此文翻译的目的是想和大家共勉：我们在开发药物溶出方法的过程中，可能会忽略药物所存在的这种受流体动力学效应的影响而导致溶出方法易出现耐用性和稳健性的问题。该篇文章向我们详细的介绍了该种水动力学效应在不同溶解性药物之间或不同溶出杯之间的影响，以此可以指导项目的溶出方法开发。以下将是翻译的译文介绍：
摘要：本文旨在分享初步的研究结果，以了解流体动力学在溶出试验中的作用。通过使用USP泼尼松校准片和两种诺华公司开发的含有低溶解度和高溶解度药物的制剂，进行了扰流（倾斜容器）研究，确认了USP标准溶出杯底部存在“死区”，即制剂崩散后在溶出杯底部形成了一个“锥形”的堆积物质。使用低溶解度和高溶解度的药物制剂评估了Peak杯和平底杯中的水动力环境。结果表明：使用USP标准杯和平底杯获得的溶出速率之间没有显著差异；Peak杯具有最高的释放速率，与使用USP标准杯和平底杯获得的溶出速率具有显著差异；在较高的搅拌转速60、75 rpm下，使用USP标准溶出杯获得的溶出结果与以50 rpm转速运行的Peak杯溶出结果相当。
在开发溶出方法时，必须明确制剂是否对这种水动力学效应较为敏感。如果是，应逐步增加搅拌桨转速，直到将该效应最小化。此外，需要平衡溶出方法的区分力与搅拌桨转速之间的关系，因为在较高的搅拌桨转速下，该方法往往变得不太具有区分能力。
1. 简介
在过去的三十年中，溶出试验已经发展成为制剂质量评价中最重要的工具之一。它是一种模拟口服固体制剂在胃肠道中的崩解和溶出的体外试验方法。因此，从患者的角度来看，溶出度试验是一项非常关键的检测项。
USPⅡ桨法是溶出实验室中最广泛使用的方法。然而，有数据表明，搅拌桨对振动、转速波动、容器形状和容器缺陷等多个变量都很敏感，导致溶出结果不稳定和不准确。因此，在方法开发和验证过程中，必须彻底评估溶出测试的稳健性和耐用性。
在常用的搅拌桨转速50 rpm下，USP Ⅱ桨法中的溶出速率变异更加显著，这是由于圆柱形USP溶出杯中流体的流动方式为径向流动，在这个搅拌速度下，USP标准溶出杯底部会形成了一个“死区”，其位置搅拌速率最低。片剂崩散后，颗粒或具有较高密度的粒子沉积在这个区域形成“锥形”堆积，从而抑制该部分药物的溶出，导致溶出速率较低。
近年来，人们对溶出试验的水动力学方面重新产生了兴趣。各种技术，如超声脉冲回波、粒子图像测速法、和计算流体动力学已经成功地用于表征容器的流体动力学。这些文章再次确认了USP溶出杯底部-搅拌桨下方存在一个“死区”。
对于制剂科研人员来讲，“锥体”的形成一直是一个严重的问题。目前已经提出了几种设计改进溶出杯的方案来试图解决这个问题。其中一项建议是改进溶出杯设计，使其底部凸出，就像酒瓶一样。这种容器大约在八年前以Peak杯的品牌上市。它不是官方的药典标准，可能因此没有得到更多的认可。它主要还是用作研发实验室的研究工具，而不用于产品的溶出度检测以进行批量放行。
在大多数情况下，为了减小或消除锥形物效应，研发人员一般可以采用适当提高搅拌桨转速来减小或消除，而不是选择改进的溶出装置如Peak杯来解决该问题。本研究旨在评估搅拌桨速度的影响。此外，还研究了平底杯作为消除水动力学干扰的潜在解决方案。以上研究最终目的还是想在溶出方法开发过程中，确保方法具有稳健性和一定的区分力。
2.实验
为了确定USP溶出杯中“死区”是否存在，进行了扰动研究。通过在每个溶出杯和溶出设备的底板之间插入垫片，使溶出杯倾斜，分别倾斜3毫米和4.5毫米。
在正常设置条件或不同扰动角度条件下，使用USP Ⅱ桨法对USP 泼尼松校准片(批号N)进行溶出试验。前提是溶出速率应该随着水动力的改变而增加，从而在倾斜溶出杯的“死区”内引起更多的搅拌。这将是证明“死区”存在的一个很好的指标。图1显示了由扰动(溶出杯倾斜)引起的流体动力学改变的示意图。以500 mL水为溶出介质，以50 rpm的搅拌桨速度进行溶出操作。用紫外可见分光光度计在242nm波长对泼尼松溶出度进行分析。
图1 扰动研究示意图表明在 USP 溶出杯底部存在一个“死区”。
