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Biopharmazeutische Charakterisierung von Propranolol-Präparate

19.02.2001
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ZL-UNTERSUCHUNG

Biopharmazeutische Charakterisierung von Propranolol-Präparaten

von Henrike Potthast, Ionut Mircioiu und Helga Möller, Eschborn 

Die Qualität des Arzneimittelmarkts transparent zu gestalten, ist eine wichtige Aufgabe des Zentrallaboratoriums (ZL). Mit dieser Zielsetzung startete das ZL in den vergangenen Jahren vergleichende Untersuchungen von Fertigarzneimitteln, zuletzt zu Silymarin-haltigen Präparaten (1). Die Untersuchungen von Fertigarzneimitteln, die Propranolol enthalten, erfolgte vor dem Hintergrund der aktuellen wissenschaftlichen Diskussion um die Einführung eines neuen Bewertungssystems von wirkstoffgleichen Fertigarzneimitteln (2).

Grundlage für diese Neubewertung ist das vor wenigen Jahren in den USA entwickelte biopharmazeutische Klassifizierungssystem, kurz BCS (biopharmaceutics classification system). Das ZL stellte dieses Konzept, das inzwischen in einer verabschiedeten US/FDA-Richtlinie verbindlich festgeschrieben wurde (3) und auch Bestandteil der europäischen Leitlinie zur Beurteilung der Bioverfügbarkeit und Bioäquivalenz ist (4), bereits in der PZ vor (5). Demnach ist die orale Bioverfügbarkeit durch drei fundamentale Kriterien bestimmt: Löslichkeit und Permeabilität und Freisetzung des Arzneistoffs aus der Arzneiform.

In diesem Zusammenhang ist die Löslichkeit der höchsten Einzeldosis in 250 ml Medium in einem pH-Bereich zwischen 1 und 7,5 für die Bewertung relevant. Eine gute Permeabilität ist einer In-vivo-Absorption von über 90 Prozent zugeordnet. Diese kann jedoch alternativ auch durch geeignete In-vitro-Methoden wie beispielsweise mit Hilfe der Caco-2-Zellkultur bestimmt werden. Für diese Methoden bestehen entsprechende Korrelationen mit Humandaten (6). Diesen Vorgaben entsprechend ergeben sich die in Tabelle 1 dargestellten vier "Arzneistoffklassen".

 

Tabelle 1: Klassifizierung von Arzneistoffen nach BCS

BCS-Klasse Löslichkeit PermeabilitätI hoch hochII niedrig hochIII hoch niedrigIV niedrig niedrig

 

Es ist derzeit Stand der Diskussion und der Empfehlungen der genannten Leitlinie, dass bei schnell freisetzenden Fertigprodukten mit Arzneistoffen der BCS-Klasse I unter bestimmten Voraussetzungen auf vergleichende In-vivo-Untersuchungen verzichtet werden kann, oder sich diese durch geeignete Daten zur In-vitro-Freisetzung ersetzen lassen. Für Fertigprodukte, die Arzneistoffe der BCS-Klasse III enthalten, wird diese Möglichkeit momentan geprüft.

Propranolol ist Leitsubstanz der b-Adrenozeptorenblocker. Es wird nach peroraler Gabe aus schnell freisetzenden Fertigarzneimitteln rasch und zu über 90 Prozent absorbiert. Die Substanz unterliegt jedoch einem ausgeprägten hepatischen First-pass-Metabolismus. Dementsprechend resultiert eine orale Bioverfügbarkeit von circa 30 Prozent.

Literaturdaten zur Absorption und Permeation sowie eigene experimentelle Untersuchungen mit Hilfe der Caco-2-Zellkultur bestätigen insbesondere die gute Permeabilität des Racemats sowie die gute Löslichkeit. Das rechtfertigt die Einordnung in BCS-Klasse I. Darüber hinaus wird der Arzneistoff in der genannten US/FDA-Richtlinie als hoch permeable Markersubstanz für das Caco-2-Zellmodell vorgeschlagen.

Das ZL prüfte daher, ob geeignete Untersuchungen zur In-vitro-Freisetzung von Handelsprodukten die Einschätzung bestätigen, dass es sich bei Propranolol unproblematischen Arzneistoff handelt.

Material und Methoden

In Tabelle 2 finden Sie die in die Untersuchung einbezogenen Fertigarzneimittel. Alle Präparate bezog das ZL über den pharmazeutischen Fachhandel. Propranolol-Tabletten sind in der Monographie BP99 des britischen Arzneibuchs sowie in der US-amerikanischen Pharmacopoeae unter USP24 beschrieben.

