertone Natriumchloridaugentropfen. Nach der Produktionseinstellung eines entsprechenden Handelspräparates (Adsorbonac® Augentropfen) wurde ein Gel mit 5%

Natriumchlorid und Hydroxypropylmethylcellulose in einer Konzentration von 1%

nach der unter 3.6. beschriebenen Methodik hergestellt. Das erhaltene Gel wurde über einen Partikelfilter (5µm) in Augentropfflaschen filtriert.

7.4. Citrat-Gel 10%

Die Abteilung für Augenheilkunde im LKH Feldkirch benötigt zur Behandlung von Augenverätzungen mit Löschkalk Citrat-haltige Augentropfen zur Komplexierung von Calcium-Ionen. Zudem kommt es zu einer Hemmung der Freisetzung von schädigenden Enzymen aus einwandernden Leukozyten (21). Auch in diesem Fall ist ein Präparat mit längerer Verweilzeit auf der Hornhaut gewünscht. Eine mit Salzsäure auf pH 7,2 eingestellte 10%ige Citrat-Lösung wurde zunächst mit Hydroxypropylmethylcellulose nach der unter 3.6. beschriebenen Methodik versetzt.

Es zeigte sich allerdings, dass in der Abkühlphase die HPMC nicht in Lösung ging und die Dispersion bestehen blieb. Ein Grund dafür könnte sein, dass für die Hydratisierung des verwendeten Natriumcitrates zu viel Wasser benötigt wird, welches dann für die Ausquellung der HPMC nicht mehr zur Verfügung steht. Als Alternative wurde die Verwendung von Hydroxyethylcellulose (Natrosol® 250 G Pharm) als Gelbildner in einer Konzentration von 2% nach der unter 3.6.

beschriebenen Methodik versucht. Während die Ausquellung zum Gel problemlos funktionierte, kam es nach der Autoklavierung zu einer Koagulation des Gelbildners, die zwar reversibel war, deren Auflösung allerdings, entgegen der bisherigen Erfahrungen mit Hydroxyethylcellulose, etwa 10 Tage in Anspruch nahm. Die Verwendung einer Rollerbank hat sich für diesen Ausquellvorgang als vorteilhaft erwiesen, da durch die ständige Rotation der Gelflaschen ein Ankleben des koagulierten Gelbildners an der Gefäßwand verhindert wurde. Die verlängerte Ausquellzeit des hitzekoagulierten Gelbildners könnte mit der hohen Elektrolytkonzentration zusammenhängen.

Das auf diese Weise hergestellte Gel wurde unter Partikelfiltration (5µm) in Augentropfflaschen abgefüllt.

(33)

Die Herstellungsprotokolle für die in den Punkten 7.1. bis 7.4. erwähnten Zubereitungen sind auf Nachfrage beim Autor erhältlich.

8. Zusammenfassung und Ausblick

Durch die Herstellung des phosphatgepufferten Hydroxypropylmethylcellulose- haltigen Augengels konnte für die Abteilung für Augenheilkunde im LKH Feldkirch ein wichtiger Therapiebestandteil bei der Behandlung von Verätzungen mit Laugen oder Säuren etabliert werden. Die Entwicklung der Methodik zur Herstellung dieses Gels hat zu einer Rationalisierung in der Produktion (Einbringen des Gelbildners, Ausquellen zu einem homogenen Gel, Auswahl einer geeigneten Gebindegröße) geführt. Die Gelherstellung brachte zudem die Einführung zahlreicher neuer Geräte mit sich (Autoklav, BAXA-Pumpe, Seidenader-Inspektionsmaschine).

Die Beschäftigung mit der Herstellung von Augengelen führte zu neuen Perspektiven im Angebot an in unserer Apotheke hergestellten Arzneimitteln (siehe 7.1. bis 7.4.).

Bei all diesen neu eingeführten Arzneimitteln konnten die Erfahrungen, die aus der Entwicklung des phosphatgepufferten Augengels gewonnen wurden, für die Ausarbeitung der Produktionsvorschriften verwendet werden.

Das phosphatgepufferte Augengel könnte außerdem zukünftig als Grundlage für die Einarbeitung von ophthalmologischen Wirkstoffen verwendet werden.

Die Herstellung von konservierungsmittelfreien Augengelen könnte eine weitere Perspektive sein. Dafür müssten aber sowohl die apparativen als auch die räumlichen Voraussetzungen in unserer Apotheke geschaffen werden.

