Appunti di analisi dei farmaci

Analisi dei farmaci

Studia l'analisi quantitativa chimico-farmaceutica di sostanze inorganiche, metallo-organiche e organiche. Serve dunque per analizzare i metodi analitici necessari a determinare la quantità, quindi la purezza, di un farmaco nel bulk e nel medicinale. È, infatti, necessario verificare con accuratezza sia l'identità sia la purezza del farmaco perché ogni farmaco ha la sua “finestra terapeutica”, cioè l'intervallo di dose in cui l'effetto provocato dal farmaco è efficace e non ha effetti tossici. È quindi il medico curante a definire la posologia, cioè la quantità di farmaco somministrato, sulla base delle caratteristiche del paziente per avere massima efficacia e assenza di tossicità.

Inizialmente avviene quindi la produzione bulk del farmaco, che viene analizzato qualitativamente e quantitativamente per verificarne l'identità e la purezza. Successivamente vengono aggiunti gli eccipienti e anche questi vengono analizzati sia qualitativamente sia quantitativamente per verificarne identità e purezza. Una volta ottenuta la forma farmaceutica finale, questa viene analizzata quantitativamente per verificare il contenuto del farmaco nel medicinale.

Nel caso in cui l'efficacia sia troppo bassa e non inclusa nella finestra terapeutica, la purezza del farmaco non risulta conforme: c'è un sottodosaggio di farmaco nel medicinale. Nel caso in cui, invece, la tossicità sia troppo alta e non inclusa nella finestra terapeutica, c'è un'errata produzione del medicinale, quindi iperdosaggio. Questi casi devono essere prevenuti, grazie all'analisi quantitativa del bulk e del prodotto finito.

Solitamente la sostanza deve contenere non meno del 98% e non più del 102% di principio attivo: l'intervallo tiene conto della precisione del metodo sperimentale (CV%<2%). Quando la precisione è molto alta, come in titolazioni volumetriche, l'intervallo si restringe (99%-100.5%). A effettuare le analisi sono i laboratori di Controllo Qualità delle Officine di produzione del farmaco e del medicinale. Inoltre, l'AIFA (Agenzia Italiana del Farmaco) è la società deputata a controllare le Officine di Produzione delle aziende farmaceutiche per garantire la qualità della produzione di farmaci e materie prime. Inoltre, la qualità viene garantita anche grazie a segnalazioni riguardanti la presenza di difetti in uno o più lotti di medicinali o materie prime. Queste segnalazioni vengono trasmesse da farmacie private, ospedaliere o comunali e dalla ASL, da medici operatori sanitari e da aziende produttrici.

Farmaci e forma farmaceutica

Un farmaco (principio attivo) è una qualsiasi sostanza o composto impiegato nella prevenzione, cura e diagnosi delle malattie. Per poter essere somministrato un farmaco deve essere trasformato in forma farmaceutica, che è costituita da uno o più principi attivi e dagli eccipienti. Nella forma farmaceutica dunque il principio attivo è la sostanza dotata di attività farmaceutica ed è contenuto in un dosaggio preciso.

L'eccipiente è qualsiasi sostanza diversa dal principio attivo che venga aggiunta intenzionalmente alla forma farmaceutica. Ha particolari proprietà necessarie per ottenere formulazioni con caratteristiche funzionali alla somministrazione. Ci sono 6 tipi di eccipienti:

• Leganti che danno compattezza alla forma farmaceutica, tenendone assieme i componenti;
• Coloranti che servono a rendere più invitante l'aspetto della forma farmaceutica;
• Disaggreganti che controbilanciano l'azione dei leganti per consentire alla forma farmaceutica di disfarsi liberando il principio attivo;
• Glidanti che consentono lo scorrimento della miscela principio attivo-eccipienti, facendola defluire in modo uniforme e rapido nello stampo;
• Lubrificanti che servono per la preparazione di compresse per facilitare la compressione della miscela e l'espulsione delle compresse;
• Aromatizzanti che mascherano gli eventuali sapori sgradevoli.

