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Master's Dissertation
DOI
Document
Author
Full name
Matheus da Silva Souza
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2018
Supervisor
Committee
Ellena, Javier Alcides (President)
Batista, Alzir Azevedo
Corrêa, Rodrigo de Souza
Title in Portuguese
Melhoramento da estabilidade física do pró-fármaco 5-Fluorocitosina via cocristalização
Keywords in Portuguese
5-Fluorocitosina
Antimetabólitos
Cocristais farmacêuticos
Difração de raios X
Engenharia de cristais
Abstract in Portuguese
O pró-fármaco antimetabólito 5-Fluorocitosina (5-FC) foi investigado no campo da Engenharia de Cristais (EC) segundo a abordagem de cocristais farmacêuticos, a fim de modular sua baixa estabilidade física em ambientes úmidos, o que leva à incorporação irreversível de uma molécula de água a nível estrutural em condições de armazenamento variáveis. A forma anidra da 5-FC é um análogo fluorado da citosina muito bem conhecido por sua atividade antifúngica e com isto tornou-se um dos insumos farmacêuticos ativos (IFAs) mais utilizados para o tratamento anticâncer direcionado por meio de terapia gênica. Neste estudo, novos cocristais de 5-FC foram obtidos a partir da reação supramolecular deste IFA com o IFA tuberculostático Isoniazida (INH), bem como com outros três coformadores listados como não tóxicos: cafeína (CAF), ácido p-aminobenzóico (PABA) e ácido caprílico (CA). As amostras foram caracterizadas por difração de raios X em monocristal e policristal (DRXM e DRXP), espectroscopia na região do infravermelho (IV) e espalhamento Raman (Raman); assim como pelas técnicas de análise termogravimétrica (TG), calorimetria exploratória diferencial (CED) e microscopia termo-óptica (MTO). A estabilidade física da 5-FC e seus respectivos cocristais foi avaliada em ambiente com aproximadamente 100% de umidade relativa e a solubilidade no equilíbrio medida em meio tamponado a pH 1,2 – mimetizando valores próximos ao do suco gástrico. Os estudos estruturais mostraram que a 5-FC é capaz de formar diferentes homo e heterossíntons que levam à formação de formas multicomponentes estáveis. Dados de IV e Raman forneceram evidências espectroscópicas sobre o envolvimento dos grupos funcionais na manutenção dos principais síntons e, por tanto, do empacotamento cristalino, confirmando assim a natureza neutra necessária para a obtenção de um cocristal. Pelas análises térmicas foi possível observar que todas as amostras apresentaram uma maior preferência pela degradação do que pela mudança da fase sólida para a líquida com o fornecimento de calor, corroborando que as ligações intermoleculares de hidrogênio que mantém estas formas sólidas são fortes. Adicionalmente, constatou-se que os perfis de solubilidade dos quatro cocristais são similares ao IFA de partida, um fármaco classificado como de classe I pelo Sistema Biofarmacêutico, exibindo, assim, alta solubilidade. A instabilidade frente à hidratação bem como sua irreversibilidade foram estudadas por DRXP à temperatura ambiente (25 °C) e por DRXP em função da temperatura (até 150 °C), respectivamente. Nos cocristais, por sua vez, nenhuma transição de fase pode ser assinalada. Deste modo, todos os cocristais de 5-FC aqui reportados mantiveram uma solubilidade aceitável e não hidrataram ou sofreram transição de fase sob condições extremas de armazenamento (estudo de estabilidade acelerada em atmosfera úmida) e muito menos ao final de 12 meses de estoque (estudo de estabilidade a longo prazo), sendo mais estáveis que o IFA 5-FC forma comercializada. Além disso, o cocristal fármaco-fármaco intitulado 5FC-INH é um potencial candidato para o tratamento concomitante de infecções fúngicas, tuberculose e câncer; principalmente de pulmão.
Title in English
Improving the physical stability of the prodrug 5-Fluorocytosine via cocrystal formation
Keywords in English
5-Fluorocytosine
Antimetabolites
Crystal engineering
Pharmaceutical cocrystals
X-ray diffraction
Abstract in English
The prodrug antimetabolite 5-Fluorocytosine (5-FC) was investigated in the field of Crystal Engineering (CE) according to the Pharmaceutical Cocrystals approach, in order to modulate its poor physical stability in humid environments, which leads to the irreversible incorporation of a water molecule at structural level under variable storage conditions. 5-FC anhydrous form is a well-known fluorinated analog of cytosine with antifungal activity and it has become one of the most used active pharmaceutical ingredients (IFAs) for anticancer treatment directed through gene therapy. In this study, novel 5-FC cocrystals were obtained from the reaction of 5-FC with the tuberculostatic IFA Isoniazid (INH) as well as with other three coformers listed as nontoxic: caffeine (CAF), p-aminobenzoic acid (PABA) and caprylic acid (CA). The samples were characterized by single-crystal and powder X-ray diffraction (SCXRD and PXRD), spectroscopic (IR and Raman) and thermogravimetric analysis (TGA), differential scanning calorimetry (DSC) and Hot-Stage microscopy (HSM) techniques. The physical stability of 5-FC and its cocrystals were evaluated in environment with high relative humidity (approximately 100 %) and the equilibrium solubility was measured in pH 1.2 buffer media – mimicking values close to that of gastric juice. The structural studies show that the prodrug 5-FC is able to form different homo and heterosynthons that lead to the formation of stable multicomponent forms. IR and Raman data provided spectroscopic evidence on the involvement of functional groups in the maintenance of major synthons and crystal packing assembly, thereby confirming the neutral nature required to obtain a cocrystal. From the thermal analyses it was possible to observe that all the samples presented a preference for degradation instead of phase transition form solid to liquid with the heat supply, corroborating the strength of intermolecular hydrogen bonds that maintain these solid forms. Additionally, the solubility profiles were found to be similar to those of the 5-FC API raw material, a Biopharmaceutical System classified as Class I drug, exhibiting high solubility profile. The instability against hydration and its irreversibility was studied by PXRD at room temperature (25 °C) and by PXRD as a function of temperature (up to 150 °C), respectively. In the cocrystals, in turn, no phase transition was found. Thus, all 5-FC cocrystals reported maintained acceptable solubility and did not hydrate or undergo phase transition under extreme storage conditions (accelerated stability study in moist atmosphere) even at the end of 12 months of storage (long-term stability study), being more stable than the commercially available IFA 5-FC. Furthermore, the drug-drug cocrystal (5FC-INH) is a potential candidate for the treatment of concomitantly fungal infections, tuberculosis and cancer, mainly lung cancer.
 
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Publishing Date
2019-06-10
 
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