(34)

9. Literaturverzeichnis

(1) Gebrauchsinformation Methocel®, Omnivision GmbH, D-Puchheim (2) Gebrauchsinformation tima-oculav®, Optima Pharmazeutische GmbH, D- Moosburg/Wang

(3) Dolder/Skinner: Ophthalmika, 4. Auflage, 1990

(4) Voigt: Pharmazeutische Technologie, 11. Auflage, 2010

(5) Europäisches Arzneibuch 6. Ausgabe: Grundwerk 2008, 1. – inkl. 7. Nachtrag (6) Rezepturhinweis DAC/NRF: online vom 16.11.2006 (Augentropfen, viskos) (7) Rezepturhinweis DAC/NRF: online vom 11.2.2008 (Hydrogele)

(8) Rezepturhinweis DAC/NRF: online vom 16.7.2010 (Celluloseether) (9) Österreichisches Arzneibuch 1981

(10) Verordnung betr. Arzneimittel, die nicht in Verkehr gebracht werden dürfen (BGBL.Nr. 232/1989)

(11) Österreichisches Arzneibuch 2010

(12) Gebrauchsinformation Isogutt® MP, Winzer Pharma, D-Berlin (13) DAC Anlage B

(14) Herstellungsprotokoll für ein HPMC-Gel, Apotheke der Uniklinik Tübingen, Fax- Nachricht vom 28.5.2004

(15) NRF-Standardrezeptur S.18.

(16) Fachinformation Mydriaticum® Augentropfen

(17) Fachinformation Neosynephrin-POS® 10% Augentropfen

(18) Rezepturhinweis DAC/NRF: online vom 7.1.2011 (Tropicamid und Phenylephrin zur Anwendung am Auge)

(19) Rezepturhinweis DAC/NRF: online vom 29.11.2006 (Phenylephrin zur Anwendung am Auge)

(20) DAC-NRF: 19.6. Hydrophiles Calciumgluconat-Gel 2,5%

(21) Medikamentöse Augentherapie, Fechner/Teichmann, 4. Auflage (2000), Enke- Verlag

10. Verwendete Materialien (Geräte, Gebinde, Substanzen) Verwendete Geräte

Magnetrührer Variomag® Maxi

(35)

Autoklav LTA 2x3x4 (mit Produkttemperaturfühler), Fa. Zirbus

Seidenader Inspektionsgerät V90-T (Partikeldetektion durch Tyndall-Licht) BAXA RepeaterPump

pH-Meter WTW, Elektrode Sen Tix HW

Kugelfallviskosimeter nach Höppler (Labor der Österreichischen Apothekerkammer)

Verwendete Gebinde

Afnor-Schraubflaschen mit Gummistopfen und Schraubkappe (125ml), Hydrolytische Klasse 1, Fa. Zscheile&Klinger

Verwendete Substanzen

Hypromellose: HPMC-Methocel® E4Prem, Typ2910, Ch.Nr. 07D04-N12, Fa. Fagron (Viskosität (2.2.10.) 2352 mPa^.s)

Hydroxyethylcellulose: Natrosol® 250 G Pharm, Ch.Nr. 09H17-N03, Fa. Fagron (Viskosität (2.2.10.) 267 mPa^.s)

Natriumedetat, Natriumchlorid, Natriumdihydrogenphosphat ^.2 H2O,

Natriummonohydrogenphosphat ^. 12 H2O, Benzalkoniumchloridlösung 50% (jeweils dem Ph.Eur. entsprechende Ware)

Danksagung:

Ich bedanke mich bei Herrn Apotheker Rainer Sienz für die Unterstützung bei der Verfassung dieser Fachbereichsarbeit. Er hat auch dafür gesorgt, dass die notwendigen finanziellen und apparativen Mittel durch das Landeskrankenhaus Feldkirch zur Verfügung gestellt wurden.

Bedanken möchte ich mich außerdem bei Herrn Dr. Martin Punzengruber (Leiter des Labors der Österreichischen Apothekerkammer) für die Durchführung der Viskositätsanalysen.

Meinen Kollegen in der Apotheke des LKH Feldkirch danke ich für wertvolle Anregungen, die in die Entwicklung der Gelzubereitungen eingeflossen sind.

Herrn Dr. Wolfgang Lehner danke ich für den Erfahrungsaustausch, der mir interessante Einblicke in die augenärztliche Arbeit und Anwendung von Augentropfen gegeben hat.

(36)

Lebenslauf:

Name: Günther Graninger

Akademischer Titel: Mag. pharm.

Adresse der Arbeitsstätte: Anstaltsapotheke des Landeskrankenhauses Feldkirch Carinagasse 47, 6800 Feldkirch

Kontakt: guenther.graninger@lkhf.at Geburtsdatum: 10. September 1967

Geburtsort: Bregenz

Beruf: Apotheker

Beruflicher Werdegang:

1986 – 1995 Studium der Pharmazie an der Universität Innsbruck (Titel der Diplomarbeit aus dem Fach Pharmazeutische Chemie: Synthese von Triazinochinazolinderivaten als potentielle Adenosin-

Rezeptor-Antagonisten

1995 – 2000 Tätigkeit in mehreren öffentlichen Apotheken in Vorarlberg seit 2001 Tätigkeit in der Anstaltsapotheke des LKH Feldkirch

(stellvertretender Leiter)

Dezember 2004 Anmeldung zur Weiterbildung zum Fachapotheker für Krankenhauspharmazie