난용성 의약품의 생체이용률 증진을 위한 무정형 초미립자의 조제(5)

: Phenytoin의 입도분포와 용해도에 대한 분쇄효과

곽성신2, 김현일2, 정한영2, 최우식1,2*

부산대학교 제약학과1*, 대학원 학과간 분체공학협동과정2

Amorphous and Nano-particle Preparation for Improvement

of Insoluble Drugs Bioavailability(5) :

Grinding Effect on Particle size Distribution and Solubility of Phenytoin

Seong Shin Kwak 2, Hyun il Kim 2, Han Young Chung 2, Woo Sik Choi 1,2*

Department of Pharmaceutical Manufacturing 1*, Interdisciplinary Program

in Powder Technology, Graduate School, Pusan National University 2

서론

최근에 주목받고 있는 신소재 개발 분야 중 submicron 영역으로의 접근을 위한 초미분쇄는 특히 난용성 원료 의약품의 생체이용률(bioavailability) 증진을 위한 방법의 한가지로 이용되고 있다1,2). 난용성 약물의 근본적인 문제는 경구투여 후 인체의 약물 흡수가 빈약하고 치료학상 기준이하의 생체이용률을 나타낸다는 점이다3). Submicron 영역 내의 초미분 분쇄기는 다양한 산업영역에서 새로운 ceramics와 전자 재료를 개발하는 것처럼 제약영역에서도 새로운 기능성 재료의 개발과 관련지어 볼 때 중요하다4,5). 생체이용률 증진을 위해서는 분쇄조작에 의한 약물의 입자제어, 결정형 제어 및 용해도의 개선 등을 들 수 있다. 기계적 분쇄조작은 sulfadiazole, griseofulvin, nitrofurantoin, ursodeoxycholic acid(UDCA) 등에서 알려진 바와 같이 고체상의 원료를 미분상태로 변화시키거나 결정화도를 감소시켜 무정화함으로써 약물의 생체이용률을 높일 수 있다6,7).

본 연구에서는 이전 연구와 같은 연구방법으로 난용성 약물 phenytoin입자를 초미립자로 분쇄하여 1차 입자의 크기를 submicron 이하로 조제하였을 때 약물의 효능을 향상시킬 수 있을 것으로 예상되어2,6) 난용성 모델 의약품 phenytoin을 시료로 단독분쇄를 실시하여 각 분쇄조건에 따른 입도분포 및 용해도의 변화를 실험적으로 연구한 결과 난용성 의약품의 생체이용률 증진에 관한 유용한 지견을 얻었기에 이에 보고하고자 한다.

실험장치 및 방법

1. 실험장치 및 시료

1) 분쇄기 : 본 연구에서 사용한 분쇄기인 유성볼밀(Planetary ball mill)은 회분식 분쇄기인 수직형 유성볼밀로(KVP-03, motor 2.2 kW), pot 중심점의 회전 반경은 250 mm, 직경은 74 mm이며, 턴테이블의 공전속도와 pot의 자전속도 비는 6:13이다. 턴테이블의 pot holder에 세 개의 pot가 수직으로 장착되게 설계되었으며, 턴테이블의 회전속도는 112 rpm으로 시간에 관계없이 일정하게 작동한다. 원형 pot의 내부 용적과 직경은 각각 372 ml, 74 mm이고, pot와 분쇄매체인 ball은 zirconia제이며, 둘 다 일본 Nikkato회사에서 제조되었다.

2) 입도분포 측정기 : 입도분포 측정은 laser 회절·산란법을 측정원리로 하는 입도분포 측정장치인 Malvern사의 Mastersizer microplus(MICRO-P, Malvern, U.K.)를 사용하였다. 측정범위로는 0.05 □에서 550 □이다. 또한 응집인자를 분산시키기 위하여 초음파 분산기 ultrasonic homogenizer(US-300T, Nihonseiki, Japan)를 사용하였다.

3) 용해도 측정기 및 기타장치 : phenytoin의 용해도는 Coulter counter TA II(Coulter electronics Ltd., U.K)를 이용하여 공제법(subtraction method)으로 계산하였다8). 현탁액 시료를 건조하기 위해 SAMHWA box dryer (model : DO223, maximum temperature = 180 ℃)를 사용하였다.

4) 시료 : phenytoin은 화학식으로는 diphenylhydantoin(C15H12N2O2)이며 무색·무취의 백색결정으로 녹는점은 292∼299 ℃이고, 에탄올·수산화나트륨용액에 녹으며, 물에는 잘 녹지 않는다. phenytoin은 신경세포뿐 아니라 심근조직 등 여러 흥분성 세포의 세포막을 안정시킨다. phenytoin은 모든 부분발작과 전신성 강직, 간대성 발작에 효과적이다. 그러나 결신치료에는 부적합하다. 경구투여로 흡수는 천천히 일어나지만 분배는 빠르게 일어난다. phenytoin의 치료 혈장 농도는 10∼20 □/□이다9).

