Developmnet of nanofiber production methods and new nanofiber-based drug formulations

Help

Back »

Details of project

Identifier

124541

Type

Principal investigator

Nagy, Zsombor Kristóf

Title in Hungarian

Nanoszálgyártási technológiák és új, nanoszál alapú gyógyszerkészítmények fejlesztése

Title in English

Developmnet of nanofiber production methods and new nanofiber-based drug formulations

Keywords in Hungarian

nanoszál gyártás, polimer szálak, amorf szilárd diszperziók, nanoszálas gyógyszerkészítmények

Keywords in English

nanofiber production, polymer fibers, amorphous solid dispersions, nanofibrous drug formulations

Discipline

Macromolecular Chemistry and Material Sciences (organic chemistry) (Council of Physical Sciences)	100 %
Ortelius classification: Macromolecular chemistry

Panel

Chemistry 2

Department or equivalent

Department of Organic Chemistry and Technology (Budapest University of Technology and Economics)

Participants

Démuth, Balázs
Marosi, György
Szabó, Bence
Völgyi, Gergely

Starting date

2017-09-01

Closing date

2019-11-30

Funding (in million HUF)

19.989

FTE (full time equivalent)

3.64

state

closed project

Summary in Hungarian

A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
A gyógyszeripari kutatásokon belül a gyógyszertechnológia területén az egyik legnagyobb kihívást a vizes közegben rosszul
oldódó hatóanyagok biohasznosíthatóvá tétele, megfelelő formulálása jelenti. Amorf szilárd diszperziók képzése egy
ígéretes irány ezen a területen, amik kialakításánál általában a gyógyszeriparban nem konvencionális technológiai
megoldásokra van szükség (pl. olvadék extrúzió, porlasztva szárítás). Ezen a területen (is) új lehetőséget jelent a
nanoszálképzési technikák alkalmazása, aminek lökést adhat a kutatócsoportunkban fejlesztett nagysebességű
nanoszálképzés által nyújtott méretnövelési lehetőség. A projekt részben a nagysebességű szálképzés és váltóáramú
elektrosztatikus szálképzés paraméter-hatás összefüggéseinek feltérképezésére, így a technológiák mélyebb megértésére,
valamint az előállítható hatóanyag tartalmú nanoszálas termék folyamatos üzemű, PAT eszközökkel kontrollálható
földolgozhatóságának vizsgálatára és tablettává alakíthatóságára irányul a folyamatos gyógyszergyártás világszintű
terndjéhez igazodva. Emellett vizsgálni kívánjuk különböző segédanyagok (pl. ciklodextrinek) szálképzésre, termék
minőségre, kioldódás-permeabilitásra gyakorolt hatását, ami közelebb visz minket a nanoszerkezetű amorf szilárd
diszperziók mélyebb, molekuláris szintű megértéséhez és pontosabb leírásához.

Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
A kutatás arra keresi a választ, hogy méretnövelt nanoszálképzési eljárásoknál milyen paraméterek és hogyan befolyásolják
a termék minőségét és a termelékenységet. Emellett beintergrálható-e méretnövelt nanoszálképzési eljárás a
gyógyszeripari folyamatos üzemű gyártásba, valamint egy ilyen gyártás hogyan kontrollálható valós idejű analitikai technikák
segítségével. Továbbá segédanyagok felszívódást módosító hatásának vizsgálatára irányuló új, micro- és macrofluxos
kísérletek alapján például megválaszolhatóvá és matematikailag leírhatóvá válhat hatóanyagok felszívódásának a hajtóereje
nem túltelített és túltelített oldatokból egyaránt.

Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
A várható fő eredménye a projektnek a tudományos ismeretanyag jelentős növekedése a gyógyszeripar területén igen
fontos amorf szilárd diszperziók, szilárd oldatok és összességében az amorf formulációk tekintetében.
A gyógyszeripari kutatásokon belül a gyógyszertechnológia területén az egyik legnagyobb kihívást a vizes közegben rosszul
oldódó hatóanyagok biohasznosíthatóvá tétele, megfelelő formulálása jelenti. Amorf szilárd diszperziók képzése egy
ígéretes irány ezen a területen, amik kialakításánál általában a gyógyszeriparban nem konvencionális technológiai
megoldásokra van szükség (pl. olvadék extrúzió, porlasztva szárítás). Ezen a területen (is) új lehetőséget jelent a
nanoszálképzési technikák alkalmazása, aminek lökést adhat a kutatócsoportunkban fejlesztett nagysebességű
nanoszálképzés által nyújtott méretnövelési lehetőség. A projekt részben a nagysebességű szálképzés és váltóáramú
elektrosztatikus szálképzés paraméter-hatás összefüggéseinek feltérképezésére irányul. A technológiák mélyebb
megértése mellett fontos feladat az előállítható hatóanyag tartalmú nanoszálas termék folyamatos üzemű, PAT (Process
Analytical Technology) eszközökkel kontrollálható feldolgozhatóságának és tablettává alakíthatóságának vizsgálata,
összhangban a folyamatos gyógyszergyártás világszintű trendjéhez. Emellett vizsgálni kívánjuk különböző segédanyagok
(pl. ciklodextrinek) szálképzésre, termék minőségre, kioldódásra és a kioldással párhuzamosan lejátszódó permeabilitásra
gyakorolt hatását, ami közelebb visz minket a nanoszerkezetű amorf szilárd diszperziók mélyebb, molekuláris szintű
megértéséhez és pontosabb leírásához.

A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
A gyógyszeripari kutatásokon belül a gyógyszertechnológia területén az egyik legnagyobb kihívást a vizes közegben rosszul
oldódó gyógyszerjelöltek hatásossá tétele, azaz megfelelő formulálása jelenti. Amorf szilárd diszperziók képzése egy
ígéretes irány ezen a területen, amik kialakításánál általában a gyógyszeriparban nem hagyományos technológiai
megoldásokra van szükség (pl. olvadék extrúzió, porlasztva szárítás). Ezen a területen (is) új lehetőséget jelenthet a
nanoszálképzési technikák alkalmazása, aminek lökést adhat a kutatócsoportunkban fejlesztett nagysebességű
nanoszálképzés által nyújtott méretnövelési lehetőség. A projekt részben a nagysebességű szálképzés és váltóáramú
elektrosztatikus szálképzés paraméter-hatás összefüggéseinek feltérképezésére, így a technológiák mélyebb megértésére,
valamint az előállítható hatóanyag tartalmú nanoszálas termék folyamatos üzemű, folyamatfelügyelő technikákkal
kontrollálható feldolgozhatóságának vizsgálatára és tablettává alakíthatóságára irányul a folyamatos gyógyszergyártás
világszintű terndjéhez igazodva. Emellett vizsgálni kívánjuk különböző segédanyagok (pl. ciklodextrinek) szálképzésre,
termék minőségre, oldódására és azt követő felszívódásra gyakorolt hatását, ami közelebb visz minket a nanoszerkezetű
amorf szilárd diszperziók mélyebb, molekuláris szintű megértéséhez és pontosabb leírásához.

Summary

Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
In the field of pharmaceutical technology one of the most important challenges is the bioavailability enhancement of the
poorly water soluble active pharmaceutical ingredients by means of formulation. Application of amorphous solid dispersion
approach is a promising direction in this field. Generally, for the preparation of amorphous solid dispersions the application
of innovative technologies such as melt extrusion or spray drying are needed. Nanofiber spinning technology emerged as a
new and competitive possibility for the preparation of amorphous solid dispersions and the recently developed high speed
nanofiber spinning method for scaled-up production of nanofibers might provide a big step forward to the wider application of
nanofibrous, nanostructured amorphous solid dispersions in the pharmaceutical field. One of the main aims of this project is
to explore the technological capability and limitations of the promising high speed nanofiber spinning and AC electrospinning
methods which can supply high quality nanofibrous materials for the development of nanofiber-based tablet formulations
with improved drug bioavailability and patient compliance using continuous formulation technologies in accordance with the
global trend of continuous pharmaceutical manufacturing.

What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
The main question of the research is that which technological parameters (the dependence of the product quality and
productivity on the technological parameters of the spinning process) influence the productivity and product quality in the
cases of scaled-up nanofiber spinning methods. Other important challenges are the ones dealing with the integration of the
scaled-up nanofiber spinning methods into the continuous pharmaceutical manufacturing line and the real time analysis and
control of this production with the help of advanced PAT tools. Furthermore, the relevant effects of excipients on the driving
force of the membrane transport from supersaturated solutions can be understood and described mathematically based on
the in vitro permeability tests carried out with microFlux and macroFlux systems.

