Appunti di Analisi dei farmaci I

Appunti analisi dei farmaci

Farmaci

Un farmaco o principio attivo è una qualsiasi sostanza o composto impiegato nella prevenzione, cura e diagnosi delle malattie. Per poter essere somministrato, deve essere trasformato in una forma farmaceutica, ovvero la forma con cui lo si trova in farmacia. La forma farmaceutica è costituita da uno o più principi attivi e dagli eccipienti. Il principio attivo è la sostanza dotata di attività farmaceutica. All’interno di una forma farmaceutica, il principio attivo è contenuto in un dosaggio ben preciso, variabile a seconda del tipo di principio, di forma farmaceutica e di finalità terapeutiche. L’eccipiente è qualsiasi sostanza diversa dal principio attivo che venga aggiunto intenzionalmente alla forma farmaceutica. Tutti gli eccipienti sono dotati di particolari proprietà necessarie per ottenere formulazioni funzionali alla somministrazione. Troviamo elementi accessori come leganti, disaggreganti, glidanti, lubrificanti, coloranti e aromatizzanti.

Tipi di forme farmaceutiche

Le forme farmaceutiche si dividono in aerosol, capsule, cerotti transdermici, colliri, compresse, fiale, gocce, pomate, unguenti, creme, sciroppi, sospensioni e supposte. I farmaci possono essere distinti in medicinali di origine industriale e in medicinali allestiti in farmacia. Quelli di origine industriale sono divisi in specialità medicinali e generici o galenici industriali. In seguito alla scoperta di un principio attivo, è fondamentale il brevetto per proteggere la proprietà intellettuale. Le specialità medicinali sono preparate e messe in commercio con un nome di fantasia e in condizioni particolari che non possono essere modificate dal farmacista. I generici o galenici industriali sono preparati e messi in commercio con la denominazione comune della sostanza o, in sua assenza, con la denominazione scientifica. Il loro confezionamento secondario (confezione esterna) può essere sconfezionato dal farmacista.

Preparati farmaceutici

I preparati magistrali sono medicinali destinati a un determinato paziente e preparati in farmacia su prescrizione medica. Un preparato officinale è preparato in farmacia in base alle indicazioni di una farmacopea ed è destinato ad essere fornito direttamente ai pazienti che si servono in tale farmacia. I preparati ospedalieri sono medicinali preparati nella farmacia ospedaliera e destinati ad essere impiegati all’interno dell’ospedale. I preparati officinali multipli sono medicinali preallestiti, preparati in una farmacia aperta al pubblico o in quella ospedaliera in base alle indicazioni della farmacopea e destinati ad essere forniti ai clienti della farmacia o all’interno dell’ospedale.

Verifica e controllo della purezza

È fondamentale verificare con grande accuratezza e precisione l’identità e la purezza del farmaco prodotto in quanto la risposta farmacologica è dose-dipendente. Superando una certa dose, si possono avere effetti secondari tossici. È presente una finestra terapeutica nella quale, variando la dose, l’effetto non cambia e l’efficacia è mantenuta costante.

Il medico curante definisce la posologia (quantità e frequenza di somministrazione del farmaco) sulla base delle caratteristiche del paziente per avere la massima efficacia e per evitare gli effetti tossici. Si parte dal presupposto che il contenuto effettivo del farmaco corrisponda a quello dichiarato, oltre alla corretta identità del farmaco. Errori nella purezza del farmaco possono portare all’assenza di attività farmacologica o all’insorgenza di effetti tossici. Questi casi devono essere prevenuti grazie all’analisi quantitativa del farmaco nel bulk e nel prodotto finito. Si effettuano analisi quantitative e qualitative per verificare l’identità e la purezza del farmaco. Lo stesso processo è svolto sugli eccipienti e sul medicinale finale.

Le analisi sono effettuate dai laboratori di controllo qualità delle officine di produzione del farmaco e del medicinale devono effettuare tutte le analisi previste assicurando la conformità del prodotto con le specifiche di approvazione. L’AIFA vigila e controlla le officine di produzione delle aziende farmaceutiche italiane per garantire la qualità della produzione dei farmaci e delle materie prime. La qualità dei medicinali presenti sul mercato viene garantita anche attraverso la gestione delle segnalazioni riguardanti la presenza di difetti in uno o più lotti di medicinali o materie prime. Le segnalazioni di difetti di qualità vengono trasmesse da farmacie private o comunali, territoriali o ospedaliere, medici operatori sanitari ed aziende produttrici.

