페북소스타트는 크산틴-산화억제제로 혈액내 고요산혈증을 치료하는 약물로 통풍 치료제이다. Uloric^®은 미국 식품의약국 (US-FDA)에 2009년에 승인된 페북소스타트의 오리지널의약품 (전문의약품)으로, 하루 복용량은 40 mg 및 80 mg이다 (Uloric [febuxostat] in www.rxlist.com). 페북소스타트는 생물약제학적 분류체계 (Biopharmaceutics Classification System, BCS)의 BCS Ⅱ class에 속하며 수용액상의 낮은 용해도 (12.9 μg/mL) 및 높은 장관 투과도 특성이 있고, pH 의존적 약물로 pH가 높을수록 용해도가 증가한다.^{1, 2)} BCS Class는 약물의 용해도 및 장관 투과도에 따라 분류된다. 약물의 수용액상의 높은 용해도는 Class (Ⅰ및 Ⅲ) 분류에 속하며, 약물의 수용액상의 낮은 용해도는 Class (Ⅱ 및 Ⅳ) 분류에 속한다.^{3, 4)} 약물의 투여경로 중 가장 선호도가 높은 것은 경구투여이며, 환자들은 여러 제형 중 고체상이면서 휴대 및 복용이 편리한 정제를 가장 선호한다. 이러한 이유로 약물의 가용화에 성공하더라도 고체화를 시켜야 한다는 점에 있어 고체분산체 제조방법이 널리 사용되고 있다.⁵⁾ 고체분산체 제조방법은 약 100년전에 개발되었고, 현재 3세대 제조방법으로 계면활성제, 계면활성제 및 고분자의 혼합, 고분자들간의 혼합을 이용하여 제조한다. 3세대 제조방법에 의해 개발된 고체분산체제제의 핵심은 가용화 및 생체이용율 개선과 약물의 안정화 (inhibiting recrystallization of drug)이다.⁵⁾ 고체분산체의 장점으로는 약물의 향상된 습윤성, 표면적 증가, 용해도 증가, 생체이용율 향상 및 고체상으로 환자복용편리성 증대 등이 있다. 반면에 단점으로는 물리적으로 불안정성 (시간에 따른 결정성 변화 및 용출율 감소) 및 제제의 불안정성으로 인한 치료효과 감소 등이 있다.⁶⁾

고체분산체 제조방법은 크게 두 가지인 용융 (melting)법 및 용매증발 (solvent evaporation)법으로 나눌 수 있다.⁶⁾ 첫 번째 제조방법인, 용융법의 핵심은 약물을 녹이는 것으로, 일반적으로 낮은 용융점을 갖는 약물 적용이 가능하다. 약물의 용융점이 높으면 고분자를 먼저 녹인 후 약물을 가용화 할 수 있다. 최종적으로 액화된 물질을 실온이나 저온 냉각을 통해 고체상의 물질을 얻는 방법이다. 사용기기로는 핫플레이트 및 고온용융압출기 등을 사용한다.^5-7) 두 번째 제조방법인, 용매증발법은 약물을 용해시킬 수 있는 용매 선정 후 고분자를 용해시키거나 분산형태로 만들고, 최종적으로 용매를 모두 증발시켜 고체상의 물질을 얻는 방법이다. 제조방법의 중요점은 약물의 용해도가 높은 휘발성 용매를 선정해야한다. 사용기기로는 건조오븐, 진공건조기, 농축증발기, 분무건조기, 동결건조기, 초임계유체 등이 있다.^{2, 5, 6)}

최근 페북소스타트 가용화 연구논문들은 대부분 용매증발법을 사용하였다.^{2, 8-12)} 반면에, 여러제조방법 중 용융법을 단독으로 사용한 연구는 없었다.¹¹⁾ 페북소스타트 가용화 연구에 용융법이 사용이 되지 않는 이유는 페북소스타트의 높은 용융점 (205-208°C)으로 사료된다 (Uloric [febuxostat] in www.rxlist.com). 또한, 동일처방에 다른 제조방법 적용 시 용융법이 다른 제조방법과 비교하여 높은 용출결과 (피록시캄) 및 낮은 용출결과 (페노피브레이트, 페북소스타트 및 타다라필)를 나타내기도 하였다.^{11, 13-15)}

