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Development of Nilotinib HCl-loaded solid SNEDDS (Self-Nanoemulsifying Drug Delivery System) using Mesoporous Colloidal Silica
Yakhak Hoeji 2023;67(6):378-387
Published online December 31, 2023
© 2023 The Pharmaceutical Society of Korea.

Su Man Lee, Ju Hwan Jeong, Jeong Gyun Lee, and Kyeong Soo Kim#

Department of Pharmaceutical Engineering, Gyeongsang National University
Correspondence to: #Kyeong Soo Kim, Associ. Prof., Department of Pharmaceutical Engineering, Gyeongsang National University, 33 Dongjin-ro, Jinju 52725, South Korea
Tel: +82-55-772-3391, Fax: +82-55-772-3399
E-mail: soyoyu79@gnu.ac.kr
Received December 6, 2023; Revised December 12, 2023; Accepted December 16, 2023.
Abstract
The objective of this study was to develop a novel nilotinib HCl-loaded solidified self-nanoemulsifying drug delivery system (SNEDDS) formulation with enhanced solubility and dissolution rate. Various oils and surfactants were screened, resulting in the selection of Peceol (oil) and Tween 80 (surfactant) and Transcutol P (co-surfactant). Pseudo-ternary phase diagram was constructed to detect the nanoemulsion zone. Among the SNEDDS formulations tested, the SNEDDS consisting of Peceol (oil), Tween 80 (surfactant), and Transcutol P (co-surfactant) at a weight ratio of 30/50/20 produced an emulsion droplet size of 182.1±1.0 nm. The spray drying technique, using mesoporous silicon dioxide as an inert carrier, was employed to solidify the selected nilotinib HCl-loaded SNEDDS. The resulting nilotinib HCl-loaded solid SNEDDS (S-SNEDDS) was characterized by scanning electron microscopy (SEM), powder X-ray diffractometry (PXRD), dynamic light scattering, saturation solubility and in vitro dissolution study. The S-SNEDDS produced an emulsion droplet size of 185.2±0.9 nm and there was no change in emulsion particle size upon the addition of drug. SEM and PXRD results suggested that nilotinib HCl existed in an amorphous form in nilotinib HCl-loaded S-SNEDDS. Solubility tests across various pH levels showed a significant improvement in nilotinib HCl solubility. Similarly, dissolution tests demonstrated enhanced dissolution rates in all tested solutions, consistent with the solubility results. These results indicate that the employed methodologies were effective in increasing both the solubility and dissolution rates of nilotinib HCl across different pH environments, suggesting a successful enhancement of its bioavailability.
Keywords : Nilotinib HCl, SNEDDS, Solidified-SNEDDS, Solubility, Mesoporous silica
서 론(Introduction)

닐로티닙은 강력하고 선택적인 타이로신 키나아제 억제제(Tyrosine kinase inhibitor, TKI)로서, 필라델피아 염색체 양성(Ph+) 만성 골수성 백혈병(CML)과 연관된 BCR-ABL 단백질을 효과적으로 차단하고 암세포의 사멸을 유도하는 것으로 알려져 있다.1) 이 타이로신 키나아제는 특히 만성 골수성 백혈병에 대해 특히 효과적인 것으로 알려져 있다.2) 이마티닙의 유사체인 닐로티닙은 BCR-ABL 키나아제의 억제력이 20~50배 더 높으며3) 최근에는 이마티닙에 저항성을 가진 만성 골수성 백혈병 환자들에게도 효과를 보여주고 있다.4,5) 닐로티닙은 2007년 FDA 및 EMA에서 닐로티닙염산염으로 승인을 받아 타시그나® 캡슐(Novartis, Basel, Switzerland)이라는 이름으로 50 mg, 150 mg, 200 mg의 용량이 시판되고 있다. 권장 복용량은 하루에 두 번 300-400 mg을 경구 투여하는 것이다. 닐로티닙의 경구 생체이용률은 약 30%로 알려져 있으며, FDA의 생물약제 분류 시스템(Biopharmaceutics Classification System, BCS class)에서는 class IV로 분류되어, 낮은 용해도와 투과성 때문에 흡수와 생체이용률이 제한적이다.6,7,8)

닐로티닙염산염과 같이 용해도가 낮은 약물의 수용해도를 향상시키기 위해, 사이클로덱스트린을 사용한 포접 화합물 개발, 계면활성제 및 가용화제 사용, 고체분산 연구, 지질기반 약물전달 시스템 등 광범위한 연구가 진행되고 있다. 지질기반 약물전달시스템 중 자가나노유화 약물 전달 시스템(SNEDDS)은 친유성 약물의 경구 생체이용률을 향상시킬 수 있는 것으로 알려져 있다. 약물, 계면활성제 및 오일의 혼합물을 함유하는 자가나노유화 약물 전달 시스템은 위장관에서 체액을 만나면 스스로 200 nm 이하의 입자 크기를 가지는 미세한 에멀전을 형성하게 되는 약물전달시스템 이다.9,10,11) 그러나 액체 상태의 SNEDDS는 약물의 침전 및 상분리, 연질캡슐 충전 시 보관조건 제한 등 보관에 불안정한 특성을 가진다.12) 이러한 제형의 안정성을 극복하기 위해 액상인 SNEDDS를 다공성의 고형화 담체에 흡착시켜 제조하는 고형화 연구가 많이 되고 있다.13,14,15)

