pharmjournalРазработка и регистрация лекарственных средствDrug development & registration2305-20662658-5049LLC «CPHA»10.33380/2305-2066-2022-11-3-121-129pharmjournal-1292Research ArticleФАРМАЦЕВТИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯPHARMACEUTICAL TECHNOLOGYСравнительное изучение реологических свойств гелей и кремов на различных основах-носителяхComparative Study of Rheological Properties of Gels and Creams on Different Carrier BasesНогаеваУ. В.NogaevaU. V.

197376, г. Санкт-Петербург, ул. Проф. Попова, д. 14А

14A, Prof. Popova str., Saint-Petersburg, 197022

НаумоваА. А.NaumovaA. A.

197376, г. Санкт-Петербург, ул. Проф. Попова, д. 14А

14A, Prof. Popova str., Saint-Petersburg, 197022

НовиньковА. Г.NovinkovA. G.

197376, г. Санкт-Петербург, ул. Проф. Попова, д. 14А

14A, Prof. Popova str., Saint-Petersburg, 197022

ФлисюкЕ. В.FlisyukE. V.

197376, г. Санкт-Петербург, ул. Проф. Попова, д. 14А

14A, Prof. Popova str., Saint-Petersburg, 197022

БураковаМ. А.BurakovaM. A.

197376, г. Санкт-Петербург, ул. Проф. Попова, д. 14А

14A, Prof. Popova str., Saint-Petersburg, 197022

ШиковА. Н.ShikovA. N.

197376, г. Санкт-Петербург, ул. Проф. Попова, д. 14А

14A, Prof. Popova str., Saint-Petersburg, 197022

АбросимоваО. Н.AbrosimovaO. N.

197376, г. Санкт-Петербург, ул. Проф. Попова, д. 14А

14A, Prof. Popova str., Saint-Petersburg, 197022

ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный химико-фармацевтический университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБОУ ВО СПХФУ Минздрава России)St. Petersburg State Chemical and Pharmaceutical University202230082022113121129Copyright © Ногаева У.В., Наумова А.А., Новиньков А.Г., Флисюк Е.В., Буракова М.А., Шиков А.Н., Абросимова О.Н., 20222022Ногаева У.В., Наумова А.А., Новиньков А.Г., Флисюк Е.В., Буракова М.А., Шиков А.Н., Абросимова О.Н.Nogaeva U.V., Naumova A.A., Novinkov A.G., Flisyuk E.V., Burakova M.A., Shikov A.N., Abrosimova O.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.pharmjournal.ru/jour/article/view/1292Введение

Введение. Изучение реологических свойств (динамическая и пластическая вязкость, предел текучести, степень и наличие тиксотропного эффекта, характер типа течения) занимает особое место при разработке мягких лекарственных форм, так как они активно влияют на стабильность лекарственного препарата в процессе хранения, на его технологические и потребительские характеристики.

Цель

Цель. Изучение основных реологических параметров разрабатываемых гелей и кремов на различных основах-носителях.

Материалы и методы

Материалы и методы. Для наработки экспериментальных образцов использовали мелоксикам, альгинат натрия, твин-80, пропиленгликоль, кремофор, глицерин, эфирное масло лимона и апельсина, карбопол 980, полиэтиленгликоль-400 (ПЭГ-400), калины обыкновенной кора, ромашки аптечной цветки, хлоргексидина биглюконата 20 %, ментол, сорбит, масло кукурузное, моноглицериды дистиллированные (МГД), спирт цетиловый, кокосовое масло, салициловая кислота, воск эмульсионный, препарат ОС-20, триэтаноламин (ТЭА), эуксил РЕ 9010. В лабораторных условиях были наработаны 3 образца мягких лекарственных форм массой по 100,0. Изучение реологических характеристик исследуемых образцов проводили через 24 часа после их приготовления методом вискозиметрии на вискозиметре Anton Paar DV-2P (Anton Paar GmbH, Австрия), шпиндель L4. Исследования структурно-механических свойств образцов проводили на приборе, сконструированным в Санкт-Петербургском государственном химико-фармацевтическом университете под руководством профессора, доктора фармацевтических наук В. А. Вайнштейна.

