Summary
Когерентная антистоксова комбинационного рассеяния (АВТОМОБИЛИ) микроскопия в сочетании с внутренней проточной установки для растворения, чтобы позволить на месте и в режиме реального времени визуализации поверхности фармацевтических таблеток, подвергающихся растворению. Используя этот изготовленный на заказ установку, можно соотнести АВТОМОБИЛИ видео с наркотиками профилей растворения, записанных с помощью встроенного абсорбционной спектроскопии УФ.
Abstract
Традиционные тесты на растворимость фармацевтические определить количество лекарственного средства, растворенного с течением времени путем измерения содержания лекарственного средства в среде для растворения. Этот метод дает мало прямую информацию о том, что происходит на поверхности растворения таблетки. Поскольку поверхность состав и структура таблетка может изменяться во время растворения, важно следить за ним во время тестирования растворения. В этой работе когерентного антистоксова комбинационного рассеяния микроскопии для изображения поверхности таблеток при растворении в то время как абсорбционной спектроскопии УФ одновременно обеспечивая встроенный анализ концентрации растворенного наркотиков для таблеток, содержащих 50% смесь теофиллина безводного и этилцеллюлозы. Измерения показали, что в точке АВТОМОБИЛЕЙ микроскопии способен избирательно изображений теофиллин в присутствии этилцеллюлозы. Кроме того, теофиллин безводный преобразованы в моногидрат теофиллина при растворении, с игольчатым крикомŠtāls растет на поверхности планшета при растворении. Превращение теофиллина безводного к моногидрата, в сочетании с уменьшенным воздействием лекарственного средства в текучей среде растворения привело к снижению скорости растворения. Наши результаты показывают, что на месте CARS микроскопии в сочетании с поглощения рядный УФ-спектроскопии может контролировать фармацевтическую растворение таблетки и корреляции поверхностных изменений с изменениями в скорости растворения.
Introduction
При разработке пероральных фармацевтических дозированных форм, таких как таблетки и капсулы есть сильный акцент на испытанию на растворение. Пероральные лекарственные формы являются обязательными для растворения, прежде чем они могут быть поглощены за терапевтической эффективности. Плохо растворимые препараты, как правило, вопросы достижения адекватной концентрации, что делает тест на растворимость особенно важно 1. Фармакопейные методы растворения чаще всего используются для анализа растворения. В большинстве случаев это требует подготовки препарата в виде таблетки или капсулы, который затем помещают в химический стакан проточной среды растворения. Концентрация растворенного препарата Затем определяют путем анализа образцов среды для растворения с использованием стандартной техники, такой как спектроскопический поглощения УФ-спектроскопии 2. Эти традиционные методы фармацевтической растворения не предоставляют никаких прямых анализ образца или любые изменения, которые могут быть происходящие на растворения поверхности лекарственной формы.Прямая анализ образца при растворении может обеспечить дополнительные сведения о растворение лекарственной формы и потенциально выявить проблемы вызывает ошибки теста растворения.
Прямая анализ растворения лекарственных форм требует использования в точке, аналитических методов, которые способны мониторинга процесса растворения. Для записи на месте во время растворения аналитический метод не должен зависеть от наличия среды для растворения и техника требует высокой временное разрешение надежно оценить изменения в растворение лекарственной формы в порядке секунд. Нарушенного полного отражения УФ-спектроскопии было показано, чтобы быть пригодным для измерения изменений во время растворения, но не хватает пространственное разрешение, предоставленную методов визуализации 3. Традиционные методы фармацевтической визуализации, такие как сканирующей электронной микроскопии (SEM) и спонтанного комбинационного отображение оба имеют ограничивающие факторы, предотвращающие их использование вСиту для растворения.
