Исследование кинетики растворимости лекарственных субстанций в водных растворах

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ 
«РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ДРУЖБЫ НАРОДОВ»

Факультет физико-математических и естественных наук / Медицинский институт
 Кафедра фармацевтической и токсикологической химии

«Допустить к защите»
Заведующий кафедрой ФиТХ
Сыроешкин А. В.
 «____» ___________ 201__г.

Выпускная квалификационная работа
магистра
Направление/Специальность 04.04.01  «Химия»               
Специализация  «Фармацевтический анализ в производстве и контроле качества лекарственных средств»

Исследование кинетики растворимости лекарственных субстанций в водных растворах с различным изотопным составом по водороду методом лазерной дифракции

Выполнила  Анфимова Екатерина Валентиновна

ГруппаНХФ-601
Студ. билет №1032151090

Руководитель выпускной 
квалификационной работы
Успенская Е. В., к.х.н., доцент кафедры ФиТХ

_____________________________
                                                                                                              (подпись)   
Автор________________________
                                                                                                            (подпись)   
Москва 2017 
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ …………………………………………………………….................6
ОБЗОРЛИТЕРАТУРЫ ………………………………………………...………...9
1. Физические и физико-химические методы анализа ……………..………….9
1.1. Применение в фармакопеях ……………………………...………………9
2. Растворимость ……………………………………………….............………..10
2.1. Понятие растворимости ………………………………………..…….....10
2.2. Растворимость в фармакопейном анализе …………………….....……11
2.3. Методы определения растворимости…………………………..……...13
2.3.1. Методы определения кинетической растворимости ……….…..14
2.3.2. Методы определения термодинамической 
растворимости ………………..……………………………..………..…..16
2.4. Факторы, влияющие на растворимость…………………………..……18
2.4.1. Кристалличность …………………………………………..………18
2.4.2. Полиморфизм ………………………………………………..……..20
2.4.3. Размери форма частиц ……………………………………...……..22
2.5. Исследования по улучшению растворимости …………………..…….25
3. Растворимость и растворение………………………………………......……27
3.1. Понятие растворения и скорости растворения ……………….……....27
3.2. Термодинамика и кинетика растворения ………………………..…….28
3.3. Математические модели кинетики растворения …………………..….31
4. Препараты воды ………………………………………………………..……..33
4.1. Изотопологи воды ………………………………………………..……..33
4.2. Вода, обеднённая по дейтерию …………………………………….…..35
4.3. «Тяжёлая» вода …………………………………………................……37
5. Анализируемые субстанции ………………………………………….……..38
5.1. Бендазола гидрохлорид ………………………………………….……..38
5.2. Лактозы моногидрат ……………………………………………..……..39
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ……………………………………..……………..42
1. Объекты исследования ………………………………………………..……...42
2. Метод лазерной дифракции ……………………………………………..…...43
3. Оптическая микроскопия ………………………………………....................49
4. ИК-спектроскопия …………………………………………………………....51
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ …………………………………………..…53
1. Исследования кинетики растворения бендазола гидрохлорида
разных серий одного производителя ………………………..…………………53
1.1. Определение подлинности субстанции бендазола
гидрохлорида………………………………………...……………………....53
1.2. Исследование кинетики растворения бендазола гидрохлорида
в воде очищенной (D/Н~140ppm) в соответствиис фармакопейной
растворимостью …………………………………….……………………..…55
1.3. Исследование кинетики растворения бендазола гидрохлорида
в воде с пониженным (по сравнению с природным уровнем)
содержанием дейтерия (D/Н~6ppm) в соответствиис
фармакопейной растворимостью ………………………………………..…..60
1.4. Кинетическая оценка растворения бендазола
гидрохлорида ……………………………………………………………..….62
1.5. Микроскопический анализ формы и размеров частиц
бендазола гидрохлорида …………………….………...………………….....65
2. Исследования кинетики растворения лактозы моногидратаразных
серий одного производителя ………………………..…………………..…...67
2.1. Определение подлинности субстанции лактозы 
Моногидрата …………………………………………………………....……67
2.2. Исследование кинетики растворения лактозы моногидратав
воде очищенной (D/Н~140ppm) в соответствиис фармакопейной
растворимостью ………………………………………………………..…….69
2.3. Исследование кинетики растворения лактозы моногидратав
воде с пониженным (по сравнению с природным уровнем)
содержанием дейтерия (D/Н~6ppm) в соответствиис
фармакопейной растворимостью ……………………………………..…….76
2.4. Кинетическая оценка растворения лактозы моногидрата …………...82
2.5. Микроскопический анализ формы и размеров частиц лактозы
     моногидрата ……………………………………………………………….....85
3. Исследование влияния дисперсности на кинетику растворения
лактозы моногидрата ……………………………………………………...…….88
3.1. Исследование кинетики растворения лактозы моногидрата в
дистиллированной воде, воде, обеднённой по дейтерию, и
тяжёлой воде ……………………………………………………………..…..88
3.2. Исследование кинетики растворения диспергированного
лактозы моногидрата в дистиллированной воде, воде, обеднённой
по дейтерию, и тяжёлой воде …………………………………………..…...91
3.3. Кинетическая оценка растворения лактозы моногидрата в
трёх водах и оценка влияния дисперсности на растворение……………...93
3.4. Микроскопический анализ формы и размера частиц
недиспергированных и диспергированных образцов лактозы
моногидрата ……………………………………………………...…………..95
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ………………………………………………………………....97
ВЫВОДЫ ……………………………………………………………………..…98
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ……………...…..............100
ПРИЛОЖЕНИЯ ……………………………………………...………………...109
Приложение 1. Графики кинетики растворения и расчёта констант 
скорости растворения бендазола г/хлвдеионизированной
высокоомной воде …………………………………………………..................109
Приложение 2. Графики кинетики растворения и расчёта констант
скорости растворения бендазола г/хл в DDW ……………………………….112
Приложение 3. Графики кинетики растворения и расчёта констант 
скорости растворения лактозы м/г вдеионизированной
высокоомной воде ……………………………………………………………..115
Приложение 4. Графики кинетики растворения и расчёта констант 
скорости растворения лактозы м/г в DDW …………………………………..117
Приложение 5. Список собственных публикаций ……………...…………...119