Neusilin^®UFL2은 수용액상의 pH를 증가시켜 제산제로 사용된다. 기본적인 물리적특성으로 높은 겉보기 밀도, 높은 유동성, 높은 표면적, 높은 분산성을 갖고 있어 고체분산체의 캐리어 역할을 하기도 한다.¹⁶⁾

D-α-Tocopherol polyethylene glycol 1000 succinate (TPGS)는 수용성과 비수용성 구조를 이며 친수성-친수성 밸런스인 HLB (13.2)로 극성에 속하며 수중유적형 유화제 및 가용화제로 사용된다. 제제개발에 TPGS를 이용하여 생체이용률 향상시킨 경우도 있다.^{17, 19)} 또한, 이전연구에서 페북소스타트 용해도 테스트 결과 TPGS (1%, w/v) 수용액상에서 여러 종류의 고분자 중 가장 높은 용해도 (235.8 ± 9.9 μg/mL)를 나타냈다.⁹⁾ 따라서, UFL2^® (분산제 및 pH 기제) 및 TPGS (가용화제)를 페북소스타트 제제의 구성 성분으로 선정하였다.

이전 페북소스타트 고체분산체 유사 연구로는 다음과 같다. 첫 번째, 스크리닝을 통해 고분자 (HS-15^®) 및 캐리어 (granular dicalcium phosphate dehydrate [DCP-D])를 선정하고 분산제 (Neusilin^®UFL2) 및 안정화제(chitosan)로 최종제제가 개발되었다.²⁾ 두 번째, pH agent (meglumine) 및 고분자 (P407^®)는 스크리닝을 통해 선정되었고, 캐리어 또한 스크리닝을 통해 mannitol로 선정하여 최종제제가 개발되었다.⁹⁾ 세 번째, Gelucire^®50/13을 선정 후 분산제 및 pH agent인 Neusilin^®US2로 최종 제제가 개발되었다.¹²⁾ 상기 연구논문들은 모두 용매증발법으로 개발되었다.

본 연구목적은 용융법을 이용하여 페북소스타트-UFL2^®-TPGS 삼원계 고체분산체를 개발하여 페북소스타트의 용출율 개선 및 안정화 하는 것이다. 연구의 필요성은 용융법을 이용한 페북소스타트 연구는 미비하고, 용융법을 통해 고체분산체로 개발 시 단단한 고체가 아닌 끈적임이 있는 고체상태가 되는 경우도 있다. 이를 극복하기 위해 용융법을 이용한 페북소스타트 가용화 연구가 필요하다. 연구 가설은 pH 향상 기제인 UFL2^®를 통해 정제수에서의 pH 증가시켜 약물의 용해도를 증가시키고, 추가적인 용해도 개선은 가용화제인 TPGS를 통해 페북소스타트의 용해도 및 용출율을 향상시키는 것이다. 또한, 고형화 역할 및 큰 표면적을 갖는 UFL2^®가 페북소스타트의 안정화에 효과가 있을 것으로 사료된다. 본 연구 전략은 용융법을 이용하여 높은 용융점을 갖는 페북소스타트를 용융점이 낮은 TPGS 함께 용융시켜 페북소스타트의 용융점을 낮춰 액화시킨 후 UFL2^®로 고체화하는 것이다.

모든 제제의 평가는 사전용출법으로 용출시험을 대신 평가하였고, 이를 통해, 선정된 최적화 제제는 용출평가, 함량평가, 물리화학적 특성평가 및 안정성 평가를 수행하였다.

시약 및 재료

페북소스타트 (febuxostat)는 유유제약㈜으로부터 제공받았다 (Suwon-si, Korea). Neusilin^®UFL2 는 Fuji Chemical Industries Co., Ltd에서 제공받았다 (Toyoma, Japan). D-α-Tocopherol polyethylene glycol 1000 succinate (TPGS)는 BASF에서 제공받았다 (Ludwigshafen, Germany). Ethyl alcohol (99.5%)은 삼전화학에서 구입하였다 (Seoul, Korea).

