Characterization of solid dispersions of hydroxypropyl cellulose films with griseofulvin via hot-melt extrusion

Abstract

Hot-melt extrusion has gained significance in the pharmaceutical industry to formulate solid dispersions. In a solid dispersion, poorly-water soluble drugs can be dispersed in an inert hydrophilic polymer matrix, improving the stability and bioavailability of the drug. In this work, solid dispersions of hydroxypropyl cellulose (HPC) and griseofulvin were formulated via this method and the effects of HPC molecular weight, type of plasticizer, griseofulvin concentration, and processing temperature on the thermal, mechanical and rheological properties was evaluated. Films showed Young’s moduli in the following ascending order: glycerol, d-dorbitol, and PEG, which shows a proportional relationship to plasticizer miscibility. On the other hand, griseofulvin loading has a plasticizing effect in Young’s moduli. Griseofulvin loading also showed a plasticizing effect in melting peak temperature, except at certain concentrations when glycerol and d-sorbitol are used as plasticizers. This deviation can be attributed to stronger intra molecular interactions of griseofulvin with glycerol and d-sorbitol as demonstrated by calculated strengths of interaction parameters. In addition, melt viscosity demonstrated that griseofulvin has a plasticizing effect in HPC, decreasing melt viscosity by one order of magnitude with the addition of 0.20 volume fraction. Once a plasticizer is added to the solid dispersion, griseofulvin has an antiplasticizing effect, i.e. melt viscosity increases. Flory-Huggins solubility parameters indicate partial miscibility, of lower molecular weight additives in HPC and, therefore, have better plasticizing effects, including griseofulvin. But once a third component, such as a plasticizer, is added to a solid dispersion the properties depend of the concentrations, miscibility, and molecular interactions of the specific components of the formulation. Calculation of the solubility and interaction parameters can be used as a priori method to screen for suitable solid dispersion formulations.

Extrusión de fundido en caliente ha ganado auge en la industria farmacéutica para la formulación de dispersiones solidas. Una dispersión solida es un sistema en el cual una droga poco soluble en agua se dispersa en una matriz polimérica inerte e hidrofílica, resultando en mejor estabilidad y biodisponibilidad de la droga. En este trabajo, se formularon dispersiones sólidas de hidróxipropil celulosa (HPC) y griseofulvin mediante este método y se evaluaron los efectos de peso molecular del HPC, tipo de plastificante, concentración de griseofulvin y temperatura de procesamiento en las propiedades termales, mecánicas y reológicas. Las dispersiones solidas mostraron valores de módulo de Young en el siguiente orden ascendente: glicerol, d-sorbitol y PEG, lo cual indica una relación proporcional a la miscibilidad del plastificante en HPC. Por otro lado, se determinó que la adición de griseofulvin tiene un efecto plastificante en el módulo de Young. La adición de griseofulvin también mostro un efecto plastificante en la temperatura de fusión, excepto a ciertas concentraciones cuando glicerina y sorbitol se utilizan como plastificantes. Esta desviación se le puede atribuir a fuerzas intermoleculares más fuertes de griseofulvin con glicerina y sorbitol según lo indican las fuerzas de interacción calculadas. En adición, las medidas de viscosidad probaron que el griseofulvin tiene un efecto plastificante en HPC, disminuyendo la viscosidad por un orden de magnitud al añadir una fracción volumétrica de 0.2 griseofulvin. Al incorporar plastificante a las dispersiones sólidas griseofulvin tiene un afecto antiplastificante, i.e. viscosidad aumenta. Los parámetros de solubilidad de Flory-Huggins calculados, indican miscibilidad parcial de los aditivos de menor peso molecular en HPC, por tal razón tienen mejores efectos plastificantes, incluyendo griseofulvin. En general, las propiedades mecánicas, termales y reológicas de una dispersión sólida van a depender de las concentraciones, miscibilidad e interacciones moleculares de los componentes específicos de la formulación. Cálculo de los parámetros de solubilidad e interacción pueden ser utilizados como un método a priori para la exanimación de formulaciones adecuadas de dispersiones sólidas.