Wpływ wybranych elementów budowy kapsułkowego inhalatora proszkowego na sposób dostarczania leków do płuc

• Authors: Marcin Odziomek , Tomasz R. Sosnowski

Title variants

EN

Impact of selected construction elements of capsule-based dry powder inhalers on the manner of drug delivery to the lungs

• Languages of publication: PL

Abstracts

PL

W pracy przeanalizowano wybrane elementy budowy i działania inhalatorów kapsułkowych z wirującą kapsułką: Aerolizer® i cyklohaler. W badaniach zastosowano urządzenia i kapsułki wchodzące w skład produktów leczniczych dostępnych na rynku krajowym. Na podstawie zdjęć spod skaningowego mikroskopu elektronowego określono: (i) kształt i pole przekroju igieł używanych do przekłucia kapsułek z lekiem oraz (ii) wielkość, geometrię i pole powierzchni otworków utworzonych w kapsułce, przez które proszek jest wprowadzany do strumienia powietrza podczas stosowania inhalatora. Stwierdzono, że różnica w ukształtowaniu ostrza oraz rozmieszczeniu igieł wpływa zarówno na całkowitą wielkość powierzchni otworków, jak i na charakter powstałej perforacji. W inhalatorze Aerolizer® powierzchnia otworków wynosi średnio 1,3 mm2 po każdej stronie kapsułki i uzyskuje się owalne otwory przelotowe. W przebadanych inhalatorach typu cyklohaler powierzchnia otworków wynosi średnio 1,6–2,2 mm2 i utworzone otwory pozostają częściowo przykryte przez naddarty fragment powłoki kapsułki. Ustalono, że wpływ na obserwowane efekty mają zarówno rodzaj zastosowanych igieł, jak i właściwości materiału kapsułki. Oceniono potencjalny wpływ różnic dotyczących sposobu perforacji, a także zastosowanego materiału kapsułki na równomierność wysypu proszku oraz powstawanie aerozolu w inhalatorze. Jednocześnie zwrócono uwagę na inne istotne cechy inhalatorów oraz formulacji proszkowych, które decydują o możliwości efektywnego dostarczania leków inhalacyjnych do układu oddechowego.

EN

The article discusses selected issues related to construction and performance of dry powder inhalers with the spinning capsule: Aerolizer® and cyclohaler. Investigations involved devices and capsules found among medicinal products available on the domestic market. Based on scanning electron microscope images, the following were determined: (i) shape and crosssection of needles used to puncture drug-containing capsules as well as (ii) size, geometry and cross-section of small holes in the capsules through which powder is introduced into the airstream while using the inhaler. It was found that differences in shape and spatial arrangement of needles affect both the total area of holes and the character of perforation. In Aerolizer® inhalers, the average area of holes is 1.3 mm2 at each side of the capsule, and oval through holes are obtained. In investigated cyclohaler-type inhalers, the average hole area ranges from 1.6 to 2.2 mm2 , and perforations are partly covered by torn fragments of the capsule. It has been determined that both the type of needles and inherent properties of the material from which capsules are made have an impact on observed effects. The authors have also assessed the potential influence of differences in the manner of perforation and applied capsule material on even powder release and aerosol generation in the device. Also, attention has been paid to other significant features of inhaler devices and powder formulations which decide about effective inhalation drug delivery to the respiratory system.

Keywords

EN

aerozol; inhalator proszkowy; kapsułka; leki inhalacyjne

Discipline

• MEDICINE: MEDICINE

• Publisher: Medical Communications
• Journal: Pediatria i Medycyna Rodzinna
• Year: 2016
• Volume: 12
• Issue: 4
• Pages: 466–470

Contributors

author

Marcin Odziomek

• Wydział Inżynierii Chemicznej i Procesowej Politechniki Warszawskiej, Warszawa, Polska

author

Tomasz R. Sosnowski

• Wydział Inżynierii Chemicznej i Procesowej Politechniki Warszawskiej, Warszawa, Polska