Di solito, la sostanza deve contenere non meno del 98% e non più del 102% di principio attivo. L’intervallo deve tenere conto della precisione del metodo sperimentale. Quando la precisione del metodo è molto alta, l’intervallo si restringe (99-100,5%). Se la purezza è inferiore al 100%, si ha la presenza di impurezze legate al processo produttivo e di contaminanti estranei al processo produttivo. L’analisi chimico farmaceutica è inoltre impiegata per determinare il contenuto di impurezze. Un’impurezza è qualsiasi sostanza potenzialmente presente nel farmaco, legata al processo di produzione oppure alla degradazione del farmaco che non produce nessun beneficio al paziente. Le impurezze vengono ricercate anche nel medicinale (produzione o interazione con il contenitore). È fondamentale valutare le impurezze per valutare il rischio di tossicità, il rischio di effetti avversi sulla stabilità e fanno da segnale di deviazione dal processo convalidato. L’AIFA ha ritirato i medicinali contenenti ranitidina in quanto presentavano un’impurezza dinitrosodietilammina, classificata come possibile agente cancerogeno.

Analisi quantitativa chimico-farmaceutica

L’analisi quantitativa permette di determinare la quantità di una o più sostanze note, dette analiti, all’interno di un campione. La matrice è l’ambiente in cui l’analita è disperso. L’analisi può essere effettuata su sostanze pure iscritte in Farmacopea europea in assenza di matrice, sui principi attivi in forma farmaceutica con una matrice costituita dalla forma farmaceutica stessa e sui principi attivi e i loro metaboliti in matrici biologiche complesse come il plasma, le urine e i tessuti. Ad ogni tipologia di sostanza e matrice sono associati dei metodi analitici differenti.

Il plasma umano ha una composizione molto complessa e questo rende difficile l’identificazione dell’analita. Una delle tecniche più utilizzate è la cromatografia accoppiata alla spettrometria di massa. L’analisi cromatografica permette di separare miscele costituite da più elementi. Per rivelare le sostanze è poi necessario un detector come, ad esempio, la spettroscopia UV o di massa. La titolazione non è minimamente selettiva né specifica. Va bene per le sostanze pure. I metodi spettroscopici utilizzano uno spettrofotometro e sono utilizzati per determinare la presenza di sostanze che assorbono lo spettro UV-visibile. Lavora su sostanze pure e non è particolarmente specifico. L’HPLC-UV-VIS (cromatografia liquida ad alta prestazione) permette di separare sostanze. Troviamo inoltre il gas cromatografo GC, utilizzato per le sostanze volatili o per le sostanze che possono essere modificate chimicamente a dare sostanze volatili. Infine, troviamo l’HPLC-MS di massa che è lo strumento analitico più preciso. Se una molecola ha un gruppo funzionale titolabile si possono utilizzare metodi volumetrici come le titolazioni.

Tecniche analitiche utilizzate

Troviamo l’analisi ponderale, l’analisi volumetrica e l’analisi strumentale. L’analisi ponderale è un insieme di operazioni che debbono essere impiegate per determinare un principio attivo tramite una pesata che rappresenta lo stadio finale della determinazione stessa. Questo metodo è molto laborioso e poco preciso. Per questo è scarsamente utilizzato.

L’analisi volumetrica è un’analisi completata misurando un volume di una soluzione a concentrazione nota, necessario per avere una reazione quantitativa con la sostanza che deve essere determinata. Comprende una serie di titolazioni che si dividono in: acido-base in fase acquosa, indiretta in fase acquosa, in solventi non acquosi, con formazione di precipitato, complessometriche e chelometriche, redox e potenziometriche. Nell’analisi strumentale troviamo metodi spettroscopici come spettroscopia UV-Vis, fluorescenza e metodi cromatografici come HPLC e GC.