 

Tabelle 2: Untersuchte Fertigarzneimittel

Produktname ArzneiformChargenbez.Haltbarkeit pharmazeutischer UnternehmerBeta-Tablinen 40 mg Tabl. 11560004 Okt/02 Lichtenstein PharmazeuticaDociton 40 (Referenzpräparat) Filmtabl. A90641A Mai/04 Zeneca GmbH/Rhein Pharma GmbHEfektolol 40 Filmtabl. 008H Okt/01 Brenner-Efeka Pharma GmbHElbrol 40 Filmtabl. 29671 Feb/03 Dr. R. Pfleger Chem. Fabrik GmbHIndobloc 40 Filmtabl. 8G019A Juli/03 ASTA Medica AWD GmbHObsidan 40 mg Tabl. 2094602 Sept/03 ISIS PHARMA GmbHPropabloc - 40 Tabl. 91355 Jan/04 Azupharma GmbHProphylux Tabl. 702129 Nov/00 Hennig Arzneimittel GmbH Co. KGPropra - ratiopharm 40 Filmtabl. 4075A9 Sept/04 ratiopharm GmbHPropra 40 von ct Filmtabl. 4075A9 Sept/04 ct-Arzneimittel GmbHPropranolol - GRY 40 Tabl. 99312651 Juli/02 GRY-Pharma GmbHPropranolol AL 40 Tabl. 84204 Sept/03 ALIUD PHARMA GmbH & Co. KGPropranolol STADA 40 mg Tabl. 4501 Feb/03 STADApharm GmbHPropranur 40 mg Filmtabl. 991064 Jan/02 StegroPharm Arzneimittel GmbH

 

Gleichförmigkeit des Gehalts

Die Gehaltsprüfung erfolgte entsprechend den Vorgaben der Monographie "Propranolol Tablets" der Britischen Pharmakopoeae. Dazu wurden 20 Prüflinge gewogen und zu Pulver verrieben. Davon wurde eine Menge entsprechend einem Gehalt von 20 mg Propranolol-Hydrochlorid mit 20 ml Wasser über zehn Minuten geschüttelt. Nach Zugabe von 50 ml Methanol wurde weitere zehn Minuten geschüttelt, nachfolgend auf 100 ml mit Methanol aufgefüllt und filtriert. 10 ml des Filtrats wurden mit 50 ml Methanol aufgenommen und die UV-Absorption bei 290 nm gemessen.

Jedes Präparat wurde viermal aus zwei Einwaagen geprüft, das heißt der jeweiligen Verreibung aus 20 Prüflingen wurden jeweils zwei Einwaagen entnommen und zweifach bestimmt. Bei den in der Tabelle 3 angegebenen Ergebnissen handelt es sich um Mittelwerte aus vier Einzelergebnissen.

 

Tabelle 3: Ergebnisse der Gehaltsbestimmung (gemäß Monographie BP 99)

Produktname  Arzneiform  Gehalt [% d. Dekl.]Gehalt (CV%)Beta-Tablinen 40 mg  Tabl.  98,4  1,1Dociton 40  Filmtabl.  100,0  0,1Efektolol 40  Filmtabl.  97,2  0,8Elbrol 40  Filmtabl.  97,0  1,1Indobloc 40  Filmtabl.  100,9  0,3Obsidan 40 mg  Tabl.  96,9  1,3Propabloc - 40  Tabl.  97,2  0,7Prophylu Tabl.  97,9   0,1Propra - ratiopharm 40  Filmtabl.  99,8  0,9Propra 40 von ct  Filmtabl.  100,9  0,7Propranolol - GRY 40  Tabl.  100,1  0,7Propranolol AL 40  Tabl.  96,2  0,8Propranolol STADA 40 mg  Tabl.  98,8  1,8Propranur 40 mg  Filmtabl.  94,3  1,1

 

In-vitro-Freisetzung

Die In-vitro-Freisetzung prüfte man nach den Vorgaben der USP-Monographie "Propranolol Hydrochloride Tablets" mit der Drehkörbchen-Apparatur (n = 6, app. I der Vorschrift). Das in der Monographie vorgeschriebene Medium, 1000 ml HCl (1 in 100), wurde durch die Zugabe von 0,2-prozentiger Natriumchloridlösung (w/v) geringfügig in seiner Tonizität verändert. Ein Vergleich der beiden Medien ergab hinsichtlich der Ergebnisse der In-vitro-Freisetzung keinen Unterschied.

Die Agitation betrug entsprechend den Vorgaben 100 Umdrehungen pro Minute. Die Probennahme erfolgte nach 15, 30 und 45 Minuten. Die jeweiligen Proben (4 ml) wurden mittels Teflonfritten filtriert und spektralphotometrisch bei 290 nm und 350 nm (Basislinienkorrektur) vermessen.