본 연구에서는 난용성인 닐로티닙염산염의 용해도를 개선시키기 위하여, 닐로티닙 염산염의 용해도가 높은 Peceol, Tween 80 및 Transcutol P을 사용하여 SNEDDS를 개발하였다. 추가적으로 SNEDDS 고형화를 위해 다공성의 고형화 담체 및 분무건조 기술을 이용하여 고형의 자가나노유화 약물 전달 시스템(S-SNEDDS)을 제조하였고, 제조된 S-SNEDDS 대하여 물리화학적 특성을 확인하였다. 또한 용해도 및 용출시험 진행하여 용해도 및 용출양상을 비교하였다. 본 연구를 통해 닐로티닙 염산염이 함유된 S-SNEDDS는 개선된 용해도, 용출속도 가졌으며, 향후 닐로티닙 염산염의 복약순응도 개선을 위한 서방제형의 개발 등에 활용될 수 있을 것으로 기대할 수 있다.

방 법(Methods)

시약 및 기기

본 연구에서 사용한 닐로티닙염산염은 Aarti (Mumbai, India)에서, 타시그나 캡슐(NOVARTIS, Basel, Switzerland)은 한미약품(Hwasung, South Korea)에서 제공받아 사용하였으며, MCT oil, 메타규산알루민산마그네슘(Neusilin US2) 및 콜로이드성 이산화규소(SiO2, Aerosil® 300)는 보령제약(Seoul, South Korea)에서 공급받았다. Capryol 90, Labrafil M1944CS, Labrafil M2125CS, Labrasol, Lauroglycol 90, Transcutol HP및 Peceol은 Gattefosse (Saint-Priest Cedex, France) 에서 제공받았다. Kollidon CL-M, Kollisolve P124, Kolliphor P188, Kolliphor P407, Cremophor RH40, Kollipohr EL 및 Solutol HS15는 한국 BASF (Seoul, South Korea)에서 제공받아 사용하였다. Castor oil, Coconut oil, Corn oil, Cotton seed oil, Linseed oil, Olive oil, Peanut oil, Sesame oil, Soybean oil, Span 20, 폴리소르베이트 80, 아세톤, 아세토니트릴 및 초산암모늄은 대정화금(Siheung, South Korea) 에서 구매하여 사용하였다. 분석 장비는 HPLC Agilent 1220 LC system Agilent Technologies, Santa Clara, CA, USA)를 사용하였으며, Chemstation software로 조작하였다. HPLC 분석용 컬럼으로 Waters SunFire® C18 150 × 4.6 mm, 5 μm (Waters, Massachusetts, USA)를 사용하였으며, 이동상은 10 mM ammonium acetate (pH 4.5, 아세트산으로 조정)용액과 아세토니트릴을 65 : 35 부피비로 혼합한 용액을 사용하여 유속을 1.0 mL/min로 하였다. 컬럼온도는 20℃, 분석파장은 260 nm, 주입량은 20 μL로 분석하였다.

용해도 시험

SNEDDS제조에 사용할 오일, 계면활성제 및 공계면활성제를 선정하기 위해 닐로티닙염산염의 용해도 시험을 수행하였다. 닐로티닙염산염 약 10 mg을 다양한 오일 및 10% (w/v) 계면활성제 용액 1 mL가 들어있는 e-tube에 넣은 후 혼합액을 37°C의 진탕 항온수조(LSB-045S, 대한랩테크, South Korea)에서 7일간 보관하면서 수시로 Vortex Mixer로 섞어주면서 포화시켰다. 이 샘플을 12,500 rpm에서 10분 동안 원심분리(1730R, Gyrozen, South Korea)한 후 상층액을 0.45 μm 주사용 필터를 통해 여과한 후 얻어진 용액을 상기의 HPLC 시스템을 이용하여 분석하였다.17)

Pseudo-ternary phase diagrams

가벼운 교반 조건에서 자가미세유화 영역을 확인하기 위한 실험을 수행하였다. 오일 및 계면활성제 스크리닝 결과에 따라, 오일로 Peceol을, 계면활성제로 Tween 80을, 공계면활성제로 Transcutol P를 선택하였다. 이 성분들을 다양한 비율의 조성물 0.2 mL의 용액을 마그네틱 바로 교반 중인 300 mL의 증류수가 담긴 비커에 추가하였다. 이 혼합물이 잘 분산되어 에멀전을 형성하는 영역은 'Good' 영역으로 분류되었고, 불충분한 분산, 합체 현상, 혹은 오일상에 크림 형성을 보이는 영역은 'Bad' 영역으로 간주하였다.18)

SNEDDS 제조 및 입자 크기 측정

SNEDDS의 입자 크기 및 다분산지수(PDI)는 Zetasizer Nano ZS (Malvern Panalytical, Malvern, UK)를 사용하여 동적광산란법(DLS)으로 평가되었다. Section 2.3에서 제조된 SNEDDS 조성물은 0.2 μm 주사기 필터를 통해 여과된 증류수로 희석하였다. 이 샘플들은 폴리스티렌/폴리스티렌 큐벳에 넣어서, 37℃로 사전 설정된 장치에 장착되었다. 온도 평형에 필요한 120초의 시간이 지난 후, 4 mW의 강도, 633 nm의 파장, 그리고 173˚의 산란각을 사용하여 입자의 평균 크기 및 PDI를 측정하였다.19)

닐로티닙염산염이 함유된 S-SNEDDS 제조

Table 2에 나타난 바와 같이, 닐로티닙 염산염과 SNEDDS 조성물은 에탄올과 물의 혼합액에 용해시켰으며, 이후 고형화 담체를 용액에 분산 및 현탁 하였다. 최종적으로 만들어진 현탁액을 Yamato사의 분무 건조기(ADL311, Tokyo, Japan)를 사용하여 분무 건조를 통해 S-SNEDDS가 제조되었다. 분무 건조기의 흡입 온도는 85°C, 출구 온도는 60~63°C 사이, 공기 흐름은 0.42 m3/min, 그리고 분무 공기 압력은 0.15MPa로 설정하였다.