ВВЕДЕНИЕ
      В настоящее время контроль качества лекарственных средств является важным параметром, за которым необходимо устанавливать надзор. Контроль качества необходим сразу по целому ряду причин, связанных как с введением в медицинскую практику новых синтетических лекарственных средств, так и с экономическими изменениями на фармацевтическом рынке. Высокий уровень качества и стандартизации действующих и вспомогательных веществ, используемых при изготовлении лекарственных препаратов, является одним из важнейших условий их эффективности и безопасности. При этом одной из наиболее значимых процедур, относящихся к контролю качества, является изучение растворимости.
       Растворимость непосредственно связана с понятием растворения. Она отражает как чистоту субстанции, так и стабильность технологического процесса, с помощью которого субстанция была получена. И растворимость, и растворение оказывают влияние на биодоступность, что чрезвычайно важно при оценке терапевтического эффекта, оказываемого препаратом, а также при оценке биоэквивалентности дженериковых препаратов оригинальным [2].
      Малая величина растворимости многих лекарственных средств, недавно введённых в обращение, является актуальной проблемой современной фармацевтической химии, поскольку этот факт влечёт за собой трудности в генерировании новых лекарственных форм и обеспечении необходимого уровня биодоступности и биоэквивалентности. Отсюда следует необходимость синтеза легко растворимых АФИ и повышения растворимости уже синтезированных АФИ. Всё это указывает на важность изучения растворимости и кинетики растворения фармацевтических субстанций. 
      В настоящей работе для исследования кинетики растворения лекарственных субстанций различных химических и фармакологических классов мы использовали метод лазерной дифракции (LALLS, low-anglelaserlightscattering). Этот метод является фармакопейным и в фармацевтическом анализе применяется для осуществления контроля распределения частиц по размерам. Размер и форма частиц лекарственной субстанции часто являются критически важным параметром, влияющим на её растворимость. Помимо этого, нам представлялось интересным использовать метод, введённый в мировые фармакопеи для контроля распределения частиц субстанции по размерам, применительно к растворимости и тем самым оценить её не с точки зрения визуальных описательных позиций, а с точки зрения объективных количественных данных. 
      Как известно, растворимость той или иной субстанции определяется не только её природой, но также и многими другими параметрами, среди которых одним из важнейших является природа растворителя. В литературе были обнаружены данные о том, что вода с пониженным содержанием дейтерия не только обладает отличными от природной свойствами, но и способна обеспечивать повышение растворимости соединений по сравнению с природной [20]. Поэтому нами было решено изучить влияние содержания дейтерия в водах на растворимость и кинетику растворения лекарственных субстанций.
      Таким образом, нами были сформулированы цель и задачи настоящей работы. 
      Цель:исследование растворимости АФИ разных химических и фармакологических классов методом лазерной дифракции в воде с разным содержанием дейтерия.
      
