Zastosowanie spektroskopii EPR do badania wolnych rodników generowanych termicznie w drotawerynie

• Authors: Paweł Ramos , Barbara Pilawa , Maciej Adamski

Title variants

EN

Application of EPR spectroscopy for examination of thermally formed free radicals in drotaverine

• Languages of publication: PL

Abstracts

PL

WSTĘP Leki wymagają usunięcia drobnoustrojów podczas ich produkcji, jednak procesy sterylizacji nie powinny generować wolnych rodników. Zbadano wolne rodniki w drotawerynie. Sprawdzono, czy sterylizacja termiczna może być w tym przypadku stosowana. MATERIAŁY I METODY Zbadano drotawerynę ogrzewaną w 160oC metodą EPR. Wyznaczono koncentrację wolnych rodników, określono sposób ich rozmieszczenia w ogrzanej próbce, złożoność układu wolnorodnikowego oraz oddziaływania magnetyczne spin-spin. Zbadano również zmiany koncentracji wolnych rodników w drotawerynie podczas przechowywania leku po sterylizacji. Warunki sterylizacji termicznej wybrano zgodnie z obowiązującymi normami farmakopealnymi. Lek sterylizowano suchym gorącym powietrzem. WYNIKI Nie uzyskano linii EPR dla drotaweryny przed sterylizacją. Wykazano, że drotaweryna po sterylizacji termicznej w temp. 160oC zawiera wolne rodniki i wykazuje widma EPR. Koncentracja wolnych rodników w drotawerynie zmienia się wraz z czasem przechowywania leku po obróbce termicznej. Za efekt ten odpowiadają prawdopodobnie oddziaływania z tlenem. Wolne rodniki w drotawerynie rozmieszczone są jednorodnie, ponieważ zaobserwowano charakterystyczne dla tego przypadku zależności amplitudy i szerokości linii EPR od mocy mikrofalowej. Wolne rodniki w drotawerynie są położone blisko siebie i silnie oddziałują dipolowo, co powoduje poszerzenie widm EPR. Ciągłe nasycenie mikrofalowe widm EPR wykazało, że w drotawerynie sterylizowanej termicznie zachodzą wolne procesy relaksacji spin-sieć. Kształt widm EPR i parametry asymetrii testowanego leku zmieniają się wraz ze wzrostem mocy mikrofalowej, co wskazuje na złożony charakter układu wolnych rodników w próbce. WNIOSKI Drotaweryna nie powinna być sterylizowana termicznie ze względu na generowanie wolnych rodników. Uzyskane rezultaty potwierdziły przydatność spektroskopii EPR do badania leków sterylizowanych termicznie. Metoda EPR może być wykorzystana jako uzupełnienie testów mikrobiologicznych.

EN

INTRODUCTION Microorganisms should be removed from drugs during their production, however, sterilization processes should not produce free radicals. Free radicals in drotaverine were studied. The applicability of thermal sterilization for drotaverine was investigated. MATERIAL AND METHODS Drotaverine heated to 160oC was examined by the EPR method. Free radical concentration, their distribution in the sample, the complex character of the free radical system and magnetic spin-spin interactions in the drug were determined. Changes in the free radical concentration in drotaverine during storage after sterilization also were examined. The sterilization conditions were chosen according to pharmakopeal norms. The analysed drug was sterilized in dry hot air. RESULTS EPR lines were not obtained for drotaverine before sterilization. It was demonstrated that drotaverine after thermal sterilization at temperature 160oC contains free radicals and exhibits EPR spectra. The free radical concen-tration in drotaverine changes with storage time after thermal treatment. Interactions with oxygen are probably responsible for this effect. The free radicals are homogeneously distributed in drotaverine since characteristic correlations between the amplitudes and linewidths of the EPR lines and microwave power were observed. The free radicals are closely located to one another in drotaverine and they strongly interact in a dipolar manner, which cause broadening of the EPR spectra. Continuous microwave saturation of the EPR spectra revealed that slow spin-lattice relaxation processes occur in thermally sterilized drotaverine. The shape of the EPR spectra and asymmetry parameters of the test drug change with increasing microwave power, indicating the complex nature of the free radicals in the sample. CONCLUSIONS Drotaverine should not be thermally sterilized because of free radical formation. The obtained results confirmed the usefulness of EPR spectroscopy to examine thermally sterilized drugs. The EPR method may be used as a supplement to microbiological tests.