Le forme farmaceutiche possono essere di diversi tipi:

• Aerosol = dispersioni di particelle liquide o solide racchiuse in recipienti chiusi ermeticamente (nebulizzatori). Possono essere a uso topico o per inalazione.
• Capsule = preparazioni con un involucro gelatinoso duro o molle che contiene una dose di medicamento. Permettono di far arrivare il principio attivo nella sede di rilascio in modo sicuro e protetto, evitando dispersioni ed effetti collaterali.
• Cerotti transdermici = assicurano livelli costanti di principio attivo nel sangue e un'azione duratura.
• Colliri = soluzioni o sospensioni sterili, acquose o oleose applicate nell'occhio.
• Compresse = preparazioni ottenute comprimendo la miscela principio attivo-eccipienti. Alcune sono rivestite con uno o più strati di sostanze diverse (resine, gomme, cere) per migliorarne l'aspetto estetico, mascherare odori e sapori sgradevoli, proteggere il farmaco da luce e umidità, aumentare la resistenza meccanica, dare resistenza al succo acido nello stomaco o anche per controllare il tempo di cessione.
• Fiale = contengono una sostanza attiva liquida. Vengono somministrate per via intramuscolare, endovenosa o sottocutanea.
• Gocce = preparazioni liquide somministrate come gocce orali, nasali o auricolari.
• Pomate = preparazioni semisolide da impiegare sulla pelle o mucose. Si dividono in:
  • Unguenti = preparazioni con un eccipiente in fase unica (grassa o acquosa) in cui si disperdono sostanze attive liquide o solide;
  • Creme = emulsioni formate da due fasi (grassa e acquosa) in cui una prevale sull'altra. Le più comuni evaporano rilasciando la sostanza attiva;
  • Gel = liquidi trasformati in gel con dei gelificanti;
  • Paste = preparazioni in cui grandi quantità di polvere fine sono disperse negli eccipienti grassi o acquosi. Sono adsorbenti (imprigionano sostanze chimiche nocive) e opache (proteggono la pelle da radiazioni solari).
• Sciroppi = preparazioni a base acquosa che contengono principi attivi e sostanze dolcificanti.
• Sospensioni = preparazioni in cui la miscela principio attivo-eccipienti viene dispersa come polvere in un liquido in cui non si può sciogliere.
• Supposte = preparazioni con forma e consistenza tali da permetterne l'introduzione nel retto dove il farmaco viene rilasciato e assorbito.

Nel preparato finale possono, inoltre, essere presenti delle componenti diverse sia dagli eccipienti che dai principi attivi e che diminuiscono la purezza del prodotto finale. I contaminanti sono sostanze estranee al processo produttivo. Le impurezze, invece, sono sostanze legate al processo produttivo oppure alla degradazione del farmaco che non produce nessun beneficio nel paziente. Queste vengono ricercate non solo nel farmaco ma anche nel medicinale perché possono anche essere legate al processo di produzione o all'interazione con il contenitore. Vengono analizzate attentamente perché costituiscono rischio di tossicità e di effetti avversi sulla stabilità. Inoltre, sono un segnale di deviazioni dal processo convalidato. Per esempio, sono stati ritirati dall'AIFA i medicinali contenenti ranitidina, che è un antagonista dei recettori H2 dell'istamina e inibisce la secrezione acida, quindi viene utilizzato nel trattamento di ulcere, reflusso gastroesofageo e bruciore di stomaco. In alcuni lotti della ranitidina sono state trovate delle nitrosammine, che sono probabili agenti cancerogeni per l'uomo. Un principio attivo viene considerato conforme alle norme se ha purezza compresa tra il 97 e il 103%.

I medicinali, cioè i preparati finali, si dividono in quelli di origine industriale e quelli allestiti in farmacia. Quelli di origine industriale a loro volta si dividono in specialità medicinali (preparati e messi in commercio con nomi di fantasia e in confezioni particolari, come l'aspirina) e generici/galenici industriali (preparati e messi in commercio con il nome comune della sostanza o la denominazione scientifica, il confezionamento secondario più esterno può essere sconfezionato dal farmacista, come l'acido acetilsalicilico). Quelli allestiti in farmacia, invece, si dividono a loro volta in galenici magistrali (destinati a un determinato paziente e preparati su prescrizione medica), galenici ospedalieri (destinati a essere impiegati all'interno dell'ospedale) e galenici multipli (preallestiti, destinati a essere forniti ai clienti di una farmacia aperta al pubblico o all'interno dell'ospedale).