      
      Задачи: 
 Определить подлинность исследуемых субстанций (бендазола гидрохлорида и лактозы моногидрата);
 Разработать методику определения растворимости АФИ на модельной субстанциибендазолагидрохлорида  методом  лазерной дифракции (LALLS);
 Использовать LALLS?методику в кинетических исследованиях растворения бендазолагидрохлорида разных серий одного производителя в воде  с разным изотопным составом (D/H ~ 140 ppm и D/H ~ 6 ppm);
 Использовать LALLS?методику в кинетических исследованиях растворения лактозы моногидрата разных серий одного производителяв воде  с разным изотопным составом (D/H ~ 140 ppm и D/H ~ 6 ppm);
 Исследовать дисперсность и форму частиц порошков субстанций бендазола гидрохлорида и лактозы моногидрата методом микроскопического анализа;
 Изучить влияние дисперсности порошка лактозы моногидрата на растворимость в воде с разным изотопным составом (D/H ~ 140 ppm и D/H ~ 6 ppm). 





ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1. Физические и физико-химические фармакопейные методы контроля качества ЛС
1.1. Применение в фармакопеях
      Группа физических и физико-химических методов контроля качества ЛС достаточно обширно представлена в мировых фармакопеях. Она включает в себя как спектроскопические методы, требующие наличия сложной аппаратуры, так и относительно простые в проведении тесты на растворимость, степень окраски, прозрачности и мутности жидкостей и определение температуры плавления и затвердевания ЛС. В настоящее время физико-химические методы приобретают всё большее значение в фармакопейном анализе ввиду их высокой чувствительности, универсальности и экспрессности. 
      При оценке качества образца ЛС физические и физико-химические методы используются в различных разделах частных фармакопейных статей на ЛС: это и определение подлинности, и определение растворимости, и подтверждение соответствия ЛС тому описанию, которое представлено в нормативной документации[6].
      Чрезвычайно важным фактором, подтверждающим подлинность образца ивлияющим на биодоступность, эффективность и безопасность ЛС, является его растворимость [64]. Взаимосвязь фармакокинетических параметров и физико-химических свойств ЛС, одним из которых является растворимость, представлена на рис. 1. Отклонения в величине растворимости анализируемого образца могут свидетельствовать о нарушениях технологического процесса производства ЛС, нарушениях хранения уже готового ЛП и, как следствие, недостаточной чистоте пробы. Поэтому в настоящей работе оценке растворимости ЛС было уделено значительное внимание. 
      
      Рис 1. Основные параметры, определяющие физико-химические и биохимические свойства и, следовательно, определяющие токсичность и фармакокинетику. ИзкнигиDrug-like properties: concepts, structure design and methods, E.H. Kerns, L. Di, 2010 [64]


