Application of the electrospinning process in the preparation of nanofibers containing antiviral agents with improved in vitro availability

Lopinawir (LPV) i rytonawir (RTV) to dwa spośród podstawowych leków antyretrowirusowych, które należą do IV grupy Systemu Klasyfikacji Biofarmaceutycznej (BCS) i charakteryzują się bardzo słabą rozpuszczalnością oraz przenikalnością przez błony biologiczne. Celem pracy była poprawa rozpuszczalności tych substancji poprzez sporządzenie amorficznych stałych rozproszeń (ASD) w postaci nanowłókien na bazie polimerowych nośników. W tym celu zastosowano technikę elektroprzędzenia polegającą na odparowaniu rozpuszczalnika ze strumienia roztworu wytworzonego pod wpływem wysokiego napięcia elektrycznego z jednoczesnym utworzeniem włókien polimerowych.W badaniu roztworów placebo ocenie poddano szereg formulacji, z których jako optymalne nośniki dla substancji leczniczych wybrano etanolowe roztwory: 30% Kollidonu® K30 (PVP), 35% Kollidonu® VA64 (KVA) oraz 25% Eudragitu® E100 (E). Następnie na ich bazie sporządzono roztwory zawierające 5%, 10% lub 20% LPV oraz 2,5% i 5% roztwory RTV, które poddano procesowi elektroprzędzenia.Analiza mikroskopowa powstałych włókien wykazała ich niejednorodną grubość. Badanie rentgenograficzne potwierdziło obecność formy amorficznej zarówno LPV jak i RTV w sporządzonych włóknach. Badanie kąta zwilżania wykazało hydrofilowy charakter włókien na bazie PVP i KVA oraz hydrofobowy charakter włókien na bazie E.Stwierdzono korzystny wpływ zastosowania procesu elektroprzędzenia na rozpuszczalność oraz szybkość rozpuszczania substancji leczniczych. Włókna z LPV na bazie E charakteryzowały się zwiększoną rozpuszczalnością względem krystalicznego lopinawiru we wszystkich badanych rozpuszczalnikach oraz poprawą szybkości rozpuszczania dla włókien z największą zawartością substancji leczniczej. Natomiast dla włókien z RTV na bazie PVP i KVA wykazano odpowiednio ponad 6- i 13-krotne zwiększenie rozpuszczalności względem krystalicznego RTV w pH = 1,2 i wyraźną poprawę szybkości rozpuszczania niezależnie od zawartości substancji leczniczej.

Lopinavir (LPV) and ritonavir (RTV) are two of the essential antiretroviral active pharmaceutical ingredients (APIs) which belong to class IV of the Biopharmaceutics Classification System. The objective of this research was to enhance the solubility of these substances. This was accomplished by preparing amorphous solid dispersions (ASDs) in the form of fibers. For this purpose, the electrospinning technique was used, which involves evaporation of the solvent and formation of polymer fibers by high electric voltage.The preliminary study indicated that ethanolic solutions of 30% Kollidon® K30 (PVP), 35% Kollidon® VA64 (KVA) and 25% Eudragit® E100 (E) were optimal. Then, 5%, 10%, and 20% solutions of LPV and 2.5% and 5% solutions of RTV in polymeric solutions were prepared and electrospun later.The obtained fibers had a heterogeneous diameter when analyzed microscopically. X-ray analysis confirmed the formation of ASDs in the fibers for both APIs. Contact angle studies revealed the hydrophilic nature of the PVP and KVA fibers and the hydrophobic nature of the fibers based on Eudragit® E.The positive effect of the electrospinning process on the solubility and dissolution rate of both substances was observed. Fibers containing LPV based on E showed increased solubility compared to raw LPV in all tested media and an improvement in the dissolution rate of the fibers with the highest drug load. For RTV fibers based on PVP and KVA, the solubility in acidic conditions increased 6- and 13-times, respectively, in comparison to raw RTV. These fibers also demonstrated an improvement in dissolution rate.