Результаты и обсуждение

Результаты и обсуждение. При исследовании реологических свойств образцов было установлено, что наибольшей механической устойчивостью обладает образец № 1 (гель на основе альгината) и образец № 3 (крем). Наличие восходящих и нисходящих кривых петли гистерезиса указывает на то, что исследуемые образцы обладают тиксотропными свойствами. У образцов № 1 и 2 восходящая и нисходящая кривые течения накладываются друг на друга. Это явление характерно для всех гелей и является их особенностью. Релаксация структуры упруго-пластичного материала после деформации, вызванной введением тестера, происходит по логарифмическому закону. В состоянии покоя до введения штока тестера в материал структура не нарушена и масса образцов имеет максимальную густоту, то есть статическую вязкость. При введении штока тестера в массе происходит пластическая деформация, принудительное течение – напряжение в момент введения штока тестера отражает предел текучести. Далее при погруженном штоке тестера происходит тиксотропное восстановление разрушенных структурных связей. Такая закономерность в динамике сопротивления структуры наблюдается для структурированных (неньютоновских) жидкостей.

Заключение

Заключение. Исследованы реологические свойства трех экспериментальных образцов, изготовленных на разных основах-носителях. Показана необходимость проведения реологических исследований на стадии разработки лекарственных средств с целью прогнозирования и гарантирования качества потребительских характеристик мягких лекарственных форм.

Introduction

Introduction. The study of rheological properties (dynamic and plastic viscosity, yield strength, the degree and presence of a thixotropic effect, the nature of the type of flow) are important for the development of soft dosage forms. These properties affect the stability of the dosage form during storage, its technological and consumer characteristics .

Aim

Aim. Study of the main rheological parameters of the developed gels and creams on various carrier bases.

Materials and methods

Materials and methods. Meloxicam as active ingredient and excipients: sodium alginate, twin-80, propylene glycol, cremophor, glycerin, essential oils of lemon and orange, carbopol 980, polyethylene glycol-400 (PEG-400), viburnum bark, chamomile flowers, chlorhexidine bigluconate 20 %, menthol, sorbitol, corn oil, distilled monoglycerides (MHD), cetyl alcohol, coconut oil, salicylic acid, emulsion wax, preparation OS-20, triethanolamine (TEA), and euxil PE 9010 were used for the preparation of ex[eroimental samples. Three laboratory samples of soft formulations with the mass of 100 g each were prepared. The rheological properties of the samples were tested 24 hours after their preparation using Anton Paar DV-2P viscometer (Anton Paar GmbH, Austria), spindle L4. The structural and mechanical properties of the samples were tested using a device designed at the St. Petersburg State Chemical and Pharmaceutical University under thesupervision of Professor, Doctor of Pharmaceutical Sciences V. A. Vainshtein.

Results and discussion

Results and discussion. The greatest mechanical stability was observed for the sample No. 1 (gel based on alginate) and sample No. 3 (cream). The ascending and descending hysteresis loop curves indicates that the test samples have thixotropic properties. Samples No. 1 and 2 have upward and downward flow curves superimposed on each other.This phenomenon is typical for all gels and is their feature. The relaxation of the structure of an elastic-plastic material after the deformation caused by the introduction of a tester stock occurs according to the logarithmic law. At rest, when the tester stockis not introduced into the material, the structure of tested samples is intact and samples has a maximum density (static viscosity). The introduction of the tester stock into the sample results in plastic deformation and forced flow. The tension at the moment of tester stock introduction reflects the yield strength.Further, with the immersed tester devoce, a thixotropic recovery of the destroyed structural bonds occurs. Such a pattern in the dynamics of structure resistance is observed for structured (non-Newtonian) liquids.

Conclusion

Conclusion. The rheological properties of three experimental soft formulations made on different carrier bases were investigated. The importance of rheological studies in the drug development of high e quality soft formulations was shown.