Composition of nilotinib HCl-loaded S-SNEDDS
Formulation S-SNE1 S-SNE2 S-SNE3 S-SNE4
Nilotinib HCl (mg) 50 50 50 50
SNEDDS (mg) 1000 1000 1000 1000
SiO2 (mg) 500 - - -
Calcium silicate (mg) - 500 - -
Magnesium Aluminometasilicate (mg) - - 500 -
Kollidon CL-M (mg) - - - 500
Ethanol (mL) (20) (20) (20) (20)


물리화학적 특성 평가

1. 입도분포 측정

입도분포는 Aero S (건식 분산 장치)가 장착된 Mastersizer 3000 (Malvern Panalytical, Malvern, UK)을 사용한 레이저 회절법으로 평가하였다. 누적 입자 크기 분포 곡선의 주요 파라미터인 10번째(D10), 50번째(D50), 90번째(D90) 부피 백분위수가 사용되었고, 평균 입자 크기를 나타내는 D50 값을 평균 입자 크기의 표준 측정치로 사용하였다.20,21)

2. Scanning electron microscopy (SEM)

형태 및 표면 특성은 Field Emission Scanning Electron Microscopy (FE-SEM, Tescan-MIRA3, Kohoutovice, Czech Republic)을 사용하여 평가하였다. 준비 단계에서는 샘플을 양면 접착 탄소 테이프를 사용하여 디스크에 부착한 다음 백금으로 4분 동안 코팅하였다. 백금 코팅은 EMI Teck Ion 스퍼터(K575X)를 사용하여 7 x 10-3 mbar의 압력, 25 mA의 전류, 100% 터보 속도 하에서 수행되었다.

3. Differential scanning calorimetric (DSC) 분석

시차 주사 열량계(DSC) 분석은 DSC Q20 장비(TA Instruments, Delaware, USA)를 이용하여 측정하였다. 각 샘플 5 mg을 Tzero 알루미늄 팬과 뚜껑으로 밀봉한 후 분석은 분당 20 mL의 질소 가스 퍼지에서 40°C에서 220°C의 온도 구간에서 분당 10°C 승온 속도로 측정하였다.22)

4. Powder x-ray diffraction (PXRD) 분석

분말 X선 회절(PXRD) 분석은Miniflex goniometer와 Cu Kα1 단색 방사선 소스가 장착되어 있는 Rigaku X-Ray Diffractometer (D/MAX-2500 PC, RIgaku Corporation, Tokyo, Japan)을 사용하여 분석하였다. 분석기기 조건은 상온에서 15 mA와 30 kV 조건, 5° ≤ 2θ ≤ 35°에서 2°/min의 증가 속도로 측정하였다.23)

5. Transmission electron microscopy (TEM) 분석

SNEDDS 및 Nilotinib HCl-Loaded SNEDDS의 형태와 입자 크기를 투과 전자 현미경(Talos L120C, Thermo Fisher Scientific Inc., MA, USA)을 사용하여 분석하였다. 증류수로 5배 희석된 샘플을 탄소 코팅된 TEM 그리드(FCF200-CU-50, Electron Microscopy Sciences, Inc., Hatfield, USA)에 한 방울씩 점적 후 데시케이터에서 30분간 건조하였다. 준비된 샘플을 300kV의 가속 전압에서 스캔하여 이미징하였다.

용출시험

닐로티닙염산염, 닐로티닙염산염 함유S-SNEDDS를 대한민국약전 용출시험 제2법(패들법), 50 rpm으로 용출 매질로서 pH 1.2, 4.0, 6.8, 0.1N HCl 용액 및 D.W 900 mL를 사용하여 37±0.5°C에서 용출시험을 진행하였다. 용출 샘플은 닐로티닙염산염으로서 150 mg 해당량의 분말을 칭량하여 20 mL 신틸레이션 바이알에 넣어 용출시험 샘플을 준비한 후, 용출시험시 용출구에 투하한 후 미리 정해진 시간 간격에 3 mL를 샘플링후 0.45 μm 주사용 필터를 통해 여과하여 section 2.2의 이동상으로 1:1 (v/v) 희석 후 상기의 HPLC 분석 조건에서 분석하여 용출률을 계산하였다. 모든 실험은 6회 반복하여 진행하였다.24,25)

결과 및 고찰(Results and Discussion)