고체분산체 개발

페북소스타트 고체분산체는 용융법을 이용하여 제조하였다. 먼저, 알루미늄컵호일에 페북소스타트 및 TPGS의 중량을 잰 후 220°C 온도로 셋팅된 멀티핫플레이트에서 완전히 용융하여 스페츄라로 혼합 후 즉시 상온으로 옮겨 UFL2^® 첨가하여 혼합한다 (HS15-03P, MISUNG SCIETIFIC CO.,LTD, Korea). 이후 고체화를 위해 데시게이터에서 하루 동안 추가 건조 후 20 호체로 여과한다 (Table 1).

Table 1 Composition of F formulations (in milligrams, one batch)

	F1	F2	F3	F4	F5	F6	F7	F8
Febuxostat	40	40	40	40	40	40	40	40
UFL2®	40	40	40	80	120	160	120	160
TPGS	40	80	120	120	120	120	160	160
Total	120	160	200	240	280	320	320	360

사전용출 결과에 따라 최종제제를 SD1 (F5)로 선정하고, 이 제제의 주요 인자를 파악하기 위해 구성성분을 하나씩 제거를 하여 제조하였다²⁾ (Table 2). 제조방법은 상기 방법과 동일하다.

Table 2 Composition of SD formulations (in milligrams, one batch)

	SD1	SD2	SD3	SD4 (blank)
Febuxostat	40	40	40	-
UFL2®	120	-	120	120
TPGS	120	120	-	120
Total	280	160	160	240

안식각평가

먼저, 실험대의 5 cm 위에 깔때기 (내경 0.5 cm)를 고정시킨다. 샘플들을 깔때기를 통과시켜 형성된 원뿔모양의 샘플 더미의 경사각을 측정하여 안식각을 평가한다.¹⁸⁾

UV-Vis spectrophotometry

페북소스타트 제제의 분석은 315 nm 파장에서 UV-Vis 분광광도계 (X-ma 1000; Human Co., Korea)로 분석하였다. 분석전처리방법은 샘플채취 후 원심분리를 통해 불용성 물질을 제거하고, 적절하게 희석하였고, 이전 논문과 동일하다.^{2, 9)}

사전용출평가

사전용출평가방법은 기존 용출법에서의 불편함을 해소하기 위해 개발되었다.^{12, 18)} 페북소스타트 제제 (페북소스타트로써 4 mg에 해당량)의 중량을 칭량 후, 37 ± 1°C 로 유지된 정제수 90 mL가 들어있는 유리비커에서 사전용출을 평가하였다. 교반속도는 400 rpm이며, 샘플채취는 15분, 30분, 45분, 60분 (총 4차례), 각 1 mL씩 채취하였다 (n=3). 사전용출평가 후 25°C로 항온 후 pH 측정을 하였다 (Ohaus Starter 3100 pH meter, MA, USA).

용출평가

순수 페북소스타트, 최적의 제제인 SD1, 최적의 제제와 동일한 물리적 혼합물인 (PM1), 패브릭정^® (페북소스타트로써 40 mg 해당량)을 분쇄 후 평가하였다 (n=6). 용출평가방법은 제 2법 100 rpm 으로 수행하였고, 샘플 채취시간은 5분, 15분, 30분, 45분 및 60분으로 이전 논문과 동일하다.^{2, 9)}

물리화학적평가

물리화학적 평가는 SD1의 각 성분, 물리적혼합물 (PM1), 및 플라시보제제 (BM1) 샘플들에 대한 열적평가, 구조적평가, 결정학적평가를 수행하였다.^{2, 9)} 열적평가는 5 – 350°C 범위에서 10°C/min 승온속도로 시차주사열량계; Differential scanning calorimetry (DSC) (60A Shimadzu, Japan)를 이용하여 평가하였다. 구조적평가는 4,000 – 500 cm⁻¹ (분리도 2 cm⁻¹) 측정범위에서 퓨리에변환적외선분광기; Fourier-transform infrared (FT-IR) spectrometer (Nicolet6700, Thermo Scientific, USA)를 이용하여 평가하였다. 결정학적 평가는 5°- 70°의 2θ 범위로 (step size; 0.02° 및 scanning time; 1s) 다기능 X-선회절분석기; Multipurpose X-ray Diffractometer (XRD) [X'pert Pro MRD, PANalytical, Netherlands])를 이용하여 평가하였다.