What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
The main result expected is the scientific knowledge gained at the utmost challenging area of amorphous solid dispersions,
solid solutions and amorphous formulations in the field of pharmaceutical industry.
In the field of pharmaceutical technology one of the most important challenges is the bioavailability enhancement of the
poorly water soluble active pharmaceutical ingredients by means of formulation. Application of amorphous solid dispersion is
a promising approach in this field. Generally, for the preparation of amorphous solid dispersions application innovative
technologies such as melt extrusion or spray drying are required. Nanofiber spinning technology emerged as new and
competitive possibility for the preparation of amorphous solid dispersions and our recently developed high speed nanofiber
spinning method for scaled-up production of nanofibers might provide a big step forward to the wider application of
nanostructured amorphous solid dispersions in the pharmaceutical field. One of the main aims of this project is to explore
the technological capability and limitations of the promising high speed nanofiber spinning and AC electrospinning methods
which can supply high quality nanofibrous material for nanofiber-based tablet formulations with improved drug bioavailability
and patient compliance using continuous formulation technologies in accordance with the global trend of continuous
pharmaceutical manufacturing.

Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
In the field of pharmaceutical technology one of the most important challenges is the bioavailability enhancement of the
poorly water soluble active pharmaceutical ingredients by means of formulation. Application of amorphous solid dispersion is
a promising approach in this field. Generally, for the preparation of amorphous solid dispersions the application of innovative
technologies such as melt extrusion or spray drying are required. Nanofiber spinning technology emerged as a new and
competitive possibility for the preparation of amorphous solid dispersions and the recently developed high speed nanofiber
spinning method for scaled-up production of nanofibers might provide a big step forward to the wider application of
nanoamorphous solid dispersions in the pharmaceutical field. One of the main aims of this project is to explore the
technological capability and limitations of the promising high speed nanofiber spinning and AC electrospinning methods
which can supply high quality nanofibrous material for the development of nanofiber-based tablet formulations with improved
drug bioavailability and patient compliance using continuous formulation technologies in accordance with the global trend of
continuous pharmaceutical manufacturing.

Final report

Results in Hungarian

A projekt fő célkitűzése volt, hogy feltérképezze az ígéretes nagy sebességű elektrosztatikus szálképzésben rejlő lehetőségeket és a technológia korlátait új megnövelt biohasznosulású és/vagy javított betegegyüttműködésű gyógyszerhordozó rendszerek előállítása terültén. A projekt fő eredményei: - A nagysebességű elektrosztatikus szálképzés a liofilizálás alacsony energiaigényű, folyamatos alternatívája lehet - Megoldottuk nanoszálak folyamatos gyűjtését ciklon segítségével - Új módszer dolgoztunk ki a váltóáramú elektrosztatikus szálképzés méretnövelésére - Biohatóanyagot tartalmazó szálakból tabletta gyógyszerformát tudtunk előállítani

Results in English

The main aim of this project was to map the technological/scientific capability and limitations of the promising high speed electrospinning method for producing new drug delivery systems with improved drug bioavailability and/or patient compliance. The main achievements of the project: - High speed electrospinning can be the continuous low energy consumption alternative of lyophilisation - We solved the continuous collection of nanofibers using a cyclone - We developed a new technique for the scaling-up of the alternating current electrospinning - Tablet form can be prepared from biodrug containing electrospun fibrous material

Full text

https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=124541

Decision

Yes

List of publications

Gergő Fülöp, Attila Balogh, Balazs Farkas, Attila Farkas, Bence Szabó, Balázs Démuth, Enikő Borbás, Zsombor Nagy, György Marosi: Homogenization of Amorphous Solid Dispersions Prepared by Electrospinning in Low-Dose Tablet Formulation, Pharmaceutics, 2018

Brigitta Nagy, Attila Farkas, Krisztina Magyar, Balázs Démuth, Zsombor Kristóf Nagy, György Marosi: Spectroscopic characterization of tablet properties in a continuous powder blending and tableting process, European Journal of Pharmaceutical Sciences, 2018

B Démuth, DL Galata, A Balogh, E Szabó, B Nagy, A Farkas, E Hirsch, H Pataki, T Vigh, J Mensch, G Verreck, ZK Nagy, G Marosi: Application of hydroxypropyl methylcellulose as a protective agent against magnesium stearate induced crystallization of amorphous itraconazole, European Journal of Pharmaceutical Sciences, 2018