Tutti i medicinali utilizzati in una certa area geografica e politica sono racchiusi nella farmacopea: quella Ufficiale della Repubblica Italiana è costituita dalla Farmacopea Italiana XII edizione e dalla Farmacopea Europea. Questa inoltre regola il processo di autorizzazione all'immissione in commercio dei generici e anche l'attività preparatoria delle farmacie ospedaliere e private. L'obiettivo della farmacopea è la promozione della salute pubblica mediante la messa a punto di norme comuni che costituiscono la garanzia di sicurezza d'uso dei medicinali per i pazienti.

Analisi quantitativa chimico-farmaceutica

L'analisi quantitativa consiste dunque nella determinazione della quantità di una o più sostanze note (quindi di analiti) di un campione. La matrice è l'ambiente in cui è disperso l'analita. L'identificazione di analiti in matrici complesse richiede metodi altamente specifici e sensibili. Per compiere un'analisi quantitativa ci sono diversi metodi che in ordine crescente di sensibilità, specificità e costo sono: titolazione < spettroscopia < HPLC-UV-VIS < HPLC-MS.

Strumentazione e materiali

Bilancia: può essere a due piatti, meccanica a piatto unico o elettronica. Può essere analitica che richiede elevata sensibilità e alta risoluzione, o tecnica utilizzata per pesare quantità relativamente grandi e che non richiede elevata risoluzione ma alta portata. Alcune caratteristiche delle bilance elettroniche sono: capacità (portata) cioè il carico massimo su un piatto per il quale la bilancia si trova in equilibrio entro la scala; tempo di stabilizzazione cioè l'intervallo di tempo tra il caricamento del materiale sul piatto e la stabilizzazione dell'indicazione del peso; precisione (riproducibilità) cioè il grado di concordanza di una serie di misure di una stessa quantità ripetuta molte volte nelle stesse condizioni; accuratezza cioè la concordanza tra il risultato della misura e il valore vero della quantità misurata; divisione di lettura cioè la più piccola frazione di massa che viene letta dal display. Dopo l'accensione bisogna effettuare la calibrazione poi pulire il piatto. Inserire la navicella da pesata di dimensioni idonee rispetto alla massa da pesare e chiudere lo sportello. Quando la massa è stabile effettuare la taratura, cioè il processo in cui si regola una bilancia in modo che segni 0 sulla tara (massa del contenitore vuoto). Poi trasferire con una spatola il materiale nella navicella con una spatola. Chiudere lo sportello e aspettare che la massa si stabilizzi per pesarla correttamente.

La pesata può avvenire direttamente o per differenza, modalità utilizzata per sostanze igroscopiche e liquidi. In questa modalità bisogna pesare il pesafiltro con il contenuto, poi versarne una parte in un recipiente di raccolta. Pesare nuovamente il pesafiltro con il contenuto rimasto: la massa della sostanza trasferita nel recipiente di raccolta viene determinata per differenza.

Degli errori nella pesata possono essere causati, per esempio, da un errore di spinta fluidostatica quando l'oggetto che si sta pesando ha una densità abbastanza diversa da quella della massa standard per la calibrazione (8g/cm³). Quindi ci sarà una diversa forza fluidostatica esercitata dall'aria sulle masse a diversa densità. Se si pesano sostanze con densità inferiore a 2Kg/L si usa:

W = W₁ + W₂ * (d_aria/d_oggetto – d_aria/d_m)

con W la massa corretta, W₁ la massa misurata e d_m la densità della massa standard.

Un'altra fonte di errore è la temperatura quando un oggetto ha temperatura diversa da quella dell'ambiente. Questo avviene a causa delle correnti di convenzione che esercitano un effetto di sollevamento e anche perché l'aria calda in un recipiente chiuso pesa meno rispetto allo stesso volume a temperatura più bassa. Per ovviare a questo errore bisogna far raffreddare il campione in essiccatore prima della pesata. Questo è necessario anche per sostanze igroscopiche, che tendono ad assorbire umidità che influisce sulla pesata. Altre fonti di errori sono: materiale non al centro del piatto, manipolazione non corretta del campione, sportello aperto della bilancia, vibrazioni eccessive, uso di mani nude per recipienti per la tara, pesata di oggetti con carica elettrostatica, navicella di dimensioni non idonee, bilancia non calibrata, uso di spatole contaminate oppure anche cattiva manutenzione e pulizia della bilancia.

Essiccatori: permettono di raffreddare delle sostanze, riposte nei pesafiltri, prima di pesarle. Bisogna aprire il coperchio facendolo scivolare con una mano e tenendo con l'altra la base dell'essiccatore. Lasciar raffreddare il pesafiltro, maneggiandolo con pinze o strisce di carta, prima di metterlo nell'essiccatore altrimenti si forma un vuoto.

