Moderate Toxicity of Potential Boron-containing Therapeutic, Dipotassium-trioxohydroxytetrafl uorotriborate - K2 (B3 O3 F4 OH) in Rats and Mice

Abstract Biological activity of boron-containing compounds (BCCs) has been well-known. Growing interest and numerous applications for BCCs have been reported. Boron and boron-containing acids show low acute toxicity in mammals but data on halogenated boroxine (HB) - dipotassium-trioxohydroxytetrafluorotriborate, K2(B3O3F4OH) acute toxicity have not been reported before. This compound, characterized as a potential therapeutic for skin changes, exhibits no observable genotoxicity in doses lower that 0.1 mg/ml in vitro and 55 mg/kg in vivo. It has also been confirmed as an antitumour agent both in vitro and in vivo as well as an inhibitor of enzymes involved in antioxidant mechanisms. The aim of this study was to assess the acute toxicity of HB and to determine the maximum tolerated dose as well as a dose free of any signs of toxicity in different test organisms. Acute toxicity of HB was tested in Sprague-Dawley and Wistar rats and BALB/c mice after single parenteral application of different doses. We determined doses free of any sign of toxicity and LD50 after single dose administration. LD50 of HB ranges from 63 to 75 mg/kg in different test models, meaning that HB shows moderate toxicity

Preservation of phenolic compounds on dried leaf infusion of Bauhinia forficata Link

Abstract Bauhinia forficata Link aqueous extract is usually recommended as a phytomedicine to reduce blood glucose levels and its biological activity has been linked to the presence of phenolic compounds from B. forficata preparations. Several drying processes are used in the production of dry herbal extracts, which may influence the chemical composition and efficacy of final herbal medicines. Due to significant chemical changes, defining appropriate drying processes is essential for phytopharmaceutical drug development. In view of this, we analyzed dried B. forficata leaf infusion (BFLI) extracts by HPLC-UV-MSn, followed by molecular networking analysis to evaluate the chemical profiles from dried extracts yielded by freeze-and spray-drying processes. The main metabolites detected included 11 ferulic/isoferulic acid derivatives and 13 glycosylated flavonoids. The qualitative chemical profiles were alike for both drying processes, whereas the relative abundance of some flavonoids was higher using spray-drying. Taken together, our results showed that freeze-and spray-drying preserved the phenolic profile of BFLI and suggested that spray-drying may be the most suitable to obtain its dried products. Along with studying the chemical profiles of dried herbal extracts, evaluating the influence of drying processes on the quality and chemical profiles of final products is pivotal and may benefit future research.

Novel biopharmaceutical development investigations towards drug and formulation performance optimization

For a drug to excerpt pharmacological action after oral intake, it first needs to be released from the formulation, get into solution (dissolve), be absorbed, and reach the systemic circulation. Since only solubilized drugs can be absorbed, and thus have therapeutic effect, the understanding of the dissolution and drug release processes of a drug product is of primary importance. Such understanding allows a robust formulation development with an ideal in vivo performance. In order to meet set standards, the performance assessment of oral drug products, such as dissolution testing, often applies conditions that are not reflective of the in vivo environment. The use of non-physiologically relevant dissolution method during the drug product development phase can be misleading and give poor mechanistic understanding of the in vivo dissolution process. Hence, we hypothesized that applying physiologically relevant conditions to the dissolution test would result in more accurate in vivo predictability for a robust and precise development process. Since the buffering system in the intestinal lumen operates at low molarity values, phosphate buffer at low buffer capacity was used as a first approach to an in vivo relevant parameter. Furthermore, a biphasic system was used, that is, the low buffer capacity medium was paired with an organic layer (n-octanol) to mimic the concurrent drug absorption that happens with the in vivo dissolution. Both poorly and highly soluble drugs in immediate release formulations (ibuprofen and metronidazole, respectively) were tested in this set-up to assess the dissolution in the aqueous medium and the partitioning to the organic phase. Additionally, enteric coated formulations were tested in bicarbonate buffer at the in vivo reported molarities values to assess the impact of buffer species on drug dissolution. The evaluated parameters were the buffer system (bicarbonate buffer vs. phosphate buffer), buffer capacity and medium pH. In all approaches, dissolution was also carried out in compendial buffer for comparison purposes. Our results demonstrate that the USP-recommended dissolution method greatly lacked discriminatory power, whereas low buffer capacity media discriminated between manufacturing methods. The use of an absorptive phase in the biphasic dissolution test assisted in controlling the medium pH due to the drug removal from the aqueous medium. Hence, the applied noncompendial methods were more discriminative to drug formulation differences and manufacturing methods than conventional dissolution conditions. In this study, it was demonstrated how biphasic dissolution and a low buffer capacity can be used to assess drug product performance differences. This can be a valuable approach during the early stages of drug product development for investigating drug release with improved physiological relevance. Similarly, all the enteric coated formulations displayed a fast release in phosphate buffer and complied with the compendial performance specifications. On the other hand, they all had a much slower drug release in bicarbonate buffer and failed the USP acceptance criteria. Also, the nature of the drug (acid vs base) impacted the dissolution behavior in bicarbonate buffer. This study indicates that compendial dissolution test for enteric coated tablets lacks physiological relevance and it needs to be reevaluated. Thus, an in vivo relevant performance method for EC products is needed. Overall, the findings of this thesis comprehensively demonstrates that meaningful differences in performance and accordance to clinical reports were only obtained when physiological relevant conditions were applied. Hence, our results indicate that the central hypothesis was answered positively

