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Temperatureinfluss

Kristallwachstum in Metronidazol-Creme

Anlässlich des massiven Kristallwachstums in Metronidazol-Cremes, das im Ringversuch 2017 ausgelöst durch Temperaturschwankungen aufgetreten war, untersuchte das ZL die standardisierte Hydrophile Metronidazol-Creme (NRF 11.91.) in einer Stabilitätsstudie im Hinblick auf dieses Phänomen.
Lisa Schlegel
Holger Latsch
Katharina Schüßler
Iska Wagner
Mona Abdel-Tawab
02.08.2019
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Bereits seit den 1970er-Jahren wird Metronidazol in der lokalen Behandlung der Rosacea eingesetzt und stellt bis heute die Standardtherapie dar (1, 2). Der genaue Wirkmechanismus ist noch nicht geklärt, jedoch spielen hauptsächlich antiinflammatorische und immunsupprimierende Effekte eine Rolle. Bei der Rosacea handelt es sich um eine chronisch entzündliche Hauterkrankung, die häufig über viele Jahre schubweise auftritt und in den Stadien I und II durch persistierende Erytheme und Teleangiektasien bis hin zu entzündlich geröteten Papeln und Pusteln in der Gesichtsmitte (vor allem auf Stirn und Nase) gekennzeichnet ist. Im Stadium III kommen große entzündliche Knoten sowie Gewebshyperplasien hinzu (3).

Halbfeste Zubereitungen auf Creme- oder Gelbasis mit 0,75-prozentigem Anteil an Metronidazol sind als Fertigarzneimittel im Handel erhältlich (4). Trotzdem zählt Metronidazol zu den am häufigsten verwendeten Stoffen in der Herstellung von Individualrezepturen in der Apotheke (5). Der rezeptierbare pH-Bereich für die schwache Base Metronidazol liegt zwischen pH 3 und 8. Eingesetzte therapeutische Konzentrationen reichen von 0,5 bis 3 Prozent (6). Der Lösungsgrad ist dabei konzentrationsabhängig. Während der Wirkstoff in Cremes bis zu einem Anteil von 1 Prozent noch vorwiegend gelöst vorliegt, findet man ab Konzentrationen von ≥ 2 Prozent überwiegend Suspensionszubereitungen (7). Als typische Verarbeitungs- und Stabilitätsprobleme nennt das DAC/NRF die Entstehung von Pulvernestern, Klumpen aus zu festen Rezepturkonzentraten sowie rasche Umkristallisationen (8). Im DAC/NRF ist als standardisierte Zubereitung die Hydrophile Metronidazol-Creme 1 beziehungsweise 2 % (NRF 11.91.) monographiert, die Nichtionisches wasserhaltiges Liniment DAC (S.39.) als Grundlage enthält (7).

Die Creme kann entweder aus der mikrofeinen Rezeptursubstanz oder aus einem halbfesten Konzentrat hergestellt werden. Die Verreibung auf Grundlage der Nichtionischen hydrophilen Creme SR (NRF S.26.) ist als apomix®-Fertigprodukt von der Firma PKH (Pharmazeutisches Kontroll- und Herstellungslabor) Halle GmbH erhältlich (9). Ungeeignet zur Herstellung laut DAC/NRF ist die von der Firma Caesar & Loretz GmbH (Caelo) erhältliche 25-prozentige Metronidazol-Verreibung auf Vaseline-Basis (10). Aufgrund der festen Konsistenz ist eine homogene Einarbeitung dieses Konzentrates in das Liniment nicht möglich (7).

Sollte die Rezeptursubstanz in der Herstellung verwendet werden, ist es wichtig, dass der Wirkstoff zunächst nur mit etwa einem Zehntel der Grundlage angerieben wird. Insbesondere bei der Nutzung elektrischer Herstellungssysteme ist eine Inprozessprüfung auf Agglomerate unbedingt notwendig. Außerdem muss dringend ein Erwärmen durch hochtouriges Anreiben vermieden werden, da es sonst zur Übersättigung und Rekristallisation kommt. Ein Vorkühlen der Grundlage kann sinnvoll sein (7).