E Szabó, B Démuth, B Nagy, K Molnár, A Farkas, B Szabó, A Balogh, E Hirsch, G Marosi, ZK Nagy: Scaled-up preparation of drug-loaded electrospun polymer fibres and investigation of their continuous processing to tablet form, Express Polymer Letters, 2018

Balázs Farkas, Attila Balogh, Attila Farkas, András Domokos, Enikő Borbás, György Marosi, Zsombor Kristóf Nagy: Medicated Straws Based on Electrospun Solid Dispersions, Periodica Polytechnica Chemical Engineering, 2018

Enikő Borbás, Zsombor K Nagy, Brigitta Nagy, Attila Balogh, Balázs Farkas, Oksana Tsinman, Konstantin Tsinman, Bálint Sinkó: The effect of formulation additives on in vitro dissolution-absorption profile and in vivo bioavailability of telmisartan from brand and generic formulations, European Journal of Pharmaceutical Sciences, 2018

Balázs Démuth, DL Galata, Edina Szabó, Brigitta Nagy, Attila Farkas, Attila Balogh, Edit Hirsch, Hajnalka Pataki, Zsolt Rapi, László Bezúr, Tamás Vigh, Geert Verreck, Z Szalay, Á Demeter, György Marosi, Zsombor Kristóf Nagy: Investigation of deteriorated dissolution of amorphous itraconazole: Description of incompatibility with magnesium stearate and possible solutions, Molecular pharmaceutics, 2018

Enikő Borbás, Petra Tőzsér, Konstantin Tsinman, Oksana Tsinman, Krisztina Takács-Novák, Gergely Völgyi, Balint Sinko, Zsombor Kristof Nagy: Effect of formulation additives on drug transport through size-exclusion membranes, Molecular pharmaceutics, 2018

Farkas Balázs, Balogh Attila, Cselkó Richárd, Molnár Kolos, Farkas Attila, Borbás Enikő, Marosi György, Nagy Zsombor Kristóf: Corona alternating current electrospinning: A combined approach for increasing the productivity of electrospinning, INTERNATIONAL JOURNAL OF PHARMACEUTICS 561: pp. 219-227., 2019

Hirsch E., Vass P., Demuth B., Petho Zs., Bitay E., Andersen S. K., Vigh T., Verreck G., Molnar K., Nagy Zs. K., Marosi Gy.: Electrospinning scale-up and formulation development of PVA nanofibers aiming oral delivery of biopharmaceuticals, EXPRESS POLYMER LETTERS 13: (7) pp. 590-603., 2019

Nagy B., Farkas A., Borbás E., Vass P., Nagy Z.K., Marosi G.: Raman Spectroscopy for Process Analytical Technologies of Pharmaceutical Secondary Manufacturing, AAPS PHARMSCITECH 20: (1) 1, 2019

Nagy B., Petra D., Galata D.L., Démuth B., Borbás E., Marosi G., Nagy Z.K., Farkas A.: Application of artificial neural networks for Process Analytical Technology-based dissolution testing, INTERNATIONAL JOURNAL OF PHARMACEUTICS 567: 118464, 2019

Panna Vass, Balázs Démuth, Edit Hirsch, Brigitta Nagy, Sune K. Andersen, Tamás Vigh, Geert Verreck, István Csontos, Zsombor K.Nagy, György Marosi: Drying technology strategies for colon-targeted oral delivery of biopharmaceuticals, JOURNAL OF CONTROLLED RELEASE 296: pp. 162-178., 2019

Vass Panna, Démuth Balázs, Farkas Attila, Hirsch Edit, Szabó Edina, Nagy Brigitta, Andersen Sune K., Vigh Tamás, Verreck Geert, Csontos István, Marosi György, Nagy Zsombor K.: Continuous alternative to freeze drying: Manufacturing of cyclodextrin-based reconstitution powder from aqueous solution using scaled-up electrospinning, JOURNAL OF CONTROLLED RELEASE 298: pp. 120-127., 2019

Vass Panna, Hirsch Edit, Kóczián Rita, Démuth Balázs, Farkas Attila, Fehér Csaba, Szabó Edina, Németh Áron, Andersen Sune K., Vigh Tamás, Verreck Geert, Csontos István, Marosi György, Nagy Zsombor K.: Scaled-Up Production and Tableting of Grindable Electrospun Fibers Containing a Protein-Type Drug, PHARMACEUTICS 11: (7) p. 329., 2019

Events of the project

2020-05-07 14:01:47

Résztvevők változása

Back »