使用诺华公司开发的一种低溶解度(LS)药物产品重复了以上这项研究。结果表明药物在水中的溶出度与USP泼尼松校准片相当。与USP泼尼松校准片一样，该制剂崩解后在容器底部形成不溶物质。在正常设置下(无扰动)条件下，在50rpm、60rpm和75rpm的桨速溶出装置中进行片剂的溶解实验。通过将溶出杯倾斜4.5 mm进行扰动研究。最后，在peak杯和平底杯中进行50 rpm桨转速的溶出试验。溶出介质为1000 mL pH 8.0＋0.1%吐温80硼酸盐缓冲液。取样时间点为45分钟，样品经过滤后用紫外可见分光光度计在波长为277 nm处进行分析。
接下来的实验是为了了解水动力学对高溶解度药物(HS)的影响。为此，选择了诺华公司目前正在开发的一种高溶解度药物(HS)产品。溶出方法选择USP Ⅱ桨法，在正常设置(无扰动)条件下，以转速为50rpm,、60rpm和75rpm进行试验操作。通过将溶出杯倾斜4.5 mm进行扰动研究。在50rpm/min的peak杯和平底杯中也进行了溶出试验。溶出介质由900 mL 0.1 N盐酸组成。取样时间点为30分钟，样品经过滤后用紫外可见分光光度计在波长240 nm处进行分析。浴温保持在37±0.5℃。
3.结果与讨论
3.1. 水动力评价研究
在正常(无干扰)装置设置下，泼尼松释放度只有30.0±3.1%。当溶出杯倾斜(扰动)3.0 mm和4.5 mm时，释放率分别为40.0±2.2%和44.7±3.9%。（注：除另有说明外，每个实验用6片，n=6)。释放速率的逐渐增强意味着当溶出杯倾斜时，溶出杯底部的流量增加。这反过来又破坏了锥体，使更多的药物暴露在溶出介质中，使药物进入溶液。对倾斜(mm)与溶出率进行线性回归分析。相关系数(r)为0.997，表明在研究范围内溶出率随溶出杯倾斜度的增加呈线性增加。
采用方差分析(ANOVA)检验确定未扰动和两种扰动条件下的f比。在正常设置和两个扰动条件的平均值之间在统计学上具有显著性差异，置信水平为95.0%。数据如表1所示。柱状图和箱线图分别如图2a和图2b所示。
表1 泼尼松片扰动研究溶出结果（(% prednisone released vs vessel tilt)
3.2. 流体动力学对不同溶解度药物的影响
可以想象，这种流体动力学的干扰效应在低溶解度药物中表现的更为明显。为了验证以上假设，选择了一种含有低溶解度药物(LS)及另一种含有高溶解度药物(HS)产品进行相关验证实验。如实验部分所述，两种制剂的溶出首先在正常设置下进行。然后在扰动条件下通过倾斜溶出杯重复试验。最后，在较高转速(60 rpm和75 rpm)下进行溶出。数据如表2所示。
表2 LS(低溶解度)和HS(高溶解度)药物在桨速50,60和75rpm和扰动条件下(溶出杯倾斜4.5 mm)的释放率
3.2.1. LS(低溶解度药物)检测结果
在正常设置条件下，LS释放的平均百分比为86.8%，标准差为4.8%。在60 rpm和75 rpm转速下，LS释放量分别为93.0%±2.9%和97.9%±1.7%。在扰动条件下，倾斜溶出杯在50 rpm下运行，LS释放量为97.8%±0.7%，与正常设置条件在75 rpm下非常相似。数据如图3a所示。
方差分析表明，在正常设置条件下，在50rpm/min下获得的LS释放量与在60rpm/min和75rpm/min下获得的LS释放量在95%置信水平上有显著差异。在正常设置和溶出杯倾斜的扰动条件下获得的LS释放也有显著差异。然而，在75rpm/min的正常设置和50rpm/min的扰动条件下获得的结果没有显著性差异。
3.2.2. HS(高溶解度药物)检测结果
在正常设置下，HS释放的平均百分比为90.4%，标准差为3.3%。60 rpm和75 rpm时HS释放量分别为94.6%±1.8%和99.1%±0.5%。在扰动条件下，倾斜溶出杯在50 rpm下运行，HS释放为95.4%±2.0%。数据图如图3b所示。