입도 측정시 응집을 막고 분산을 원활히 하기 위해 분산제 Tween 80을 사용하였다.

2. 실험방법

난용성 의약품인 phenytoin을 시료로 사용한 단독분쇄는 다음과 같은 방법으로 실험하였다. 분쇄기로는 회분식 수직형 유성볼밀(planetary ball mill)을 이용하였다. 분쇄매체로 직경 1.0 mm인 zirconia ball 470 g을 pot에 충전하였고 phenytoin 원말시료 5 g을 각 분쇄시간(8, 15, 30, 60 min)에 따라 회전속도 112 rpm으로 단독분쇄하였다. 분쇄 후 쇄성물은 pot 내벽과 분쇄매체인 ball에서 얻을 수 있는데, pot 내벽에 부착된 쇄성물이 극소량인 관계로 ball에 부착된 쇄성물만을 회수하였다. 또 ball의 직경이 1.0 mm로 아주 작기 때문에 ball에 부착된 쇄성물을 얻기 위해 증류수로 ball을 세척 쇄성물 현탁액을 얻어 80 ℃로 고정된 건조기에서 건조시킨 분말을 시료로 사용하였다.

각각의 조건에 따라 분쇄하여 얻은 건조분말 시료의 입도 측정을 위해 다음과 같은 방법으로 측정하였다. Mastersizer microplus를 이용하여 Measured Beam Obscuration ; 약 15 %, 밀도 ; 1.27 g/cm3, 굴절률은 종전의 실험에서 사용한 UDCA와 동일하게 시료 1.6800, 분산매 수도물 1.3300으로 하였으며 내부초음파(ultrasonic displacement ; 10)만을 사용한 것과 외부초음파를 같이 사용한 것으로 구분하여 측정하였다. 외부초음파 사용 시의 조건은 Output ADJ ; 8, Tuning ; 3, Tip select ; 20 □로 90 s 동안 초음파를 걸었다. 또 응집을 막고 분산을 원활히 하기 위해 분산제 Tween 80을 적당량(0.1 g) 각각 투하하여 측정하였다.

용해도 측정조건은 다음과 같은 방법으로 측정하였다. 각 입자 크기에 맞는 aperture tube(50, 100, 200 □)를 사용하여 전해질인 Isoton II 150 ml에 정량의 시료(15, 20 mg)를 넣고 시간의 경과(10, 20, 40, 80 등)에 따라 측정하여 잔류량 Wt를 계산한 후 잔류량(Wt)-시간 데이터로 plot하여 용해도를 산출하였다.

실험결과 및 고찰

Table 1 Particles size of ground products for grinding time and various                dispersion methods.

Time (min)		0	8			15			30	60
Dispersion		No US.a	No US.a	US.b	US+TW. 80c	No US.a	US.b	US+TW. 80c	No US.a	No US.a
Diameter (□)	x10	8.14	4.29	1.93	1.74	3.02	1.09	1.33	4.48	4.69
	x50	16.20	11.09	4.91	4.04	9.31	4.87	3.73	12.66	14.44
	x90	30.04	24.74	463.98	8.26	21.71	405.39	8.11	28.14	34.41
	xmax	56.23	48.27	555.71	16.57	48.27	555.71	19.31	56.23	76.32

* a; without exterior ultrasonic,   b; with exterior ultrasonic,   c; with exterior ultrasonic and dispersion.

phenytoin의 각시간에 따른 입도 데이터를 Table 1에 나타내었다. 여기서 a는 외부초음파로 분산시키지 않은 것이고 b는 외부초음파만을 걸어 측정한 값이며 c는 분산제를 넣고 외부초음파를 걸어서 측정한 값이다.

(A) For grinding time               (B) For dispersion method

Fig. 1 Particle size distributions of suspension ground product for various

grinding times and dispersion methods by planetary ball mill.

Table 1과 Fig. 1을 보면 외부초음파의 효과에 있어서는 분산과 응집 현상이 동시에 일어남에 반하여, 외부초음파를 걸고 분산제를 넣어주면 응집은 대체적으로 일어나지 않고 있음을 알 수 있다. 따라서 초음파를 거는 시간과 강도에 유의해야 할 것으로 생각된다.

Table 2 Calculation data of solubility of intact phenytoin(15 mg) for time.

unit : EA.

