A molecular dynamics simulation of the release of desloratadine from alloys containing polyvinylpyrrolidone

Юлия Александровна Полковникова; Мохамед Белал; Алексей Иванович Сливкин

doi:10.17308/kcmf.2024.26/12225

Юлия Александровна Полковникова ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет», Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0003-0123-9526
Мохамед Белал ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет», Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация https://orcid.org/0009-0004-7830-8942
Алексей Иванович Сливкин ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет», Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0001-6934-0837

DOI: https://doi.org/10.17308/kcmf.2024.26/12225

Ключевые слова: высвобождение, дезлоратадин, поливинилпирролидон, молекулярная динамика

Аннотация

В настоящее время перспективным направлением в фармацевтической технологии при разработке состава лекарственного средства является применение компьютерного моделирования. Молекулярная динамика значительно расширила возможности химии и некоторых других областей, обеспечив пространственное и временное разрешение, недоступное в экспериментах. Использование метода моделирования молекулярной динамики является весьма актуальным при разработке твердых дисперсий лекарственных средств. Целью данного исследования является проведение моделирования молекулярной динамики высвобождения дезлоратадина из сплавов с поливинилпирролидоном-10000 в среду растворения.

Моделирование высвобождения дезлоратадина из сплавов с поливинилпирролидоном-10000 проведено методом молекулярной динамики (программа Gromacs 2023, силовое поле Amber 99). Были рассчитаны энергии ван-дерваальсова взаимодействия дезлоратадина с ПВП и с водой; доля молекул дезлоратадина, потерявших связь с ПВП. Молекула дезлоратадина считалась высвободившейся в воду при условии отсутствия её связывания с полимером и наличия связывания с водой.

Установлено, что наибольшая степень высвобождения дезлоратадина из ПВП в водную среду происходит при соотношении 1:1 (24.56±2.08 %), а наименьшая – при соотношениях 1:2 и 1:5 (8.27±1.79 и 8.65±0.98 % соответственно). При соотношении 1:1 средняя энергия взаимодействия дезлоратадина с ПВП в пересчёте на одну молекулу дезлоратадина была наибольшей (–36.13±0.62 кДж/моль) при низкой энергии взаимодействия дезлоратадина с водой (–52.03±0.82 кДж/моль), что свидетельствует о наибольшем вовлечении дезлоратадина в процесс сольватации и десорбции при данном соотношении. Средняя энергия взаимодействия дезлоратадина с полимером была наименьшей при соотношении 1:5 (–52.03±0.82 кДж/моль), а с водой (–44.45±1.60 кДж/моль), данный факт свидетельствует о низкой интенсивности процесса десорбции и сольватации при данном соотношении

Скачивания

Данные скачивания пока не доступны.

Биографии авторов

Юлия Александровна Полковникова, ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет», Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация

д. фарм. н., доцент, доцент кафедры фармацевтической технологии и фармацевтической химии фармацевтического факультета, Воронежский государственный университет (Воронеж, Российская Федерация)

Мохамед Белал, ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет», Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация

ординатор фармацевтического факультета, Воронежский государственный университет (Воронеж, Российская Федерация)

Алексей Иванович Сливкин, ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет», Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация

д. фарм., профессор, заведующий кафедрой фармацевтической химии и фармацевтической технологии фармацевтического факультета, Воронежский государственный университет (Воронеж, Российская Федерация)

Литература

Babu N. J., Nangia A. Solubility advantage of amorphous drugs and pharmaceutical cocrystals. Crystal Growth & Design. 2011;11: 2662–2679. https://doi.org/10.1021/cg200492w

Benet L. Z., Broccatelli F., Oprea T. I. BDDCS applied to over 900 drugs. The AAPS Journal. 2011;13: 519–547. https://doi.org/10.1208/s12248-011-9290-9

Popović G., Čakar M., Agbaba D. Acid-base equilibria and solubility of loratadine and desloratadine in water and micellar media. Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis. 2009;49: 42–47. https://doi.org/10.1016/j.jpba.2008.09.043

DuBuske L. M. Review of desloratadine for the treatment of allergic rhinitis, chronic idiopathic urticaria and allergic inflammatory disorders. Expert Opinion on Pharmacotherapy. 2005;6: 2511–2523. https://doi.org/10.1517/14656566.6.14.2511

Ali S. M., Upadhyay S. K., Maheshwari A. NMR spectroscopic study of the inclusion complex of desloratadine with b-cyclodextrin in solution. Journal of Inclusion Phenomena and Macrocyclic Chemistry. 2007;59: 351–355. https://doi.org/10.1007/s10847-007-9335-y

Ku M. S. Use of the biopharmaceutical classification system in early drug development. The AAPS Journal. 2008;10: 208–212. https://doi.org/10.1208/s12248-008-9020-0

Jatwani S., Rana A. C., Singh G., Aggarwal G. An overview on solubility enhancement techniques for poorly soluble drugs and solid dispersion as an eminent strategic approach. ChemInform. 2013;44(13). https://doi.org/10.1002/chin.201313244