HPLC 분석조건 및 용해도 평가

UV/Vis spectrophotometer를 사용하여 제조한 닐로티닙 표준액의 자외선 영역의 Spectrum을 확인 하였다. 그 결과 닐로티닙의 최대 흡수 파장은 260 nm 였으며, 해당 파장을 HPLC 분석을 위한 분석 파장으로 선정 하였다(Data not shown). 상기의 HPLC 분석조건에서 분석한 결과 닐로티닙의 피크유지시간 약 4.07분으로, 20~1.25 μg/mL 농도 범위로 제조된 nilotinib HCl 표준액 검량선을 y를 피크 면적(mAU*s), x를 농도(μg/mL)로 계산한 회귀직선식과 상관계수(R2)는 y=59.956x + 0.2906, R2=0.9999으로 양호한 직선성을 나타내는 것으로 확인되었다(Data not shown). 위장관 pH 범위에서 닐로티닙염산염에 대한 용해도 값을 측정하기 위하여 pH 1.2, pH 4.0, pH 6.8 완충액 및 물을 용매로 포화 용해도를 시험한 결과 각각 1163.7±45.8, 0.2±0.1, 0 및 56.9±15.8 μg/mL으로 pH가 낮을 수록 용해도가 높은 결과가 확인되었다(Fig. 1A). 닐로티닙의 kinetic solubility 확인을 위해 상기의 실험방법으로 시간에 따른 용해도 실험을 진행하였다. 샘플은 각 정해진 시점인 5, 10, 15, 20~240분마다 3 mL 채취하여 HPLC 이동상으로 1:1 (v/v) 희석 후 분석 하였다. 실험 결과 pH 1.2 용액에서 5 min 시점에 81.1±0.6 μg/mL, 최종 240 min 시점에 100.4±0.4 μg/mL에 도달 하였다. 그러나 pH 4.0, 6.8, D.W는 240 min에 최대 1.8±0.1 μg/mL, 0.9±0.1 μg/mL, 5.4±0.4 μg/mL로 약 15배 이상 차이가 확인 되었다(Fig. 1B).



Fig. 1. Supersaturated solubility and kinetic aqueous solubility of nilotinib HCl.
(A) Supersaturated solubility (B) Kinetic aqueous solubility

SNEDDS 조성물의 제조에 적합한 성분을 선택 하기 위해 다양한 오일 및 계면활성제에 대한 닐로티닙염산염의 용해도를 확인 하였다. 10종류의 오일에 대한 용해도 확인 결과, Peceol에서 닐로티닙염산염의 용해도가 3941.5±0.1 μg/mL이며, D.W에 비해 약 11배 상승하였다(Fig. 2A). 18종류의 계면활성제에 대한 용해도를 확인 하였다. HLB 값이 10 이상인 계면활성제 중 Tween 80이 닐로티닙염산염의 용해도가 1968.5±2.5 μg/mL이며, HLB 값이 10 이하인 계면활성제 중 Transcutol P에서 681.9±2.5 μg/mL 였다. 각각 D.W에 비해 약 5.5배, 1.9배 상승하였다(Fig. 2B). 실험 결과에 따라 최종적으로 Oil은 Peceol, 계면활성제로 Tween 80, 공계면활성제로 Transcutol P를 이용하여 SNEDDS 실험을 이어서 진행하였다



Fig. 2. Solubility of nilotinib HCl in various oils and 10% (w/v) surfactant solutions. Each value represents the mean±SD (n=3).
(A) Oil (B) 10% (w/v) surfactant solutions

Pseudo-ternary phase diagrams

본 연구에서는 상 분리나 액적 응집 없이 물에서 자발적으로 형성될 수 있는 액상 SNEDDS 제제를 Pseudo-Ternary Phase Diagrams 을 사용하여 분별하였다. 자가 나노유화 능력이 우수한 제제는 다이어그램에 음영 처리된 영역으로 강조하였다. 효과적인 분산 및 에멀전 형성을 나타내는 영역은 'Good'으로 분류되어 검은색으로, 분산이 불량하고 응집되거나 오일상에서 크림 형성을 보이는 'Bad' 영역은 흰색으로 표시 하였다(Fig. 3).26) 에멀젼의 입자 크기는 약물의 흡수뿐만 아니라 약물의 방출 속도, 및 안정성을 결정하기 때문에 자가나노유화 성능 중 가장 중요한 요소이다.18,27) 실험결과를 바탕으로 SNEDDS 조성물에 대한 액적 크기 및 PDI 값에서 확인 하였다(Table 1, Fig. 4). 닐로티닙염산염의 용해도를 향상시키기 위한 최적의 SNEDDS 제형을 결정하기 위해, 입자 크기가 200 nm 이하이고 다분산지수 값이 0.3 이하인 제형들의 닐로티닙의 침전을 방지하는 능력을 평가하였을 때 Pecel/Tween 80/Transcutol P의 비율이 3: 5: 2 (w/w/w)인 조성물이 닐로티닙염산염의 재결정에 의한 결정 생성량이 적어(Data not shown), 해당 비율을 최적의 SNEDDS 조성물로 선택하였다.28)



Fig. 3. Pseudo-ternary phase diagram of SNEDDS formulation.



Fig. 4. Effect of Peceol/Tween 80/Transcutol P ratio on SNEDDS emulsion droplet size.
Each value represents the mean±SD (n=3)

Effect of Peceol/Tween 80/Transcutol P ratio on SNEDDS Vehicle droplet size.

