Pharmazie

Neue Arzneiformen durch Extrusion von Stärken

Die Extrusion spielt im Bereich der Pharmazeutischen Technologie immer noch eine untergeordnete Rolle. Verwendung finden Extruder zum Beispiel bei der Herstellung von Fettmatrizes oder vorverkleisterter Stärke. Bekannt sind auch die Arbeiten des Pharmaunternehmens Knoll zur Verarbeitung von diversen Kunststoffen. Auf Grund der verschiedenartigen Extrudertechnologie sollte es jedoch möglich sein, jede bisher gebräuchliche feste Arzneiform kostengünstig durch entsprechende Extrudate zu ersetzen.

Ziel ist es zunächst gewesen, mittels Extrusion von Stärke Arzneiformen mit ausgeprägter Retardierung zu entwickeln. Aus der Lebensmitteltechnologie ist die Extrusion von Stärke seit langem bekannt. Wird so beispielsweise bei der Herstellung von Erdnussflips der Extruder nicht im korrekten Temperaturbereich gefahren, entsteht eine glasartige, transparente, amorphe Form der Stärke von hoher Dichte. Diese amorphe Form der Stärke zeigt eine außerordentliche Stabilität im physiologischen pH-Bereich. Die reproduzierbare Herstellung dieses Zustandes erfordert Extruder, im Deutschen auch als Strangpressen bezeichnet, von ausreichender Leistung, damit die während des Herstellungsprozesses auftretende hohe Friktion nicht zum Festfahren der Schnecke führt. In den meisten Fällen ist es notwendig, die durch die hohe Reibung während des Produktionsprozesses entstehende Wärme abzuführen. Typischerweise verfügt ein zur Stärkeextrusion geeigneter Extruder über mehrere voneinander unabhängige, flüssigtemperierte Heizzonen. Erfolgreiche Versuche konnten mit Zweischneckenextrudern der Firmen Leistritz und Werner & Pfleiderer sowie einem Einschneckenextruder der Firma Brabender durchgeführt werden.

Hergestellt wurde amorphe Stärke aus Kartoffel-, Weizen- und Tapiokastärke sowie diversen Formen der Maisstärke. Dabei zeigte sich, dass bei vergleichbaren Extrusionsparametern besonders Stärken mit einer niedrigen Verkleisterungsenergie zu gut retardierenden Systemen führen. Die Freisetzung folgt zumeist dem Quadratwurzelgesetz. Als Modellarzneistoffe wurden Coffein und Theophyllin verwendet. Einen besonders guten Retardierungseffekt liefern aus Kartoffelstärke hergestellte Extrudate (90 Prozent Freisetzung > 24 Stunden, Coffein 30 mg bei zehnprozentiger Beladung), jedoch sind diese auf Grund der ausgeprägten Strangaufweitung nicht ohne abschließende Formgebung anwendbar. Extrudate mit angenehm glatter Oberfläche erhält man bei Verwendung von Tapioka- und Weizenstärke.

Da die Freisetzungsrate bei fehlerfrei hergestellten Produkten exakt der Gleichung nach Lapidus folgt, kann die abgegebene Arzneistoffmasse genau vorausgesagt werden.

Beeinflussen lässt sich die Freisetzungsrate durch die verwendete Stärkesorte sowie den Wassergehalt während der Extrusion. Dies war zunächst überraschend, da die Restfeuchte der hergestellten Extrudate nach Lagerung sich unabhängig vom Wasserzusatz während der Extrusion auf circa 9 Prozent einstellt (Cerestar-Weißmaisstärke CxPharm 03302, Coffein W & P – Zweischneckenextruder). Die Gleichgewichtsfeuchte der verwendeten Extrusionsmischung lag in diesem Fall vor der Wasserzugabe bei circa 11 Prozent, das heißt im amorphen Zustand kann die Stärke wesentlich weniger Wasser binden als in ihrer nativen Form.

Amorphe Stärke ist also als Matrix zur Herstellung retardierender Arzneiformen geeignet. Der Vorteil der Extrusion liegt unter anderem darin, dass zur Herstellung der beschriebenen Arzneiformen lediglich Stärke und ein geeigneter Wasserzusatz erforderlich ist. Bei entsprechender Auslegung des verwendeten Extruders können die Prozesse des Mischens, Extrudierens, die Formgebung und – falls erforderlich – die Trocknung innerhalb eines Gerätes vereinigt werden.

Anschrift des Verfassers:
Dr. Hubert Rein
Pharmazeutisches Institut
Universität Bonn
An der Immenburg 4
53121 Bonn 

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