Keywords

EN

EPR spectroscopy; drotaverine; drotaweryna; free radicals; spektroskopia EPR; termoliza; thermolysis; wolne rodniki

Discipline

• MEDICINE: MEDICINE

• Publisher: Śląski Uniwersytet Medyczny w Katowicach
• Journal: Annales Academiae Medicae Silesiensis
• Year: 2014
• Volume: 68
• Issue: 1
• Pages: 28–37

Contributors

author

Paweł Ramos

• Katedra i Zakład Biofizyki Wydziału Farmaceutycznego z Oddziałem Medycyny Laboratoryjnej Śląskiego Uniwersytetu Medycznego w Katowicach ul. Jedności 8 41-200 Sosnowiec tel: [phone] fax: [phone]

author

Barbara Pilawa

• Katedra i Zakład Biofizyki Wydziału Farmaceutycznego z Oddziałem Medycyny Laboratoryjnej Śląskiego Uniwersytetu Medycznego w Katowicach

author

Maciej Adamski

• Katedra i Zakład Biofizyki Wydziału Farmaceutycznego z Oddziałem Medycyny Laboratoryjnej Śląskiego Uniwersytetu Medycznego w Katowicach

References

• 1. Farmacja stosowana. Podręcznik dla studentów farmacji. Red. S. Janicki, A. Fiebig, M. Szmitowska. Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa 2006.
• 2. Podstawy mikrobiologii lekarskiej. Podręcznik dla studentów. Red. L. Jabłoński. Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa 1986.
• 3. Woźniak-Parnowska W. Mikrobiologia farmaceutyczna. Problemy produkcji i kontroli leków. Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa 1998.
• 4. PN-EN 556. Sterylizacja wyrobów medycznych. Wymagania wyrobów medycznych określanych jako sterylne.
• 5. Farmakopea polska, wydanie IX. PTFarm, Warszawa 2011.
• 6. Farmakopea polska, wydanie VIII. PTFarm, Warszawa 2009.
• 7. Rozancew E.G., Sholle W.D. Chemia organiczna wolnych rodników. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1985.
• 8. Bartosz G. Druga twarz tlenu. Wolne rodniki w przyrodzie. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2006.
• 9. Jóźwiak Z., Bartosz G. Biofizyka. Wybrane zagadnienia wraz z ćwiczeniami. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2005.
• 10. Biofizyka. Podręcznik dla studentów. REd. F. Jaroszyk. Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa 2001.
• 11. Stankowski J. Radiospektroskopia ciała stałego. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1975.
• 12. Stankowski J., Hilczer W. Wstęp do spektroskopii rezonansów magnetycznych. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2005.
• 13. Kęcki Z. Podstawy spektroskopii molekularnej. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1999.
• 14. Kirmse R., Stach J. Spektroskopia EPR. Zastosowania w chemii. Uniwersytet Jagielloński, Kraków 1994.
• 15. Wertz J.E., Bolton J.R. Electron Spin Resonance Theory and practical Applications. New York, London 1986.
• 16. Ramos P. Wolne rodniki w wybranych antybiotykach aminoglikozydowych i β-laktamowych sterylizowanych termicznie. Praca doktorska. Śląski Uniwersytet Medyczny w Katowicach, Katowice 2009.
• 17. Kościelniak-Ziemniak M. Wolne rodniki w wybranych lekach glikortykosteroidowych sterylizowanych termicznie. Praca doktorska. Śląski Uniwersytet Medyczny w Katowicach, Katowice 2010.
• 18. Czyżyk D. Wpływ sterylizacji termicznej na właściwości wolnorodnikowe substancji czynnych kosmetyków i leków. Praca doktorska. Śląski Uniwersytet Medyczny w Katowicach, Katowice 2012.
• 19. Skowrońska A., Wojciechowski M., Ramos P., Pilawa B., Kruk D. EPR studies of Paramagnetic Centers in Pharmaceutical Materials – Cefalor and clarithromycin as an ex ample. Acta. Phys. Polon A 2012; 121: 514–517.
• 20. Kościelniak-Ziemniak M., Pilawa B. Application of EPR spectroscopy for examination of free radical formation in thermally sterilized betamethasone, clobetasol, and dexamethasone. Appl. Magnet Reson. 2012; 42: 519–530.
• 21. Ramos P., Pilawa B. Wpływ temperatury i czasu sterylizacji na generowanie wolnych rodników w diazotanie izosorbitolu. Farm. Przegl. Nauk. 2009; 7(5): 28–33.