Изображений СЭМ является высоким разрешением техника быстрого томография способна визуализации поверхности фармацевтических лекарственных форм. Тем не менее, изображения СЭМ обычно проводят в условиях вакуума и требует образец покрытия делает его непригодным для в визуализации месте растворения. Волоконно-связанных СКР спектроскопии в сочетании с потоком через ячейки и УФ проточного абсорбционной спектроскопии, была выполнена для мониторинга различных систем наркотиков в месте во время растворения, в том числе теофиллина 4, карбамазепин, и индометацин 5. Спектроскопии комбинационного рассеяния света была способна определять поверхностные изменения, происходящие во время растворения, но это не дало пространственную информацию о том, где изменения поверхности происходили. Спонтанное комбинационное отображение использует спектров комбинационного рассеяния и обеспечивает пространственную информацию о поверхности образца, но изображений принимает порядка нескольких минут до нескольких часов в зависимости от области изображения, делаяего непригодным для в визуализации месте растворения.
Когерентная антистоксова комбинационного рассеяния (АВТОМОБИЛИ) микроскопия является быстрое метод визуализации и в сочетании с поглощения рядный УФ-спектроскопии, это позволило нам разработать методику, способную на месте анализа растворения. АВТОМОБИЛИ микроскопия обеспечивает быстрое химически селективное изображений, которая не зависит от наличия среды растворения что делает его подходящим методом для на месте анализа растворения. Методы АВТОМОБИЛИ делятся примерно на две группы в зависимости от длительности импульса лазеров; один из которых узкополосных АВТОМОБИЛИ (пикосекундные импульсные лазеры), а другой широкополосной АВТОМОБИЛИ (фемтосекундных импульсных лазеров). Типичный АВТОМОБИЛИ микроскоп Система состоит из двух импульсных лазерных источников и инвертированного микроскопа. Для получения сигнала автомобили, один из импульсных лазеров должна быть перестраиваемый так что есть разность частот между двумя лазерами, который соответствует вибрацию комбинационного рассеяния. Кроме того,два лазера обязаны пересекаться в пространстве (пространственное) и время (временной), с импульсами от обоих лазеров, прибывающих в то же площади образца в то же время. Как колебания КР являются химически конкретные и АВТОМОБИЛИ сигнал генерируется только в фокальной объема микроскопом, АВТОМОБИЛИ микроскопии способен химически селективного изображений с разрешением до дифракционного предела.
Узкополосные АВТОМОБИЛИ микроскопии с использованием одного комбинационного моду колебаний позволяет о 100x быстрее изображений по сравнению с спонтанных методов отображения комбинационного 6. Широкополосные АВТОМОБИЛИ микроскопии изображений в более широком спектральном диапазоне (600-3,200 см -1 против ~ 4 см -1), но имеет более низкую спектральное разрешение (около 10 см -1 против ~ 4 см -1) и низкую скорость обработки изображений (50 мс / пиксел против ~ 5 мкс / пиксель) по сравнению с узкополосного CARS микроскопии 7.
Узкополосные АВТОМОБИЛИ микроскопии был использован для изображения друг-релиз от некоторых фармацевтических систем. В области фармацевтических составов, Kang и др.. 8-10 отображаемого наркотиков загружалась полимерные пленки. Первоначально они отображены распределение введенного лекарства за которым последовал визуализации выпуска наркотиков из неподвижной среде растворения. Юрна др.. 11 и Windbergs др.. 12 пошел еще дальше и отображаемого во-первых распределение теофиллин в липидных лекарственных форм с последующим визуализации растворение лекарственного средства с использованием динамической среды растворения.
Мы разработали новый аналитический метод, чтобы одновременно следить за изменениями поверхности, на планшете, перенесших растворение с узкополосных CARS микроскопии во время записи концентрации растворенного наркотиков с поглощения УФ-спектроскопии. Проиллюстрируем использование этого метода визуализации таблеток, содержащих модели наркотиков теофиллин в сочетании с этилцеллюлозу переживает растворение водой как среды растворения.
Protocol
Рисунок 1. Принципиальная иллюстрирующий микроскопа установку авто с внутренней потока через установку для растворения. Эта цифра была изменена с Fussell др. 13.
1. Запуск системы
- Включите 20 пс импульсного 1064 нм CARS лазер и позволит лазер разминки (около 1,5 часов).
