Solubilization of drugs using beta-cyclodextrin: Experimental data and modeling

Abstract

Many drug candidates fail to complete the entire drug development process because of poor physicochemical properties. Solubility is an important physicochemical property which plays a vital role in various stages of drug discovery and development. Several methods have been proposed to enhance the solubility of drugs, and complex formation with cyclodextrins is among them. Beta-cyclodextrin (βCD) is a common excipient for solubilization of drugs. The aim of this study is to develop the mechanistic QSPR models to predict the solubility enhancement of a drug in the presence of βCD. In this study, the solubility enhancement of some drugs in the presence of 10 mM βCD at 25 °C was experimentally determined or collected from the literature. Two different models to predict the solubilization by βCD were developed by binary logistic regression using structural properties of drugs with more than 80% accuracy. Polar surface area and excess molar refraction are the main parameters for estimating solubilization by βCD. Moreover, other descriptors related to hydrophobicity and the capability of hydrogen bonding formation of molecules could improve the accuracy of the established models.

De nombreux candidats médicaments ne parviennent pas à terminer l’ensemble du processus de développement d’un médicament en raison de propriétés physicochimiques médiocres. La solubilité est une propriété physicochimique importante qui joue un rôle essentiel à différentes étapes de la découverte et du développement de médicaments. Plusieurs méthodes ont été proposées pour améliorer la solubilité des médicaments, parmi lesquelles la formation de complexes avec les cyclodextrines. La bêta-cyclodextrine (βCD) est un excipient courant pour la solubilisation des médicaments. Le but de cette étude est de développer les modèles mécanistes QSPR pour prédire l’amélioration de la solubilité d’un médicament en présence de βCD. Dans cette étude, l’amélioration de la solubilité de certains médicaments en présence de 10 mM de βCD à 25 °C a été déterminée expérimentalement ou tirée de la littérature. Deux modèles différents pour prédire la solubilisation par la βCD ont été développés par régression logistique binaire utilisant les propriétés structurelles des médicaments avec une précision de plus de 80 %. La surface polaire et l’excès de réfraction molaire sont les principaux paramètres permettant d’estimer la solubilisation par la βCD. De plus, d’autres descripteurs liés à l’hydrophobicité et à la capacité de formation de liaisons hydrogène des molécules pourraient améliorer la précision des modèles établis.