Each value represents the mean±SD (n=3)

Vehicle Composition (Weight ratio %) Droplet size (nm) PDI
Peceol Tween 80 Transcutol P
40 50 10 532.5±26.3 0.531±0.023
40 40 20 635.0±35.3 0.432±0.098
30 60 10 189.4±0.6 0.280±0.010
30 50 20 182.1±1.0 0.155±0.007
30 40 30 180.4±2.5 0.247±0.004
20 70 10 153.9±1.3 0.275±0.004
20 60 20 151.2±0.8 0.266±0.007
20 50 30 166.5±1.3 0.282±0.004
20 40 40 143.5±0.7 0.262±0.004
20 30 50 170.9±0.9 0.169±0.004


닐로티닙이 함유된 고형의 SNEDDS 제조 및 평가

S-SNEDDS는 Table 2에 제시된 조성비에 따라 제조하였다. S-SNE1~4는 닐로티닙과 SNEDDS 조성물에 고형화 담체로 콜로이드성 이산화규소, 칼슘 실리케이트, 메타규산알루민산마그네슘 또는 Kollidon CL-M 을 사용하였다. 사용된 고형화 담체의 입자크기는 각각 약 7~14 nm, 10 μm, 50 μm 및 60~120 μm으로29-32) 알려져 있다. 콜로이드성 이산화규소를 사용한 S-SNE1의 경우 흐름성 좋은 분말 형태로 얻어졌으나, 칼슘 실리케이트, 메타규산알루민산마그네슘 및 Kollidon CL-M을 사용한 S-SNE2, 3 및 4의 경우 Fig. 5에서와 같이 분말로의 수득이 불가능 하였다. 이는 다공성이며 입자크기가 작은 콜로이드성 이산화규소 이외의 다른 고형화 담체의 경우 상대적으로 다소 큰 입자 크기로 인해 액상제형의 분말화능이 떨어지는 것으로 판단되었다. 이에 반해, 콜로이드성 이산화규소는 다공성이며 표면적이 넓기 때문에 더 많은 양의 약물함유가 가능하며, 액상 의약품이나 제제를 고형화 하는 능력이 큰 담체이기 때문에 수득이 원활하였던 것으로 사료되었다(Fig. 5).33,34)



Fig. 5. Photograph of the S-SNEDDS composition manufactured using spray drying method.
(A) S-SNE1 (B) S-SNE2 (C) S-SNE3 (D) S-SNE4

닐로티닙염산염의 입자 크기 분포는 Mastersizer 3000을 이용한 레이저 회절 방법으로 측정되었다. 닐로티닙염산염 원료의 측정 결과 Dx (10), Dx (50), Dx (90) 값은 각각 2.4±0.2, 79.6±11.2 및 451.3±19.4 μm로 나타났다. 반면, S-SNE1 제형은 0.6±0.1, 3.3±0.1 및 8.5±0.4의 μm입자 크기를 보여주며 입자크기가 감소되었다(Fig. 6).



Fig. 6. Particle Size Distribution result of nilotinib HCl and SSNE1.

주사전자현미경(SEM)을 통해 확인한 닐로티닙염산염 원료의 입자 형태는 가늘고 긴 막대형의 입자들이 응집된 형태로 확인되며, 제조된 S-SNE1은 구형의 입자로 관찰되었다. 액상 SNEDDS는 다공성 캐리어 표면에 흡착되어 구형의 입자로 변화된 것으로 사료되었다(Fig. 7). 시차주사열량계(DSC) 분석에서 닐로티닙염산염은 약 269°C 부근에서 흡열 피크를 보였으며, S-SNE1에서는 닐로티닙 염산염의 흡열 피크가 나타나지 않아, SNEDDS의 고형화시에도 약물은 무정형으로 존재하는 것으로 사료되었다(Fig. 8). 또한 분말 X선 회절 패턴 분석 결과 닐로티닙염산염은 5.7˚, 9.8˚ 및15.1˚에서 결정형의 뚜렷한 특징적인 피크가 존재하였으며, 이는 약물이 결정형 임을 확인할 수 있다. 제조된 S-SNE1에서는 닐로티닙염산염의 특징적인 피크가 사라졌으며, 이는 S-SNE1에서 닐로티닙 염산염이 SNEDDS 조성물과 함께 다공성 캐리어에 흡착되어 무정형 상태로 유지되고 있는 것으로 판단되었다(Fig. 9).35)



Fig. 7. Scanning electron microscope images.
(A) nilotinib HCl (×10,000) (B) SiO2 (×2,000) (C) S-SNE1 (×10,000)



Fig. 8. Differential scanning calorimetry thermograms.
(A) nilotinib HCl (B) SiO2 (C) Physical mixture (D) S-SNE1



Fig. 9. Powder X-ray diffraction patterns.
(A) nilotinib HCl (B) SiO2 (C) Physical mixture (D) S-SNE1

SNEDDS 및 S-SNE1제형을 물에 분산하여 투과 전자 현미경(TEM) 촬영 및 Zetasizer Nano ZS를 사용해 에멀전의 입자 크기를 분석하였다. 실험 결과, 물에 분산된 SNEDDS 및 S-SNE1의 입자 크기는 각각 182.1±1.0 nm 및 185.2±0.9 nm로 측정되었으며, 이를 통해 SNEDDS의 고형화가 에멀전의 입자 크기에 큰 영향을 미치지 않는 것을 확인하였다. 다분산지수(PdI) 값은 각각 0.16±0.01 및 0.26±0.01으로 확인되었다(Fig. 10). 이는 PdI 값이 0.3 이하로, 균일한 크기 분포를 나타내는 것으로 사료되었다. 따라서 액상 SNEDDS의 고형화가 약물의 분산, 용출 및 흡수에 큰 영향을 미치지 않을 것으로 판단할 수 있었다. TEM 촬영 결과 역시 측정된 입자 크기와 유사한 크기의 에멀전을 보여주었다(Fig. 11).36,37)



Fig. 10. Droplet size of nilotinib HCl-loaded SNEDDS and SSNE1.



