Many solids can exist in different physical forms. Polymorphism is often characterized as the ability of a drug substance to exist as two or more crystalline phases that have different arrangements and/or conformations of the molecules in the crystal lattice. Amorphous solids consist of disordered arrangements of molecules and do not possess a distinguishable crystal lattice. stoichiometric or nonstoichiometric amounts of a solvent. If the incorporated solvent is water, the solvates are also commonly known as hydrates. Solvates are crystal forms containing either Polimorfismi

ESEMPI DELLA VITA QUOTIDIANA

Tutti i muri sono fatti di mattoni, ma … non tutti i muri sono uguali! Mattone

UN MURO FATTO DI MATTONI E COLLANTI CementoGesso

UN COMPOSTO IN DIVERSE FORME.... Ogni molecola assume una propria forma

... che generano polimorfi diversi Polimorfo I Polimorfo II Polimorfo III

PSEUDO-POLIMORFI Solventi ( Etanolo, Metanolo, ecc.) Acqua Idrati Solvati (Etanolati, metanolati, ecc.) L’acqua o solventi organici possono entrare a far parte della struttura cristallina di un composto.

POLIMORFISMO Il polimorfismo è una caratteristica dello stato solido Forme polimorfe di una stessa sostanza sono caratterizzata da una uguale composizione chimica e una diversa disposizione spaziale delle molecole In relazione al polimorfismo assunto, una sostanza allo stato solido può assumere proprietà diverse

Sintesi di un composto La reazione: A + B  C La sintesi di un composto viene fatta sempre in soluzione. A B C

Il composto sintetizzato è recuperato in forma solida facendolo “precipitare”dalla soluzione (CRISTALLIZZAZIONE) A + = C B

SCELTA DELLE CONDIZIONI DI CRISTALLIZZAZIONE PER OTTENERE LA DESIDERATA FORMA POLIMORFA E RACCOLTA PER PRECIPITAZIONE

SCELTA DELLE CONDIZIONI DI CRISTALLIZZAZIONE PER OTTENERE LA DESIDERATA ROMA POLIMORFA E RACCOLTA PER PRECIPITAZIONE

PREPARAZIONE DELLE FORME POLIMORFE Le forme polimorfe si formano durante la sintesi e purificazione delle sostanze La selezione delle forme polimorfe dipende dalle condizioni di sintesi e cristallizzazione Il processo di produzione determina il polimorfismo di una sostanza

I solidi polmorfici di uno stesso farmaco differiscono ovviamente nella struttura interna (allo stato solido) e pertanto hanno: differenti proprietà chimiche e fisiche: spettroscopiche termodinamiche cinetiche meccaniche di interfacciabilità Queste proprietà possono avere un impatto diretto, fra l’altro, su: dissoluzione biodisponibilità Polimorfismo dei farmaci

IL POLIMORFISMO, UNA PROPRIETÀ DELLO STATO SOLIDO Una sostanza, una volta sciolta, perde completamente la memoria della forma polimorfa dello stato solido da cui deriva Il polimorfismo pertanto esercita la sua influenza fintantoché la sostanza rimane allo stato solido

Negli anni recenti il polimorfismo dei farmaci ha ricevuto una particolare attenzione per quel che riguarda: Lo sviluppo La produzione Gli aspetti regolatori Polimorfismo dei farmaci

Polimorfismi: Abbreviated New Drug Application (ANDA) La FDA, quando un farmaco esiste in forma polimorfica, raccomanda l’uguaglianza/identicità (sameness)

An ANDA must contain sufficient information to show that the drug substance is the “same” as that of the reference listed drug (RLD); otherwise, FDA will refuse to approve the ANDA. “Sameness” between the drug substance in the generic drug product and the RLD is established by demonstrating the same chemical structure, as appropriate. Because a drug substance that exists in different polymorphic forms or crystal habits has the same chemical structure, it has been concluded that polymorphism is not directly relevant in the determination of drug substance “sameness”. Moreover, differences in solubility of polymorphs of a drug substance may not necessarily lead to bioinequivalent products. Apart from dissolution, the rate and extent of oral drug absorption is also dependent on permeability, metabolic stability, and other physiologic factors.

The principle regulatory concern with regard to drug substance polymorphism is based upon the potential effect that it may have upon drug product bioavailability/bioequivalence (BA/BE). As the solid state properties of a drug substance are known to potentially exert a significant influence on the solubilization of drugs, and as polymorphic forms differ in internal solid- state structure, polymorphs of a drug substance may have different apparent aqueous solubilities and dissolution rates.

When the differences in the solubilities of the various polymorphs are sufficiently large, this may have an effect upon drug product bioavailability. Historical examples : chloramphenicol palmitate carbamazepine.

Paracetamolo Jason Gray, in Developing IP strategies for Crystalline Forms, London Dec. 5 th and 6 th 2006.

Atorvastatin Jason Gray, in Developing IP strategies for Crystalline Forms, London Dec. 5 th and 6 th 2006.

