Çözünme sırasında tutarlı bir anti-Stokes Raman saçılması (CARS) Mikroskopi visualizes İlaç Tabletler
Summary
Tutarlı anti-Stokes Raman saçılımı (OTOMOBİL) mikroskopi yerinde ve çözünme uygulanan farmasötik tablet yüzeyinin gerçek zamanlı görselleştirme sağlamak için bir iç akış yoluyla erime kurulumu ile birleştirilir. Bu özel inşa kurulumu kullanarak, bu hat üzerinde UV absorpsiyon spektroskopisi kullanılarak kaydedilen ilaç çözünme profilleri ile ARABALAR videoları ilişkilendirmek mümkündür.
Abstract
Geleneksel ilaç çözünme testleri, çözünme ortamı içinde ilaç içeriğinin ölçülmesi ile, zaman içinde çözülmüş ilaç miktarını belirler. Bu yöntem, çözünen tablet yüzeyinde ne olduğu hakkında çok az doğrudan bilgi sağlar. Tablet bileşimi ve yüzey yapısı, çözünme esnasında değiştirebilir gibi, çözünme testi sırasında onu izlemek için gereklidir. UV soğurma spektroskopisi aynı zamanda teofilin anhidrat ve etil selüloz,% 50 karışımı içeren tabletler için çözülmüş ilaç konsantrasyonunun satır analiz sağlamaktadır sırasında bu çalışmada, tutarlı bir anti-Stokes Raman saçılma mikroskobu çözünmesi esnasında görüntü tabletlerin yüzey için kullanılır. Ölçümler, in situ OTOMOBİL mikroskopla etil selüloz varlığında seçici olarak teofilin görüntüleme yeteneğine sahip olduğunu göstermiştir. Buna ek olarak, teofilin anhidrat iğne şeklindeki ağlama ile, çözünme esnasında teofilin monohidrata dönüştürülebilirçözünme esnasında tablet yüzeyi üzerinde büyüyen Stals. Akan çözünme ortamına ilacın düşük maruz kalma ile birlikte monohidrata teofilin anhidrat dönüşüm azalmış, çözünme oranları ile sonuçlandı. Sonuçlarımız, in situ OTOMOBİL mikroskopisinde inline UV emme spektroskopisi ile birlikte göstermektedir farmasötik bir tablet çözünme izlenmesi ve erime oranındaki değişiklikler, yüzey değişiklikleri korelasyon yeteneğine sahiptir.
Introduction
Tabletler ve kapsüller gibi oral farmasötik dozaj formlarının geliştirilmesi sırasında çözünme testi güçlü bir vurgu bulunmaktadır. Oral dozaj formları, terapötik etki için absorbe edilmeden önce çözünmesi gerekmektedir. Az çözünen ilaçlar genellikle 1 çözünme testleri, özellikle önemli kılan yeterli konsantrasyona ulaşmasını sorunları var. Farmakope erime yöntemler, genellikle erime analizi için kullanılmıştır. Çoğu durumda, bu daha sonra çözünme ortamı akan bir kabın içine yerleştirilen bir tablet veya kapsül gibi bir ilaç hazırlanması gerekir. Çözünmüş ilaç konsantrasyonu daha sonra, UV soğurma spektroskopisi 2 gibi standart spektroskopik teknik kullanılarak çözünme ortamının örnekleri analiz edilerek belirlenir. Bu geleneksel farmasötik çözünme metotları, numunenin doğrudan analizi veya dozaj formunun çözünme yüzeyinde meydana olabilecek herhangi bir değişiklik sağlamaz.Çözünme esnasında numunenin doğrudan analizi dağılan dozaj formu hakkında daha fazla bilgi sağlamak ve potansiyel çözünme testi yetmezliğine neden sorunları tespit edebilir.
Eriyen dozaj formlar doğrudan analizi erime sürecini izleme yeteneğine sahip olan in situ analitik tekniklerin kullanımını gerektirir. Çözünme esnasında in situ kaydetmek için analitik teknik çözünme ortamının mevcudiyetinde etkilenebilir olmamalıdır ve güvenilir bir teknik saniye sırayla dağılan dozaj formuna değişiklikleri ölçmek için bir yüksek zamansal çözülmesi gerekmektedir. Zayıflatılmış toplam yansıtıcılık UV spektroskopisi çözünme esnasında değişiklikleri ölçmek için uygun olduğu gösterilmiştir, ancak görüntüleme teknikleri 3 tarafından sunulan uzaysal çözünürlüğü yoksun olmuştur. , Taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve spontan Raman haritalama gibi geleneksel ilaç görüntüleme teknikleri kullanımını engelleyen sınırlayıcı faktörler var hem defesih için-situ.