La bilancia

Esistono varie tipologie di bilancia analitica. Nei laboratori moderni troviamo la bilancia analitica elettronica. Le prime bilance sono state quella a due piatti e quella a piatto unico. Nella bilancia elettrica troviamo un cilindro posizionato su un magnete permanente e collegato ad un filo elettrico. In posizione di equilibrio il passaggio della luce nel circuito è bloccato. Aggiungendo una massa, il piatto si abbassa e la luce può colpire il diodo. Il sistema è sviluppato per riportare il piatto alla posizione iniziale di equilibrio. Si forma un campo magnetico per sollevare la massa, la cui intensità dipende dalla massa aggiunta. Si sviluppa un’intensità di corrente elettrica proporzionale al campo magnetico. La bilancia mostra il valore della corrente elettrica che viene convertito in grammi tramite una proporzione correlata ad un valore standard. C’è linearità tra massa e voltaggio fino ad un certo valore di massa, oltre al quale si raggiunge la saturazione. È necessario quindi verificare la zona di linearità utilizzando due o tre standard a masse diverse, dando una calibrazione. È necessario calibrare la bilancia giornalmente per evitare errori. La bilancia deve essere in bolla e deve essere sempre posizionata su una lastra di marmo di spessore importante in quanto permette di assorbire bene le vibrazioni. Troviamo un tasto di accensione e uno di calibrazione. Le bilance moderne presentano un sistema di masse interne che permette un’autocalibrazione automatizzata. È presente il tasto di tara.

L’utilizzo corretto della bilancia elettronica analitica comprende una serie di passaggi. Dopo l’accensione si effettua la calibrazione, si pulisce il piatto con un pennello non elettrostatico, si inserisce una navicella da pesata di dimensioni idonee rispetto alla massa da pesare, si chiude lo sportello e si aspetta fino a che il valore di massa sia stabile, procedendo poi alla taratura. Si trasferisce con una spatola pulita ed asciutta il materiale nella navicella. Per registrare il valore di massa si chiude lo sportello e si attende che il valore di massa si stabilizzi. Si trasferisce la sostanza pesata nel recipiente di raccolta e si pulisce il piatto con un pennello. Per pesare una quantità molto piccola si parte facendo una soluzione madre a concentrazione nota che viene successivamente diluita per arrivare alla concentrazione ricercata.

Fonti di errore nella pesata

Troviamo l’errore di spinta fluidostatica che è l’errore di pesata che si verifica quando l’oggetto che si sta pesando ha una densità abbastanza diversa da quella della massa standard (8g/cm³) per la calibrazione. L’errore ha origine dalla diversa forza fluidostatica esercitata dall’aria sulle masse a diversa densità. Nel caso si pesino sostanze con densità inferiore a 2Kg/L si usa la formula per calcolare l’errore W1=W2+W2(d _aria/d_oggetto -d_aria/d_m). Con W1=massa corretta e W2=massa misurata. d_m=densità masse standard.

Un altro tipo di errore è dato dall’effetto della temperatura. Si commette un errore significativo quando si pesa un oggetto con temperatura differente rispetto a quella ambiente. La causa dell’errore è duplice in quanto le correnti di convezione esercitano un effetto di sollevamento e l’aria calda in un recipiente chiuso pesa meno rispetto allo stesso volume ad una temperatura più bassa. Per ovviare all’effetto della temperatura è necessario far raffreddare il campione in un essiccatore prima della pesata per evitare che riassorba acqua.

La massa di molti solidi varia con l’umidità data la loro tendenza ad assorbire umidità. In tale caso è necessario l’essiccamento della sostanza prima di effettuare la pesata. L’essiccamento di un solido trasferito in un pesafiltro avviene mediante cicli di riscaldamento in stufa per un’ora e successivo raffreddamento in essiccatore fino ad ottenere una massa costante. I pesafiltri devono essere maneggiati con pinze o strisce di carta in modo tale da non aumentarne il peso.

Gli essiccatori alla loro base presentano sostanze inorganiche igroscopiche che assorbono l’acqua presente nel campione. I contenitori aperti vengono posizionati al di sopra di un piatto. Troviamo una campana superiore che presenta del silicone alla base. Si apre cautamente il coperchio facendo scivolare il coperchio con una mano, tenendo con l’altra la base dell’essiccatore. Può essere presente un becco sopra la campana che viene collegato ad una pompa a vuoto esterna che permette di mantenere l’essiccante più a lungo, rimuovendo l’aria.

Come agente disidratante si utilizzano principalmente il cloruro di calcio, l’ossido di calcio, il solfato di calcio, il carbonato di potassio, il solfato di rame, l’ossido di magnesio e il perclorato di magnesio.

