Investigating the influence of excipient batch variation on the structure, consistency and physical stability of polysorbate 60–based topical vehicles

Fatty alcohol-polysorbate 60-water ternary systems were used as models to represent the continuous phases of the respective semisolid oil-in-water emulsions for topical delivery of cosmetic and medicinal agents. The influence of batch variation of polysorbate 60 and fatty alcohol on structure and consistency of these systems was investigated using microscopy, rheology, differential scanning calorimetry and X-ray scattering techniques. The polysorbate 60 : cetostearyl alcohol mixed emulsifying wax showed swelling in water, that is, the lamellar repeat distance continually augmented from 93 to 125 Å with water percentage 20-90%. Cetostearyl alcohol ternary systems were thicker than cetyl alcohol ones independently of polysorbate 60 batches used. All the ternary systems showed an initial increase in consistency over the first 2 weeks of storage, which was followed by slight changes in consistency (cetostearyl alcohol systems) due to the re-allocation of polysorbate 60 molecules in the gel network or significant breakdown of structure (cetyl alcohol systems) due to the transformation of swollen α-lamellar gel phase into β, γ crystals on 25°C storage. With all fatty alcohols, the consistency of polysorbate 60 ternary system was directly dependent upon interlamellar water thickness as governed by the length and distribution of polyoxyethylene groups within polysorbate 60 molecules. In relation with the composition of polysorbate 60 batches used, the consistency of ternary systems was higher when prepared with the polysorbate 60 batch containing a greater amount of sorbitan polyoxyethylene monoesters. It was proposed that the swollen α-crystalline gel phase could be better formed by sorbitan polyoxyethylene monoesters rather than sorbitan polyoxyethylene diesters.Des systemes ternaires alcool gras-polysorbate 60-eau ont été utilisés comme modèles pour représenter les phases continues des émulsions huile-dans-eau semi-solides respectives pour l'administration topique d'agents cosmétiques et médicinaux. L'influence de la variation des lots de polysorbate 60 et d'alcool gras sur la structure et la consistance de ces systèmes a été étudiée en utilisant la microscopie, la rhéologie et la calorimétrie différentielle à balayage et la diffusion des rayons X. La cire émulsifiante mixte polysorbate 60 : alcool cétostearylique a montré un gonflement dans l'eau, c'est-à-dire que la distance de répétition du motif lamellaire a continuellement augmentée de 93 à 125 A° avec un pourcentage d'eau de 20-90%. Les systèmes ternaires d'alcool cétostearylique étaient plus épais que ceux d'alcool cétylique indépendamment des lots de polysorbate 60 utilisés. Tous les systèmes ternaires ont montré une augmentation initiale de la consistance au cours des 2 premières semaines de stockage, qui a été suivie par de légers changements de consistance (systèmes d'alcool cétostearylique) en raison de la re-affectation des molécules de polysorbate 60 dans le réseau de gel ou d’une rupture significative de structure (systèmes d'alcool cétylique) en raison de la transformation des phases lamellaires gonfles de type α-gel en cristaux β, γ conservés a 25°C. Avec tous les alcools gras, la consistance du système ternaire polysorbate 60 dépendait directement de l'épaisseur inter lamellaire de l'eau car gouverné par la longueur et la distribution des groupes de polyoxyethylène au sein des molécules de polysorbate 60. En relation avec la composition des lots de polysorbate 60 utilisés, la consistance des systèmes ternaires était plus élevée lorsque préparé avec le lot de polysorbate 60 contenant une plus grande quantité de monoesters de polyoxyethylene sorbitane. Il a été proposé que la phase de gel α-cristallin gonflé pourrait être mieux formée par des monoesters de polyoxyethylene sorbitane plutôt que des diesters de polyoxyethylene sorbitane.