Para que um medicamento exerça a ação farmacológica após a ingestão oral, ele primeiro precisa ser liberado da formulação, dissolver, ser absorvido e atingir a circulação sistêmica. Uma vez que apenas medicamentos solubilizados podem ser absorvidos e, assim, ter efeito terapêutico, a compreensão dos processos de dissolução e liberação de um medicamento é de extrema importância. Tal compreensão permite o desenvolvimento de uma formulação robusta com o desempenho in vivo ideal. Para atender aos padrões regulatórios previamente estabelecidos, a avaliação da performance de formulações orais, como por exemplo, o teste de dissolução, frequentemente aplica condições que não refletem o ambiente fisiológico. O uso de métodos de dissolução não fisiologicamente relevante durante a fase de desenvolvimento do medicamento pode gerar resultados equivocados sem uma compreensão mecanistica do processo de dissolução in vivo. Portanto, a hipótese desse trabalho é que a aplicação de condições fisiologicamente relevantes no teste de dissolução resultaria em uma predição mais precisa da dissolução in vivo para um processo de desenvolvimento robusto e preciso. Uma vez que o sistema tampão no lúmen intestinal possui baixa molaridade, o tampão fosfato com baixa capacidade tamponante foi usado como uma primeira abordagem como um meio de dissolução fisiologicamente relevante. Além disso, foi utilizado um sistema bifásico, ou seja, o meio de baixa capacidade tamponante combinado a uma fase orgânica (n-octanol) para imitar a absorção in vivo. Formulações de liberação imediata contendo fármacos de baixa e de alta solubilidade (ibuprofeno e metronidazol, respectivamente) foram testadas no sistema bifásico para avaliar a dissolução no meio aquoso e a partição para a fase orgânica. Ademais, formulações com revestimento entérico foram testadas em tampão bicarbonato nos valores de molaridades fisiológicos para avaliar o impacto da espécie tamponante na dissolução do fármaco. Os parâmetros avaliados foram o sistema tampão (tampão bicarbonato vs. tampão fosfato), capacidade tamponante e pH médio. Em todas as abordagens, a dissolução também foi realizada em tampão farmacopeico para fins de comparação. Nossos resultados demonstraram que o método de dissolução farmacopeico não foi discriminativo, enquanto o meio com menor capacidade tamponante diferenciou entre as formulações obtidas via granulação úmida ou compressão direta. Ademais, a utilização da fase orgânica no teste de dissolução bifásica auxiliou no controle do pH do meio aquoso. Portanto, os métodos não compendiais aplicados foram mais discriminativos do que as condições de dissolução convencionais. Neste estudo, foi demonstrado como a dissolução bifásica e uma baixa capacidade tamponante podem ser usadas para avaliar as diferenças na performance de formulações. Esta pode ser uma abordagem valiosa durante os estágios iniciais do desenvolvimento de medicamentos para investigar a liberação destes sob condições fisiologicamente relevantes. Da mesma forma, todas as formulações com revestimento entérico exibiram uma liberação rápida em tampão de fosfato e atenderam às especificações farmacopeicas. Entretanto, a liberação do fármaco foi muito mais lenta em tampão de bicarbonato e consequentemente não cumpriram com as especificações farmacopeicas. Além disso, a natureza do fármaco (ácido vs. base) impactou o comportamento de dissolução no tampão de bicarbonato. Este estudo indica que o teste de dissolução convencional para comprimidos de liberação retardada não possui relevância fisiológica e precisa ser reavaliado. Portanto, os resultados desta tese demonstram de forma abrangente que diferenças significativas na performance condizentes com relatórios clínicos foram obtidas apenas quando as condições fisiológicas relevantes foram aplicadas. Esses resultados indicam que a hipótese central foi respondida positivamente

