Einfluss des pH-Wertes auf die Emulsionsstabilität

Stabil oder instabil, das ist hier die Frage

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13.09.2017 Intravenöse Infusionen erfolgen direkt in den Blutstrom und durchlaufen somit nicht die Schutzfilter des Verdauungssystems.

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Entscheider-Facts für Betreiber

  • Das Zetapotenzial ermöglicht eine gute Vorhersage für die Emulsionsstabilität von intravenöse Infusionen, die für die parenterale Ernährung oder als Träger für lipophile Arzneimittel zum Einsatz kommen.
  • Mittels Partikelmessgerät analysierten die Forscher das Zetapotenzial, die Partikelgröße sowie die Transmission als Maß der Trübung.
  • In dieser Untersuchung beeinflusste ein Erhöhen des pH-Wertes die Stabilität nicht. Im Gegensatz dazu, separierte die untersuchte Lösung umso stärker, je näher sich der pH-Wert dem isoelektrischen Punkt näherte.
Aufmacher anton paar

Intravenöse Lipidemulsionen müssen stabil und wirksam sein. Ein kritischer ­Faktor in diesem Zusammenhang ist der pH-Wert. (Bilder: Anton Paar)

Sie kommen bei der parenteralen Ernährung und als Träger für lipophile Arzneimittel zum Einsatz. Die Infusionen sind typischerweise Öl-in-Wasser-Emulsionen und bestehen aus einer wässrigen Phase, dispergierten Öltröpfchen sowie einem Emulgator. Während der Herstellung müssen intravenöse Emulsionen stabil bleiben und dabei Sterilisationsschritte aushalten oder die Zugabe von Osmosemitteln, pH-regulierenden Zusatzstoffen oder Konservierungsstoffen [1]. Bei instabilen Emulsionen treten unerwünschte Effekte auf, wie Flokkulation oder Koaleszenz, also ein Zusammenlagern der dispergierten Tröpfchen [2].

Ein entscheidender Stabilitätsfaktor für Öl-in-Wasser-Emulsionen ist die elektrostatische Ladung, welche durch das Zetapotenzial beschrieben wird. Partikel, die sehr positiv oder sehr negativ geladen sind, stoßen sich in Lösung ab und die Tendenz zur Flokkulation sinkt. Diese Partikel besitzen ein stark ausgeprägtes Zetapotenzial. Je größer der Absolutwert des Zetapotenzials, desto stabiler die partikuläre Lösung. Als Daumenregel gilt für viele Applikationen ein Absolutwert von größer 30 mV als Indikator für stabile Lösungen.

 

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Abbauprozess einer Öl-in-Wasser-Emulsion bei abnehmender absoluter Partikelladung. Die Flokkulation ist ein reversibler Prozess – die Koaleszenz nicht.

pH-Wert als kritischer Parameter

Im Fall von Partikeln, für die H+ und OH–Ionen die Oberflächenladung definieren, besteht ein direkter Zusammenhang zwischen der Netto-Oberflächenladung der Partikel und dem pH-Wert des Dispergiermittels. Somit hat der pH-Wert einen enormen Einfluss auf die Stabilität von Emulsionen. Allerdings besitzen intravenöse Lipid­emulsionen Einschränkungen hinsichtlich ihres möglichen pH-Werts, denn die pH-Stabilität der Komponenten muss berücksichtigt werden, um deren biologische Aktivität zu erhalten. Auch in Bezug auf die Verabreichung sollte der endgültige pH-Wert nahe dem physiologischen pH-Wert von 7,4 liegen.

Ein Partikelmessgerät – mehrere Messwerte

Um den Einfluss des pH-Werts zu untersuchen, analysierten die Labore von Anton Paar eine pharmazeutische Öl-in-Wasser-Emulsion zur intravenösen Applikation. Dafür verwendete das Unternehmen das Partikelmessgerät Litesizer 500 mit einem Flow-Modul und automatischem Dosing System. Messparameter waren das Zeta­potenzial, die Partikelgröße sowie die Transmission als Maß der Trübung. Die Emulsion bestand aus einem stark fettlöslichen Medikament, Sojabohnenöl in Wasser als ­Lösungsvermittler sowie Eigelb-Lecithin als Emulgator. Mit deionisiertem Wasser wurde die Ausgangsprobe auf eine Endkonzentration von 0,0098% verdünnt und mit Natronlauge (NaOH, pH 12) oder Salzsäure (HCl, pH 1) titriert. Nach jedem Titrationsschritt wurde der pH-Wert automatisch gemessen, gefolgt von einer Zetapotenzial- und Partikelgrößenmessung bei 25 °C in einer Omega-­Küvette.

Der pH-Wert der Ausgangsprobe lag bei 5,39, das mittlere Zetapotenzial bei etwa -30 mV und die mittlere Partikelgröße betrug über 200 nm, was einer stabilen Emulsion entsprach. Anschließend führte das Unternehmen Versuchsreihen durch; mit Titrationen zu größeren ­pH-Werten (Alkalisierung der Probe mit NaOH) oder kleineren pH-Werten (Ansäuerung der Probe mit HCl). Unter Zugabe von NaOH (Alkalisierung) ändert sich das Zetapotenzial auf -60 mV bei pH 9,35. Dies ist auf das Freiwerden von OH–Ionen zurückzuführen, wodurch sich die Nettoladung der Partikel erhöhte. Jedoch änderten sich weder die Partikelgröße noch die optische Transmission signifikant, was darauf hindeutet, dass die Stabilität der Emulsion bereits beim anfänglichen ­pH-Wert hoch war.

Heftausgabe: September 2017
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