      2. Растворимость
      2.1. Понятие растворимости
      Как правило, под растворимостью вещества понимается его качественная и количественная способность образовывать гомогенный раствор с другим веществом, то есть растворителем, в качестве которого обычно выступает жидкость[80]. Самым распространённым растворителем ввиду её универсальностиявляется вода [47]. Согласно IUPAC, растворимость отражает собой аналитический состав смеси или раствора, один из компонентов которого взят в избытке, выраженный в виде количественного соотношения определённого компонента в данной смеси или растворе. При этом термин «раствор» может включать в себя любое физическое состояние: твёрдое, жидкое, газообразное, а также сверхкритические жидкости [55]. Растворимость может быть выражена через концентрацию, молярность, мольную долю, мольное соотношение и т.д.В более широком смысле понятие растворимости также часто используется для обозначения явлений и процессов, связанных с растворением. 
      В отечественном фармакопейном анализе термин «растворимость» приводится в качестве характеристики, отражающей собой приблизительную растворимость АФИ и вспомогательных веществ при фиксированной температуре [6]. 
      Растворимость того или иного соединения зависит от значительного числа показателей, среди которых:размер частиц растворяемого вещества;его агрегатное состояние; гидрофильность или гидрофобность поверхности частиц;наличие кристаллической или аморфной формы вещества; свойства растворителя;присутствие в растворителе посторонних ионов;рН среды; внешние условия проведения анализа, такие как температура и давление [50,66, 75].Все эти детали необходимо учитывать при оценке величины растворимости ЛС в фармакопейном анализе, поскольку, как уже было отмечено ранее, она непосредственно связана с чистотой ЛВ, а значит, со скоростью его высвобождения из препарата и последующей абсорбции в кровоток, и тем важнее произвести её правильный мониторинг.В настоящей работе факторы, влияющие на растворимость, будут подробнее рассмотрены в следующих разделах. 
      
      
      2.2. Растворимость в фармакопейном анализе
      В Государственной фармакопее РФ XIII части 1 приведена общая фармакопейная статья «Растворимость». При этом, как было указано раньше, при анализе растворимости определяется не физическая константа, а приблизительная характеристика растворимости фармацевтических субстанций и вспомогательных веществ при температуре (20 ± 2) ?C [6]. В фармакопеях США, Великобритании и Евросоюза дано такое же определение, хотятемпературный интервал отличается от российского и составляет от 15 до 25 ?C.Сам термин растворимости в этих фармакопеях отнесён к информационным сведениям [42, 52, 78]. Напротив, характеристика растворимости, приведённая в фармакопее Японии, отличается отвышеприведённой. Согласно JP,растворимость – степень растворения включённого в фармакопею Японии ЛС,в случае твёрдых веществ предварительно измельченного, в течение 30 минут в растворителе при (20 ± 5) ?C. Процедура проводится при энергичном встряхивании в течение 30 секунд после каждого пятиминутного интервала [81].
      Общая фармакопейная методика определения растворимости по ГФXIII заключается в следующем: к навеске растертого в тонкий порошок вещества прибавляют отмеренное количество растворителя и непрерывно встряхивают в течение 10 минут при (20 ± 2) ?C. Для медленно растворимых веществ, требующих для своего растворения более 10 минут, допускается нагревание на водяной бане до 30 ?C. Наблюдение производят после охлаждения раствора до комнатной температуры и энергичного встряхивания в течение 1-2 минут. Условия растворения для таких веществ приводят в частных фармакопейных статьях [6].
      В статьях всех представленных фармакопей даны критерии растворимости, указанные в таблице 1. При этом оценка растворимости анализируемой субстанции производится визуально, и ЛС считается растворившимся, если при наблюдении в проходящем через пробирку с его раствором свете не обнаруживаются его частицы. Таким образом, растворимость оценивается зрением сотрудника, проводившего опыт, и сделанные по его результатам выводы о качестве ЛС не могут считаться достаточно объективными ввиду отсутствия количественных характеристик растворимости. В этой связи интерес представляют аналитические методы, способные дать количественный мониторинг растворимости, одним из которых является оценка растворимости с помощью метода лазерной дифракции, о котором будет сказано ниже. 
      
      Таблица 1 Обозначения растворимости фармацевтических субстанций и вспомогательных веществ по ГФ РФ XIII [6].
Термин
Примерное количество растворителя (мл), необходимое для растворения 1 г вещества
Очень легко растворим
До 1 включительно
Легко растворим
От 1 до 10 включительно
Растворим
От 10 до 30 включительно
Умеренно растворим
От 30 до 100 включительно
Мало растворим
От 100 до 1000 включительно
Очень мало растворим
От 1000 до 10000 включительно
Практически нерастворим
Более 10000
      