- Включите источник дейтериевой лампы ультрафиолетового света и позволить ему разминаться (около 10 мин).
- Откройте затвор на дейтерий лампы источника ультрафиолетового света, установив переключатель спуска затвора, чтобы "открыть".
- Включите управления микроскопом ПК и открыть программу управления микроскоп.
- Включите УФ спектрометра ПК и открыть программу управления спектрометром.
2. Мимикроскопе установки
- Выберите нужный объектив микроскопа. Используйте цели 20X/0.5 NA для достижения результатов, представленных в этой работе.
- Установите фильтры в множестве фильтр башни для передачи лазеры возбуждения и отражения сигнала автомобилей. Выберите 775 нм длинный-проход дихроичное зеркало и 650 нм полосовой 40 нм фильтр с повторить результаты, показанные в этой работе.
- Поместите соответствующие фильтры перед ФЭУ (ФЭУ) детектора, которые передают сигнала КАРС и фильтровать нежелательный свет. Фильтр свет с 750 нм фильтра короткого прохода и 650 нм полосового 40 нм фильтром чтобы воспроизвести эксперименты, проведенные в этой работе.
3. Тестирование системы
- Включите перистальтического насоса и насоса среде для растворения в течение нескольких минут через ячейку потока УФ Z-образную форму, чтобы очистить предыдущий жидкости из трубопроводов.
- Определить скорость потока насоса путем взвешивания количества среды растворения накачкой в 2 мин. Отрегулируйте насоса скорость ипсезам желании расход достигается. Насос среду растворения при скорости потока 5 мл / мин для достижения результатов, представленных в этой работе.
4. Измерение Растворение УФ
- В программном обеспечении управления спектрометр УФ, выберите в меню "Файл" выберите команду "New измерение абсорбции", чтобы открыть окно, где перечислены все доступные спектрометры.
- Нажмите на правильном УФ-спектрометра, а затем нажмите кнопку "Далее", чтобы открыть окно, которое отображает параметры сбора данных.
- Определить как время интегрирования и спектральную усреднение. Выберите время интегрирования 150 мс и 200 средних повторить результаты, показанные в этой работе.
- Нажмите на кнопку с надписью "Далее", чтобы вызвать экран используется для записи опорного спектра.
- Нажмите на кнопку, которая появляется в виде желтого лампочки для записи эталонного спектра. Насос растворения среды непрерывно в течение этого измерения.
- Закройте затвор от источника дейтерия лампы ультрафиолетового света, установив переключатель в положение "закрыто".
- Нажмите на кнопку с надписью "Далее", чтобы вызвать экран используется для записи темную спектр.
- Нажмите на кнопку, которая появляется в виде серого лампочки для записи темновой спектр. Насос растворения среды непрерывно в течение этого измерения.
- Нажмите на кнопку с надписью "Finish", чтобы начать измерения абсорбции УФ.
5. АВТОМОБИЛИ Растворение Видео
- В автомобилях управления микроскопом программного обеспечения нажмите на кнопку, что выбирает измерение "XYT".
- Нажмите на раскрывающийся список и выберите размер изображения в пикселях. Выберите изображения размером 512 х 512 пикселей для воспроизведения изображения, представленные в этой работе.
- Перетащите ползунок скорости визуализации либо «быстрой», «средний», или положение "медленной". Используйте скорость быстро сканирования (1,12 сек за изображение) для достижениярезультаты, показанные в этой работе.
- Щелкните стрелки с надписью "зум" для регулировки уровня масштабирования. Выберите "2x" зум повторить уровень зумом и поле зрения (350 х 350 мкм), используемый для этих результатов.
- Нажмите на раскрывающийся список и выберите цели используется.
- Нажмите в поле ввода и введите количество кадров, необходимых для растворения видео-Автомобили (в зависимости от длины эксперимента). Провести растворение в течение примерно 15 мин при записи 900 кадров воспроизвести результаты, показанные в этой работе.
