Trehalose physicochemical characteristics as a potential dry powder inhalation carrier for optimized aerosol generation

Aziz, Shahir

The study aims to utilize trehalose particles as an inert fine carrier to improve DPI aerosolization performance, diversify the potential delivery of new drugs in DPI formulations and the feasibility of bringing high drug dose into the lungs. Inhalable fine trehalose particles were engineered by jet milling and spray drying to reach different physicochemical characteristics that were assessed and related to the evaluated aerosolization performance of the prepared formulations with model drugs. The delivery of high dose of oseltamivir phosphate (OP) antiviral drug was further improved in formulations of 25% fine trehalose particles reaching about 75% fine particle fraction (FPF) as assessed by cascade impaction. The aerosol generation of model COPD inhalable drugs was evaluated on the bases of their hydrophilic and hydrophobic nature affecting their agglomeration behavior with trehalose fine particles. Accordingly, different trehalose batches presenting different physicochemical characteristics such as particle size, morphology, surface energy, crystallinity, and hydration exhibited variation in aerosolization performance from 1% till 80% FPF as assessed by impaction. In summary, tailored DPI formulations are essential for every active pharmaceutical ingredient and particle engineering of both the carrier and the drug control the outcome of the formulation performance. Trehalose particles have shown compatibility, stability and aerosol generation effectiveness with a variety of API types and ratios. This concludes that fine trehalose particles have the potential for being an outstanding inert and safe carrier for the delivery of new and current API in DPI formulations.

Die Studie hat zum Ziel, Trehalose-Partikel als inerte, feine Träger zu nutzen, um die die Aerosolisierung in Pulvern zur Inhalation zu verbessern. Die Studie zielt auch darauf ab, die Formulierung von neuen Wirkstoffen in Trockenpulverinhalaten zu vereinfachen und die Möglichkeit zu erforschen, hohe Wirkstoffdosen auf diese Weise in die Lunge zu bringen. Feine Trehalose-Partikel wurden durch Strahlmühlen und Sprühtrocknung erzeugt, um unterschiedliche physikalisch-chemische Eigenschaften zu erreichen. Die Trehalosepartikel wurden im Weiteren mit Modellarzneistoffen in trägerbasierten Mischungen formuliert und hinsichtlich ihrer aerodynamischen Eigenschaften untersucht. Die Gabe einerhohen Dosis von Oseltamivir, einem antiviralen Medikament, wurde weiter verbessert und in Präparaten mit 25% feinen Trehalose-Teilchen konnte eine Feinpartikelfraktion von etwa 75% erreicht werden (Bestimmung mit dem Kaskadenimpaktor). Die Dispergierung von Modellarzneistoffen wurde auf Basis ihrer hydrophilen und hydrophoben Eigenschaften und dem Einfluss dieser Parameter auf das Agglomerationsverhalten mit feinen Trehalosepartikeln ausgewertet. Dementsprechend zeigen Trehalose-basierte Mischungen in Abhängigkeit von den physikochemischen Eigenschaften der Trehalosepartikel (Teilchengröße, Morphologie, Oberflächenenergie, Kristallinität und Hydratation) eine Variabilität in der Feinpartikelfraktion zwischen 1% und 80%. Zusammenfassend sind maßgeschneiderte DPI-Präparate wesentlich für jeden Wirkstoff und die Partikeltechnik, sowohl des Trägers wie des Wirkstoffs, bestimmt die Leistungsfähigkeit der Präparate. Trehalose-Teilchen zeigen Kompatibilität, Stabilität und ein gutes Dispergierverhalten mit einer Vielzahl von Wirkstoffen und Wirkstoffdosen. Es wird geschlussfolgert, dass feine Trehalose - Teilchen das Potenzial haben, hervorragende, inerte und sichere Träger für die Formulierung von neuen und bekannten Wirkstoffen in DPI- Präparaten zu sein.

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Aziz, Shahir: Trehalose physicochemical characteristics as a potential dry powder inhalation carrier for optimized aerosol generation.

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