Erding formula and bioactive markers in hyperuricemia: towards rational scientific approaches for the modernization of Traditional Chinese Medicine

Introduction: Traditional Chinese Medicine (TCM) represents one of the first holistic approaches in the world to treat and prevent disease. Herbal medicine is one of the major therapeutic remedy in TCM. It often involves multi-herb therapies instead of single herb preparations. Parallel to western medicine, hundreds of herbal formulas have been made available as finished products. Currently, the use of herbal products is popular as treatment option or to complement western medicine. Indications of the herbal formulas were established by TCM terms such as heat-clearing and/or detoxifying which lack modern pharmacological meanings. It is difficult for people without relevant background to understand such terms and their implications for treatments. Furthermore, due to the quality control issues of herbal medicines which contain multiple constituents, consumers may be confronted with the risk of using unstandardized products. Hence, in this thesis, the modernization of TCM is discussed through employing scientific pharmaceutical approaches to a traditional formula, called Erding formula (EF). The aim was to investigate if a new indication, hyperuricemia, can be assigned to a heat-clearing and detoxifying formula. Our hypothesis was: Can Erding formula be used for hyperuricemia treatment and is esculetin a bioactive marker for this new indication? Methods: A hypoxanthine and potassium oxonateinduced hyperuricemic mouse model, a xyleneinduced inflammatory mouse model, and an acetic acidinduced pain model were used to investigate EF and its constituent herbs. The quantity of esculetin was measured by high-performance liquid chromatography. The therapeutic effect of esculetin was assessed using potassium oxonate induced hyperuricemic mouse model, and esculetin and its metabolites were characterized in serum via ultra-performance liquid chromatographyquadrupole time-of-flight mass spectrometry. To develop a modern dosage form, a laboratory-scale wet bead milling approach was employed to prepare esculetin nanocrystals. The formulation was further optimized by design of experiment, and an optimized formulation was then characterized for its saturation solubility and short-term stability. Results: The study showed that EF and Viola yedoensis Makino (Viola) lowered uric acid (UA) levels, while EF and all four individual herbs had antiinflammatory and analgesic activities. These findings revealed that EF was able to treat hyperuricemia and suggested that Viola was the main herb in EF on reducing UA levels. The study showed that esculetin significantly reduced UA levels and six metabolites of esculetin were identified in serum. This confirms that esculetin was absorbed and is a suitable bioactive and quality control marker for EF in hyperuricemia treatment. An esculetin-Povacoat nanocrystal formulation with a 200 nm particle size was successfully prepared. The formulation presented up to a 1.5-fold increase in saturation solubility compared to the bulk esculetin and it was stable for 180 days. Conclusion: The studies proved that Erding formula can be used for hyperuricemia treatment with esculetin as bioactive quality control marker. As well, a new nano-sized formulation of the bioactive marker, esculetin, was created. This presented the possibility to develop an innovative nanotechnological product of the active substances derived from herbal medicine. The findings facilitated a better understanding of TCM terms and concept through mechanistic scientific experiments. This study revealed a potential pathway and an idea to modernize TCM without setting aside its unique concepts. This might increase the global acceptance of TCM products. Furthermore, the TCM concept might be useful in the development of multi-component drug products