Zusammensetzung Hydrophile Metronidazol-Creme 1 % (NRF 11.91.)
Metronidazol (mikrofein gepulvert) 1,0 g
Nichtionisches wasserhaltiges Liniment DAC (S.39.) ad 100,0g
Alternativ:
Metronidazol-Verreibung 10 Prozent mit Nichtionischer hydrophiler Creme SR DAC 10,0 g
Nichtionisches wasserhaltiges Liniment DAC (S.39.) as 100,0 g

Creme im ZL-Ringversuch

Von April bis November 2017 fand ein ZL-Ringversuch für die standardisierte Creme nach NRF 11.91. statt. Mit insgesamt über 4500 eingesendeten Zubereitungen war es der bislang größte Ringversuch zur Qualitätskontrolle von in Apotheken hergestellten Zubereitungen des Zentrallaboratoriums Deutscher Apotheker seit Beginn der Untersuchungen im Jahre 2005.

Im Untersuchungszeitraum herrschten sehr unterschiedliche Wetterbedingungen, die extrem heiße Tage mit Temperaturen über 30 °C einschlossen. Aus Erfahrungen ist außerdem bekannt, dass auf dem Transportweg ins ZL, beispielsweise in Zustellfahrzeugen, oft noch wesentlich höhere Werte als die der Außentemperatur erreicht werden. Dies bedeutete für die in der Regel ohne temperaturregulierende Maßnahmen eingesendeten Zubereitungen starke Schwankungen während des Versands beziehungsweise für die Zeitspanne von der Herstellung bis zur Analytik. Ein vom ZL durchgeführter temperaturkontrollierter Hin- und Rücktransport über etwa 500 km von Testproben mittels Paketdienste bestätigte dies; es wurden über den 48-stündigen Versandzeitraum Temperaturen von 18 bis 33 °C aufgezeichnet.

Bei der Auswertung im ZL stellte sich heraus, dass es zur Beurteilung des Prüfparameters Partikelgröße notwendig war, die jeweils aktuellen Temperaturen zu berücksichtigen, da sich eine Abhängigkeit der Entstehung von Wirkstoffkristallen und vorausgegangenen Temperaturschwankungen zeigte.

Die Bestimmung der Partikelgröße erfolgte mittels Optischer Mikroskopie (Ph. Eur. 9.0, 2.9.37) im polarisierten Licht. Die Beurteilung erfolgte in Anlehnung an die damalige Version der DAC Monographie M-132 Metronidazol-Verreibung 10 Prozent mit Nicht­ionischer hydrophiler Creme SR sowie den Kommentar zum Europäischen Arzneibuch zur Monographie Halbfeste Zubereitungen zur Anwendung auf der Haut (12, 13). Untersucht wurden pro Creme jeweils bis zu fünf aus der Zubereitung gezogene Proben.

Folgende Akzeptanzkriterien wurden festgelegt:

  • Maximal 2 Partikel > 50 µm und ≤ 90 µm
  • Maximal 1 Partikel > 90 µm und ≤ 180 µm
  • Kein Partikel > 180 µm

Häufig wurden in der mikroskopischen Untersuchung sehr große Partikel in Form von Kristallen und/oder Agglomeraten über > 180 µm gefunden (Abbildung). Betroffen waren alle Herstellungsverfahren entsprechend der Häufigkeit ihres Einsatzes im Ringversuch mit einem leichten Vorteil für die Herstellung mittels Fantaschale und Pistill. Es stellte sich heraus, dass auch Zubereitungen, die kurz nach dem Eingang im ZL keine Auffälligkeiten bei der Partikelgrößenuntersuchung zeigten, nach etwa zwei Wochen bei einer erneuten Überprüfung zu Testzwecken große Kristalle aufwiesen. Das heißt, dass, bedingt durch hohe Temperaturen beziehungsweise Temperaturschwankungen während des Transportes zum ZL, eine nachträgliche Kristallbildung außerhalb des Einflussbereichs der Apotheken nicht ausgeschlossen werden konnte. Aus diesem Grund wurde bei rund 350 Teilnehmern, deren Herstellung zwischen Mai und August 2017 stattgefunden hatte, der Prüfparameter Partikelgröße nicht bewertet.

Die schnelle Entstehung von Metronidazol-Kristallen bei kalten Temperaturen beziehungsweise bei einem Temperaturwechsel von Raumtemperatur zur Kühlschranklagerung wurde vom ZL bereits für das Hydrophile Metronidazol-Gel 0,75 Prozent (NRF 11.65.) gezeigt (14).