6. АВТОМОБИЛИ Длина волны Тюнинг
- Использование ПГС (ПГС) контроллер изменить настройки ОПГ, таких как температура, положение пьезо и Лио положение фильтра, пока максимальная выходная мощность лазера на нужную частоту комбинационного не будет достигнута. Настройтесь ОПГ в 2960 см -1 для записи те же результаты, представленных в этой статье.
7. Растворение Эксперимент
- Поместите таблетку в держатель образца обычаю, построенные АВТОМОБИЛИ потока ячейку, винт держатель образца плотно закрыты, чтобы предотвратить утечку.
- Прикрепите трубы к АВТОМОБИЛЕЙ ячейку для потока, соединяющий АВТОМОБИЛИ потока ячейку в стакан, содержащий среду растворения и перистальтический насос.
- Поместите ячейку вагонопотока, содержащий таблетку на столике микроскопа.
- Проверьте, что автомобили течь клеток подключен к растворяющей среды химический стакан, перистальтического насоса, Z-образный проточную ячейку УФ и сбора отходов стакан.
- Нажмите кнопку "XY повтора", чтобы начать сканирование системы микроскопа в режиме непрерывного сканирования.
- Настройте фокус микроскопа, перемещая цель, пока поверхность планшета не находится в поле зрения на экране управления микроскопом компьютера.
- Нажмите на ползунок в контрольной микроскоп программного обеспечения с надписью "ПМТ". Настройка чувствительности детектора путем увеличения / уменьшения не PMT напряжение доудовлетворительное изображение (ни слишком темно, ни насыщенный) видна на экране. ПРИМЕЧАНИЕ: Будьте осторожны, чтобы не перегружать ФЭУ с помощью высокого напряжения. По этой работе, мы использовали напряжение ФЭУ вокруг 600 В, но это может варьироваться в зависимости от используемого ФЭУ.
- Нажмите кнопку "Стоп" в программном обеспечении управления микроскопом, чтобы остановить непрерывное сканирование.
- Одновременно (или, как близко друг к другу, насколько это возможно) начинать качать растворения среды, начать запись одного сканирование XYT, и начать собирать спектры поглощения УФ.
- В ходе эксперимента по растворению, контролировать запись видео и настроить фокус вручную микроскопа для обеспечения планшет постоянно в центре внимания.
8. Сообщение Растворение
- Остановите перистальтический насос, выключив его.
- В меню "Файл" и нажмите кнопку "Сохранить как видео" от программного обеспечения управления микроскопом, чтобы сохранить XYT сканирование как видео.
- В меню "Файл", затем нажмите кнопку "Сохранить ", а затем нажмите кнопку" Стоп Экспорт "от программного обеспечения управления спектрометр, чтобы остановить сбор спектров поглощения УФ.
- Снимите АВТОМОБИЛИ течь клетку от столик микроскопа и удалите планшета из клетки потока автомобилей.
- Промойте АВТОМОБИЛИ потока ячейку с помощью воды и этанола, а затем вытереть их насухо бумажной салфеткой.
Representative Results
В месте анализа растворения использования автомобилей микроскопии проводили на таблетках (диаметр 12 мм, поверхность плоская), содержащих смесь 50:50 модельного препарат теофиллина безводного и этилцеллюлозы с дистиллированной водой перекачиваемой при 5 мл / мин в качестве среды для растворения. АВТОМОБИЛИ изображения (512 х 512 пикселей) были собраны все 1,12 сек в КР частоты колебаний 2960 см -1, который является селективным за содержание теофиллина в таблетке в течение всего срока эксперимента растворения. На рисунке 2 показан выбран кадры из видео растворения. В начале роспуска (рис. 2, время 0 сек) есть области зеленый, показывающие содержание теофиллина планшета и есть также темные области, где есть только этилцеллюлозу присутствует на поверхности планшета. В темных областях на поверхности планшета можно слегка увидеть содержание этилового целлюлозы. Это потому, что он сообщил, что этиловый Celluloсебе имеет комбинационного вибрационные частоты с максимумами около 2930 и 2975 см -1 14. После примерно 60 сек, как представляется, начало теофиллина роста кристаллов моногидрата на поверхности, которые можно рассматривать как узкие игольчатые кристаллы растут наружу от по меньшей мере одной кристаллической ядра в центре кадра (рис. 2, время 60 сек) . Рост моногидрата кристалл может быть гораздо более отчетливо видно после 130 сек (рис. 2, время 130 сек). Кроме того, в момент времени 130 сек видно, что кристалл моногидрата не распространяется полностью по всей поверхности таблетки. Похоже, что присутствие в регионах этилцеллюлозы уже физически заблокировали удлинение моногидрата игл. После 250 секунд, можно видеть, что моногидрат покрытие поверхности не столь заметным что свидетельствует о том, что кристаллы моногидрата, сами начинают растворяться.