Medicina Tradicional Chinesa (MTC) representa uma das primeiras abordagens holísticas em âmbito global para tratar e prevenir doenças. A fitoterapia consiste na principal terapia na MTC. Frequentemente, envolve terapias com múltiplas ervas em vez de preparações individuais. Paralelamente à medicina ocidental, centenas de fórmulas herbais foram disponibilizadas como produtos acabados. Atualmente, o uso de produtos fitoterápicos é popular como opção de tratamento ou para complementar a medicina ocidental. As indicações das fórmulas fitoterápicas foram estabelecidas pelos termos da MTC, tais como "limpeza pelo calor e / ou desintoxicante", que não têm significados farmacológicos modernos. É difícil para a população em geral e mesmo para profissionais sem histórico relevante na área entender tais termos e suas implicações para os tratamentos. Além disso, devido às questões de controle de qualidade dos medicamentos fitoterápicos que contêm múltiplos constituintes, os pacientes podem ser confrontados com o risco de usar produtos não padronizados. Assim, nessa tese, a modernização da MTC é discutida por meio da utilização de abordagens farmacêuticas científicas para uma fórmula tradicional, denominada fórmula de Erding (FE). O objetivo foi o de investigar se uma nova indicação, a hiperuricemia, pode ser atribuída a uma fórmula desintoxicante e de compensação de calor. Nossa hipótese foi: a fórmula de Erding pode ser usada para tratamento de hiperuricemia e a esculetina é um marcador bioativo para essa nova indicação? Foi empregado modelo de camundongo hiperuricêmico induzido por hipoxantina e oxonato de potássio, outro modelo de camundongo inflamatório induzido por xileno e, adicionalmente, modelo de dor induzida por ácido acético. Esses modelos foram usados para investigar a FE e suas ervas constituintes. A quantidade de esculetina foi determinada por cromatografia líquida de alta eficiência. O efeito terapêutico da esculetina foi avaliado utilizando modelo de camundongo hiperuricêmico induzido por oxonato de potássio, e a esculetina e seus metabólitos foram caracterizados no soro por cromatografia líquida de alto desempenho - espectrometria de massa. Para desenvolver forma farmacêutica moderna, uma abordagem de moagem em escala úmida reduzida foi empregada tendo em vista a preparação de nanocristais de esculetina. A formulação foi ainda otimizada empregado planejamento experimental. Essa fórmula foi caracterizada quanto à sua solubilidade de saturação e estabilidade a curto prazo. O estudo mostrou que a FE e a Viola yedoensis Makino (Viola) reduziram os níveis de ácido úrico (AU), enquanto a FE e as quatro plantas individuais apresentaram atividades antiinflamatória e analgésica. Esses resultados revelaram que a FE foi capaz de tratar a hiperuricemia e sugeriu que a viola foi a principal erva da FE na redução dos níveis de AU. O estudo mostrou também que a esculetina reduziu significativamente os níveis de AU e os seis metabólitos da esculetina foram identificados no soro. Tal resultado confirma que a esculetina foi absorvida e pode ser usada como marcador de controle bioativo e de qualidade para FE, no tratamento da hiperuricemia. A formulação de nanocristais de esculetin-povacoat® apresentou tamanho de partícula de 200 nm. A formulação apresentou aumento de 1,5 vezes na solubilidade de saturação em comparação com a esculetina em escala micrométrica e manteve-se estável durante 180 dias. Os estudos comprovaram que a fórmula de Erding pode ser utilizada no tratamento da hiperuricemia empregando a esculetina como marcador bioativo de controle de qualidade. Além disso, foi desenvolvida formulação inovadora, em escala nanométrica, do marcador bioativo, a esculetina. Esse resultado permitiu desenvolver produto com base nanotecnológica das substâncias ativas derivadas do fitoterápico, assim comol permitiram melhor compreensão dos termos e dos conceitos da MTC por meio de experimentos científicos mecanicistas. Esse estudo revelou potencial para a modernização da MTC sem excluir seus conceitos únicos. Isso pode aumentar a aceitação global dos produtos MTC. Além disso, o conceito de MTC pode ser útil no desenvolvimento de medicamentos de múltiplos componentes

