Transformações e Degradação Induzidas por Umidade em Ingredientes Farmacêuticos

Objetivo do Estudo

Investigar os comportamentos de degradação química e desidratação de ingredientes farmacêuticos, como o ácido acetilsalicílico (AAS) e o ácido cítrico monoidratado, sob diferentes condições de umidade e temperatura. O estudo utiliza uma combinação das técnicas de Sorção Dinâmica de Vapor (DVS) e espectroscopia Raman para monitorar, em tempo real, as mudanças químicas e físicas desses compostos farmacêuticos. 

Realizado por

Materiais Utilizados no Estudo

Ácido Acetilsalicílico (AAS)

O ácido acetilsalicílico (AAS) foi utilizado como um dos ingredientes farmacêuticos principais. Este composto foi exposto a diferentes condições de umidade e temperatura para estudar seu comportamento durante o processo de degradação e interação com o ambiente.

Ácido Cítrico Mono Hidratado

O ácido cítrico monoidratado (Sigma Aldrich) foi o segundo ingrediente farmacêutico escolhido para o estudo. A análise de sua transição para a forma anidra foi essencial para entender as condições ideais de preservação e manipulação do material em diferentes umidades e temperaturas.

Equipamentos Utilizados

Surface Measurement Systems (DVS)

O Surface Measurement Systems foi empregado para realizar o monitoramento preciso da sorção dinâmica de vapor (DVS). Esse equipamento controlou a umidade relativa das amostras, permitindo ajustes precisos das condições ambientais e a coleta de dados sobre como o ácido acetilsalicílico e o ácido cítrico reagem a variações de umidade e temperatura.

iRaman Plus (B&W Tek)

A sonda óptica de espectroscopia Raman por fibra (iRaman Plus, B&W Tek) foi usada para realizar a análise molecular em tempo real. Equipado com um laser CleanLaze® de 784,96 nm e potência de 415 mW, este equipamento permitiu a excitação de vibrações moleculares nas amostras, cobrindo a faixa espectral de 65 a 3350 cm-1 .

CCD Retroiluminado Resfriado a TE

O sistema de CCD retroiluminado resfriado a TE foi essencial para garantir alta sensibilidade e precisão nas medições espectroscópicas, contribuindo para a qualidade dos dados coletados durante o experimento.

Posicionamento da Sonda Raman

A sonda Raman foi cuidadosamente posicionada a aproximadamente 7 mm da superfície da amostra, o que permitiu a coleta de dados mais representativos sem interferências externas. Utilizou-se uma panela de quartzo para manter a amostra suspensa, minimizando interferências da superfície de suporte.

Processamento de Dados

Os dados espectroscópicos foram processados com subtração de fundo para eliminar sinais indesejados, seguidos de correção de intensidade relativa utilizando o arquivo SRM2241 para corrigir as formas de onda. Uma janela de suavização Boxcar de 2 foi aplicada para melhorar a qualidade dos dados e reduzir o ruído.

Experimento

Ácido Acetilsalicílico (AAS)

O ácido acetilsalicílico foi exposto a 90% de umidade relativa (UR) a 25°C, com um aumento subsequente da temperatura para 50°C. Durante o experimento, espectros Raman completos foram adquiridos em intervalos de tempo fixos ao longo de 60 horas , permitindo a análise contínua da degradação e mudanças na amostra.

Período de Secagem

Após as medições iniciais, o ácido acetilsalicílico passou por um período de secagem de 24 horas , para avaliar sua estabilidade sob condições de baixa umidade e a reversibilidade do processo de absorção de umidade.

Ácido Cítrico Mono Hidratado

O ácido cítrico monoidratado foi colocado em um ambiente isobárico, com um aumento gradual da temperatura em etapas de 5°C, começando de 10°C até 50°C . Esse processo foi fundamental para determinar o ponto de decomposição do ácido e sua transição para a forma anidra .

Variedade de Umidades Relativas

Para estudar os efeitos da umidade na transição para a forma anidra, o experimento foi repetido em diferentes níveis de umidade relativa: 0%, 20%, 40%, 60%, e 80% . Isso proporcionou uma visão detalhada do comportamento do ácido cítrico em diferentes condições ambientais.

Coleta de Dados

As varreduras Raman foram realizadas a cada 360 minutos , permitindo a coleta contínua de dados durante o experimento e a análise das mudanças nas características espectrais das amostras ao longo do tempo.

Resultados do Estudo de Degradação Química

Degradação do Ácido Acetilsalicílico (ASA) em Altos Níveis de Umidade

A degradação do ácido acetilsalicílico (ASA) em altos níveis de umidade é principalmente devido à hidrólise causada pela presença de água. Essa reação leva à decomposição do ASA em ácido salicílico e ácido acético . O conteúdo de umidade é um fator determinante na degradação de produtos farmacêuticos, impactando a estabilidade de até 50% desses produtos. A higroscopicidade do ASA, que facilita a absorção de umidade, contribui para essa degradação.