      
      2.3. Методы определения растворимости
      Несмотря на то, что определение растворимости, принятое IUPAC, регламентирует использование этого термина и в том случае, когда раствор не представляет собой систему твёрдое тело-жидкость или жидкость-жидкость, важной задачей фармацевтической практики является изучение растворимости твёрдых веществ в жидкости. Твёрдые ЛС широко представлены на фармацевтическом рынке: так, анализ рынка ЛС для лечения нарушений ЦНС показал, что доля твёрдых лекарственных форм (таблеток, порошков, капсул и др.) в этом сегменте составляет 78,33% [25].В случае ветеринарных ЛП на долю твёрдых ЛС приходится 28% [19]. Помимо этого очевидно, что попадая в организм пациента, твёрдое ЛС должно обеспечивать достаточное высвобождение АФИ и достижение высокого уровня биодоступности, а значит, растворяться в жидких средах организма.При этом ЛС, если оно не представляет собой пролекарство, не должно разрушаться в тех же жидких средах, достигая назначенной мишени, в роли которой могут выступать рецепторы, ионные каналы, ферменты, гены и др. [71].Это объясняет тот факт, что анализу растворимости твёрдых веществ в жидкости должно быть уделено пристальное внимание. 
      В настоящее время применяются методы определения термодинамической (равновесной) или кинетической растворимости.Важно понимать различия между двумя этими типами растворимости, чтобы правильно интерпретировать полученные в ходе исследований данные [64].


      2.3.1. Методы определения кинетической растворимости
      Кинетическая растворимость имеет две особенности: во-первых, соединение полностью растворяется в органическом растворителе, которым, как правило, является ДМСО, а затем уже этот раствор разводят водным буфером. Во-вторых, при этом равновесие между растворённым соединением и его твёрдыми частицами не достигается [60]. По сути, кинетическая растворимость отвечает на вопрос: какую степень осаждения даёт данное соединение [79]? 
      Исследования кинетической растворимости используются по следующим причинам:
      - первоначально анализируемую субстанцию растворяют в ДМСО, тем самым нивелируя все возможные различия в твёрдой форме частиц субстанции, способные повлиять на растворимость в водном буфере;
      - используется всего от 1 до 2 мг соединения;
      - на исследования нужен только один день [64].
      Для определения кинетической растворимости с разделением фаз раствор анализируемой субстанции в ДМСО пипеткой вносят в одну из 96 лунокфильтровального планшета, которые содержат воду, фосфатный буфер или универсальный буфер. Затем суспензия перемешивается в течение 2 часов, и осадок отделяется центрифугированием. После этого фильтрат переносят в эквимолярную смесь ДМСО и используемого буфера. Концентрация исследуемого соединения определяется с помощью методов ВЭЖХ, УФ-спектроскопии,  нефелометриии турбидиметрии, при этом метод ВЭЖХ является наиболее оптимальным [76, 79]. 
      Нефелометрический метод определения кинетической растворимости был предложен Беваном и Ллойдом(Bevan, Lloyd)[41]. Небольшой объём раствора анализируемой субстанции в ДМСО добавляется в первую лунку на планшете, наполненную водой или буфером, и перемешивается. Затем небольшая аликвота отбирается из этой лунки и переносится в следующую, где процедура повторяется. Мутность раствора в лунках через небольшой период инкубации измеряют с помощью нефелометрии. В отличие от ВЭЖХ, нефелометрия не даёт информации о примесях и загрязнениях, а также не позволяет определить растворимость при низких концентрациях (например, ниже чем 2·10-5 моль/л), поскольку в таком случае малое количество осадка не приводит к рассеянию света с интенсивностью, которая была бы выше фоновой [61]. 
      Однако к недостаткам измерения кинетической растворимости следует отнести тот факт, что результаты, полученные с помощью кинетических измерений, могут не совпадать с результатами исследований термодинамической растворимости, поскольку кинетическая растворимость определяется для соединений, которые не являются высокоочищенными. Примеси и аморфные включения в кристаллической субстанции приводят к более высокому значению растворимости, чем в случае термодинамической растворимости. Помимо этого, эксперименты по измерению кинетической растворимости начинаются с растворения субстанции, и существует риск перенасыщения раствора, что также может привести к получению более высоких значений [72].  
      