Qualidade por Design Analítico (AQbD) aplicado no desenvolvimento e otimização de métodos cromatográficos / Analytical Quality by Design (AQbD) applied in the development and optimization of chromatographic methods

O guia Q8(R2) do guia ICH descreve Qualidade por Design (QbD) como "uma abordagem sistemática para desenvolvimento farmacêutico que começa com objetivos predefinidos e enfatiza produto, entendimento e controle dos processos, baseado em dados científicos sólidos e gestão do risco da qualidade". Os métodos analíticos são considerados parte integrante do desenvolvimento farmacêutico. Assim, a Qualidade por Design Analítico (AQbD) é justificável e recomendada para obter flexibilidade regulatória, reduzir os resultados fora de especificação, obter um alto grau de robustez e um método analítico econômico. O Planejamento de Experimentos (DoE) é um conjunto de ferramentas estatísticas que inclui delineamentos de triagem e otimização, no qual os fatores são sistematicamente variados para determinar seus efeitos nas respostas, o que permite a determinação de quais fatores são os mais significantes, a identificação de qual configuração de fatores resulta em respostas otimizadas e a identificação de interações entre os fatores. As abordagens QbD e AQbD permitem a melhoria contínua ao longo do ciclo de vida do produto farmacêutico e do método analítico, inclusive para reduzir a variabilidade do produto, melhorar o desempenho do processo, reduzir resultados fora da especificação, melhorar o desempenho analítico, entre outros. O Cloridrato de Verapamil foi escolhido como molécula teste para desenvolvimento do projeto. Na primeira etapa do estudo foi realizado uma triagem com 13 fatores e 20 experimentos, utilizando o delineamento Plackett-Burman, seguiu-se para a próxima etapa com 7 fatores e 16 experimentos através do delineamento fatorial fracionado (Res.: IV). A etapa de otimização foi realizada com 3 fatores e 20 experimentos utilizando o delineamento central composto. Após todas as etapas do estudo, as seguintes condições foram consideradas ideais: Fase móvel A - Tampão formiato de amônio 10 mM pH 3,0, Fase móvel B - Amoníaco 2,0% em acetonitrila, eluição do tipo gradiente, coluna cromatográfica XSelect CSH C18 (100mm x 4,6mm x 3,5 µm), fluxo de 0,7 mL/min, volume de injeção de 2 µL para teor e 10 µL para produtos de degradação. Os métodos desenvolvidos são robustos, validados e indicativos de estabilidade

The ICH guide Q8 (R2) describes Quality by Design as "a systematic approach to pharmaceutical development that begins with predefined goals and emphasizes product, understanding and control of processes, based on solid scientific data and Quality Risk Management ". Analytical methods are considered an integral part of pharmaceutical development. Thus, the application of QbD approach to analytical method development is justifiable and a recommended strategy to attain regulatory flexibility, to reduce out-of-specification results, to achieve a high degree of robustness and a cost-effective analytical method. DoE is a set of statistical tools which include screening designs and optimization designs. In DoE approach, the controlled input factors are systematically varied to determine their effects on the output responses, which allows the determination of the most important input factors, the identification of input factors setting leading to optimized output responses, and the identification of interactions between input factors. The QbD and AQbD approach allows the continuous improvement throughout the lifecycle of pharmaceutical product and analytical method, including to reduce product variability, to improve process performance, to reduce out-of-specification results, to improve analytical performance, among others. Verapamil Hydrochloride was chosen as a test molecule for the development of the project. In the first phase of the study, a 13-factor and 20-experiment screening was performed using the Plackett-Burman design, followed by the 7-factor and 16-experiment next stage through fractional factorial design (Res .: IV). The optimization step was performed with 3 factors and 20 experiments using the composite central design. After performing all the study steps, the following conditions were considered ideal: Mobile Phase A - 10 mM ammonium formate buffer pH 3.0, Mobile Phase B - 2.0% ammonia in acetonitrile, gradient elution, column chromatographic XSelect CSH C18 (100mm x 4.6mm x 3.5µm), flow rate of 0.7ml / min, injection volume of 2µL for assay and 10µL for degradation products. The methods developed are robust, validated and stability indicating