ротационный вискозиметрструктурно-механические свойстватиксотропиявязкостьреологические свойстваrotational viscometerstructural-mechanical propertiesthixotropyviscosityrheological propertiesРезультаты работы получены с использованием оборудования ЦКП «Аналитический центр ФГБОУ ВО СПХФУ Минздрава России» в рамках соглашения № 075-15-2021-685 от 26 июля 2021 года при финансовой поддержке Минобрнауки России.The results of the work were obtained using the equipment of the CCP "Analytical Center of the Federal State Budgetary Educational Institution of the Ministry of Health of the Russian Federation" under the agreement No. 075-15-2021-685 dated July 26, 2021 with the financial support of the Ministry of Education and Science of the Russian Federation.ReferencesМалкин А. Я., Исаев А. И. Реология: концепции, методы, приложения. СПб.: Профессия; 2010. 560 с.Malkin A. Ya., Isaev A. I. Rheology: concepts, methods, applications. St. Petersburg: Profession; 2010. 560 p. (in Russ.)Анурова М. Н., Бахрушина Е. О., Барнолицкий Г. Г., Кречетов С. П. Обоснование реологических оптимумов при разработке мягких лекарственных форм на гидрофильной основе. стоматологические гели. Разработка и регистрация лекарственных средств. 2017;(2):124–128.Anurova M. N., Bakhrushina E. O., Barnolitskiy G. G., Krechetov S. P. Justification of the rheological optimum in the development of semisolid forms. dental gels. Drug development & registration. 2017;(2):124–128. (in Russ.)Вайнштейн В. А. Исследование структурно-механических свойств мягких лекарственных форм. Разработка и регистрация лекарственных средств. 2017;(3):70–78.Vainshtein V. A. Determination of structural-mechanical properties of soft drugs. Drug development & registration. 2017;(3):70–78. (in Russ.)Анурова М. Н., Бахрушина Е. О., Подколзин А. М., Кречетов С. П. Определение реологических оптимумов вагинальных гелей. Разработка и регистрация лекарственных средств. 2018;(2):46–51.Anurova M. N., Bakhrushina E. O., Podkolzin A. M., Krechetov S. P. The determination of rheological optimum of vaginal gels. Drug development & registration. 2018;(2):46–51. (in Russ.)Tarasenko V., Pidlisnyy A., Koval A., Solomennyy A., Vaschuk V., Davtian L., Goncharenko N., Sakhanda I., Naumova M. Technological and Biopharmaceutical Aspects of Developingthe Basics of Soft Medicinal Local Action. Archives of Pharmacy Practice. 2020;11(1):92–99.Tarasenko V., Pidlisnyy A., Koval A., Solomennyy A., Vaschuk V., Davtian L., Goncharenko N., Sakhanda I., Naumova M. Technological and Biopharmaceutical Aspects of Developingthe Basics of Soft Medicinal Local Action. Archives of Pharmacy Practice. 2020;11(1):92–99.Ivko T., Hrytsenko V., Kienko L., Bobrytska L., Kukhtenko H., Germanyuk T. Investigation of the rheological properties of ointment bases as a justification of the ointment composition for herpes treatment. Turkish Journal of Pharmaceutical Sciences. 2021;18(5):628–636. DOI: 10.4274/tjps.galenos.2021.93457.Ivko T., Hrytsenko V., Kienko L., Bobrytska L., Kukhtenko H., Germanyuk T. Investigation of the rheological properties of ointment bases as a justification of the ointment composition for herpes treatment. Turkish Journal of Pharmaceutical Sciences. 2021;18(5):628–636. DOI: 10.4274/tjps.galenos.2021.93457.Пальвинский А. Г., Бахрушина E. О., Синицына А. А., Кондратьева В. М., Краснюк И. И. Изучение реологических свойств стоматологических гелей берберина на основе полоксамеров и производных целлюлозы. Вестник Воронежского государственного университета. Серия: Химия. Биология. Фармация. 2021;4:105–111.Palvinsky A. G., Bakhrushina E. O., Sinitsyna A. A., Kondratyeva V. M., Krasnyuk I. I. Study of the rheological properties of berberin dental gels based on poloxamers and cellulose derivatives. Bulletin of Voronezh State University, Series: Chemistry. Biology. Pharmacy. 2021;4:105–111. (in Russ.)Mustafa A., Eser A., Aksu A.C., Kiraz A., Tanyeri M., Erten A., Yalcin O. A micropillar-based microfluidic viscometer for Newtonian and nonNewtonian fluids. Analytica Chimica Acta. 2020;1135:107–115. DOI: 10.1016/j.aca.2020.07.039.Mustafa A., Eser A., Aksu A.C., Kiraz A., Tanyeri M., Erten A., Yalcin O. A micropillar-based microfluidic viscometer for Newtonian and nonNewtonian fluids. Analytica Chimica Acta. 2020;1135:107–115. DOI: 10.1016/j.aca.2020.07.039.Liu N., Zhang D., Gao H., Hu Y., Duan L. RealTime Measurement of Drilling Fluid Rheological Properties: A Review. Sensors (Basel). 