The effect of particle engineering on the processing and the in vitro performance of inhalation blends in dry powder inhalers

Lungengängige Wirkstoffpartikel müssen eine Partikelgröße von 1 bis 5 m besitzen. Dadurch weisen sie schlechte Fließeigenschaften auf und sind kohäsiv. Dies führt zu schlechter Reproduzierbarkeit bei volumetrischer Dosierung und wird durch das Aufbringen auf ein gröberes Trägermaterial mit besseren Fließeigenschaften verändert. Während des Inhalationsprozesses muss sich der Wirkstoff vom Trägermaterial lösen, um in die Lunge zu gelangen. Deshalb wurde in dieser Arbeit das Verhalten von sprühgetrocknetem und mikronisiertem Wirkstoff (Salbutamolsulfat), der auf einen unmodifizierten und modifizierten Träger (-Laktose Monohydrat) aufgebracht wurde, verglichen. Durch Nass-Dekantierung sollte der Feinanteil vom Trägermaterial verringert und die Oberfläche des Trägermaterials so verändert werden, dass sich der Wirkstoff leichter löst und in tiefere Kompartimente der Lunge eindringen kann. Mischungen mit 2 % Wirkstoffgehalt wurden hergestellt, deren Charakterveränderungen der Fließeigenschaften mittels Dichte- und Fließfähigkeitsmessungen überprüft wurden. Einflüsse auf die Oberfläche des Trägermaterials wurden via Rasterelektronenmikroskopie untersucht. Anschließend wurde der Einfluss der Dekantierung der Trägermaterialien auf das Kapselfüllverhalten beobachtet und eine Mischungshomogenitätsbestimmung während dem Prozess mittels HPLC durchgeführt. Als letzter Teil der Untersuchung wurde kontrolliert, wie sich die Nass-Dekantierung und zwei verschiedene Pulverbetthöhen bei der Kapselbefüllung auf die Lungengängigkeit der Pulvergemische auswirken. Die lungengängige Wirkstoffmenge, die sogenannte Fine Particle Fraction (FPF) wurde anhand von Impaktormessungen ermittelt.Fasst man die Resultate der Messungen zusammen, kann gesagt werden, dass die Mikronisierung des Wirkstoffes einen höheren Einfluss auf die Lungengängigkeit hat, als die Dekantierung des Trägermaterials, welches Einfluss auf die Prozessierbarkeit des Ma hat.Active pharmaceutical ingredients (API) to reach the deep lung have to exhibit a particle size with an aerodynamic diameter of 1 to 5 m. Powders with particles of this size have poor flow properties and are cohesive. These properties lead to poor reproducibility in dosing at volumetric conditions and they are getting improved by attaching small API particles through a mixing process to larger carrier material with better flow properties. During the inhalation process the API particles have to detach from the carrier surface to reach the deep lung. This thesis examines the respective behaviours of spray dried and micronized API (salbutamol sulphate), which were attached at unmodified and modified carrier material (-lactose monohydrate). Modification of the carrier was done through wet decantation in order to decrease the fine particle fraction (FPF) of the carrier material and to modify the carrier surface. The surface modification was thought to increase the detaching of the API, enabling it to reach the deep lung. The API was prepared through spray-drying and micronization and mixed up with the decanted and undecanted carrier at a concentration of 2 %. The changes of flow properties of the blends through wet decantation were investigated by density and flow measurements. The impact on the surface of the carrier material was checked via scanning electron microscopy. The effect of wet decantation on capsule filling was observed and the mixture homogeneity during filling process was investigated via HPLC. In the final part of the study it was observed how wet decantation and two different settings of powder bed height influenced the in vitro performance of the blends. The amount of API, which reaches the deep lung, the so called FPF, was tested with a next generation impactor (NGI). In summary, it can be said that micronization of the API has significantly more influence on its ability to reach the deep lung than wet decantation of the carrier material has.Thomas Karl WutscherZusammenfassungen in Deutsch und EnglischKarl-Franzens-Universität Graz, Diplomarbeit, 2017(VLID)192205