Coerenti anti-Stokes Raman Scattering (CARS) Microscopia visualizza farmaceutici compresse durante la dissoluzione
Summary
Anti-Stokes scattering Raman (CARS) microscopia coerente è combinato con un setup dissoluzione flusso continuo intrinseca per consentire in situ e visualizzazione in tempo reale della superficie di compresse farmaceutiche sottoposti a dissoluzione. Utilizzando questa configurazione su misura, è possibile correlare AUTO video con i profili di dissoluzione di droga registrati utilizzando la spettroscopia di assorbimento UV inline.
Abstract
Tradizionali test di dissoluzione farmaceutiche determinano la quantità di farmaco disciolto nel tempo misurando contenuto di farmaco nel mezzo di dissoluzione. Questo metodo fornisce poche informazioni dirette su quanto sta accadendo sulla superficie della tavoletta dissoluzione. Poiché la composizione superficie della tavoletta e la struttura può variare durante la dissoluzione, è essenziale monitorare durante la prova di dissoluzione. In questo lavoro coerente anti-Stokes Raman microscopia di scattering viene utilizzata per l'immagine della superficie di compresse durante la dissoluzione mentre spettroscopia di assorbimento UV è simultaneamente fornendo analisi in linea di concentrazione del farmaco disciolto per compresse contenenti una miscela al 50% di teofillina anidra e etilcellulosa. Le misurazioni hanno mostrato che in AUTO situ microscopia è capace di immagini selettivamente teofillina in presenza di etilcellulosa. Inoltre, la teofillina anidro convertito teofillina monoidrato durante la dissoluzione, con cry aghiformiStals che cresce sulla superficie della tavoletta durante la dissoluzione. La conversione di teofillina anidra a monoidrato, combinato con una ridotta esposizione del farmaco al mezzo di dissoluzione scorre determinato tassi di dissoluzione diminuito. I nostri risultati mostrano che in AUTO situ microscopia combinato con spettroscopia di assorbimento UV linea è in grado di monitorare tavoletta dissoluzione farmaceutica e correlando superficie cambia con variazioni di velocità di dissoluzione.
Introduction
Durante lo sviluppo di forme di dosaggio farmaceutiche orali come compresse e capsule c'è una forte enfasi sulla prova di dissoluzione. Forme di dosaggio orale sono richiesti per sciogliere prima che possano essere assorbiti per l'efficacia terapeutica. Farmaci scarsamente solubili in genere hanno problemi di raggiungere un'adeguata concentrazione che rende il test di dissoluzione particolarmente importante 1. Metodi di dissoluzione farmacopea sono più comunemente utilizzati per l'analisi dissoluzione. Nella maggior parte dei casi questo richiede preparazione del farmaco come una compressa o capsula che viene poi inserito in un becher di fluire mezzo di dissoluzione. La concentrazione di farmaco disciolto viene quindi determinata analizzando campioni del mezzo di dissoluzione utilizzando una tecnica spettroscopica standard come spettroscopia di assorbimento UV 2. Questi metodi di dissoluzione farmaceutica tradizionali non forniscono alcuna analisi diretta del campione o qualsiasi modifica che potrebbe verificarsi sul superficie dissoluzione della forma di dosaggio.Analisi diretta del campione durante la dissoluzione può fornire ulteriori informazioni sulla forma di dissoluzione dosaggio e potenzialmente identificare i problemi che causano il fallimento del test di dissoluzione.
Analisi diretta di dissoluzione forme di dosaggio necessario l'utilizzo di tecniche analitiche in situ che sono in grado di monitorare il processo di dissoluzione. Per registrare in situ durante la dissoluzione della tecnica analitica non deve essere influenzata dalla presenza del mezzo di dissoluzione e la tecnica richiede un'elevata risoluzione temporale per misurare attendibilmente modifiche al modulo dissoluzione dosaggio nell'ordine di secondi. Spettroscopia di riflettanza totale attenuata UV ha dimostrato di essere adatto per misurare le variazioni durante la dissoluzione ma manca di risoluzione spaziale offerto da tecniche di imaging 3. Tecniche di imaging farmaceutica tradizionali come la microscopia elettronica a scansione (SEM), e la mappatura Raman spontaneo hanno entrambi fattori che impediscono il loro uso nel limitaresitu per dissoluzione.