      
      2.3.2. Методы определения термодинамической растворимости
      Термодинамическая растворимость отличается от кинетической добавлением водного растворителя непосредственно к кристаллическому веществу, при этом между твёрдой и жидкой фазами устанавливается термодинамическое равновесие.Растворяемое вещество берётся в избытке [64]. К термодинамической растворимости также относится термин «внутренняя растворимость», который характеризует собой термодинамическую растворимость кислотной или основной формы ионизирующегося соединения при значении рН, когда оно полностью неионизировано [37]. 
      Величина термодинамической растворимости изменяется в зависимости от кристаллической формы вещества, в частности, от наличия различных полиморфных форм и кристаллогидратов. Менее стабильные формы, как правило, имеют более высокое значение растворимости.
      Методы определения термодинамической растворимости обычно более трудоёмки по сравнению с методами оценки кинетической растворимости. В этом случае при исследованиях кристаллы ЛС в избытке добавляют в водный раствор, постоянно перемешивая, и оставляют на определенное время (24 ч и более), пока система не достигнет состояния равновесия или не приблизится к нему. Измерение термодинамической растворимости проводится с помощью метода равновесного встряхивания колбы (equilibriumshake-flaskmethod) или рН-метрических методов. 
      Метод равновесного встряхивания колбы являет собой хороший баланс между высокой пропускной способностью, стоимостью и небольшим количеством субстанций и растворителей, необходимых для анализа [94]. Согласно методике, небольшое количество истёртого в порошок ЛС помещают во флакон и добавляют к нему растворитель, в качестве которого выступает водный буфер. Затем в течение фиксированного отрезка времени, который составляет от 24 до 72 часов, колбу непрерывно встряхивают при фиксированной температуре. Нерастворившийся осадок отделяют фильтрацией, а фильтрат анализируют с помощью методов жидкостной хромато-масс-спектрометрии, ВЭЖХ или УФ-спектрометрии. Это наиболее точный метод, дающий воспроизводимые результаты, однако требующий больших затрат времени [69]. 
      Позднее были разработаны модифицированные методы, такие как мини-метод встряхивания колбы (miniaturizedshake-flaskmethod) и метод нагрева (heatingmethod) [57,70]. В первом случае используются мини-флаконы, а детектирование производится с помощью метода ВЭЖХ. В случае метода нагрева осаждение вещества индуцируется после формирования перенасыщенного раствора: ускоренное осаждение достигается путём добавления избытка исходного растворяемого соединения после охлаждения раствора до комнатной температуры.
      К методамpH-зависимого определения растворимости относятся полуавтоматическое потенциометрическое кислотно-основное титрование, (semiautomatedpotentiometricacid/basetitrations [57]) и расчётная скрининговая модель для прогнозирования растворимости, основанная на липофильности и площади поверхности молекул [40].
      Термодинамическая растворимость обычно исследуется на последних стадиях разработки ЛП и может помочь в разработке стратегий исследования препарата в условиях invivo[64].Обобщение методов определения растворимости представлено на рис.2.


Метод
Тип анализа
Скорость (введений в минуту)
Производительность (введений в день/инструмент)
Кинетическая растворимость
Нефелометрия
Высокая производительность
4
300
Прямой УФ метод
Высокая производительность
4
300
Турбидиметрия
Контролируемая производительность
15
50
Термодинамическая растворимость
Метод равновесного встряхивания колбы
Низкая производительность
60
10
Потенциометрический метод
Низкая производительность
60
10
      
      Рис2. Методыопределениярастворимости. ИзкнигиDrug-like properties: concepts, structure design and methods, E.H. Kerns, L. Di, 2010[64]
      