Unabhängig von temperaturabhängig gebildeten Kristallen wurde beobachtet, dass eine kleine Anzahl an Apotheken pulverförmigen, nicht mikronisierten Wirkstoff der Firmen Euro OTC Pharma GmbH oder Fagron GmbH & Co. KG verwendet hatte. Dies führte in fast allen Fällen dazu, dass bei der mikroskopischen Untersuchung Partikelgrößen außerhalb der Akzeptanzkriterien gefunden wurden. Eine Problematik zeigte sich auch für wenige Chargen des mikronisierten Metronidazols der Firma Fagron, die zu große Partikel aufwiesen.

Zubereitung Verwendeter Wirkstoff Kommentar
Hydrophile Metronidazol-Creme 1 %
(NRF 11.91.)
nicht bekannt Fertigprodukt der Firma PKH Halle
Hydrophile Metronidazol-Creme 1 %
(NRF 11.91.)
Caelo GmbH Mikronisiertes Metronidazol
Hydrophile Metronidazol-Creme 1 %
(NRF 11.91.) (angesäuert, pH 3)
Caelo GmbH Mikronisiertes Metronidazol
Hydrophile Metronidazol-Creme 1 %
(NRF 11.91.)
Fagron GmbH & Co. KG Nicht mikronisiertes Metronidazol
Hydrophile Metronidazol-Creme 1 %
(NRF 11.91.)
Euro OTC Pharma GmbH Nicht mikronisiertes Metronidazol
Hydrophile Metronidazol-Creme 1 %
(NRF 11.91.)
PKH Halle 10-prozentige Verreibung in
Nichtionischer hydrophiler Creme SR (NRF S.26.)
Tabelle : Übersicht über die untersuchten Zubereitungen

Stabilitätsstudie

Vor dem Hintergrund der durch die Temperaturschwankungen entstandenen Kristalle führte das ZL eine Stabilitätsstudie durch, um die auslösenden Bedingungen für das Kristallwachstum näher charakterisieren zu können. Dazu wurde zusätzlich zur mikronisierten Substanz auch pulverförmige Ware ohne Partikelzerkleinernde Vorbehandlung eingesetzt, um den Einfluss der Ausgangsgröße der Partikel zu untersuchen. Neben der Stabilität bei unterschiedlichen Lagerungsbedingungen wurde auch die Stabilität des Wirkstoffs in Zubereitungen unterschied­lichen pH-Wertes geprüft.

Herstellung

Es wurden unterschiedliche Varianten der Zubereitung in die Studie eingeschlossen (Tabelle). Die Herstellung erfolgte mittels Fantaschale und Pistill gemäß den Empfehlung der NRF Rezepturvorschrift. Die Ansäuerung der Zubereitung 3 auf pH 3 erfolgte durch die Zugabe von 20-prozentiger Citronensäure-Lösung. Der pH-Wert der standardisierten Creme liegt bei etwa pH 4,8.

Die Untersuchungen erfolgten über einen Zeitraum von zwölf Monaten. Die Prüfmuster wurden in Aluminiumtuben und Spenderdosen abgefüllt. Zubereitung 1 verblieb im Originalgefäß. Für Zubereitung 1 bis 3 erfolgte eine Untersuchung der Partikelgröße und des Wirkstoffgehaltes, für Zubereitung 4 bis 6 ausschließlich eine Prüfung der Partikelgröße. Für Zubereitung 1 und 2 wurde auch eine In-Use-Simulation über vier Wochen durchgeführt. Folgende Lagerungsbedingungen wurden in die Studie eingeschlossen:

  • 2 bis 8 °C  (Kühlschrank)
  • 15 °C  (Kühlschrank)
  • 25 °C (60 % relative Feuchte (r. F.), Klimaschrank)
  • 27,5 °C  (Schüttelinkubator, ohne Bewegung)
  • 30 °C (Schüttelinkubator, ohne Bewegung)
  • 35 °C (Schüttelinkubator, ohne Bewegung)
  • 40 °C  (75 % r. F., Klimaschrank)

Einige Proben mit mikronisiertem Wirkstoff wurden zur Untersuchung der Kristallbildung unterschiedlichen Temperaturwechseln ausgesetzt. Temperaturwechsel A und B: In den ersten 28 (A) beziehungsweise 14 (B) Tagen regelmäßiger Wechsel nach jeweils sieben ­Tagen zwischen 25 °C/; 60 % r. F. und 40 °C; 75 % r. F., danach 25 °C/; 60 % r. F.