Immagini SEM è un alta risoluzione tecnica di imaging rapido capace di imaging della superficie di forme di dosaggio farmaceutiche. Tuttavia, l'imaging SEM è generalmente effettuata in condizioni di vuoto e richiede rivestimento campione rendendolo inadatto in situ di imaging dissoluzione. Spettroscopia Raman spontaneo accoppiato in fibra combinato con un flusso di celle e spettroscopia di assorbimento a flusso continuo UV, è stata eseguita per controllare vari sistemi droga in situ durante la dissoluzione, compresi 4 teofillina, carbamazepina, indometacina e 5. La spettroscopia Raman è stato in grado di identificare i cambiamenti superficiali che si verificano durante la dissoluzione ma non ha dato alcuna informazione territoriale su dove avvenivano i cambiamenti della superficie. Mappatura Raman spontaneo utilizza spettri Raman e fornisce informazioni spaziali sulla superficie del campione ma di imaging assume dell'ordine di minuti o ore a seconda della superficie dell'immagine, rendendoinadatto per l'imaging in situ dissoluzione.
Anti-Stokes scattering Raman (CARS) microscopia coerente è una tecnica di imaging rapido e combinato con spettroscopia di assorbimento UV in linea, ci ha permesso di sviluppare una tecnica capace di analisi in situ dissoluzione. AUTO microscopia fornisce imaging rapido chimicamente selettiva che non è influenzata dalla presenza di mezzo di dissoluzione che rende una tecnica adatta per l'analisi in situ dissoluzione. AUTO tecniche si dividono approssimativamente in due gruppi in base alla durata dell'impulso del laser; uno è CARS banda stretta (picosecondi laser pulsati), e le altre vetture a banda larga essendo (laser pulsato a femtosecondi). Un tipico sistema di microscopia AUTO costituito da due sorgenti laser ad impulsi e un microscopio invertito. Per produrre un segnale AUTO, uno dei laser pulsati deve essere sintonizzabile per cui vi è una differenza di frequenza tra i due laser che corrisponde a una vibrazione Raman. Inoltre,i due laser devono sovrapporsi nello spazio (spaziale) e tempo (temporale), con impulsi di entrambi i laser che arrivano alla stessa area del campione allo stesso tempo. Come vibrazioni Raman sono chimicamente specifico e segnale AUTO viene generato solo all'interno del volume focale del microscopio, microscopia AUTO è capace di immagini chimicamente selettiva con risoluzione fino al limite di diffrazione.
Stretta CARS microscopio utilizzando un unico modo vibrazionale Raman permette l'imaging circa 100 volte più veloce rispetto alle spontanee tecniche di mappatura Raman 6. Broadband CARS immagini di microscopia in un range spettrale ampia (600-3,200 cm -1 vs ~ 4 cm-1), ma ha una risoluzione più bassa spettrale (circa 10 centimetri -1 vs ~ 4 cm -1) e la velocità di imaging più lenta (50 msec / pixel vs ~ 5 msec / pixel) rispetto alle auto a banda stretta microscopia a 7.
La microscopia a banda stretta CARS è stato utilizzato per l'immagine drug liberazione da alcuni sistemi farmaceutici. Nel settore delle formulazioni farmaceutiche, Kang et al. 8-10 droga caricata film polimerici impressi. Inizialmente ripreso la distribuzione del farmaco caricato, cui ha fatto seguito l'imaging del rilascio del farmaco da un mezzo di dissoluzione statica. Jurna et al. 11 e Windbergs et al. 12 è andato un passo ulteriore e ripreso in primo luogo la distribuzione teofillina in forme di dosaggio dei lipidi seguite da imaging della dissoluzione del farmaco utilizzando un mezzo di dissoluzione dinamico.
Abbiamo sviluppato un nuovo metodo analitico per monitorare contemporaneamente i cambiamenti superficiali sul tablet in fase di scioglimento con CARS stretta microscopio mentre si registra la concentrazione di farmaco disciolto con spettroscopia di assorbimento UV. Illustriamo l'uso di questo metodo di imaging compresse contenenti il farmaco teofillina modello combinato con etilcellulosa in fase di dissoluzione con l'acqua come mezzo di dissoluzione.
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 è sostenuta dalla olandese Technology Foundation STW, che è la divisione di scienza applicata di NWO, e il programma della Tecnologia del ministero degli Affari economici. (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 | |
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