      
      2.4. Факторы, влияющие на растворимость
      2.4.1. Кристалличность
      Для любого соединения не существует одного определённого значения растворимости, поскольку, как уже было отмечено ранее, на её величину оказывает влияние большое количество факторов. Важную роль играет как структура растворяемого соединения, так и природа растворителя, рН, температура и даже метод детектирования величины растворимости. 
      Степень кристалличности фармацевтической субстанции также является одним из показателей, от которой зависит качество ЛП. Одна и та же субстанция может находиться в кристаллическом или аморфном состоянии или же представлять собой смесь двух этих форм [6].Как правило, все реальные кристаллы находятся на промежуточной ступени между абсолютно кристаллическим и абсолютно аморфным состоянием [78]. Термодинамически стабильная кристаллическая форма обычно представляет собой организованный набор молекул с трёхмерной периодичностью в расположении, который отличается устойчивостью. Солюбилизировать его сложнее, чем менее стабильную аморфную форму, поскольку такое состояние характеризуется минимальной внутренней энергией и является термодинамически равновесным в изобарно-изотермических условиях. В случае же аморфного состояния субстанции энтальпия и энтропия кристаллической решётки высоки, что повышает способность субстанции растворяться. 
      Растворимость кристаллического вещества в воде регулируется тремя термодинамическими факторами: разностью между адгезионными и когезионными взаимодействиями воды и растворённого вещества; межмолекулярными взаимодействиями; энтропией смешивания. Факторы кристалличности и энтропии смешения при оценке растворимости органическихнеэлектролитов в воде учитываются в общем уравнении растворимости (generalsolubilityequation [45]), которое используется в фармацевтической индустрии для предсказания растворимости соединения:
      log??S=0,5-0,01(MP-25)-logK_ow,?     (1)
      где S – растворимость вещества в воде, МР – температура плавления вещества, Kow – коэффициент распределения октанол-вода [Ali]. 
      Иногда аморфные субстанции, благодаря своей более высокой биодоступности, предпочтительнее для разработки ЛФ и ЛП. Однако из-за метастабильного состояния некоторые аморфные субстанции сложно использовать, так как они переходят в стабильное кристаллическое состояние [6].
      В РФ ОФС «Кристалличность» была введена в ГФ РФ XIII. Согласно статье, для измерения кристалличности анализируемой субстанции могут быть использованы следующие методы: 
      1. Дифференциальная сканирующая калориметрия;
      2. Оптическая микроскопия в поляризованном свете;
      3. Рентгенодифракционный анализ порошков;
      4. Ближняя ИК-спектроскопия;
      5. Сканирование с помощью электронной микроскопии;
      6. Ультразвуковая дифракция. 
      Кроме ультразвуковой дифракции и сканирования с помощью электронной микроскопии, эти методы включены в Eur. Ph. Также в Европейской фармакопее кристалличность определяют с помощью твердотельной ЯМР-спектроскопии, термического анализа и рамановской спектроскопии.
      
      
      2.4.2. Полиморфизм
      Полиморфизм – способность одного и того же вещества существовать в нескольких кристаллических формах. При этом его химический состав во всех модификациях остаётся неизменным, но физико-химические свойства, такие как температура плавления, различаются. Так, при кристаллизации ацетазоламида из воды было замечено, что получаются как иглы, так и плоские кристаллы субстанции, причём обе формы имели различные ИК-спектры[59]. Следствия полиморфизма не только ацетазоламида, но и других ЛС при их использовании в фармацевтической практике обсуждаются и в настоящее время. Полиморфные изменения веществ часто являются причиной быстрой инактивации препаратов и, следовательно, изменения физических показателей готовых ЛФ [23]. Оценка полиморфизма фармацевтической субстанции обязательна также в тех случаях, когда модификация определяет терапевтическую эффективность и безопасность ЛП[6]. 
      Ранее в отечественной нормативной документации на ЛС полиморфизм практически не отмечался. Однако в ГФ РФ XIII была введена ОФС «Полиморфизм», регламентирующая наличие и анализ различных полиморфных модификаций одной и той же субстанции. 
      Иногда образование метастабильной кристаллической или аморфной формы оправдано, если в ходе этого достигается терапевтический эффект. Однако в общем случае для препаратов, для которых характерен структурный полиморфизм, необходимо разрабатывать методы производства наиболее термодинамически стабильной модификации, чтобы гарантировать их биодоступность в течение их срока годности [83]. Это важно, поскольку обнаружение полиморфной формы с более низкой энергией после выведения препарата на рынок может иметь последствия, как это случилось с ингибитором протеазы ВИЧ ритонавиром. Существование у ритонавира конформационного полиморфизма, который приводит к возникновению двух уникальных кристаллических решёток, обладающих различными величинами растворимости, было выявлено после внедрения препарата в производство. Это привело к необходимости пересмотра требований к контролю кристаллической формы [38]. 
      Говоря о взаимосвязи полиморфизма с растворимостью, нельзя не отметить явление псевдополиморфизма (сольватоморфизма). Оно обусловлено явлением сольватации. Этот термин обычно используется в отношении кристаллических структур, которые содержат в своём составе посторонние молекулы, например, молекулы растворителя. Если в качестве растворителя используется вода, то речь идёт о кристаллогидратах[39]. В общем случае гидраты менее растворимы в воде, чем безводные формы того же соединения [52]. 
      Для получения полиморфных модификаций и кристаллических сольватов применяют методы равновесной и неравновесной кристаллизации при варьировании условий (скорости кристаллизации, температуры, типа растворителя, концентрации раствора и др.), метод осаждения и метод сушки [52].В качестве способа подтверждения полиморфизма в ЛП может быть использован тест «Растворения», если известно, что АФИ присутствует в полиморфной модификации[6]. 
      В мировых фармакопеях контроль полиморфных модификаций ЛС осуществляется следующими методами:
      1. Рентгеноструктурный анализ;
      2. Спектральные методы: спектрометрия в инфракрасной области, рамановская спектрометрия, твердофазная спектроскопия ядерного магнитного резонанса;
      3.Термоаналитические методы: термогравиметрия, термомикроскопия, дифференциальная сканирующая калориметрия;
      4. Оптическая и электронная микроскопия;
      5. Анализ полиморфизма с помощью растворимости и скорости растворения субстанции;
      6. Биологические методы. 
      Часто для определения полиморфных модификаций пользуются комбинацией нескольких из вышеперечисленных методов. 
      