안정성평가

최종제제 (SD1) 및 SD (2-3) 제제는 함량 및 사전용출평가를 통해 3개월간 안정성 평가를 수행하였다. 모든 샘플들은 유리바이알에 넣고 캡으로 닫은 후 데시케이터에 보관하였고, 사전용출평가를 통해 평가하였다.^{2, 9)} 함량평가는 페북소스타트로써 4 mg 해당량을 취해 볼륨플라스크에 넣고 에탄올 100 mL 표선을 맞춰 사전용출평가와 동일하게 UV-Vis 분광광도계를 통해 분석하였다.

용해도평가

순수 페북소스타트, 물리적혼합제제 (PM1) 및 최종제제 (SD1)의 용해도평가는 페북소스타트로써 10 mg 해당량을 취해 정제수 10 mL이 들어있는 유리바이알에 첨가한다. 모든 샘플들은 1시간 및 24시간 후 적절한 희석을 통해 UV-Vis 분광광도계를 통해 분석하였다.

통계분석

통계처리는 SigmaPlot의 student's t-test로 처리하였고, 평균 ± 표준편차 (standard deviation)로 표현하였다 (SigmaPlot, ver. 12.5; SYSTAT, Inc., Chicago, IL, USA). 모든 분석에서 p < 0.005(***), p < 0.01(**), p < 0.05(*)가 통계적으로 유의한 것으로 간주하였다.

고체분산체 성상평가

페북소스타트 약물의 용융점이 대략 209°C 정도로 비교적 높은 용융점을 갖고 있다.^{2, 9)} 따라서, 페북소스타트의 용융점보다 높은 온도로 (220°C) 핫플레이트를 셋팅하였다. 페북소스타트의 용융점보다 높은 온도에서 제조를 하였으나, 페북소스타트 단독으로는 잘 용융되지 않았고, TPGS와 함께 첨가 시 잘 용융되었다. TPGS의 용융점이 낮아 (40°C이하) 낮은 온도에서 용융되어 액화되면서 페북소스타트의 용융을 도와주는 것으로 사료된다.¹⁹⁾ UFL2^®는 페북소스타트 및 TPGS가 모두 용융되어 액상이 되었을 때 상온으로 옮겨 첨가하여 혼합하였다.

F (1-3) 제제는 TPGS 증량에 따른 효과를 확인하기 위한 처방이다. TPGS 증량에 따라 제제의 안식각이 증가하였다 (F1; 60.0 ± 5.0°, F2; 63.3 ± 2.9°, F3; 66.7 ± 2.9°). 따라서, 제제의 흐름성은 감소하였고, 미황색 과립형태를 띄었다. F (3-5) 제제는 UFL2^® 증량에 따른 효과를 확인하기 위한 처방이다. UFL2^® 증량에 따라 제제의 안식각이 감소하였다 (F3; 66.7 ± 2.9°, F4; 48.3 ± 2.9°, F5; 43.3 ± 2.9°). 제제의 흐름성은 증가하였고, 미황색 과립형태를 띄었다. F (6-8) 제제는 F5 제제 기준으로 UFL2^® 증량 (F6) 및 TPGS 증량 (F7), 그리고 UFL2^® 및 TPGS 모두 증량 (F8) 하였다. 모든 제제는 미황색 과립형태를 띄며, F6 제제를 제외하고, F5 제제와 비교하여 안식각은 증가하였다. (F6; 41.7 ± 0°, F7; 48.3 ± 2.9°, F8; 46.7 ± 2.9°).

