Anti-Stokes cohérente diffusion Raman (CARS) microscopie est combiné avec une installation de dissolution de accréditives intrinsèque pour permettre in situ et de visualisation en temps réel de la surface de comprimés pharmaceutiques subissant dissolution. En utilisant cette configuration sur mesure, il est possible de corréler CARS vidéos avec des profils de dissolution des médicaments enregistrés en utilisant la spectroscopie d'absorption UV en ligne.
Tests de dissolution pharmaceutiques traditionnelles de déterminer la quantité de médicament dissous au cours du temps par la mesure de la teneur en médicament dans le milieu de dissolution. Cette méthode fournit peu d'informations directes sur ce qui se passe sur la surface de la tablette de dissolution. Comme la composition de la surface de la tablette et de la structure peuvent changer au cours de la dissolution, il est essentiel de le surveiller pendant l'essai de dissolution. Dans ce travail, la microscopie de diffusion Raman anti-Stokes cohérente est utilisée pour imager la surface de comprimés au cours de dissolution alors que la spectroscopie d'absorption UV est en même temps à fournir une analyse en ligne de la concentration de médicament dissous pour des comprimés contenant un mélange de 50% de la théophylline anhydre et de l'éthylcellulose. Les mesures ont montré que dans les voitures de microscopie in situ est capable d'imagerie sélective de la théophylline en présence d'éthyl-cellulose. En outre, la théophylline anhydre de converti à la théophylline monohydrate lors de la dissolution, de cri en forme d'aiguilleStals croissant sur la surface de la tablette lors de la dissolution. La conversion de la théophylline anhydre de monohydrate, combinée avec une exposition réduite du médicament dans le milieu de dissolution à écoulement entraîné une diminution des vitesses de dissolution. Nos résultats montrent que CARS in situ microscopie combinée avec la spectroscopie d'absorption UV en ligne est capable de surveiller pharmaceutique dissolution du comprimé et la corrélation des changements de surface et les variations de la vitesse de dissolution.
Pendant le développement de formes galéniques orales telles que les comprimés et les capsules, il ya un fort accent sur les tests de dissolution. Les formes posologiques orales sont nécessaires pour dissoudre avant qu'ils puissent être absorbés pour l'efficacité thérapeutique. Médicaments peu solubles ont généralement des problèmes atteignant une concentration adéquate qui rend les tests de dissolution particulièrement important 1. Méthodes de dissolution de la pharmacopée sont les plus couramment utilisés pour l'analyse de dissolution. Dans la plupart des cas, cela nécessite la préparation du médicament sous forme de comprimé ou d'une capsule qui est ensuite placé dans un bêcher de faire circuler l'agent de dissolution. La concentration de médicament dissous est alors déterminée par l'analyse des échantillons du milieu de dissolution à l'aide d'une technique spectroscopique standard telle que la spectroscopie d'absorption UV 2. Ces méthodes de dissolution des produits pharmaceutiques traditionnelles ne permettent pas d'analyse directe de l'échantillon ou de tout changement qui pourrait se produire sur la surface de la dissolution de la forme posologique.Analyse directe de l'échantillon lors de la dissolution peut fournir plus d'informations sur la forme posologique de dissolution et potentiellement identifier les problèmes causant l'échec de test de dissolution.
L'analyse directe de la dissolution des formes de dosage nécessite l'utilisation de techniques d'analyse in situ dans lesquels sont capables de surveiller le processus de dissolution. Pour enregistrer in situ lors de la dissolution de la technique analytique ne doit pas être influencé par la présence du milieu de dissolution et la technique a besoin d'une résolution temporelle élevée pour être mesurée de manière fiable des modifications à la forme de dosage de dissolution dans l'ordre de la seconde. Spectroscopie de réflectance totale atténuée UV a été montré pour être adapté à la mesure des changements au cours de dissolution mais manque de résolution spatiale fournie par des techniques d'imagerie 3. Les techniques classiques d'imagerie pharmaceutique telles que la microscopie électronique à balayage (MEB), et la cartographie Raman spontané ont tous deux des facteurs qui empêchent leur utilisation dans la limitation desitu pour la dissolution.