SEM görüntüleme farmasötik dozaj formlarının yüzeyini görüntüleme yeteneğine sahip yüksek-çözünürlüklü hızlı görüntüleme tekniğidir. Bununla birlikte, genel olarak görüntüleme SEM vakum koşulları altında gerçekleştirilebilir ve in situ çözünme görüntüleme için uygun olmayan hale örnek kaplama gerektirir. Bir hücre içinden akışı ve UV-akış emme spektroskopisi ile birlikte fiber bağlanmış kendiliğinden Raman spektroskopisi, teofilin 4, karbamazepin ve indometasin 5 de dahil olmak üzere, çözünme esnasında in situ çeşitli ilaç sistemleri izlemek için gerçekleştirilmiştir. Raman spektroskopisi dağılması sırasında meydana gelen yüzey değişiklikleri belirleme yeteneğine sahip ama yüzey değişiklikleri meydana nerede hakkında hiçbir mekansal bilgi verdi. Spontan Raman eşleme Raman spektrumunu kullanır ve numunenin yüzeyi ilgili uzamsal bilgiler sağlar, ancak görüntü alma, görüntü alanına bağlı olarak saat dakika sırasına alırİn situ erime görüntülemede için uygun değildir.
Tutarlı bir anti-Stokes Raman saçılması (CARS) mikroskopi hızlı bir görüntüleme tekniği ve inline UV absorpsiyon spektroskopisi ile birlikte, bize yerinde çözünme analizi yapabilen bir teknik geliştirmek için izin olmasıdır. OTOMOBİL mikroskopi in situ çözünme analizlerinde için uygun bir teknik yapma çözünme ortamının mevcudiyetinde etkilenmeyen hızlı kimyasal seçici görüntü sağlar. OTOMOBİL teknikleri lazerlerin darbe süresine göre iki gruba kabaca ayrılır; bir dar ARABALAR (pikosaniyelik lazerlerin) ve diğer varlık genişbant ARABALAR (femtosaniye lazerlerin) olmak. Tipik OTOMOBİL mikroskop sistemi iki darbeli lazer kaynakları ve bir ters mikroskop oluşur. OTOMOBİL bir sinyal üretmek için, darbeli lazer biri ayarlanabilir olması gerekir böylece bir Raman titreşim eşleşen iki lazerler arasında bir frekans farkı yoktur. Ek olarak,iki lazer aynı zamanda numunenin aynı bölgede gelen iki lazerler gelen darbeleri ile, boşluk (mekansal) ve zaman (geçici) içinde üst üste gerekmektedir. Raman titreşimler kimyasal özeldir ve OTOMOBİL sinyali sadece mikroskop odak hacmi içinde oluşturulur gibi, arabalar mikroskopi aşağı kırılma sınırına çözünürlüğe sahip kimyasal olarak seçici görüntüleme yeteneğine sahiptir.
Tek bir Raman titreşim modunu kullanarak Darbant ARABALAR mikroskopi spontan Raman haritalama teknikleri 6 ayına göre yaklaşık 100x daha hızlı görüntüleme sağlar. Daha geniş bir spektral aralıkta bant ARABALAR mikroskobu görüntüleri (600-3,200 cm -1 vs ~ 4 cm -1) ama (bir (10 cm -1 vs ~ 4 cm -1 civarında) daha düşük spektral çözünürlüğü ve yavaş görüntüleme hızı 50 msn / pixel vs ~ 5 mikro saniye olduğu / piksel) dar OTOMOBİLLER mikroskopi 7'ye kıyasla.
Darbant ARABALAR mikroskopi görüntü dru için kullanılır olmuşturBazı ilaç sistemlerinden g bırakma. Farmasötik formülasyonların alanında, Kang ve diğ. 8-10 görüntülenmiş ilaç yüklü polimer filmler. Başlangıçta statik çözünme ortamından, ilaç salınmasına ait görüntüleme izledi yüklenen ilaç dağılımını görüntülenmiş. Jurna et al. 11 ve Windbergs et al. 12, bir adım ileri gitmiş ve dinamik bir çözünme ortamı kullanılarak ilaç çözülmesini görüntüleme ve ardından lipid dozaj formlarında teofilin dağılım ilk olarak görüntüsü.
Biz aynı anda UV absorpsiyon spektroskopisi ile çözünmüş ilaç konsantrasyonunu kaydederken dar ARABALAR mikroskobu ile çözülmesini geçiren tablet üzerinde yüzey değişiklikleri izlemek için yeni bir analitik yöntem geliştirdik. Biz, etil selüloz, çözünme ortamı olarak su ile birlikte çözünmeye geçiren Model ilaç teofilin içeren bu yöntem, görüntüleme tablet kullanımını göstermektedir.