최종제제인 SD1 (F5)과 비교하여 SD3 (SD1제제-TPGS 제거) 및 SD4 (SD1제제-페북소스타트 제거) 제제들은 모두 안식각은 거의 유사하였다 (SD1; 43.3 ± 2.9°, SD3; 45.0 ± 0°, SD4; 46.7 ± 2.9°). 그러나, SD2 제제 (SD1제제-UFL2^® 제거)의 안식각이 70.0 ± 5.0°로 흐름성은 크게 감소하였다. 이는 UFL2^®가 흐름성에 영향을 많이 주는 인자임을 알 수 있다.

고체분산체과립 사전용출율

F (1-3) 제제는 TPGS 증량에 따라 최종 사전용출율의 증가패턴을 보였다 (Fig. 1). F (1-3) 제제의 최종 사전용출은 39.1 ± 0.5% (F1), 49.2 ± 1.7% (F2), 59.0 ± 1.8% (F3)이다. 이러한 결과에 따라, 페북소스타트의 가용화의 TPGS 효과를 확인하였다. F (1-3) 제제의 pH 값은 5.53 ± 0.02 (F1), 5.56 ± 0.03 (F2), 5.60 ± 0.05 (F3) 이다. pH 변화는 거의 없다.

Fig. 1. Dissolution of F (1-8) formulations. F formulations were used for the dissolution test in distilled water at 37±1°C for 60 min.
Data are expressed as mean±standard deviation (n=3).

F (4-5) 제제는 F3 제제 기준으로 UFL2^® 증량에 따라 최종 사전용출율은 증가패턴을 보였다. F (4-5)제제의 최종 사전용출율은 67.6 ± 3.1% (F4), 73.9 ± 1.0% (F5) 이다. TPGS의 효과가 높은 F3 제제에서 흐름성 및 분산성을 위해 UFL2^®를 증량하였고, 그 결과 최종 사전용출율은 UFL2^®의 증량에 따른 효과를 확인하였다. F (4-5) 제제의 pH 값은 5.95 ± 0.03 (F4), 6.24 ± 0.04 (F5) 이다. F3 제제와 비교하여 UFL2^® 증량에 따른 pH 증가를 보였다. F (6-8) 제제는 F5 제제기준으로 각각 UFL2^® (F6), TPGS 증량 (F7), UFL2^® 및 TPGS (F8) 모두 증량 하였으나, 최종 사전용출율은 F5 제제와 비교하여 감소하였다. F (6-8) 제제의 최종 사전용출율은 56.8 ± 1.1% (F6), 67.4 ± 1.3% (F7), 67.8 ± 0.3% (F8)이다. 이러한 결과는 과량의 TPGS 및 UFL2^®의 제제가 오히려 최종 사전용출율을 감소시킨 것으로 사료된다. 특히, 약물과 TPGS 비율이 1:3 이상이면 TPGS의 영향으로 끈적임이 생기며, 응집성도 커져 흐름성 및 물에 대한 분산성이 감소되는 것으로 사료된다. 또한, 약물과의 UFL2^® 비율이 1:3 이상이면 부형제가 과다하여 과립 제조 시 겉도는 현상이 있었다. F8 제제는 TPGS 및 UFL2^® 모두 증량한 제제로 F5 제제와 비교하여 초기 사전용출율은 유사하였으나, 최종 사전용출율은 감소하였다. F5 제제의 최종 사전용출율은 다른 F 제제들과 비교하여 p-value가 0.005 이하이다 (제외, F4 = 0.029). 따라서, 초반 및 최종 사전용출율을 모두 고려하여 최종 제제를 F5 제제로 선정하였다. F (6-8) 제제의 pH 값은 6.34 ± 0.04 (F6), 6.37 ± 0.01 (F7), 6.62 ± 0.04 (F8) 이다.