Altri esempi Raw SA et al. Advanced Drug Delivery Reviews 2004; 56: FarmacoPolimorfismi Enalapril2 forme polimorfe: I e II (termodinamicamente pi ù stabile) Ranitidina2 forme polimorfe: I e II Terazosina3 forme anidre (I, II e III), una forma monoidrata e una forma diidrata Torasemide2 forme non solvate (I e II) Carbamazepina3 forme non solvate (α, β e γ) ed una forma diidrata (meno solubile) WarfarinSolido amorfo e clatrato cristallino CefuroximeForma amorfa e forma cristallina

Rifaximin is a semi-synthetic analog of the rifamycin derivative, rifampin. The addition of the benzimidazole ring makes rifaximin essentially nonabsorbed. Much like rifampin, rifaximin exerts antibacterial activity through inhibiting the bacterial RNA synthesis by action on the b-subunit of the DNA-dependent RNA polymerase Rifaximin; a non systemic rifamycin antibiotic for gastrointestinal infections (Expert Rev Anti Infect Ther 2010; 8:747-60)

systemic absorption of oral less than 0.4%, and low in both the fasting state and when administered in 30 min of a high- fat breakfast administereble with or without food no enterohepatic circulation. no alterations of the gut pH, gastric acid volume and pepsin activity no modifications of empting rate or intestinal motility was observed. absorption not influenced by GI. high concentrations in the feces not fully studied the pharmacokinetic profile in patients ≥ 65 years of age and in pediatric patients

POLIMORFISMO DELLA RIFAXIMINA Cinque forme polimorfe di rifaximina sono state trovate e denominate rifaximina - , - , - , - , e -  È inoltre possibile produrre rifaximina amorfa

POLYMORPH CROSSTALK Water content in the solid state    Wet Rifaximin T, -H 2 O + H 2 O - H 2 O + H 2 O   (Fast crystallisation, or absence of water washings) + H 2 O

PREPARAZIONE DELLE FORME POLIMORFE DI RIFAXIMINA Tutte le forme polimorfe trovate sono ottenibili con lo stesso schema di sintesi e con gli stessi solventi di cristallizzazione La preparazione delle forme polimorfe avviene principalmente controllando il processo di essiccamento Le forme polimorfe di rifaximina possono interscambiare

IDRATI DI RIFAXIMINA Sulla base dei dati sperimentali risulta che le forme polimorfe di rifaximina sono degli idrati Poiché l’aggiunta o la sottrazione dell’acqua può far cambiare la forma polimorfa, particolare attenzione deve essere posta nella fase di produzione e conservazione del farmaco, affinché sia mantenuta la forma desiderata

Se tutte le strade..... portano alla forma-     + H 2 O  ... perchè i polimorfi di rifaximina hanno una diversa biodisponibilità?

Confronto di solubilità di polimorfi di Rifaximina Polimorfo Concentrazione massima (*) ( espressa in unità di assorbanza ) Rapporto di concentrazione rispetto alla forma meno solubile  0,0701,2  0,0591,0  1,63027,6  0,2404,1  0,1763,0 (*) soluzione acquosa a pH 6,8, sotto agitazione di 100 rpm

In-vitro Bioavailability Stomach input, 800mg; time 360 min

“Kinetic” solubility parameters Mixing rate 250 rpm100 rpm For m C max, sol (#) (absorbance unit) t max (*) (hours) t eq (**) (hours) C max, sol (#) (absorbance unit) t max (*) (hours) t eq (**) (hours)      (#) The reported values are direct readings on the instrument without correction for the non linearity of the response (*) Time to get C max,sol (**) Time to get the constant concentration

Studio di farmacocinetica nel cane Parametri di Farmacocinetica Forma C max (#) (ng/mL) T max (*) (h) AUC 0-24h (¶) (ng h/mL) AUC 0-inf (§) ng h/mL  2,6417  1,    6, amorfa (#) maximum observed plasma concentration (*) time from administration to obtain Cmax; the values are given as median. (¶) area under the concentration-time curve from time zero up to last sampling (24 h after administration) (§) area under the concentration-time curve calculating the extrapolation to infinity

ASSORBIMENTO DI RIFAXIMINA DOSE DIPENDENTE Treatment (mg/kg) C max (#) (ng/ml) t max ( *) (h) AUC 0-24h (¶) (ng·h/ml) AUC 0-inf (†) (ng·h/ml) ± ± ± ,269 ± 50922,693 ± 7732,937 ± ,146 ± ,030 ± 13,407 25,513 ± 13,418 (#) maximum observed plasma concentration (*) time from administration to obtain Cmax; The values are given as median. (¶) area under the concentration-time curve from time zero up to last sampling (24 h after administration) (†) area under the concentration-time curve calculating the extrapolation to infinity

Conclusione (1) La proprietà di non essere assorbita non è intrinseca della rifaximina, ma dipende dalla forma polimorfa dello stato solido alla quale è somministrata La forma  e la forma  possono essere considerate praticamente non assorbite, mentre la forma , ma ancor di più, la forma  e la forma amorfa sono significativamente assorbite

Le forme polimorfe di rifaximina che generano livelli di assorbimento molto più elevati della forma , non garantiscono gli stessi livelli di sicurezza La rifaximina contenuta in Normix® è la rifaximina-  L’efficacia e la sicurezza di Normix® si basano sulle caratteristiche di biodisponibilità della rifaximina-  L’ identificazione della rifaximina-  è una specifica di prodotto approvata dall’AIFA e riportata nel RCP del Normix® Conclusione (2)