Unabhängig davon erfolgte eine Zusatzuntersuchung über 14 Tage zur Prüfung extremer Temperaturen, die jeweils für zwölf Stunden eingestellt wurden und in eine Lagerung bei 20 °C übergingen:

  • 40 °C / 15 °C → 20 °C
  • 40 °C → 20 °C
  • 35 °C / 15 °C → 20 °C
  • 30 °C / 15 °C → 20 °C
  • 27,5 °C / 15 °C → 20 °C
  • 25 °C / 15 °C → 20 °C

Ergebnisse

Die Auswertung der Studie ergab, dass der Gehalt aller untersuchten Proben im zulässigen Bereich von 90,0 bis 110,0 Prozent lag, mit der Ausnahme der angesäuerten Creme, die nach zwölf Monaten einen Gehaltswert von 89,6 Prozent zeigte. Für die konstant bei 40 °C und 75 % r. F. % gelagerte Creme war ein geringer Wirkstoffabbau auf etwa 95,0 Prozent zu erkennen.

Betrachtet man die eingesetzten Ausgangsstoffe im Vergleich, zeigte sich deutlich die Überlegenheit der mikronisierten Ware, die unter regulären Lagerungsbedingungen (ohne Temperaturwechsel) insgesamt keine Probleme im Hinblick auf die Partikelgröße zeigte. Für den nicht mikronisierten Wirkstoff von Fagron sowie die 10-prozentige Verreibung von PKH Halle wurden vereinzelt gegen Ende des Prüfzeitraumes kleinere Kristalle im Bereich von 50 bis 90 µm beobachtet. Die nicht mikronisierte Ware von Euro OTC wies bereits zu Beginn der Untersuchung sehr große Kristalle über 180 µm auf.

Wider Erwarten traten auch bei dem untersuchten apomix Fertigprodukt von PKH Halle Schwierigkeiten bei der Partikelgröße auf. Es wurden zwei verschiedene Chargen untersucht und beide zeigten entweder von Beginn an oder spätestens nach 28 Tagen im Bereich von 50 bis 90 µm eine zu hohe Anzahl an großen Partikeln, sowohl bei Lagerung bei Raumtemperatur als auch im Kühlschrank.

Die Prüfung der verschiedenen Temperaturwechselszenarien ergab, dass es zu einem Kristallwachstum kam, wenn eine Temperaturdifferenz von mehr als 15 °C überschritten wurde, das heißt, wenn die Zubereitung in der Studie auf 40 beziehungsweise 35 °C erwärmt und danach auf 20 beziehungsweise 15 °C abgekühlt wurde. Wurde die Temperatur dagegen nur beispielsweise zwischen 25 und 40 °C gewechselt, konnte kein Kristallwachstum nachgewiesen werden.

Fazit

Für die Herstellung der Hydrophilen Metronidazol-Creme 1 % (NRF 11.91.) sollte als Ausgangsstoff mikronisiertes Metronidazol eingesetzt werden. Soll ein Fertigprodukt abgegeben oder eine Vorverreibung eingesetzt werden, so sind diese kritisch auf große Partikel zu prüfen, zum Beispiel visuell durch Ausstreichen auf der Glasplatte oder durch visuelle beziehungsweise mikroskopische Prüfung einer dünnen Probe zwischen Objektträger und Deckgläschen. Bei Kombination des Metronidazols mit sauer reagierenden Substanzen, die zu einem pH in der Creme von ≤ 3 führen, sollte die Aufbrauchsfrist vorsichtshalber auf sechs Monate begrenzt werden.

Das Erreichen von Temperaturen über 30 °C beziehungsweise starke Temperaturschwankungen müssen dringend vermieden werden. Dementsprechend können elektrische Herstellungssysteme nur mit großer Vorsicht verwendet werden, da es hier sehr leicht zu hohen Temperaturen in der Creme kommt. Möglichkeiten zur Reduzierung sind Rührpausen, niedrige Umdrehungszahlen und ein Vorkühlen der Grundlage. Die fertige Rezeptur sollte nicht im Kühlschrank aufbewahrt werden, da die Lagerung keinen Vorteil, sondern eher die Gefahr von großen Temperaturschwankungen mit sich bringt. Besonders bei der Abgabe von Metronidazol-Cremes in den Sommermonaten ist es wichtig, den Patienten auf die korrekte Lagerung hinzuweisen. Gegebenenfalls kann die Abgabe mit einem Kühlpad zur moderaten Temperaturerniedrigung während des Transportes sinnvoll sein. 

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