상기 연구결과를 통해 TPGS가 페북소스타트의 가용화에 주된 요인으로 생각되지만, 확실한 결과를 얻기 위해 추가적인 실험을 하였다. 최종 선정된 SD1 (F5) 제제에서 UFL2^® 제거 (SD2), TPGS 제거 (SD3) 및 페북소스타트 제거 (SD4) 제제들을 개발하였다. pH 1.2 용액에서의 최종 사전용출율은 8.8 ± 0.2% (SD1), 3.3 ± 0.3% (SD2)이며, SD3 및 SD4 제제는 UV-Vis 분광광도계에 검출되지 않았다 (Fig. 2a). pH의 변화는 1.2에서 1.3 – 1.35로 상승효과를 보였다. 정제수에서의 최종 사전용출율은 72.6 ± 1.1% (SD1), 24.9 ± 0.9% (SD2), 5.3 ± 0.9% (SD3)이며, SD4 제제는 UV-Vis 분광광도계에 검출되지 않았다 (Fig. 2b). SD (1-4) 제제의 pH 값은 6.24 ± 0.04 (SD1), 4.80 ± 0.04 (SD2), 6.35 ± 0.05 (SD3), 6.61 ± 0.03 (SD4) 이다. UFL2^® 제거된 SD2 제제의 pH가 크게 감소됨을 확인하였다.

Fig. 2. Dissolution of SD (1-4) formulations.
SD (1-4) formulations were used for the dissolution test in pH 1.2 media (a) and distilled water (b) at 37±1°C for 60 min. Data are expressed as mean±standard deviation (n=3).

상기 연구결과를 통해, SD1 제제에서의 TPGS의 역할은 24.9% 였다면, UFL2^®의 역할은 5.3%에 불과하다. 결과적으로 SD 제제에서 각각의 TPGS 및 UFL2^®의 효과는 낮지만, TPGS 및 UFL2^®의 병용사용으로 인한 시너지효과로 SD1 제제의 사전용출율이 72.6± 1.1%로 가용화에 성공한 것으로 사료된다.

용출평가

순수 페북소스타트, 패브릭정^®, 물리적혼합물 (PM1) 및 SD1 제제를 위액의 pH인 pH 1.2 용액, 정제수 및 장액의 pH인 pH 6.8 완충용액에서 평가하였다 (Fig. 3).

Fig. 3. Dissolution of samples.
Pure febuxostat, Feburic Tab^®, physical mixture (PM1), and solid dispersion formulation (SD1) were prepared in pH 1.2 media (a), distilled water (DW) (b), and pH 6.8 buffer (c) (n=6).

PM1 제제는 순수 TPGS로 인한 응집체가 관찰되었으나, SD1제제는 일정한 입자크기로 관찰되었다.

pH 1.2 용액의 최종용출율은 2.2 ± 0.6% (순수 페북소스타트), 3.7 ± 0.2% (패브릭정^®), 2.3 ± 0.2% (PM1) 및 7.7 ± 0.4% (SD1)로 매우 낮은 결과가 나타났다. 이는 페북소스타트 약물 자체의 pH 의존성 용해도 특성에 기인하는 것으로 사료된다.^{2, 9)} SD1 제제의 최종용출율은 다른 제제들과 비교하여 p-value가 0.005 이하이다.

정제수에서의 최종용출율은 3.8 ± 0.2% (순수 페북소스타트), 41.0 ± 4.1% (패브릭정^®), 41.5 ± 3.8% (PM1) 및 71.8 ± 1.3% (SD1)로 나타났다. SD1 제제의 최종용출율은 1.75배 (패브릭정^®) 및 1.73배 (PM1) 증가하였다. SD1 제제의 최종용출율은 다른 제제들과 비교하여 p-value가 0.005 이하이다. SD1의 최종용출율이 PM1과 비교하여 확실한 차이를 보였고, 용융법의 효과를 보여준 결과이다.

pH 6.8 완충액에서의 최종용출율은 70.9 ± 5.6% (순수 페북소스타트), 83.6 ± 0.9% (패브릭정^®), 85.1 ± 1.4% (PM1) 및 90.2 ± 2.0% (SD1)로 나타났다. SD1 제제의 최종용출율은 1.08배 (패브릭정^®) 및 1.06배 (PM1) 증가하였다. SD1 제제의 최종용출율은 p-value가 0.006 (패브릭정^®) 및 0.022 (PM1)으로 통계적으로 낮은 유의성은 보이지 않았다. 그러나 페북소스타트의 용해도 자체가 pH가 증가할수록 증가하기 때문에 pH 6.8 완충액에서의 결과는 감안해야 한다. 종합적으로, SD1의 용출율 결과는 패브릭정^®과 비교하여 2.08- (pH 1.2 완충용액), 1.75- (정제수), 1.08-배 (pH 6.8 완충용액) 용출율이 향상되었다.