Verunreinigungen und verwandte Substanzen

Die Prüfung auf verwandte Substanzen erfolgte entsprechend der Monographie "Propranolol Tablets - Related substances" der britischen Pharmakopoeae (BP99) per HPLC. Es wurden die Chromatogramme der Prüflösungen über einen Zeitraum aufgezeichnet, der der zweifachen Retentionszeit für Phenanthren (laut Monographie als interner Standard eingesetzt) entspricht. Die Auswertung nahm man über einen Peakflächenvergleich vor, wobei zwischen einzelnen Verunreinigungen sowie der Summe der durch potenzielle Verunreinigungen resultierenden Peaks differenziert wurde.

Ergebnisse und Diskussion

Wie in Tabelle 4 dargestellt, ergab die Gehaltsbestimmung für alle untersuchten Fertigarzneimittel ein den Vorgaben des britischen Arzneibuches entsprechendes Resultat. Die Monographie fordert einen Gehalt an Propranolol-Hydrochlorid zwischen 92,5 und 107,5 Prozent der deklarierten Menge.

 

Tabelle 4: Ergebnisse der In-vitro-Freisetzung (gemäß USP24)

Produktname Arzneiform Freisetzung (% d.Dekl. nach 30 Min.)       x (n = 6) CV%Beta-Tablinen 40 mg  Tabl.  103,1  1,4Dociton 40  Filmtabl.  98,3  0,8Efektolol 40  Filmtabl.  104,9  4,0Elbrol 40  Filmtabl.  103,3  2,5Indobloc 40  Filmtabl.  101,9  0,9Obsidan 40 mg  Tabl.  102,5  1,2Propabloc - 40  Tabl.  104,4  1,4Prophylux  Tabl.  101,1  2,3Propra - ratiopharm 40  Filmtabl.  103,1  2,0Propra 40 von ct  Filmtabl.  104,3  1,1Propranolol - GRY 40  Tabl.  104,5  1,0Propranolol AL 40  Tabl.  102,0  1,3Propranolol STADA 40 mg  Tabl.  102,3  1,1Propranur 40 mg  Filmtabl.  103,7  2,2

 

Die Ergebnisse der In-vitro-Freisetzung sind in Abbildung 1 (in der Druckausgabe) dargestellt. Nach 15 Minuten war der Wirkstoff aus allen untersuchten Fertigarzneimitteln vollständig freigesetzt. Nach den Vorgaben des amerikanischen Arzneibuchs muss innerhalb von 30 Minuten mindestens 75 Prozent (Q) des Wirkstoffs aus der Arzneiform freigesetzt sein. Damit müssen alle sechs Prüfmuster im ersten Prüfdurchgang (S1) 80 Prozent des Wirkstoffgehalts innerhalb des vorgegebenen Zeitraums freigesetzt haben. Diese Vorgabe erfüllten die Handelspräparaten ausnahmslos.

Damit ist nicht nur die Vorgabe des Arzneibuchs sondern auch des biopharmazeutischen Klassifizierungskonzepts erfüllt. Demnach handelt es sich dann um schnell freisetzende Produkte, wenn 85 Prozent des Wirkstoffs innerhalb von 30 Minuten freigesetzt werden. Im Rahmen einer vergleichenden Untersuchung kann bei einer entsprechend hohen Freisetzung innerhalb von 15 Minuten darüber hinaus auf einen statistischen Vergleich der Profile (zum Beispiel mittels F2-Test) verzichtet werden (3).

Ein weiterer Aspekt, den man berücksichtigen sollte, ist der potenzielle Einfluss unterschiedlicher, eventuell kritischer Hilfsstoffe in den jeweiligen Präparaten. Werden die Angaben zur qualitativen Zusammensetzung der untersuchten Fertigarzneimittel gemäß Roter Liste 2000 zu Grunde gelegt, kann man folgern, dass die eingesetzten Hilfsstoffe offenbar keinen Einfluss auf die In-vitro-Freisetzung haben.

Empfehlung für die biopharmazeutische Charakterisierung

Propranolol kann auf Grund eigener Untersuchungen sowie von Literaturdaten der BCS-Klasse I zugeordnet werden, also den Substanzen mit hoher Löslichkeit und guter Permeabilität. Darüber hinaus wird für alle Produkte, die 40 mg des Wirkstoffs enthalten, eine rasche In-vitro-Freisetzung gezeigt.

Neuere vergleichende Bioverfügbarkeitsstudien an gesunden Probanden zeigen eine hohe interindividuelle Variabilität der pharmakokinetischen Kenngrößen Cmax und AUC. Die intraindividuelle Variabilität ist dagegen relativ moderat. Dieser Sachverhalt lässt darauf schließen, dass die Unterschiede nicht aus der Formulierung sondern aus individuell variierenden First-pass-Effekten resultieren. Bioäquivalenz-Untersuchungen sind demnach für schnell freisetzende Propranolol-Präparate nicht erforderlich, wenn die In-vitro-Freisetzung den Anforderungen entspricht.