Size (□)	Back count						Time (min)
	1st	2nd	3rd	4th	5th	av.	0	10	20	40	80	160
2.85	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1	1	2
3.59	44	60	38	48	46	47.2	18513	21449	28650	30911	34329	39725
4.52	22	31	22	18	20	22.6	11493	11217	16580	19668	20808	18304
5.70	8	25	8	16	11	13.6	3930	3082	3364	5507	5052	3947
7.18	7	19	7	11	5	9.8	1497	1099	1089	1616	1497	1262
9.05	2	6	5	2	1	3.2	995	875	841	902	2249	1026
11.40	3	2	3	0	1	1.8	1185	925	952	974	1272	1004
14.35	1	0	2	3	3	1.8	1426	1010	1009	987	1055	963
18.10	29	37	33	43	33	35	1578	1075	1150	998	1025	960
22.80	22	11	13	12	11	13.8	1711	1106	1194	1086	1049	978
28.70	0	0	0	0	0	0	1622	1264	1320	1164	1061	827
36.15	0	0	0	0	0	0	1399	1156	1034	932	743	501
45.55	0	0	0	0	0	0	661	476	375	303	210	108
57.40	1	0	0	0	0	0.2	88	59	40	28	20	13
72.30	0	1	0	0	0	0.2	11	11	3	6	8	6
91.30	0	0	0	0	0	0	7	7	3	6	6	9
Total	139	192	131	153	131	149.2	46116	44811	57604	65088	70385	69635
Wt (mg)							11.57	8.83	7.77	7.00	6.03	4.57

Table 2는 Fig. 2의 data로 용해도 계산의 한 예를 보이고 있다. Fig. 2에서 보면 시료는 장시간 동안 계속적으로 용해가 일어나고 있음을 알 수 있다. 각각의 입자 구간 중의 입자수를 알면 특정 시간이 지난 후에 각 시료의 잔류량을 식 (1)로부터 계산할 수 있다.

[eqn: bold {W_t = rho _s {pi}over{6} SUM (n_r CDOT bar d_vr `^3 )}] (1)

여기서 Wt는 시간 t에서 용해되지 않은 입자의 총 중량이며, □s는 재료의 밀도, nr은 입자 구간 r 중의 입자수, dvr은 입자 구간 r 중의 중량기준 산술평균 체적경을 나타낸다. 이 식이 유효하기 위해서는 입자밀도가 실험 중 일정하다고 가정되어야한다8).

(A) Solubility of phenytoin 15 mg      (B) Solubility of phenytoin 20 mg

Fig. 2 Solubility of intact phenytoin by Subtraction method.

결론

난용성 약물 phenytoin은 입도 측정시 사용하는 초음파에 대해 분산과 응집이 동시에 일어나므로 이에 대한 분산제의 적절한 선택이 필요하다는 것을 알 수 있었다. 또 유성볼밀에 의한 단독분쇄에서 전 실험에서 알 수 있었던 UDCA의 미분조제의 효과적인 분쇄시간인 60 min 보다 짧은 15 min에서 미분을 얻을 수 있었다. 용해도 측정결과는 UDCA의 용해도가 약 165 □/ml인데 비하여 intact phenytoin의 용해도는 70∼90 □/ml로 UDCA보다 더 난용성임을 알 수 있었다.

참고문헌

1) Choi, W. S.: The proceedings of First Asia Particle Technology Symposium(APT 2000), pp. 25, Dec. 13-15, 2000, Bankok (2000).

2) Choi, W. S.: J. Soc. Powder Technology, Japan, 33, 747-752 (1996).

3) Chaumeil, J. C.: Meth. Find. Exp. Clin. Pharmacol, 20, 211-215 (1998).

4) Zhao, Q., Yamada, S. and Jimbo, G.: J. Soc. of Powder Technol., Japan, 25, 297-302 (1998).

5) Yokoyama, T., Taniyama, Y., Jimbo, G. and Zhao, Q.: J. Soc. of Powder Technol., Japan, 28, 751-758 (1991).

6) Kwak, S. S., Kim, H. I., Chung, H. Y., Chung, H. Y., Yamamoto, K., Oguchi, T., Tozuka, Y., Yonemochi, E., Terada, K. and Choi, W. S.: The proceedings of 2nd Asian Aerosol Conference(AAC 2001), pp. 93, July 1-4, 2001, Pusan, Korea (2001).

7) Yamamoto, K., 粉□□工業, 27(8), 24-29 (1995).

8) Mosharraf, M. and Nystrom, C.: International Journal of Pharmaceutics, 122, 57-67 (1995).

9) http://www.naver.com 백과사전 □ diphenylhydantoin □ (출처:두산세계대백과 EnCyber).