Além disso, abordagens como co-cristalização têm sido exploradas para aumentar a estabilidade de APIs sensíveis à umidade, ao reduzir a higroscopicidade. O uso de embalagens resistentes à umidade, como blisters , também pode mitigar a exposição à umidade e, portanto, a degradação.

Alterações Espectrais do ASA a 25 °C e 90% de UR

A Figura 1 mostra os espectros Raman completos do ASA a 25°C e 90% de umidade relativa (UR). Ao longo do tempo, observa-se uma diminuição na fluorescência , com cada espectro apresentando uma linha de base reduzida em comparação com os anteriores. Essa alteração na linha de base provavelmente se deve a uma diminuição da eletricidade estática na amostra e na panela, causada pela alta umidade.

Efeito do Aquecimento a 50 °C no ASA

A Figura 2 exibe os espectros Raman do ASA a 50 °C com 90% de UR. Nesse estágio, observou-se apenas alterações sutis nos espectros. O pico espectral na faixa de 1550 cm-1 a 1750 cm-1 sofreu um deslocamento de cerca de 1630 cm-1 para 1629 cm-1 . Além disso, um novo pico foi resolvido em 1634 cm-1 , sugerindo que a hidrólise já ocorreu a 90% de UR.

Comparação de Espectros em Diferentes Condições: ASA a 25 °C vs. 50 °C

A Figura 3 compara os espectros Raman do ASA nas condições iniciais a 25°C e 0% de UR com os espectros obtidos a 50°C e 90% de UR. A comparação mostrou que o deslocamento espectral não foi simplesmente devido à interação com a água, uma vez que foi observada uma sorção negligenciável de água nas condições de 0% de UR. O deslocamento espectral persistiu mesmo após a remoção da umidade e o processo de secagem da amostra por 24 horas .

Estudo de Desidratação

Comportamento do Ácido Cítrico Monoidratado em Diferentes Condições de Umidade

O ácido cítrico monoidratado é utilizado em medicamentos como regulador de pH, conservante e antioxidante. Sua desidratação resulta na formação do ácido cítrico anidro , o que pode influenciar a liberação de medicamentos , sua solubilidade e vida útil . Este estudo explora como o ácido cítrico monoidratado se desidrata sob diferentes condições de umidade e temperatura , fornecendo insights cruciais para o design de sistemas de liberação controlada.

Perda de Massa e Formação de Ácido Cítrico Anidro

A Figura 4 mostra que, ao ser exposto a 0% de UR a 20°C , a amostra começou a perder 8,2% da massa . Esse valor é consistente com a perda de uma molécula de água , confirmando a desidratação parcial . O espectro Raman na Figura 5 revela a formação do pico anidro a 1142 cm-1 , que aparece a temperaturas superiores a 25°C .

Influência da Temperatura e Umidade no Processo de Desidratação

A desidratação foi observada com variações nas condições de umidade relativa (UR) . Quando o ácido cítrico monoidratado foi exposto a 20%, 40% e 80% de UR , a desidratação ocorreu a 25°C, 30°C, 40°C e 45°C , respectivamente. Em um ambiente com alta umidade , o ácido cítrico monoidratado absorve moléculas de água do ambiente, o que estabiliza a forma hidratada. Isso resulta na necessidade de temperaturas mais altas para a conversão para sua forma anidra .

Impacto dos Estudos

Em resumo, os resultados práticos deste estudo sugerem que a compreensão aprofundada dos efeitos da umidade e da temperatura na degradação e desidratação de substâncias farmacêuticas pode levar a:

• Maior estabilidade e eficácia dos medicamentos ao longo do tempo : O controle preciso das condições de umidade e temperatura pode aumentar a vida útil dos medicamentos, garantindo que eles mantenham sua eficácia até a data de validade.

• Inovações nas embalagens e processos de fabricação para proteger os produtos contra a umidade : Novos métodos de embalagem, como blisters ou selagem a vácuo, podem ser desenvolvidos para manter a umidade afastada e proteger os medicamentos de degradações indesejadas.

• Melhoria no design de medicamentos, aumentando a liberação controlada e a absorção eficiente : A otimização do processo de desidratação e a escolha de excipientes adequados podem melhorar a taxa de liberação de fármacos, garantindo uma absorção mais eficiente e resultados terapêuticos mais consistentes.

• Adoção de tecnologias avançadas para monitorar e controlar as condições de armazenamento de medicamentos : Tecnologias como espectroscopia Raman podem ser utilizadas em tempo real para monitorar a qualidade dos medicamentos durante o armazenamento, assegurando que as condições ideais sejam mantidas.

• Mudanças nas regulamentações e controle de qualidade para garantir a segurança e a eficácia dos produtos farmacêuticos : Com base nos resultados, novas diretrizes e processos de controle de qualidade podem ser implementados, estabelecendo novos padrões para o armazenamento e manipulação de medicamentos sensíveis à umidade e temperatura.

Essas alterações podem resultar em medicamentos mais confiáveis, eficazes e com maior durabilidade, além de otimizar os processos de fabricação e armazenamento na indústria farmacêutica.

Refrências

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