2021;21(11):3592. DOI: 10.3390/s21113592.Liu N., Zhang D., Gao H., Hu Y., Duan L. RealTime Measurement of Drilling Fluid Rheological Properties: A Review. Sensors (Basel). 2021;21(11):3592. DOI: 10.3390/s21113592.Морозов Ю. А., Макиева М. С., Морозова Е. В., Олисаев Э. Г. Изучение реологических свойств геля с лимонника китайского семян СО2-экстрактом. Актуальные проблемы медицины. 2016;19(240):169–175.Morozov Yu. A., Makieva M. S., Morozova E. V., Olisaev E. G., Izuchenie reologicheskikh svoistv gelya s limonnika kitaiskogo semyan CO2- ekstraktom. Aktual’nye problemy meditsiny. 2016;19(240):169–175. (in Russ.)Yunuskhodjayev A. N., Iskandarova S. F., Abdukhalilova N. S., Umarova S. Z. Study of the rheological properties of soft drug forms based on dry extracts of Curcuma longa L., and Ferula asafetida L. European Journal of Molecular & Clinical Medicine. 2020;7(3):3345–3361.Yunuskhodjayev A. N., Iskandarova S. F., Abdukhalilova N. S., Umarova S. Z. Study of the rheological properties of soft drug forms based on dry extracts of Curcuma longa L., and Ferula asafetida L. European Journal of Molecular & Clinical Medicine. 2020;7(3):3345–3361.Kelly A. L., Gough T., Isreb M., Dhumal R., Jones J. W., Nicholson S., Dennis A. B., Paradkar A. In-process rheometry as a PAT tool for hot melt extrusion. Drug Development and Industrial Pharmacy. 2018;44:670–676. DOI: 10.1080/03639045.2017.1408641.Kelly A. L., Gough T., Isreb M., Dhumal R., Jones J. W., Nicholson S., Dennis A. B., Paradkar A. In-process rheometry as a PAT tool for hot melt extrusion. Drug Development and Industrial Pharmacy. 2018;44(4):670–676. DOI: 10.1080/03639045.2017.1408641.Гладышев В. В., Кучина Л. К., Бурлака Б. С., Бирюк И. А. Исследование реологических свойств мягкой назальной лекарственной формы дилтиазема. Актуальные вопросы фармацевтической и медицинской науки и практики. 2013;1(11):69–72.Gladyshev V. V., Kuchina L. K., Burlaka B. S., Biryuk I. A. Research of rheological properties of diltiazem soft nasal dosage form. Topical issues of pharmaceutical and medical science and practice. 2013;1(11):69–72. (in Russ.)Романина Д. М., Гладишев В. В., Бурлака Б. С. Изучение реологических свойств мягкой лекарственной формы празиквантела для наружного применения. Фармацевтический журнал. 2016;1:39–44.Romanina D. M., Gladishev V. V, Burlaka B. S. Study of the rheological properties of the soft dosage form of praziquantel for external use. Pharmaceutical Journal. 2016;1: 39–44. (in Russ.)Жамали К., Гладышев В. В., Лисянская А. П. Изучение структурно-механических свойств мазей с аминексилом. Актуальные вопросы фармацевтической и медицинской науки и практики. 2018;11(28):270–275.Zhamali K., Gladyshev V. V., Lisyanskaya A. P. Study of structural and mechanical properties of aminexyl ointments. Topical issues of pharmaceutical and medical science and practice. 2018;11(28):270–275. (in Russ.)Simões A., Miranda M., Cardoso C., Veiga F., Vitorino C. Rheology by Design: A Regulatory Tutorial for Analytical Method Validation. Pharmaceutics. 2020;12(9):820. DOI: 10.3390/pharmaceutics12090820.Simões A., Miranda M., Cardoso C., Veiga F., Vitorino C. Rheology by Design: A Regulatory Tutorial for Analytical Method Validation. Pharmaceutics. 2020;12(9):820. DOI: 10.3390/pharmaceutics12090820.Pleguezuelos-Villa M., Merino-Sanjuán M., Hernández Mª J., Nácher A., Peris D., Hidalgo I., Soler L., Sallan M., Merino V. Relationship between rheological properties, in vitro release and in vivo equivalency of topical formulations of diclofenac. International Journal of Pharmaceutics. 2019;572:118755. DOI: 10.1016/j.ijpharm.2019.118755.Pleguezuelos-Villa M., Merino-Sanjuán M., Hernández Mª J., Nácher A., Peris D., Hidalgo I., Soler L., Sallan M., Merino V. Relationship between rheological properties, in vitro release and in vivo equivalency of topical formulations of diclofenac. International Journal of Pharmaceutics. 2019;572:118755. DOI: 10.1016/j.ijpharm.2019.118755.