Troviamo altre fonti di errore come il materiale non al centro del piatto, la manipolazione non corretta del campione (fuoriuscita dalla navicella), lo sportello bilancia tenuto aperto, vibrazioni eccessive, l’uso di mani nude per recipienti per la tara (le dita possono trasferire umidità che viene persa durante la pesata), la pesata di oggetti e campioni che hanno una carica elettrostatica, la navicella di pesata di dimensioni non idonee, la pesata su bilancia non calibrata, l’impiego di spatole contaminate, la confusione sulle scale di conversione e una cattiva manutenzione e pulizia della bilancia.

La pesata può essere diretta o può avvenire per differenza. Quella per differenza è usata per sostanze igroscopiche e liquidi. Si pesa il pesafiltro con il contenuto, si versa parte del contenuto nel recipiente di raccolta, si pesa nuovamente il pesafiltro e il contenuto rimasto. La massa della sostanza trasferita nel recipiente di raccolta viene determinata per differenza. In commercio troviamo bilance elettroniche che possono essere analitiche o tecniche. Si usano le analitiche se è richiesta un’elevata sensibilità e alta risoluzione. Le tecniche sono utilizzate per pesare quantità relativamente grandi e che non richiedono un’elevata risoluzione ma un’alta portata. Le bilance elettroniche presentano caratteristiche differenti.

La capacità o portata è il carico massimo su un piatto per il quale la bilancia si trova in equilibrio entro la scala. Il tempo di stabilizzazione è l’intervallo di tempo tra il caricamento del materiale sul piatto della bilancia e la stabilizzazione dell’indicazione del peso. La precisione rappresenta il grado di concordanza di una serie di misure di una stessa quantità ripetuta molte volte nelle stesse condizioni. L’accuratezza è la concordanza tra il risultato della misura e il valore vero della quantità misurata. La divisione di lettura è la più piccola frazione di massa che viene letta dal display. Le bilance analitiche presentano una copertura in vetro mentre le tecniche ne sono sprovviste.

Materiali per attrezzature di laboratorio

Il vetro è il materiale più utilizzato per recipienti ed attrezzature. Si usano vetri speciali come pyrex e vycor in quanto più resistenti all’attacco chimico rispetto ai vetri normali costituiti da silicati e ossidi di metalli alcalini e alcalino-terrosi. In alcune condizioni (laboratori biologici) si utilizzano materie plastiche. Si usano porcellane (crogioli e capsule) che sono più resistenti del vetro all’attacco alcalino mentre hanno una resistenza paragonabile al vetro nei confronti degli acidi. Ha una maggiore resistenza termica e meccanica rispetto al vetro.

La vetreria può essere di classe A e B e si differenzia sulla tolleranza (errore accettato rispetto al valore vero). La classe A è prodotta alla migliore tolleranza con vetro Pyrex. Nella classe B la tolleranza della vetreria è circa doppia rispetto a quella di classe A. La vetreria in laboratorio è marcata con le sigle TD= to deliver; TC= to contain.

I matracci sono di vetro a forma di pera, provvisti sul collo di una tacca che indica dove deve arrivare il volume di riempimento. Esistono di varia capacità. Si utilizzano per preparare soluzioni a titolo noto. Presentano una terminazione a smeriglio con tappi in teflon.

Le pipette consentono il trasferimento di volumi noti da un recipiente ad un altro. Vanno da 0,5ml a 20ml. Troviamo pipette a volume fisso o a volume graduato. Quelle a volume fisso presentano una tacca superiore e vengono svuotate per scolamento. Possono essere a scolamento parziale o totale. Le pipette graduate o di Mohr sono utilizzate per erogare volumi variabili.

Le burette consentono di erogare volumi variabili. Sono costituite da un tubo graduato terminante con un’allunga di vetro su cui è inserito un rubinetto di teflon per regolare il flusso.

Per minimizzare l’errore è necessario procedere con la taratura della vetreria volumetrica. È il procedimento nel quale si determina il valore reale di volume. Per ottenere l’accuratezza migliore, la vetreria volumetrica deve essere tarata per misurare il volume realmente contenuto/erogato. La vetreria viene tarata misurando la massa di un liquido di densità e temperatura note contenute nella vetreria. Dato che il volume di una massa liquida varia con la temperatura, le attrezzature volumetriche sono calibrate per convenzione.