References

• 1. Emeryk A, Pirożyński M, Mazurek H (eds.): Polski przewodnik inhalacyjny. Via Medica, Gdańsk 2015.
• 2. Sosnowski TR: Aerozole wziewne i inhalatory. 2nd ed., WIChiP PW, Warszawa 2012.
• 3. Emeryk A: Cyclohaler – nowa twarz starego DPI. Alergia 2010; 3: 6–12.
• 4. http://www.miat.it/en/monodose_inhaler.php.
• 5. Ball DJ, Hirst PH, Newman SP et al.: Deposition and pharmacokinetics of budesonide from the Miat Monodose inhaler, a simple dry powder device. Int J Pharm 2002; 245: 123–132.
• 6. Sosnowski TR, Odziomek M: Charakterystyka aerodynamiczna aerozolu fumaranu formeterolu wytwarzanego w inhalatorze kapsułkowym Fantasmino. Terapia 2011; 19 (12 – 266): 86–90.
• 7. Sosnowski TR, Gradoń L: Badanie oporów aerodynamicznych inhalatorów proszkowych. Inż Chem Procesowa 2004; 25: 1619–1624.
• 8. Krüger P, Ehrlein B, Zier M et al.: Inspiratory flow resistance of marketed dry powder inhalers (DPI). Eur Respir J 2014; 44 (Suppl 58): 4635.
• 9. Geller DE, Weers J, Heuerding S: Development of an inhaled dry-powder formulation of tobramycin using PulmoSphereTM technology. J Aerosol Med Pulm Drug Deliv 2011; 24: 175–182.
• 10. Chew NYK, Chan HK: In vitro aerosol performance and dose uniformity between Foradile® Aerolizer® and the Oxis® Turbuhaler®. J Aerosol Med 2001; 14: 495–501.
• 11. Weuthen T, Roeder S, Brand P et al.: In vitro testing of two formoterol dry powder inhalers at different flow rates. J Aerosol Med 2002; 15: 297–303.
• 12. Zdjęcie na podstawie materiału: https://www.youtube.com/ watch?v=lkwBYY_iBhU.
• 13. Moskal A, Sosnowski TR: Computational fluid dynamics (CFD) and direct visualization studies of aerosol release from two cyclohaler-type dry powder inhalers. J Drug Deliv Sci Technol 2012; 22: 161–165.
• 14. Coates MS, Fletcher DF, Chan HK et al.: Effect of design on the performance of a dry powder inhaler using computational fluid dynamics. Part 1: Grid structure and mouthpiece length. J Pharm Sci 2004; 93: 2863–2876.
• 15. Coates MS, Chan HK, Fletcher DF et al.: Influence of air flow on the performance of a dry powder inhaler using computational and experimental analyses. Pharm Res 2005; 22: 1445–1453.
• 16. Jiang L, Tang Y, Zhang H et al.: Importance of powder residence time for the aerosol delivery performance of a commercial dry powder inhaler Aerolizer®. J Aerosol Med Pulm Drug Deliv 2012; 25: 265–279.
• 17. Suwandecha T, Wongpoowarak W, Srichana T: Computer-aided design of dry powder inhalers using computational fluid dynamics to assess performance. Pharm Dev Technol 2016; 21: 54–60.
• 18. Coates MS, Fletcher DF, Chan HK et al.: The role of capsule on the performance of a dry powder inhaler using computational and experimental analyses. Pharm Res 2005; 22: 923–932.
• 19. Martinelli F, Balducci AG, Rossi A et al.: “Pierce and inhale” design in capsule based dry powder inhalers: effect of capsule piercing and motion on aerodynamic performance of drugs. Int J Pharm 2015; 487: 197–204.
• 20. Gradon L, Sosnowski TR: Formation of particles for dry powder inhalers. Adv Powder Technol 2014; 25: 43–55.
• 21. Lee SL, Adams WP, Li BV et al.: In vitro considerations to support bioequivalence of locally acting drugs in dry powder inhalers for lung diseases. AAPS J 2009; 11: 414–423.
• 22. Pirozynski M, Sosnowski TR: Inhalation devices: from basic science to practical use, innovative vs generic products. Expert Opin Drug Deliv 2016; 13: 1559–1571.

• Document Type: article