Protocol
Representative Results
Discussion
When performing CARS microscopic dissolution experiments there are a few critical aspects that need to be monitored during the experiment. Firstly, introducing the dissolution medium to the CARS flow cell causes the focus to move. This means that the image is immediately lost and it takes a few microns of objective adjustment to find the surface again. Secondly, there is risk of liquid leakage from the CARS flow cell if the glass cover breaks during the experiment. This can potentially cause liquid damage to the optics, so it is important to listen for any cracking sound that could mean the glass has broken. Finally, there is also a small chance that the piping can become blocked due to particulate matter in the system during the experiment, this can be seen as a sudden unusual change in the UV spectra and also through periodically checking the flow during the experiment.
Particulate blockage of the piping is mainly an issue with tablets that have been designed to disintegrate during dissolution. This is one of the limitations for this technique as this system requires the surface of the tablet to remain intact throughout the dissolution to allow imaging. In addition to disintegrating tablets, it is currently not possible to image tablets that are designed to swell during dissolution as this can lead to breakage of the CARS flow cell.
Imaging tablets during dissolution provides a greater understanding of what is occurring on the surface of a dissolving tablet. Conventional pharmaceutical dissolution methods focus only on the drug content dissolved in the dissolution medium which can identify whether the tablet passes or fails the required standard. However, in the case of a failed test it is difficult to determine what caused the failure. The case of a failed dissolution test is potentially where in situ dissolution analysis using CARS microscopy can provide answers.
Future applications for in situ dissolution analysis using CARS microscopy could include investigations using more complicated tablets containing more than one drug or excipient, in particular non-swelling sustained or controlled release dosage forms during formulation development. Additionally, it could be possible to investigate samples using biorelevant dissolution media creating conditions more closely related to in vivo.
In conclusion, this work shows that CARS microscopy is capable of rapid chemically specific imaging based on Raman vibrational frequencies allowing selective imaging of the drug in a tablet containing both drug and excipient. Additionally, CARS microscopy combined with inline UV absorption spectroscopy is a powerful tool capable of monitoring the surface of tablets undergoing dissolution and correlating surface changes seen using CARS with changes in dissolution rate.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
AF NWO uygulamalı bilim bölümüdür Hollandalı Teknoloji Vakfı STW, ve Ekonomik İşler Bakanlığı Teknoloji Programı tarafından desteklenmektedir. (STW OTP 11114).
Materials
| Name of the Material/Equipment | Company | Catlog number | Comments/Description | Website |
| Paladin 1064nm laser | Coherent | N/A | Prototype model not for sale | http://www.coherent.com/ |
| Levante Emerald Optical parametric oscillator | APE Berlin | N/A | http://www.ape-berlin.de/en/products/levante/levante-emerald-opo#block-views-products-block-1 | |
| IX 71 Microscope | Olympus | N/A | http://www.olympusamerica.com/seg_section/product.asp?product=1023 | |
| Fluoview 300 scanning unit | Olympus | N/A | http://www.olympusamerica.com/seg_section/seg_product_print.asp?product=133 | |
| Photon multiplier tube R3896 | Hamamatsu | N/A | https://www.hamamatsu.com/jp/en/R3896.html | |
| Free standing optics / filters | Thorlabs and Chroma | N/A | http://www.chroma.com/ | |
| http://www.thorlabs.de/index.cfm? | ||||
| Reglo peristaltic pump | ISMATEC | N/A | http://www.ismatec.com/int_e/pumps/t_reglo/reglo.htm | |
| USB2000+ spectrometer | Ocean Optics | N/A | http://www.oceanoptics.com/products/usb2000+.asp | |
| DT-MINI-2-GS light source | Ocean Optics | N/A | http://www.oceanoptics.com/Products/dtmini.asp | |
| FIA-Z-SMA-TEF Z shaped flow cell | Ocean Optics | N/A | http://www.oceanoptics.com/Products/fiazsmaflowcells.asp | |
| QP400-2-SR-BX optical fiber | Ocean Optics | N/A | http://www.oceanoptics.com/Products/premgradesol.asp | |
| Plastic piping | ISMATEC | N/A | http://www.ismatec.com/int_e/tubing/misc/tubing_home.htm | |
| CARS dissolution tablet flow cell | N/A | N/A | Homebuilt at university – designed to hold 12mm diameter, 3mm thick tablets. The flowcell has a channel depth of around 0.5mm. | |
| Glass beakers | VWR | D108980 | https://us.vwr.com/store/catalog/product.jsp?product_id=4537423 | |
| Theophylline anhydrate | BASF | 30058079 | http://www.basf.com/group/corporate/en/brand/THEOPHYLLINE | |
| ethylcellulose | Colorcon | N/A | http://www.colorcon.com/products-formulation/all-products/film-coatings/sustained-release/ethocel | |
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. , 1-8 (2009).
- Florence, A. J., Johnston, A. Applications of ATR UV/vis spectroscopy in physical form characterisation of pharmaceuticals. Spectrosc. Eur. 4, (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, F. J., Holler, S. R., Crouch, . Principles of Instrument analysis. 6 ed. , (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).