方差分析(ANOVA)检验显示：在50rpm/min的正常设置和60rpm/min和75rpm/min的较高搅拌速率下获得的平均HS释放量在95.0%的置信水平上具有显著性差异。在正常设置和溶出杯倾斜的扰动条件下获得的HS释放也有显著差异。与LS不同的是，在这种情况下，在75rpm/min的正常设置和50rpm/min的扰动条件下获得的结果存在显著差异。这可能是因为：与LS片形成的“锥体”相反，HS片形成了一个更密集、更小粒度堆积的“锥体”，50rpm的搅拌速率可能不足以破坏由HS形成的致密“锥体”。
LS在正常和扰动情况下的绝对平均药物释放量差为11%，而在HS的例子中，只有5%。同样，在50rpm和75rpm时，LS的释药差异为11.1%，而HS的释药差异为8.6%。与正常设置的结果相比，在扰动条件下和更高转速下的结果变化较小。从这两个不同溶解度药物的例子可以看出，流体动力学对低溶解度药物的释放速度影响较大。为了进一步理解这一流体动力学影响，后续将进行更彻底的分析，可能涉及更多具有不同溶解度的药物。此外在后续的研究中将尽力保持使用相同体积的溶出介质来研究药物的释放。在本研究中，HS和LS药物的溶出介质体积相似，分别为900mL和1000ml。然而，在研究泼尼松校准片时，为了符合官方USP验证方法，使用了500 mL溶出介质。
这些研究表明，在USP标准溶出杯中，由流体动力学效应导致的溶出杯底“锥体”形成可以通过简单地增加搅拌桨转速来将该效应最小化或消除。当然，需要平衡溶出方法的区分力与搅拌桨转速之间的关系以选择一个最佳搅拌桨速度，即该搅拌桨速度即可使流体动力学的影响最小化，又可使该溶出方法具备一定的区分鉴别能力。
3.3. 不同形状溶出杯的水动力学评价
在USP标准溶出杯、Peak杯和平底杯中分别进行LS和HS的溶出实验。溶出杯的直径和高度均在USP <711>中有说明。在50rpm/min运行的USP杯、Peak杯和平底杯中，LS的平均释放率分别为86.8%±4.8%、98.0%±0.7%和89.5%±5.0%；HS的释放率分别为90.4%±3.3%、98.4%±0.8%和92.3%±4.1%。数据见表3、图4、图5a、图5b。两种药物的释放率在USP标准杯和平底杯中均无显著差异。Peak杯对两种药物的释放率最高。在USP标准杯和平底杯中，圆锥体形成于桨下的溶出杯底部。与USP溶出杯中的“锥体”相比，平底杯中的“锥体”更平坦，平底杯的四角未见残留。平底杯中锥体的位置相对于桨轴略有不同，而在USP溶出杯中，锥体或多或少位于桨的正下方。这也许可以解释平底杯获得的结果略有较高的可变性。在其他条件相同的情况下，只有当USP溶出杯半球形底部的尺寸不同时，USP杯中的底部“锥体”才会从中心位置移动。Peak杯中的“锥”位于凸形底部的顶部。与其他两个溶出杯不同的是，圆锥体不是静止的，它似乎在绕着中轴旋转。这就解释了为啥使用Peak杯可获得更高的释放率。
表3低溶解度LS和高溶解度HS药物在USP标准溶出杯、平底杯和Peak杯中的释放速率
4. 结论
在扰流研究中，USP标准溶出杯稍微倾斜导致泼尼松校准片的溶出率更高，表明在桨下的溶出杯底部存在最小的流动或“死区”。在该区域由片剂崩散形成的团锥体将药物困在其中，导致溶出偏低的结果。用低溶解度和高溶解度药物重复上述实验。结果表明，该流体动力学效应在低溶解度药物中的影响更为明显，但可以通过增加搅拌桨转速来减小或消除该效应。使用这两种制剂对USP标准溶出杯、Peak杯和平底杯的流体力学进行了评价。结果表明：对于低溶解度和高溶解度的药物制剂，使用USP杯和平底杯获得的溶出速率没有显著性差异。两种制剂的溶出速率在Peak杯中明显更高，并且与在USP杯中更高转速(60rpm/min和75rpm/min)下获得的溶出结果相当。
注：本文译自Tahseen Mirza, Ph.D.,Yatindra Joshi, Ph.D,Qian (Julie) Liu, Ph.D. and Richard Vivilecchia, Ph.D, Evaluation of Dissolution Hydrodynamics in the USP, Peak™ and Flat-Bottom Vessels Using Different Solubility Drugs[J] Dissolution Technologies | FEBRUARY 2005. .