Filtri di carta: utilizzati per filtrare quando il precipitato non subisce alterazioni irreversibili né per contatto con la cellulosa né per combustione. Si utilizza carta senza ceneri, fatta di cellulosa trattata con HCl e HF per eliminare le impurità metalliche e la silice.

Matracci: in vetro, a forma di pera e provvisti sul collo di una tacca che indica dove deve arrivare il volume di riempimento. Hanno diverse capacità e si utilizzano per preparare soluzioni a titolo noto valutando il menisco. Questo è un solido limitato da due porzioni di superficie sferica, una concava e l'altra convessa: un liquido va letto in base alla tacca su cui si trova il menisco inferiore. Inoltre, è necessario che l'occhio si trovi a livello per evitare l'errore dovuto alla parallasse.

Crogioli filtranti: utilizzati per la filtrazione a pressione ridotta, che richiede un tempo di filtrazione, lavaggio, essiccamento e calcinazione minore di quella con carta e non ha pericoli di reazione con la carta. I crogioli nella filtrazione a pressione ridotta vengono inseriti in beute da vuoto in cui è possibile creare vuoto con pompe ad acqua. Non possono essere usati quando sono presenti precipitati colloidali e quando è richiesta una calcinazione ad alta temperatura. Possono essere in vetro poroso o di Gooch. Quelli in vetro poroso sono costituiti da un disco di vetro saldato al corpo del crogiolo e hanno limite di temperatura di 200°C. Quelli di Gooch hanno un fondo bucherellato che sostiene delle pagliette di fibra di vetro e hanno un limite di temperatura di 500°C.

Pipette: consentono il trasferimento di volumi noti da un recipiente a un altro. Possono essere volumetriche o graduate. Quelle volumetriche, o di trasferimento, erogano un volume fisso e hanno una tacca superiore. Vengono svuotate per scolamento, quindi l'ultima goccia rimane all'interno della pipetta. Le pipette graduate, o di Mohr, erogano volumi variabili.

Burette: consentono di erogare volumi variabili. Sono costituite da un tubo graduato terminante con una allunga di vetro in cui è inserito un rubinetto in teflon per regolare il flusso.

Vetro: materiale più utilizzato per recipienti e attrezzature. Si usano vetri speciali come il pyrex perché sono più resistenti all'attacco chimico rispetto ai vetri normali. La vetreria si divide in materiali di classe A o B in base alla tolleranza, che è l'errore accettato rispetto al valore vero. La classe B ha tolleranza circa doppia rispetto a quella di classe A. La taratura della vetreria volumetrica è il processo con cui si determina il valore reale di volume. Il volume di una massa liquida varia con la temperatura, quindi le attrezzature volumetriche vengono calibrate alla temperatura di 20°C.

Porcellana: utilizzata per crogioli e capsule perché è più resistente del vetro all'attacco alcalino, mentre la resistenza agli acidi è simile a quella del vetro. Ha inoltre maggiore resistenza termica e meccanica rispetto al vetro.

Metodi di titolazione

La titolazione comprende una serie di procedimenti quantitativi che si basano sulla misura di una quantità di un reagente a concentrazione nota (soluzione standard) consumato quantitativamente dall'analita. Può essere volumetrica se si misura il volume di una soluzione a concentrazione nota oppure gravimetrica se si misura la massa del reagente. Dunque il titolo è il peso di una sostanza chimica equivalente a 1ml della soluzione di titolante. Per esempio se la reazione è CO₃^2- + 2H⁺ --> H₂CO₃ 1ml di soluzione 1M equivale a 1mmole di H⁺ che reagiscono con 0.5mmoli di CO₃^2- quindi 52.99mg.

La soluzione standard può essere una soluzione a concentrazione nota, oppure a concentrazione approssimata che si prepara usando una bilancia tecnica o vetreria non tarata. La soluzione a concentrazione nota si prepara sciogliendo in un dato volume una quantità esattamente pesata di sostanza madre (reagente puro o standard primario). Questo standard primario deve essere: puro o avere impurità massima dello 0.01%, stabile, non igroscopico, facilmente recuperabile in commercio, poco costoso e avere massa molare relativamente grande per minimizzare gli errori di pesata.