Imagerie SEM est une technique d'imagerie rapide à haute résolution capable d'imager la surface de formes posologiques pharmaceutiques. Cependant, l'imagerie SEM est généralement effectuée dans des conditions de vide et de revêtement de l'échantillon nécessite le rendant impropre à l'imagerie in situ dissolution. Spectroscopie de Raman spontané fibre couplé combiné avec un écoulement à travers la cellule et la spectroscopie d'absorption à écoulement continu UV, a été réalisée pour surveiller divers systèmes de médicament in situ au cours de la dissolution, y compris la theophylline 4, la carbamazépine, l'indométhacine et 5. Spectroscopie Raman était capable de détecter les changements de surface qui se produisent lors de la dissolution, mais il ne donne aucune information spatiale sur l'endroit où les changements de surface se produisaient. Cartographie Raman spontané utilise les spectres Raman et donne des informations spatiales sur la surface de l'échantillon, mais l'imagerie prend de l'ordre de minutes à quelques heures en fonction de la zone d'image, ce qui rendimpropre à la dissolution situ imagerie.
Anti-Stokes cohérente diffusion Raman (CARS) microscopie est une technique d'imagerie rapide et combinée avec la spectroscopie d'absorption UV en ligne, il nous a permis de développer une technique capable de l'analyse de dissolution in situ. Microscopie CARS fournit imagerie chimiquement sélective rapide qui n'est pas influencée par la présence de milieu de dissolution qui en fait une technique appropriée pour l'analyse de la dissolution in situ. techniques de CARS sont divisés en deux groupes en fonction de la durée d'impulsion des lasers; étant CARS à bande étroite (picoseconde lasers pulsés), et les autres voitures haut débit étant (lasers pulsés femtosecondes). Système de microscope CARS typique se compose de deux sources laser à impulsions et d'un microscope inversé. Pour produire un signal CARS, un des lasers pulsés doit être réglable de sorte qu'il ya une différence de fréquence entre les deux lasers qui correspond à une vibration Raman. De plus,les deux lasers sont nécessaires pour se chevaucher dans l'espace (l'espace) et du temps (dans le temps), avec des impulsions provenant des deux lasers qui arrivent à la même zone de l'échantillon en même temps. Comme vibrations Raman sont chimiquement spécifique et le signal CARS est uniquement généré dans le volume focal du microscope, microscopie CARS est capable de l'imagerie chimique sélective avec une résolution allant jusqu'à la limite de diffraction.
Microscopie CARS étroite en utilisant un seul mode de vibration Raman permet l'imagerie sur 100 fois plus rapide par rapport aux techniques de cartographie Raman spontanées 6. Large bande microscopie CARS images sur une gamme spectrale plus large (600-3,200 cm -1 vs ~ 4 cm -1), mais a une résolution inférieure spectrale (environ 10 cm -1 vs ~ 4 cm -1) et plus lente vitesse d'imagerie (50 ms / pixel vs ~ 5 ps / pixel) par rapport aux voitures étroite microscopie 7.
Étroite microscopie CARS a été utilisée pour l'image drug libération de certains systèmes pharmaceutiques. Dans le domaine des formulations pharmaceutiques, Kang et al. 10.8 films de polymère chargées de médicament imagées. Initialement, ils imager la distribution du médicament chargé, qui a été suivie par l'imagerie de la libération du médicament à partir d'un milieu de dissolution statique. Jurna et al. 11 et Windbergs et al. 12 sont allés plus loin et imagée d'une part la distribution de la théophylline dans des formes galéniques lipidiques suivis par l'imagerie de la dissolution du médicament en utilisant un milieu dynamique de dissolution.
Nous avons développé une nouvelle méthode d'analyse pour surveiller simultanément les changements de surface de la tablette en cours de dissolution de CARS à bande étroite microscopie pendant l'enregistrement de la concentration de médicament dissous par spectroscopie d'absorption UV. Nous illustrons l'utilisation de cette méthode d'imagerie de comprimés contenant le médicament theophylline modèle combiné avec l'éthylcellulose en cours de dissolution avec de l'eau en tant que milieu de dissolution.
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.
The authors have nothing to disclose.
AF est soutenu par la Fondation de la technologie VAP néerlandais, qui est la division des sciences appliquées de NWO, et le programme de technologie du ministère des Affaires économiques. (STW OTP 11114).
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 |