이전 페북소스타트 고체분산체 연구결과는 다음과 같다. 첫번째는, 페북소스타트-HS 15^®-dicalcium phosphate dehydrate (DCP-D)-UFL2^®-chitosan (1:3:3:1:1, w/w) 제제 (용매증발법)는 정제수 및 pH 6.8 완충액에서 90% 이상 최종용출율 결과를 보였다.²⁾ 두번째, 페북소스타트-meglumine-P407-mannitol (1:2:1:1, w/w) 제제 (용매증발법)는 정제수 및 pH 6.8 완충액에서 90% 이상 최종용출율 결과를 보였다.⁹⁾ 세번째, 페북소스타트-Sulphobutyl ether β-cyclodextrin (1:5, w/w)과 5% PEG6000 수용액 복합체 (동결건조법) 제제는 정제수 및 pH 6.8 완충액에서 80% 이상 최종용출율을 나타냈다.²⁰⁾ 네번째, 페북소스타트-P407^® (1:5, w/w) 제제 (용매증발법)는 정제수에서는 60% 이하, pH 6.0완충용액에서 대략 80% 최종용출율을 나타냈다.²¹⁾ 다섯번째, 페북소스타트-Gelucire^®50/13-US2^® (1:2:4, w/w) 제제 (용매증발법)은 정제수 72% 및 pH 6.8완충용액에서 90% 최종용출율을 나타냈다.¹²⁾ 본 연구결과는 상기 연구 논문들과 비교하여 pH 6.8 완충액에서는 유사한 용출율결과를 확인하였다.

물리화학적평가

열분석, 구조분석, 결정형분석을 통해 물리화학적 평가하였다 (Fig. 4).

Fig. 4. Physicochemical properties of samples.
Febuxostat, TPGS, UFL2^®, blank formulation (BM1), physical mixture (PM1), and solid dispersion (SD1) were evaluated using differential scanning calorimetry (a), Fourier transform infrared spectroscopy (b), and powder X-ray diffraction (c).

DSC측정을 통해 열분석을 수행하였다. 각 성분들의 용융점은 209.3°C (페북소스타트), 39.8°C (TPGS), 브로드피크인 53.9°C 및 200.9°C (UFL2^®), 37.9°C 및 브로드피크인 235.2°C (플라시보제제, BM1), 39.1°C 및 209.7°C (물리적혼합, PM1), 33.6°C 및 브로드피크인 239.2°C (SD1)이다. SD1 제제는 TPGS 용융점 및 UFL2^®의 브로드피크가 확인되었고, PM1은 TPGS 및 페북소스타트의 용융점이 확인되었다. 이러한 결과에 따라, SD1 제제의 페북소스타트의 피크가 사라졌으며 열적변화가 있는 것으로 사료된다.

FT-IR 측정을 통해 구조분석을 수행하였다. 샘플들의 주요 C=O 밴드는 1678.5 cm⁻¹ (페북소스타트), 1735.9cm⁻¹ (TPGS), 1642.0 cm⁻¹ (UFL2^®), 1735.8 cm⁻¹ 및 1641.4 cm⁻¹ (BM1), 1730.7 cm⁻¹, 1678.2 cm⁻¹ 및 1605.2 cm⁻¹ (PM1), 1682.9 cm⁻¹ 및 1605.6 cm⁻¹ (SD1)에 나타난다. 이러한 결과에 따라, SD1 제제에서의 TPGS 및 페북소스타트의 C=O 밴드부분이 변화되어 주피크가 병합된 것으로 사료된다. 이를 통해, 약물과 부형제들 사이의 상호작용이 있는 것으로 사료된다.