Auf Basis dieser Ergebnisse wird für die untersuchten Fertigarzneimittel eine gleichartige biopharmazeutische Qualität bestätigt, die einen Austausch der Produkte erlaubt.

Eine zusammenfassende Darstellung der am Beispiel des Propranolols erhobenen Charakteristika beziehungsweise Kenngrößen soll als Bewertungsgrundlage für die pharmazeutische Praxis dienen. Ein erstes Konzept finden Sie im folgenden Kasten.

 

Pharmazeutische Charakterisierung von Propranolol

Maximale Dosierung in schnell freisetzenden Präparaten: 100 mg

Maximale therapeutische Einzeldosis: 160 mg

Löslichkeit von der therapeutischen Einzeldosis in 250 ml wässerigem Medium im pH-Bereich zwischen pH 1 und 7,5: gut (Literatur: 125 mg/ml)

Physiko-chemikalische Kenngrößen
pKa: 9,45 (schwache Base)
Vk (Lipophilie): Log Doct 1,55
Permeabilität:
Caco-2 Zellkultur: Papp: 60 - 70 x 10-6 cm/s (pH 7,4)
28 x 10-6 cm/s (pH 6,5)
- Andere Zellkulturen
- Ratte
- Human (Absorption %): > 90 %

BCS-Klasse: I (hohe Löslichkeit; gute Permeabilität)

Disposition in vivo
- Stabilität im Gastrointestinaltrakt: stabil
- First-pass-Metabolismus (hepatisch/intestinal): hoch
- Prodrug: nein
- Pharmakodyn. aktiver Metabolit: 4-Hydroxypropranolol (wenig relevant)
- Absorptionsfenster: nicht bekannt
- Interindividuelle Variabilität (in vivo): hoch
- Intraindividuelle Variabilität (in vivo): moderat

Vergleichende In-vitro-Freisetzung von schnell freisetzenden Fertigarzneimitteln:
Anforderung USP 24: ³ 75 (Q) in 30 Minuten
Anforderung BCS: ³ 80 (Q) in 30 Minuten
Erfüllung der Spezifikation durch alle 40 mg Fertigarzneimittel des Handels experimentell belegt.

Beurteilung von Hilfsstoffen (qualitativ): 
kein Einfluss der Hilfsstoffzusammensetzung auf die In-vitro-Freisetzung bei 40 mg Fertigarzneimitteln

 

Biopharmazeutische Gesamtbeurteilung

Der ausgeprägte First-pass-Metabolismus resultiert in relativ hohen arzneistoffbedingten Variabilitäten in vivo. Die Durchführung von Bioäquivalenz-Untersuchungen ist für schnell freisetzende Propranolol Fertigarzneimittel nicht erforderlich, wenn die In-vitro-Freisetzung den Anforderungen entspricht und somit eine adäquate biopharmazeutische Qualität belegt werden kann.

Die Kenntnis der genannten Charakteristika und deren Gesamtbeurteilung sollte Grundlage einer fundierten und sachgerechten Beurteilung hinsichtlich eines möglichen Verzichts vergleichender In-vivo-Studien sein. Diese Fragestellung betrifft Offizinapotheker wie die pharmazeutische Industrie und betroffenen Behörden gleichermaßen.

 

 

Literatur

  1. Ihrig, M., Dedina, E., Möller, H., Empfehlung einer einheitlichen Spezifikation für Silymarin-Fertigarzneimittel. Pharm. Ztg. 145 (2000) 2861.
  2. Amidon, G. L., et al., A Theoretical Basis for a Biopharmaceutic Drug Classification: The Correlation of In Vitro Drug Product Dissolution and In Vivo Bioavailability. Pharm Res 12 (1995) 413 - 419.
  3. FDA-Guidance for Industry: Waiver of In Vivo Bioequivalence Studies for Immediate Release Solid Oral Dosage Forms Containing Certain Active Moieties/Active Ingredients Based on a Biopharmaceutics Classification System. August 2000, CDER/FDA.
  4. Note for Guidance on the investigation of bioavailability and bioequivalence. CPMP/EWP/QWP/1401/98 Draft
  5. Möller, H., Potthast, H., Biopharmazeutische Charakterisierung von Arzneistoffen und Fertigarzneimitteln. Pharm. Ztg. 144 (1999) 1640.
  6. Yee, S., In Vitro Permeability Across Caco-2 Cells Can Predict In Vivo (Small Intestine) Absorption in Man - Fact or Myth. Pharm Res 14 (1997) 763 - 766.

 

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