Fig. 11. Transmission electron microscopy (TEM).
(A) nilotinib HCl-loaded SNEDDS (Scale bar: 200 nm) (B) nilotinib HCl-loaded S-SNE1 (Scale bar: 200 nm)

닐로티닙이 함유된 S-SNEDDS의 용해도 및 용출률 평가

S-SNE1 에 함유된 닐로티닙의 포화 용해도 측정은 E-tube에 닐로티닙 약 10 mg 해당량을 칭량하여 넣고, 다양한 pH 용액 1 mL를 추가하여 상기의 방법으로 진행하였다. 제조한 실험 시료들은 상기에서 설명한 실험 방법을 따라 HPLC로 분석하였다. pH 1.2 용액에서는 약물의 특성으로 인해 유사한 용해도가 확인되었다. pH 4.0 및 6.8 용액에서 정량한계 이하로 낮은 용해도 값을 나타내는 원료와 달리, S-SNE1 는 각각 183.0±2.8 μg/mL 및 163.5±1.6 μg/mL의 용해도를 보였으며, 증류수(D.W)에서는 약 3.4배 증가 하였다(Fig. 12).



Fig. 12. Solubility of nilotinib HCl and S-SNE1 in various pH buffers.
Each value represents the mean±SD (n=3)

용출 시험은 원료 닐로티닙 염산염, 시판되는 타시그나 캡슐 및 S-SNE1에 대해 용출률을 평가 및 비교하였다. 시험은 4종류의 비교 용출시험 용출액 및 0.1N HCl 900 mL에서 진행되었다. 실험 결과, pH 4.0, 6.8 및 D.W 용출조건에서 원료와 타시그나 캡슐은 용출 종료시점까지 최대 5% 용출률을 보였으며, S-SNE1는 각 14.7±0.3, 12.5±0.1 및 17.6±1.6% 최소 5배 높은 용출률 개선을 확인하였다. 0.1N HCl 및 pH 1.2용액에서는 닐로티닙염산염 원료의 용출 종료(240분) 시점의 용출률은 각각 67.3±0.7% 및 67.0±0.4%로 나타났다. 시판되는 타시그나 캡슐은 각각 88.2±6.0% 및 83.9±1.7%의 용출률을 보였으나, 100%에 도달하지 않았다. 반면, S-SNE1은 용출 초기(5분) 시점에 99.6±0.7% 및 78.7±0.4%의 용출률을 보였으며, 용출 종료240분 시점까지 100%의 용출률을 유지하며 용출률이 개선된 것을 확인할 수 있었다(Fig. 13).



Fig. 13. Release profiles of S-SNE1.
Each value represents the mean±SD (n=6). (A) 0.1N HCl (B) pH 1.2 Buffer (C) pH 4.0 Buffer (D) pH 6.8 Buffer (E) D.W.
결 론(Conclusion)

본 연구에서는 난용성인 닐로티닙의 용출률을 개선시키기 위한 자가 나노유화 약물전달시스템(SNEDDS)을 개발한 후, 다공성의 고형화 담체인 콜로이드성 이산화규소와 함께 분무건조 기술을 이용하여 고형의 SNEDDS를 제조하였다. 오일로 Peceol을 계면활성제로 Tween 80, 공계면활성제로 Transcutol P를 선정하여 Pseudo-Ternary Phase Diagrams을 이용하여 가장 적합한 SNEDDS 조성물을 선정하였다. 액상인 SNEDDS의 고형화를 위해 담체로는 콜로이드성 이산화규소를 이용하여 분무건조 기술로 고형의 SNEDDS를 제조하였다. 제조된 고형 SNEDDS에 대한 물리화학적 특성을 확인하였고, 용해도 및 용출시험을 통해 약물의 용해도가 개선된 것을 확인하였다. 물리화학적 특성을 확인한 결과, 고형 SNEDDS는 무정형 닐로티닙 염산염를 함유한 구형의 입자를 가진 분말로 제조되었으며, 물에 분산되어 만들어진 나노에멀전의 크기는 200 nm 미만의 크기를 나타내었다. 또한, 용해도 및 용출 시험결과 닐로티닙 원료 및 타시그나 캡슐에 비하여 용해도 및 용출률이 개선된 것을 확인할 수 있었다. 따라서 본 연구에서 닐로티닙을 함유한 고형의 자가 나노유화 약물전달시스템 조성물은 경구용 고형제제화를 위한 연구에 활용가능성이 뛰어난 약물전달시스템으로, 향후 서방화제 개발연구를 진행한다면 닐로티닙 제제의 복약 순응도를 개선시킬 수 있는 서방제형의 개발 등에 활용될 수 있을 것으로 기대할 수 있다.

감사의 말씀(Acknowledgments)

이 논문은 정부(과학기술정보통신부)의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 연구임(No. 2021R1F1A1063123).

Conflict of Interest

모든 저자는 이해 상충을 가지고 있지 않음을 선언한다.