Рисунок 2. Кадры из CARS растворения видео. Избранные АВТОМОБИЛИ изображения (2960 см -1) из видео растворения для теофиллина безводного с табличкой этилцеллюлозы. 0 сек изображение записывается на одной площади образца в то время как 60, 130 и 250 с изображения записываются в другой области образца. Видео АВТОМОБИЛИ доступен в качестве дополнительной информации. Шкала бар составляет 50 мкм.
Ультрафиолетовое (УФ) спектроскопии является формой абсорбционной спектроскопии с использованием ультрафиолетового света в качестве источника возбуждения. УФ меры спектроскопии электронным переходам из основного состояния в возбужденное состояние 15. Теофиллин имеет широкий пик, сосредоточенный вокруг 270 нм в то время как этилцеллюлоза практически не растворим в среде растворения, так как ожидается, не способствуют УФ-спектра, записанного. Анализ DissoLution среднего помощью встроенного г-образный УФ проточную ячейку позволяет количественно определить количество лекарственного средства, растворенного в процессе растворения. Рисунок 3 показывает профиль УФ-растворения для роспуска теофиллина безводного с табличкой этилцеллюлозы. Профиль УФ растворения (рис. 3) показывает, что растворение теофиллина безводного начинается быстро достигая максимальной концентрации около 90 мкг / мл в течение 120 сек; после этого момент времени скорость растворения начинает уменьшаться. Уменьшение скорости растворения может быть связано с наличием моногидрата теофиллина (растворимость 6 мг / мл при 25 ° С 16) кристаллов на поверхности, которые являются менее растворим, чем теофиллина безводного (растворимость 12 мг / мл при 25 ° C 16 ) и хорошо видно на видео АВТОМОБИЛИ растворения (рис. 2) в этот момент времени. Постепенно снижая скорость растворения можно также частично объясняется бСнижение я в теофиллина воздействия текущей среды. Это снижение происходит потому, что этилцеллюлоза практически не растворим в воде, так как теофиллин растворяется остальные этилцеллюлоза мешает теофиллин воздействия среды для растворения.
Рисунок 3. Профиль растворения УФ. Концентрация против времени участке для теофиллина безводного сочетании с этилцеллюлозы таблетки, показывающий концентрацию теофиллина в среде растворения в ходе эксперимента растворения.
Disclosures
Авторы заявляют, что они не имеют конкурирующие финансовые интересы.
Acknowledgments
А.Ф. поддерживается голландской технологии Foundation STW, что прикладная наука разделение NWO, и технология Программы Министерства экономики. (STW ОТП 11114).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Paladin 1,064 nm laser | Coherent | Prototype model not for sale | |
| Levante Emerald Optical parametric oscillator | APE Berlin | ||
| IX71 Microscope | Olympus | ||
| Fluoview 300 scanning unit | Olympus | ||
| Photomultiplier tube R3896 | Hamamatsu | ||
| Free standing optics / filters | Thorlabs and Chroma | ||
| Reglo peristaltic pump | ISMATEC | ||
| USB2000+ spectrometer | Ocean Optics | ||
| DT-MINI-2-GS light source | Ocean Optics | ||
| FIA-Z-SMA-TEF Z shaped flow cell | Ocean Optics | ||
| QP400-2-SR-BX optical fiber | Ocean Optics | ||
| Plastic piping | ISMATEC | ||
| CARS dissolution tablet flow cell | Homebuilt at university - designed to hold 12 mm diameter, 3 mm thick tablets. The flowcell has a channel depth of around 0.5 mm. | ||
| Glass beakers | VWR | D108980 | |
| Theophylline anhydrate | BASF | 30058079 | |
| Ethyl cellulose | Colorcon |
References
- Ku, M. Use of the Biopharmaceutical Classification System in Early Drug Development. The AAPS Journal. 10, 208-212 (2008).