      
2.4.3. Размер и форма частиц
      Размер частиц является ещё одним важным параметром АФИ, непосредственно влияющим на скорость его растворения. Было экспериментально доказано, что в случае веществ, обладающих умеренной растворимостью, уменьшение размера частиц приводит к повышению их растворимости и, следовательно, биодоступности[44, 49]. Так, например, в случае нанокристалловкоэнзимаQ10 уменьшение размера кристаллов до 80 нм привело к увеличению биодоступности в 7,3 разапо сравнению с крупными взвесями [87]. Аналогичная зависимость наблюдается у кристаллов гризеофульвина: если для производства ЛП используют субстанцию, размер частиц которой составляет 5 мкм и менее, то такой препарат обладает эффективностью, в 2-3 раза превышающую эффективность обычногогризеофульвина (размер частиц около 100 мкм) [13]. Однако эта зависимость не является постоянной. Если речь идёт о растворении гидрофобного ЛС в растворителе, не обладающем достаточно высокими смачивающими свойствами, то между уменьшением размера частиц и величиной растворимости будет наблюдаться обратная корреляция. Примером такого поведения ЛС можно считать опыт с растворением фенацетина, проведённый Фингольтом(Finholt) [53]. Оно объясняется лучшей смачиваемостью крупных частиц по сравнению с мелкими, которые плавают на поверхности и имеют меньший контакт со средой растворения[49]. 
      Размер и форма частиц имеют значение для фармацевтической промышленности не только в отношении увеличения показателей растворимости и биодоступности. Дисперсность и форма кристаллов влияют на сыпучесть, текучесть и прессуемость порошков, что очень важно при производстве твёрдых ЛФ [7]. Например, для производства таблеток-ядер аминалона необходима только высокодисперсная субстанция, а кристаллы аминалона  размером 500-1000 мкм дают непрочные, рыхлые таблетки. ТаблетированнуюЛФкарбамазепина надлежащего фармакопейного качества методом грануляции в псевдоожиженном слое можно получить из микронизированной субстанции, размер частиц которой не превышает 20 мкм. Установлено также, что и таблетки глибенкламида имеют хорошие показатели по растворению только при использовании микронизированного порошка[8].  
      Для производства имеет значение характеристика всех фракций порошка, поэтому осуществление контроля этого параметра и, следовательно, определение распределения частиц субстанции по размерам очень важно. Контроль размера частиц включён в монографии мировых фармакопей на некоторые субстанции, например, на гризеофульвин. Этот параметр следует определять в том случае, если размер частиц влияет на р.......................