Di L., Fish P. V., Mano T. Bridging solubility between drug discovery and development. Drug Discovery Today. 2012;17: 486–495. https://doi.org/10.1016/j.drudis.2011.11.007

Polkovnikova Yu. A. Study of the release of vin pocetine from solid dispersion swith polyvinylpyrrol id one. Russian Journal of Biopharmaceuticals. 2021;13(4): 29–32. (In Russ.). https://doi.org/10.30906/2073-8099-2021-13-4-3-6

Nair A. R., Lakshman Y. D., Anand V. S. K., Sree K. S. N., Bhat K., Dengale S. J. Overview of extensively employed polymeric carriers in solid dispersion technology. AAPS PharmSciTech. 2020;21(8): 309. https://doi.org/10.1208/s12249-020-01849-z

Krasnyuk (Jr.) I. I., Belyatskaya A. V., Krasnyuk I. I., … Odintsova E. B. Prospects for using solid polyvinylpyrrolidone dispersions in medicine and pharmacy. Pharmacy. 2016;6: 7-11. (In Russ.). Available at: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=26603689

Belyatskaya A. V., Krasnyuk (Jr.) I. I., Elagina A. O., … Kannieva D.R. The study of the solubility of furazolidone from solid dispersions with polyvinylpyrrolidone. Moscow University Chemistry Bulletin. 2020;61(1): 52–56. (In uss.). Available at: https://www.chem.msu.ru/rus/vmgu/201/52.pdf

Polkovnikova Yu. A. Simulation of the release process of vinpoceteine from an alloy with b-cyclodextrin. Russian Journal of Biopharmaceuticals. 2022;14(6): 16–20. (In Russ.). https://doi.org/10.30906/2073-8099-2022-14-6-16-20

Eastman P., Swails J., Chodera J. D., Pande V. S.OpenMM 7: Rapid development of high performance algorithms for moleculardynamics. PLOS Computational Biology. 2017;13: 1–17. https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1005659

Walden D. M., Bundey Y., Jagarapu A., Antontsev V., Chakravarty K., Varshney J. Molecular simulation and statistical learning methods toward predicting drug-polymer amorphous solid dispersion miscibility, stability, and formulation design. Molecules. 2021; 26(1):182. https://doi.org/10.3390/molecules26010182

Polkovnikova Yu. A., Glushko A. A., Slivkin A. I. Molecular dynamics modeling of the release of aminophenylbutyric acid from sodium alginate. Vestnik of the Smolensk State Medical Academy. 2023;22(3): 152–157. (In Russ.). https://doi.org/10.37903/vsgma.2023.3.20

Chan T., Ouyang D. Investigating the molecular dissolution process of binary solid dispersions by molecular dynamics simulations. Asian Journal of Pharmaceutical Sciences. 2018;13(3): 248–254. https://doi.org/10.1016/j.ajps.2017.07.011

Abraham M. J., Murtola T., Schulz R., … Lindahl E. GROMACS: High performance molecular simulations through multi-level parallelism from laptops to supercomputers. SoftwareX. 2015;1–2: 19–25. https://doi.org/10.1016/j.softx.2015.06.001

Sorin E. J., Pande V. S. Exploring the helix-coil transition via all-atom equilibrium ensemble simulations. Biophysical Journal. 2005;88(4): 2472–2493. https://doi.org/10.1529/biophysj.104.051938

Teppen J. B. HyperСhem, release 2: molecular modeling for the personal computer. Journal of Chemical Information and Computer Sciences. 1992;32: 757–759. https://doi.org/10.1021/ci00010a025

Shirts M. R., Klein C., Swails J. M., … Zhong . D. Lessons learned from comparing molecular dynamics engines on the SAMPL5 dataset. Journal of Computer-Aided Molecular Design. 2017;31: 147–161. https://doi.org/10.1007/s10822-016-9977-1

Bekker H. E., Dijkstra J., Renardus M. K. R., Berendsen H. J. C. An efficient, box shape independent non-bonded force and virial algorithm for molecular dynamics. Molecular Simulation. 1995;14: 137–152. https://doi.org/10.1080/08927029508022012

Berendsen H. J. C., Postma J. P. M., van Gunsteren W. F., Di Nola A., Haak J. R. Molecular dynamics with coupling to an external bath. The Journal of Chemical Physics. 1984;81(8): 3684–3690. https://doi.org/10.1063/1.448118

Braga C., Travis K. P. A configurational temperature Nosé-Hoover thermostat. The Journal of Chemical Physics. 2005;123(13): 134101. https://doi.org/10.1063/1.2013227

Parrinello M., Rahman A. Polymorphic transitions in single crystals: A new molecular dynamics method. Journal of Applied Physics. 1981;52: 7182–7190. https://doi.org/10.1063/1.328693

Polkovnikova Yu. A., Slivkin A. I., Glushko A. A. Simulation of the molecular dynamics of the release of gamma-aminobutyric acid from gelatin. Bulletin of Voronezh State University. Series: Chemistry. Biology. Pharmacy. 2023;2: 110–116. Available at: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=54070189