Primjena "coffe ring" efekta u istraživanju svojstva ljekovitih pripravaka

undergraduate thesis

• Title (english): Application of the 'coffee ring' effect in the research of drug product properties
• Author: Tihana Mlinarić
• Mentor: Ernest Meštrović (mentor)
• Committee member: Ernest Meštrović (predsjednik povjerenstva)
• Committee member: Petar Kassal (član povjerenstva)
• Committee member: Sanja Lučić Blagojević (član povjerenstva)
• Granter: University of Zagreb; Faculty of Chemical Engineering and Technology; Zagreb
• Defense date and country: 2024-07-12, Croatia
• Scientific / art field, discipline and subdiscipline: TECHNICAL SCIENCES; Chemical Engineering

Abstract

Primarni cilj ovog rada je istražiti pojavu „Coffee ring“ efekta i primjeniti otkriveno u optimizaciji svojstva ljekovitih pripravaka putem odabira pogodnih tvari tijekom razvoja formulacija. Razumijevanje ovog fenomena omogućuje dublji uvid u međusobne interakcije djelatne tvari (eng. Active Pharmaceutical Ingredients, API) i pomoćnih supstancija (ekscipijenata) što je ključno za razvijanje formulacija s ciljem da se poboljša stabilnost i učinkovitost. Stoga, ovaj rad istražuje kako coffee ring efekt može poslužiti kao koristan alat za razvoj inovatinvnih strategija u formuliranju ljekovitih pripravaka, čime se otvaraju perspektive za unaprjeđenje terapijskih učinaka i farmakokinetičkih svojstava. Glavna prednost ovog pristupa temelji se na uporabi iznimno male količine materijala (svega nekoliko mikrograma po mjerenju), što omogućuje razvoj formulacija u ranim fazama ispitivanja kada je dostupnost materijala za ispitivanje ograničena. Dodatni benefit je i smanjena potreba za potentnim materijalima, što povećava sigurnost i smanjuje troškove prilikom rada s vrlo aktivnim uzorcima. Koncept je potvrđen na nekoliko modelnih sustava koji su sadržavali dvije djelatne tvari, pantoprazol i doksiciklin, te dvije pomoćne tvari, natrijev klorid i 2-hidroksipropil β-ciklodekstrin, koji su istraživani pri različitim uvjetima. Rezultati su obrađeni korištenjem mikroskopa kako bi se pratili karakteristični obrasci. Posebna pažnja posvećena je istraživanju ponašanja fiziološke otopine, pri čemu su dobiveni podaci svrstani u klastere.
U modelnom sustavu koji sadrži pantoprazol i 2-hidroksipropil β-ciklodekstrin, uočeno je ponašanje koje ukazuje na nastanak interakcije između tih dviju komponenti, što je dodatno istraženo korištenjem diferencijalne skenirajuće kalorimetrije. Provedeno istraživanje potvrdilo je postavljenu hipotezu da se pojava coffee ring-a može koristiti u istraživanju svojstava formulacija farmaceutskih pripravaka.

Abstract (english)

The coffee ring effect, a phenomenon observed when a liquid containing suspended particles evaporates, results in a characteristic ring-like stain. This effect occurs due to the differential evaporation rates across the droplet, causing particles to be deposited at the edges. By understanding this phenomenon, we can gain deeper insights into the interactions between active pharmaceutical ingredients (APIs) and excipients, which is crucial for creating formulations that improve stability and efficacy. This approach not only holds promise for improving therapeutic outcomes but also offers potential advancements in pharmacokinetic properties. Furthermore, the reduced need for highly potent materials enhances safety and reduces costs associated with working with very active substances. This dual benefit underscores the significant potential of employing the coffee ring effect in the advancement of pharmaceutical formulation science. Through this innovative approach, we open new avenues for the development of more effective and stable pharmaceutical products.
The concept has been validated using several models that included two active substances, pantoprazole and doxycycline, along with two excipients, sodium chloride and
2-hydroxypropyl β-cyclodextrin, studied under various conditions. The results were analyzed using microscopy to observe characteristic patterns. Special attention was given to the behavior of saline solution, with the collected data being categorized into clusters. In the model containing pantoprazole and 2-hydroxypropyl β-cyclodextrin, interactions between these two components were observed, which were further investigated using differential scanning calorimetry. The research validated the hypothesis that the coffee ring effect can be utilized to study the properties of pharmaceutical formulations.

• Keywords: coffee ring efekt; formulacije ljekovitih pripravaka; djelatne tvari; pomoćne tvari; interakcije
• Keywords (english): coffee ring effect; pharmaceutical formulations; active pharmaceutical ingredients; excipient; interactions
• Language: croatian
• URN:NBN: urn:nbn:hr:149:834897
• Study programme: Title: Materials Science and Engineering - Undergraduate study; Study programme type: university; Study level: undergraduate; Academic / professional title: sveučilišni/a prvostupnik/prvostupnica (baccalaureus/baccalaurea) inženjer/inženjerka kemijskog inženjerstva (sveučilišni/a prvostupnik/prvostupnica (baccalaureus/baccalaurea) inženjer/inženjerka kemijskog inženjerstva)
• Type of resource: Text
• File origin: Born digital
• Access conditions: Embargoed access; Embargo expiration date: 2025-07-31
• Created on: 2024-07-19 13:27:19