- The United States Pharmacopeia. United States Pharmacopeial Convention 32nd ed. , Rockville, MD. 1-8 (2009).
- Florence, A. J., Johnston, A. Applications of ATR UV/vis spectroscopy in physical form characterisation of pharmaceuticals. Spectrosc. Eur. 4, John Wiley & Sons Ltd. (2004).
- Aaltonen, J., et al. In situ measurement of solvent-mediated phase transformations during dissolution testing. J. Pharm. Sci. 95, 2730-2737 (2006).
- Savolainen, M., et al. Better understanding of dissolution behaviour of amorphous drugs by in situ solid-state analysis using Raman spectroscopy. European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics. 71, 71-79 (2009).
- Slipchenko, M. N., et al. Vibrational imaging of tablets by epi-detected stimulated Raman scattering microscopy. Analyst. 135, 2613-2619 (2010).
- Parekh, S. H., Lee, Y. J., Aamer, K. A., Cicerone, M. T. Label-Free Cellular Imaging by Broadband Coherent Anti-Stokes Raman Scattering Microscopy. Biophys. J. 99, 2695-2704 (2010).
- Kang, E., et al. In Situ Visualization of Paclitaxel Distribution and Release by Coherent Anti-Stokes Raman Scattering Microscopy. Anal. Chem. 78, 8036-8043 (2006).
- Kang, E., Robinson, J., Park, K., Cheng, J. -X. Paclitaxel distribution in poly(ethylene glycol)/poly(lactide-co-glycolic acid) blends and its release visualized by coherent anti-Stokes Raman scattering microscopy. J. Controlled Release. 122, 261-268 (2007).
- Kang, E., et al. Application of coherent anti-stokes Raman scattering microscopy to image the changes in a paclitaxel-poly(styrene-b-isobutylene-b-styrene) matrix pre- and post-drug elution. Journal of Biomedical Materials Research Part A. 87A, 913-920 (2008).
- Jurna, M., et al. Coherent anti-Stokes Raman scattering microscopy to monitor drug dissolution in different oral pharmaceutical tablets. Journal of Innovative Optical Health Sciences. 2, 37-43 (2009).
- Windbergs, M., et al. Chemical Imaging of Oral Solid Dosage Forms and Changes upon Dissolution Using Coherent Anti-Stokes Raman Scattering Microscopy. Anal. Chem. 81, 2085-2091 (2009).
- Fussell, A., Garbacik, E., Offerhaus, H., Kleinebudde, P., Strachan, C. In situ dissolution analysis using coherent anti-Stokes Raman scattering (CARS) and hyperspectral CARS microscopy. European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics. 85, 1141-1147 (2013).
- Lua, Y. -Y., Cao, X., Rohrs, B. R., Aldrich, D. S. Surface Characterizations of Spin-Coated Films of Ethylcellulose and Hydroxypropyl Methylcellulose Blends. Langmuir. 23, 4286-4292 (2007).
- Skoog,, Holler, F. J., Crouch, S. R. Principles of Instrument analysis. 6 ed. , Thomson Brooks/Cole. (2007).
- Rodríguez-Hornedo, N., Lechuga-Ballesteros, D., Hsiu-Jean, W. Phase transition and heterogeneous/epitaxial nucleation of hydrated and anhydrous theophylline crystals. Int. J. Pharm. 85, 149-162 (1992).