• 22. Ramos P., Pilawa B. The EPR examination of free radicals formation in thermally sterilized β-lactam antibiotics. Curr. Top. Biophys. 2010; 33(suppl. A): 183–187.
• 23. Ramos P., Pilawa B., Wilczyński S., Czyż K., Adamczyk J. Wpływ ogrzewania w temperaturze 180oC na paramagnetyczne właściwości diklofenaku – badania EPR. Inż. Biomater. 2009; 12(87): 7–12.
• 24. Zdybel M., Pilawa B., Kościelniak-Ziemniak M., Czyżyk D., Adamczyk J. Application of EPR spectroscopy to examination of free radicals in ther-mally sterilized chlortalidone. Farm. Przegl. Nauk. 2009; 7(2): 21–25.
• 25. Wilczyński S. Właściwości wolnych rodników w wybranych gamma napromieniowanych antybiotykach. Praca doktorska. Śląski Uniwersytet Medyczny w Katowicach, Katowice 2008.
• 26. Wilczyński S., Pilawa B., Koprowski R. i wsp. EPR studies of free radicals decay and survival in gamma irradiated aminoglycoside antibiotics: sisomicin, tobramycin and paromomycin. Eur. J. Pharm. Sci. 2012; 24: 254–261.
• 27. Wilczyński S., Ramos P., Pilawa B., Ptaszkiewicz M., Swakoń J., Olko P. Porównanie właściwości wolnych rodników w streptomycynie sterylizowanej radiacynie i termicznie. Inż. Biomater. 2009; 89–91: 171–173.
• 28. Kurzeja E., Stec M., Ramos P., Pilawa B., Pawłowska-Góral K. The influence of sterilization on freeradical generation, discoloration and the antioxidant properties of certain spice herbs. Ital. J. Food Sci. 2012; 24: 254–261.
• 29. Beberok A., Buszman E., Zdybel M., Pilawa B., Wrześniok D. EPR examination of free radical properties of DOPA-melanin complexes with ciprofloxacin, lomefloxacin, norfloxacin and sparfloxacin. Chem. Phys. Lett 2010; 497: 115–122.
• 30. Najder-Kozdrowska L., Pilawa B., Buszman E. i wsp. Triplet states in DOPA-melanin and in its complexes with kanamycin and copper Cu(II) ions. Acta Phys. Polon. A 2010; 118: 613–618.
• 31. Najder-Kozdrowska L., Pilawa B., Buszman E., Wrześniok D., Więckowski A.B. Electron paramagnetic resonance (EPR) study of DOPA-melanin complexes with kanamycin and copper(II) ions. Spectroscopy 2011; 25(3/4): 197–205.
• 32. Buszman E., Pilawa B., Zdybel M., Wrześniok D., Grzegorczyk A., Wilczok T. Paramagnetic center in DOPA-melanin-dihydrostreptomycin complexes. Acta Phys. Polon A 2005; 108: 353–356.
• 33. Chodurek E., Zdybel M., Pilawa B., Dzierżewicz Z. Examination by EPR spectroscopy of free radicals in melanins isolated from A-375 cells exposed on valproic acid and cisplatin. Acta Pol. Pharm. Drug. Res. 2012; 69: 1334–1341.
• 34. Zdybel M., Pilawa B., Buszman E., Wrześniok D., Krzyminiewski R., Kruczyński Z. EPR studies of DOPA-melanin complexes with netilmicin and Cu(II) at temperatures in the range of 105-300 K. Appl. Magnet Resonan. 2012; 43: 341–351.
• 35. Matuszczyk M., Buszman E., Pilawa B., Witoszyńska T., Wilczok T. Cd2+ effect on free radicals in Cladosporium cladosporioides – melanin tested by EPR spectroscopy. Chem. Phys. Lett. 2004; 394: 366–371.
• 36. Rzepecka-Stojko A., Pilawa B., Ramos P., Stojko J. Antioxidative properties of bee pollen extracts examined by EPR spectroscopy. J. Apic. Sci. 2012; 56: 23–31.
• 37. Chemia leków. Podręcznik dla studentów farmacji i farmaceutów. Red. A. Zejc, M. Gorczyca. Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa 2008.
• 38. Farmakodynamika. Podręcznik dla studentów farmacji. Red. W. Janiec, J. Krupińska. Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa 2009.
• 39. Kostowski W., Herman Z. Farmakologia. Wydanictwo Lekarskie PZWL, Warszaw 2007.
• 40. Podlewski J.K., Chwalibogowska-Podlewska A. Leki współczesnej terapii. Medical Tribune, Warszawa 2010.
• 41. Pharmindex. Kompendium leków. UBM Medica, Warszawa 2013.

• Document Type: article