Быковского С. Н., Василенко И. А., Деминой Н. Б., Шохина И. Е., Новожилова О. В., Мешковского А. П., Спицкого О. Р., ред. Фармацевтическая разработка: концепция и практические рекомендации. Научно-практическое руководство для фармацевтической отрасли. М.: Перо; 2015. 472 с.Bykovsky S. N., Vasilenko I. A., Demina N. B., Shokhina I. E., Novozhilova O. V., Meshkovsky A. P., Spitsky O. R., editors. Pharmaceutical development: concept and practical recommendations. Scientific and practical guidance for the pharmaceutical industry. Moscow: Pero; 2015. 472 p. (in Russ.)Анурова М. Н., Бахрушина Е. О., Кречетов С. П. Изучение влияния состава комбинированной матрицы на реологические характеристики экспериментальных образцов пероральных гелей нимесулида. Разработка и регистрация лекарственных средств. 2016;(4):98–104.Anurova M. N., Bakhrushina E. O., Krechetov S. P. Study of the matrix structure influence on the rheological characteristics of nimesulide oral gel experimental samples. Drug development & registration. 2016;(4):98–104. (in Russ.)Gupta S., Wang W. S., Vanapalli S. A. Microfluidic viscometers for shear rheology of complex fluids and biofluids. Biomicrofluidics. 2016;10(4):043402. DOI: 10.1063/1.4955123.Gupta S., Wang W. S., Vanapalli S. A. Microfluidic viscometers for shear rheology of complex fluids and biofluids. Biomicrofluidics. 2016;10(4):043402. DOI: 10.1063/1.4955123.Sun Y., Perez A. F., Cardoza I. L., Baluyot-Reyes N., Ba Y. Mucoadhesive and rheological studies on the Co-Hydrogel systems of Poly(Ethylene Glycol) Copolymers with Fluoroalkyl and Poly(Acrylic Acid). Polymers (Basel). 2021;13(12):1956. DOI: 10.3390/polym13121956.Sun Y., Perez A. F., Cardoza I. L., Baluyot-Reyes N., Ba Y. Mucoadhesive and rheological studies on the Co-Hydrogel systems of Poly(Ethylene Glycol) Copolymers with Fluoroalkyl and Poly(Acrylic Acid). Polymers (Basel). 2021;13(12):1956. DOI: 10.3390/polym13121956.Локарев А. В., Огай М. А., Сливкин А. И., Беленова А. С. Разработка и реологические исследования мазей с комплексным экстрактом из ЛРС. Вестник Воронежского государственного университета. Серия: Химия. Биология. Фармация. 2019;2:92–101.Lokarev A. V, Ogai M. A, Slivkin A. I, Belenova A. S. Development and rheological studies of ointments with complex extract from LRS. Bulletin of Voronezh State University. Series: Chemistry. Biology. Pharmacy. 2019;2:92–101. (in Russ.)Барсукова Ю. Н., Мельникова О. А. Мягкая лекарственная форма с наночастицами для остановки кровотечения: обоснование состава и технология получения. Разработка и регистрация лекарственных средств. 2019;8(2):48–54. DOI: 10.33380/2305-2066-2019-8-2-48-54.Barsukova Yu. N., Melnikova O. A. Soft Medical Form with Nanoparticles to Stop Bleeding: Substantiation of Composition and Technology of Obtaining. Drug development & registration. 2019;8(2):48–54. (in Russ.) DOI: 10.33380/2305-2066-2019-8-2-48-54.Kolpakova O. А., Kuchrenko N. V., Kukhtenko H. P. Research of rheological properties of ointment with water-soluble protein-polysaccharide complex of oyster mushroom. Journal of Pharmaceutical Sciences and Research. 2019;11(5):1880–1883.Kolpakova O. А., Kuchrenko N. V., Kukhtenko H. P. Research of rheological properties of ointment with water-soluble protein-polysaccharide complex of oyster mushroom. Journal of Pharmaceutical Sciences and Research. 2019;11(5):1880–1883.Kamal N. S., Krishnaiah Y. S. R., Xu X., Zidan A. S., Raney S., Cruz C. N., Ashraf M. Identification of critical formulation parameters affecting the in vitro release, permeation, and rheological properties of the acyclovir topical cream. International Journal of Pharmaceutics. 2020;590:119914. DOI: 10.1016/j.ijpharm.2020.119914.Kamal N. S., Krishnaiah Y. S. R., Xu X., Zidan A. S., Raney S., Cruz C. N., Ashraf M. Identification of critical formulation parameters affecting the in vitro release, permeation, and rheological properties of the acyclovir topical cream. International Journal of Pharmaceutics. 2020;590:119914. DOI: 10.1016/j.ijpharm.2020.119914.Кухтенко Г. П., Кухтенко А. С., Капсалямова Э. Н., Аюпова Р. Б., Сакипова З. Б. Реологические исследования мягких лекарственных средств. Медицина. 2014;1:6–9.Kukhtenko G. P., Kukhtenko A. S., Kapsalyamova E. N., Ayupova R. B, Sakipova Z. B. Rheological studies of soft drugs. Medicine. 2014;1:6–9. (in Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.