Authors’ Positions

Su Man Lee : Master of Science

Ju Hwan Jeong : Undergraduate student

Jeong Gyun Lee : Master of Science

Kyeong Soo Kim : Professor

References
  1. Weisberg E, Manley PW, Breitenstein W, Brüggen J, Cowan-Jacob SW, Ray A, Huntly B, Fabbro D, Fendrich G, Hall-Meyers E (2005) Characterization of AMN107, a selective inhibitor of native and mutant Bcr-Abl. Cancer Cell 7(2):129-141.
    Pubmed CrossRef
  2. Saglio G, Kim DW, Issaragrisil S, Le Coutre P, Etienne G, Lobo C, Pasquini R, Clark RE, Hochhaus A, Hughes TP (2010) Nilotinib versus imatinib for newly diagnosed chronic myeloid leukemia. New England Journal of Medicine 362(24):2251-2259.
    Pubmed CrossRef
  3. Weisberg E, Manley P, Mestan J, Cowan-Jacob S, Ray A, Griffin J (2006) AMN107 (nilotinib): a novel and selective inhibitor of BCR-ABL. British Journal of Cancer 94(12):1765-1769.
    Pubmed KoreaMed CrossRef
  4. Kantarjian H, Giles F, Wunderle L, Bhalla K, O'Brien S, Wassmann B, Tanaka C, Manley P, Rae P, Mietlowski W (2006) Nilotinib in imatinib-resistant CML and Philadelphia chromosomepositive ALL. New England Journal of Medicine 354(24):2542-2551.
    Pubmed CrossRef
  5. Giles FJ, Abruzzese E, Rosti G, Kim DW, Bhatia R, Bosly A, Goldberg S, Kam GL, Jagasia M, Mendrek W (2010) Nilotinib is active in chronic and accelerated phase chronic myeloid leukemia following failure of imatinib and dasatinib therapy. Leukemia 24(7):1299-1301.
    Pubmed KoreaMed CrossRef
  6. Tanaka C, Yin O, Sethuraman V, Smith T, Wang X, Grouss K, Kantarjian H, Giles F, Ottmann O, Galitz L (2010) Clinical pharmacokinetics of the BCR-ABL tyrosine kinase inhibitor nilotinib. Clinical Pharmacology & Therapeutics 87(2):197-203.
    Pubmed CrossRef
  7. Xia B, Heimbach T, He H, Lin TH (2012) Nilotinib preclinical pharmacokinetics and practical application toward clinical projections of oral absorption and systemic availability. Biopharmaceutics & Drug Disposition 33(9):536-549.
    Pubmed CrossRef
  8. Tian X, Zhang H, Heimbach T, He H, Buchbinder A, Aghoghovbia M, Hourcade‐Potelleret F (2018) Clinical pharmacokinetic and pharmacodynamic overview of nilotinib, a selective tyrosine kinase inhibitor. The Journal of Clinical Pharmacology 58(12):1533-1540.
    Pubmed CrossRef
  9. Tian WL, Lei LL, Zhang Q, Li Y (2016) Physical stability and antimicrobial activity of encapsulated cinnamaldehyde by selfemulsifying nanoemulsion. Journal of Food Process Engineering 39(5):462-471.
    CrossRef
  10. Bang KH, Kim KS (2019) Development of trans-cinnamaldehyde self-microemulsifying drug delivery system (SMEDDS) with superior stability. Journal of the Korea Academia-Industrial Cooperation Society 20(12):555-562.
  11. Anton N, Vandamme TF (2011) Nano-emulsions and microemulsions: clarifications of the critical differences. Pharmaceutical Research 28:978-985.
    Pubmed CrossRef
  12. Fitria A, Hanifah S, Chabib L, Uno AM, Munawwarah H, Atsil N, Pohara HA, Weuanggi DA, Syukri Y (2021) Design and characterization of propolis extract loaded self-nano emulsifying drug delivery system as immunostimulant. Saudi Pharmaceutical Journal 29(6):625-634.
    Pubmed KoreaMed CrossRef
  13. Beg S, Katare O, Saini S, Garg B, Khurana RK, Singh B (2016) Solid self-nanoemulsifying systems of olmesartan medoxomil: Formulation development, micromeritic characterization, in vitro and in vivo evaluation. Powder Technology 294:93-104.
    CrossRef
  14. Dokania S, Joshi AK (2015) Self-microemulsifying drug delivery system (SMEDDS)-challenges and road ahead. Drug Delivery 22(6):675-690.
    Pubmed CrossRef
  15. Kang JH, Oh DH, Oh YK, Yong CS, Choi HG (2012) Effects of solid carriers on the crystalline properties, dissolution and bioavailability of flurbiprofen in solid self-nanoemulsifying drug delivery system (solid SNEDDS). European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics 80(2):289-297.
    Pubmed CrossRef
  16. Zakkula A, Gabani BB, Jairam RK, Kiran V, Todmal U, Mullangi R (2020) Preparation and optimization of nilotinib self-microemulsifying drug delivery systems to enhance oral bioavailability. Drug Development and Industrial Pharmacy 46(3):498-504.
    Pubmed CrossRef
  17. Puszkiel A, Plé A, Huillard O, Noé G, Thibault C, Oudard S, Goldwasser F, Vidal M, Alexandre J, Blanchet B (2017) A simple HPLC-UV method for quantification of nilotinib HCl and its active metabolite N-desmethyl nilotinib HCl in patients with metastatic castration-resistant prostate cancer. Journal of Chromatography B 1058:102-107.
    Pubmed CrossRef
  18. Kim DS, Cho JH, Park JH, Kim JS, Song ES, Kwon J, Giri BR, Jin SG, Kim KS, Choi HG (2019) Self-microemulsifying drug delivery system (SMEDDS) for improved oral delivery and photostability of methotrexate. International Journal of Nanomedicine 14:4949-4960.
