Forskere skaber instrument til hurtigt at teste, om lægemidler indeholder spor af krystallinitet

Forskere ved Purdue University har skabt en enhed, der hurtigt og billigt kan afgøre, om nye farmaceutiske formuleringer har sporkrystallinitet, der kan påvirke lægemidlets stabilitet og biotilgængelighed negativt.

Forskerne har udviklet instrumentering, der præcist i tidlige stadier kan detektere, om en farmaceutisk formulering har spor af krystallinsk indhold. Instrumentet er baseret på triboluminescens og virker ved at måle lys, der udsendes, når et farmaceutisk pulver knuses.

"Alt lys, der måles, er direkte proportionalt med, hvor meget krystallinitet der er i formuleringen, " sagde Casey Smith, en kandidatstuderende i Purdues Institut for Kemi.

Den faste form af en aktiv farmaceutisk ingrediens kan i høj grad påvirke andelen af ​​det lægemiddel, der kan trænge ind i kroppen og have en effekt. Mange nye lægemiddelkandidater har lav vandopløselighed, hvilket fører til en lavere biotilgængelighed. Hvis et lægemiddel ikke opløses rettidigt, den kan passere gennem en krop, før den har nået at træde i kraft. En metode til at overvinde dette problem er at sætte stoffet i en amorf tilstand, eller støbes til en polymermatrix, der let opløses i vand.

"Nye lægemidler, der kommer ud, bliver stadig større og mere hydrofobe, eller ikke let opløses i vand, " sagde Garth Simpson, en Purdue kemiprofessor. "Hvis krystallinitet detekteres, der er en god chance for, at det ikke opløses inden for en tidsramme, der kræves for at være biotilgængelig og effektiv."

Triboluminescensinstrumentet er designet til at give hurtig screening af amorfe faste dispersioner, formuleringer skabt for at gøre lægemidler mere effektive. Instrumentet kan detektere krystallinitet i niveauer så lave som 140 ppm. En video af, hvordan triboluminescensinstrumentet virker, kan ses nedenfor:

Instrumentet blev skabt i samarbejde med Institut for Kemi's Jonathan Amy Instrumentation Facility. Det er en elektromekanisk enhed, der bruger en solenoide til at slå pulver på et objektglas. Et fotomultiplikatorrør under objektglasset måler den optiske stråling som følge af stoffets triboluminescens. Lyset er ikke synligt med det blotte øje. En motor bevæger mikroskopglasset ned ad linjen for at sondere et nyt område af pulveret. Forskerne opnåede et foreløbigt patent på enheden ved hjælp af Purdues Office of Technology Commercialization.

"Denne teknik ville være mere som en prescreen fra et samlebånd på en fabrik, hvor de fremstiller disse lægemidler. De kan sende en lille mængde af materialet ind i dette instrument til triboluminescensmålinger. Hvis de får et positivt resultat fra prøven, så kan de sende det til en mere streng test, " sagde Scott Griffin, en Purdue kemi kandidatstuderende.

Griffin og Smith, begge elever i Simpsons laboratorium, var hovedforfatterne i et papir om triboluminescens offentliggjort i det peer-reviewede tidsskrift Analytisk kemi som omfattede forskere fra Merck &Co.

Der er andre måder at bestemme krystallinitet på, inklusive en anden harmonisk generationsproces, der bruger en femtosekund pulseret laser, som også blev udviklet i Simpsons laboratorium. Men triboluminescensinstrumentet er meget enklere.

"Det koger ned til det tidligste tidspunkt, hvor krystallinitet kan detekteres, "Simpson sagde. "Vi ønskede at have noget, der ville være en simpel ja eller nej vurdering, der kunne gøres på stedet. Hvis noget fejler, det kan tages til et mere avanceret instrument for at få en bedre følelse af kvantitativ karakterisering."

Simpson sagde, at et triboluminescensinstrument også kunne bruges til hurtigt at bestemme, om ændringer i den måde, et lægemiddel fremstilles på, forårsager krystallinitet.

Der er stadig arbejde at gøre, sagde Simpson. Forskerne ønsker at være i stand til at udføre lignende krystallinitetstest i gyller og arbejder på en flowcelle for at opnå det.

"Så for mange af disse narkotikacocktails, når du putter det i vand, starter det i en amorf tilstand, men kan spontant krystallisere. Vi ønsker værktøjer, der kan karakterisere og måle den proces, " han sagde.

Forskerne forsøger også at få en fornemmelse af, hvilken brøkdel af lægemiddelmolekyler og lægemiddelforbindelser, der sandsynligvis vil være modtagelige for triboluminescensanalyse.

Det indledende arbejde med det nævnte triboluminescensinstrument blev finansieret gennem et tilskud fra National Science Foundation. Purdue Research Foundation ydede finansiering til den oprindelige prototype, og Merck har hjulpet med at finansiere det nyere arbejde.

Triboluminescensinstrumentet er tilgængeligt for licens fra Office of Technology and Commercialization.