Forskning baner vej for næste generation af screeningsenheder for krystallinsk materiale

Forskere ved University of Illinois Chicago har udviklet en ny mikrofluidisk enhed med kontinuerlig strømning, der kan hjælpe forskere og farmaceutiske virksomheder med mere effektivt at studere lægemiddelforbindelser og deres krystallinske former og strukturer, som er nøglekomponenter for lægemiddelstabilitet.

Enheden består af en række brønde, hvori en lægemiddelopløsning, der består af en aktiv farmaceutisk ingrediens, eller API, opløst i opløsningsmiddel, vand – kan blandes med et anti-opløsningsmiddel på en meget kontrolleret måde. Når det blandes sammen, de to løsninger gør det muligt for API-krystallerne at danne en kerne og vokse. Med enheden, de hastigheder og forhold, hvormed lægemiddelopløsningen blandes med anti-opløsningsmidlet, kan ændres parallelt af videnskabsmænd, skabe flere betingelser for krystalvækst. Når krystallerne vokser under forskellige forhold, data om deres vækstrater, former og strukturer samles og importeres til et datanetværk.

Med data, forskere kan hurtigere identificere de bedste betingelser for at fremstille den mest stabile krystallinske form med en ønskelig krystalmorfologi - en krystal med en pladelignende form i stedet for en krystal med en stavlignende form - af en API og opskalere krystallisationen af ​​stabile formularer.

UIC-forskerne, ledet af Meenesh Singh, i samarbejde med Enabling Technologies Consortium, har valideret enheden ved hjælp af L-histidin, den aktive ingrediens i medicin, der potentielt kan behandle tilstande som leddegigt, allergiske sygdomme og sår. Resultaterne rapporteres i Lab on a Chip , et tidsskrift fra Royal Society of Chemistry.

"Den farmaceutiske industri har brug for et robust screeningssystem, der præcist kan bestemme API polymorfer og krystallisationskinetik i en kortere tidsramme. Men de fleste parallelle og kombinatoriske screeningssystemer kan ikke kontrollere synteseforholdene aktivt, hvilket fører til unøjagtige resultater, " sagde Singh, UIC assisterende professor i kemiteknik ved Ingeniørhøjskolen. "I denne avis, vi viser en plan for en sådan mikrofluidisk enhed, der har parallelforbundne mikromixere til at fange og dyrke krystaller under flere forhold samtidigt."

I deres undersøgelse, forskerne fandt ud af, at enheden var i stand til at screene polymorfer, morfologi og væksthastigheder af L-histidin under otte forskellige forhold. Betingelserne omfattede variationer i molær koncentration, volumenprocent ethanol og overmætning - vigtige variabler, der påvirker krystalvæksthastigheden. Den overordnede screeningstid for L-histidin under anvendelse af den mikrofluidiske enhed med flere brønde var ca. 30 minutter, hvilket er mindst otte gange kortere end en sekventiel screeningsproces.

Forskerne sammenlignede også screeningsresultaterne med en konventionel enhed. De fandt, at den konventionelle enhed signifikant overvurderede fraktionen af ​​stabil form og viste høj usikkerhed i målte vækstrater.

"Den mikrofluidiske enhed med flere brønde baner vejen for næste generations mikrofluidiske enheder, der er modtagelige for automatisering til screening med høj gennemstrømning af krystallinske materialer, " sagde Singh. Bedre screeningsenheder kan forbedre effektiviteten i udvikling af API-processer og muliggøre rettidig og robust lægemiddelproduktion, han sagde, hvilket i sidste ende kan føre til sikrere lægemidler, der koster færre penge.