    Pubmed KoreaMed CrossRef
  19. Lee SM, Lee JG, Kim KS (2022) Development of Nilotinib HClloaded Solid Self-nanoemulsifying drug delivery system with Enhanced Solubility. Yakhak Hoeji 66(6):336-344.
    CrossRef
  20. Choi JE, Kim JS, Choi MJ, Baek K, Woo MR, Kim JO, Choi HG, Jin SG (2021) Effects of different physicochemical characteristics and supersaturation principle of solidified SNEDDS and surface-modified microspheres on the bioavailability of carvedilol. International Journal of Pharmaceutics 597:120377.
    Pubmed CrossRef
  21. Kim JS, Din FU, Lee SM, Kim DS, Woo MR, Cheon S, Ji SH, Kim JO, Youn YS, Oh KT (2021) Comparison of three different aqueous microenvironments for enhancing oral bioavailability of sildenafil: solid self-nanoemulsifying drug delivery system, amorphous microspheres and crystalline microspheres. International Journal of Nanomedicine 16:5797-5810.
    Pubmed KoreaMed CrossRef
  22. Zhang N, Zhang F, Xu S, Yun K, Wu W, Pan W (2020) Formulation and evaluation of luteolin supersaturatable selfnanoemulsifying drug delivery system (S-SNEDDS) for enhanced oral bioavailability. Journal of Drug Delivery Science and Technology 58:101783.
    CrossRef
  23. Kim JS, Din FU, Cho HJ, Choi YJ, Woo MR, Cheon S, Ji SH, Park S, Youn YS, Oh KT (2023) Impact of carrier hydrophilicity on solid self nano-emulsifying drug delivery system and self nanoemulsifying granule system. International Journal of Pharmaceutics 648:123578.
    Pubmed CrossRef
  24. Choi HJ, Kim KS (2020) Development of a novel ticagrelor solid dispersion-loaded tablet with enhanced solubility. Yakhak Hoeji 64(1):21-27.
    CrossRef
  25. Food and Drug Administration (FDA), Tasigna® (Nilotinib HCl) capsule clinical pharmacology and biopharmaceutics review (s).
    CrossRef
  26. Din FU, Aman W, Ullah I, Qureshi OS, Mustapha O, Shafique S, Zeb A (2017) Effective use of nanocarriers as drug delivery systems for the treatment of selected tumors. International Journal of Nanomedicine 12:7291-7309.
    Pubmed KoreaMed CrossRef
  27. Gursoy RN, Benita S (2004) Self-emulsifying drug delivery systems (SEDDS) for improved oral delivery of lipophilic drugs. Biomedicine & Pharmacotherapy 58(3):173-182.
    Pubmed CrossRef
  28. Patel D, Sawant KK (2009) Self micro-emulsifying drug delivery system: formulation development and biopharmaceutical evaluation of lipophilic drugs. Current Drug Delivery 6(4):419-424.
    Pubmed CrossRef
  29. Yao W, Guangsheng G, Fei W, Jun W (2002) Fluidization and agglomerate structure of SiO2 nanoparticles. Powder Technology 124:152-159.
    CrossRef
  30. Albertini B, Passerini N, González-Rodríguez ML, Perissutti B, Rodriguez L (2004) Effect of Aerosil® on the properties of lipid controlled release microparticles. Journal of Controlled Release 100(2):233-246.
    Pubmed CrossRef
  31. Friedrich H, Fussnegger B, Kolter K, Bodmeier R (2006) Dissolution rate improvement of poorly water-soluble drugs obtained by adsorbing solutions of drugs in hydrophilic solvents onto high surface area carriers. European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics 62(2):171-177.
    Pubmed CrossRef
  32. Gumaste SG, Dalrymple DM, Serajuddin AT (2013) Development of solid SEDDS, V: compaction and drug release properties of tablets prepared by adsorbing lipid-based formulations onto Neusilin® US2. Pharmaceutical Research 30:3186-3199.
    Pubmed KoreaMed CrossRef
  33. Beg S, Swain S, Singh HP, Patra CN, Rao MB (2012) Development, optimization, and characterization of solid selfnanoemulsifying drug delivery systems of valsartan using porous carriers. AAPS Pharmscitech 13:1416-1427.
    Pubmed KoreaMed CrossRef
  34. Trivedi R, Chatterjee B, Kalave S, Pandya M (2023) Role of Fine Silica as Amorphous Solid Dispersion Carriers for Enhancing Drug Load and Preventing Recrystallization-A Comprehensive Review. Current Drug Delivery 20(6):694-707.
    Pubmed CrossRef
  35. Kim DW, Kwon MS, Yousaf AM, Balakrishnan P, Park JH, Kim DS, Lee BJ, Park YJ, Yong CS, Kim JO (2014) Comparison of a solid SMEDDS and solid dispersion for enhanced stability and bioavailability of clopidogrel napadisilate. Carbohydrate Polymers 114:365-374.
    Pubmed CrossRef
  36. Choi HJ, Kim KS (2021) Development of Solid Selfnanoemulsifying Drug Delivery Systems of Ticagrelor Using Porous Carriers. Journal of Life Science 31(5):502-510.
  37. Sprunk A, Strachan CJ, Graf A (2012) Rational formulation development and in vitro assessment of SMEDDS for oral delivery of poorly water soluble drugs. European Journal of Pharmaceutical Sciences 46(5):508-515.
    Pubmed CrossRef


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