XRD 측정을 통해 결정성 분석을 수행하였다. 페북소스타트 및 TPGS는 결정형 물질이며, UFL2^®는 무정형 물질이다. PM1에서는 페북소스타트 및 TPGS의 피크가 관찰되었고, BM1 및 SD1에서는 TPGS 피크만 존재할 뿐 페북소스타트 피크는 관찰되지 않았다. 따라서, SD1 제제의 페북소스타트는 결정형에서 무정형으로 변화된 것으로 사료된다.

이전 연구 논문에서 페북소스타트 고체분산체에서 용융점 및 결정성이 변화로 인해 페북소스타트의 용출율 개선 사례가 있다.^{2, 9, 12, 20)}

안정성평가

SD (1-3) 제제의 안정성 평가결과 모두 함량은 98% 이상 유지되었다. 초기(initial)/3개월 사전용출율은 72.6 ± 1.1%/72.7 ± 1.9% (SD1), 24.9 ± 0.9%/23.7 ± 2.9% (SD2), 5.3 ± 0.9%/5.7 ± 0.4% (SD3)이다 (Fig. 5). SD (1-3) 제제는 3개월간의 안정성을 확보하였다. 이전 연구에서도 무정형의 페북소스타트의 안정성 확보한 사례가 있다.^{2, 9)}

Fig. 5. Stability test.
The SD (1-3) formulations were evaluated the dissolution test in storage condition for 3 months. Data are expressed as mean±standard deviation (n=3).

용해도평가

순수 페북소스타트, 물리적혼합제제 (PM1) 및 최종제제 (SD1)의 1시간 및 24시간 용해도 결과는 24.1 ± 1.9/33.6 ± 2.7 µg/mL (순수 페북소스타트), 257.6 ± 12.8/320.0 ± 12.9 µg/mL (PM1) 및 355.3 ± 17.0/455.6 ± 22.3 µg/mL (SD1)이다. SD1 제제의 24시간 용해도는 13.5배 (순수 페북소스타트) 및 1.4배 (PM1) 증가하였다.

약물의 물리적 특성을 파악하는 것이 연구의 기본적인 프리포뮬레이션이며, 이에 따라 연구전략을 세운다. 특히, 동일 약물에서 여러 제조방법에 따라 가용화연구의 결과는 상이하게 다르다. 본 연구는 페북소스타트의 가용화를 위해 제조방법을 용융법으로 선정하고, 전략적으로 제산제로 사용되는 UFL2^® 및 용융점이 낮고 가용화기제인 TPGS를 사용하였다. 그러나, 연구결과는 가설과 달리 TPGS가 UFL2^®보다 더 가용화에 많은 기여를 하였고, 각각의 단독사용시 사전용출율의 결과는 낮았지만, 두 물질의 병용사용시 시너지효과를 통해 사전용출율이 높은 최종 제제인 SD1을 성공적으로 개발하였다. SD1 제제의 최종용출평가 결과 최종용출율은 7.7 ± 0.4% (pH 1.2용액), 71.8 ± 1.3% (정제수) 및 90.2 ± 2.0% (pH 6.8 완충용액)으로 패브릭정^® (대조약)과 비교하여 2.08-배 (pH 1.2용액), 1.75-배 (정제수), 1.08-배 (pH 6.8 완충용액) 용출율이 향상되었다. 또한, SD1 제제의 페북소스타트는 물리화학적특성은 다음과 같이 변화하였다. SD1 제제의 페북소스타트는 결정형에서 무정형으로 변화하였고, 페북소스타트의 용융점이 사라졌으며, 페북소스타트와 부형제간의 상호결합이 관찰되었다. 즉, 물리적특성변화에 의해 SD1 제제의 용출율이 개선되었고, 3개월간의 안정성의 확보가 가능한 것으로 사료된다.

이 연구는 정부 (과학기술정보통신부)의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 연구임 (No. IRIS RS-2023-00277126).

모든 저자는 이해 상충을 가지고 있지 않음을 선언한다.

Jun Sik Ham: Student

Jae-Seon Kim: Manager

Jin-Seok Choi : Professor