コヒーレントアンチストークスラマン散乱(CARS)顕微鏡法は、 インサイチュー及び溶解を受けている医薬錠剤の表面のリアルタイム可視化を可能にする固有のフロースルー溶解セットアップと組み合わされる。この特注のセットアップを使用して、インラインUV吸収分光法を用いて記録薬物溶出プロファイルとCARSビデオを相関させることが可能である。
伝統的な医薬の溶解試験は、溶解媒体中の薬物含量を測定することによって経時的に溶解した薬物の量を決定する。この方法は、溶解性錠剤の表面には何が起きているかについてはほとんど直接的な情報を提供します。錠剤表面の組成および構造は、溶解時に変更することができるように、溶解試験中にそれをモニターするために不可欠である。 UV吸収分光法が同時にテオフィリン無水物および酢酸セルロースの50%の混合物を含有する錠剤用に溶解し、薬物濃度のインライン分析を提供している間は、この研究では、コヒーレントアンチストークスラマン散乱顕微鏡法は、溶解時の錠剤表面に画像を形成するために使用される。測定は、 インサイチューで CARS顕微鏡法は、エチルセルロースの存在下で選択的にテオフィリン撮像することが可能であることを示した。さらに、テオフィリン無水物は、針状の叫びとともに、溶解中にテオフィリン一水和物に変換溶解中に錠剤表面上に成長するstals。流れる溶解媒体への薬剤の減少した露出と組み合わせる和物にテオフィリン無水の変換は、減少した溶解速度が得られた。我々の結果は、in situハイ CARS インライン UV吸収分光法と組み合わせた顕微鏡検査は、医薬錠剤の溶解をモニターし、溶出速度の変化に伴う表面変化を相関させることが可能であることを示している。
錠剤およびカプセルなどの経口医薬剤形の開発中に溶解試験に重点がある。経口剤形は、それらが治療効果に吸収される前に溶解するために必要とされる。難溶性薬物は一般的に1溶出試験が特に重要になり、十分な濃度に達する問題がある。薬局方の溶解方法は、最も一般的に溶解分析のために使用される。ほとんどの場合、これは次いで、溶解媒体を流すビーカー内に配置される錠剤またはカプセル剤等の薬剤の調製が必要である。溶解した薬物濃度は、その後、UV吸収分光法2のような標準的な分光技術を用いた溶解媒質の試料を分析することによって決定される。これらの伝統的な医薬品の溶解方法は、サンプルまたは剤形の溶解表面に発生する可能性のある変化の直接的な分析を提供していない。溶解中の試料の直接分析は、溶解剤形についての詳細を提供し、潜在的に溶出試験の失敗の原因となった問題を識別することができる。
剤形の溶解の直接分析は、溶解過程を監視することが可能な、その場での分析技術の使用を必要とする。溶解中にその場で記録するための分析技術は、溶出溶媒の存在によって影響されてはならず、技術は確実秒のオーダーの溶解剤形への変化を測定するために高い時間分解能が必要である。減衰全反射UV分光法は、溶解の間の変化を測定するのに適していることが示されますが、イメージング技術3によって提供される空間分解能を欠いてきた。このような走査電子顕微鏡(SEM)などの従来の薬学的イメージング技術、および自発的ラマンマッピングの両方がそれらの使用を防止する因子を制限している解散のその場。
SEM像は、医薬剤形の表面を撮像することが可能な高解像度の迅速なイメージング技術である。しかしながら、SEMイメージングは、一般に真空条件下で行われ、 その場で溶解用イメージングにおけるそれは不適当試料コーティングを必要とする。セルおよびフロースルーUV吸収分光法を通る流れと組み合わさファイバ結合自発ラマン分光法は、テオフィリン4、カルバマゼピン、およびインドメタシン5を含む、溶解中にin situでの様々な薬物·システムを監視するために行われている。ラマン分光法は、溶解時に発生する表面の変化を同定することができたが、それは表面変化が発生した場所に関する空間的情報を与えなかった。自発的ラマンマッピングは、ラマンスペクトルを使用し、試料表面についての空間的情報を提供するが、撮像画像領域に応じて数分から数時間のオーダーで取り、製造その場での溶解イメージングでには適さないこと。
コヒーレントアンチストークスラマン散乱(CARS)顕微鏡法は、迅速な画像化技術とインラインUV吸収分光法と組み合わせて、それが私たちがその場で溶解分析で可能な技術の開発が可能になったである。 CARS顕微鏡検査は、 その場で溶解分析において好適な技術作る溶解媒体の存在によって影響されない迅速な化学選択的なイメージングを提供する。 CARS技術は、レーザーのパルス持続時間に基づいて2つのグループに大別され; 1狭帯域CARS(ピコ秒パルスレーザ)、および他のものの広帯域CARS(フェムト秒パルスレーザ)であること。典型的なCARS顕微鏡システムは、2つのパルスレーザ光源と倒立顕微鏡からなる。 CARS信号を生成するために、パルスレーザーの一方が調整可能である必要があるので、ラマン振動と一致するつのレーザ間の周波数差がある。さらに、つのレーザが両方のレーザからのパルスが同時に試料の同じ領域に到達すると、空間内の(空間)と重なると時間(時間)が要求される。ラマン振動が化学的に特異的であり、CARS信号のみ、顕微鏡の焦点体積内で生成されるように、CARS顕微鏡は、ダウン回折限界分解能で化学的に選択的な撮像が可能である。
シングルラマン振動モードを利用した狭帯域CARS顕微鏡は、自発ラマンマッピング技術6に比べて約100倍高速な画像化を可能にします。広いスペクトル範囲にわたってブロードバンドCARS顕微鏡像(600-3,200センチ-1対約4 cm -1)であるが(10センチメートル-1対〜4センチメートル-1付近)低いスペクトル分解能と遅くイメージング速度が(50ミリ秒/ピクセル対〜5秒/ピクセル)狭CARS顕微鏡7に比べて。
狭帯域CARS顕微鏡画像DRUに使用されているいくつかの製薬システムからのGのリリース。医薬製剤の分野では、Kang ら 8-10結像薬物担持ポリマーフィルム。最初に、それらは静的溶解媒体からの薬物放出の撮像を行ったロードされた薬剤の分布を画像化した。 Jurna ら 11及びWindbergs ら 12歩行って、まず、動的な溶解媒体を使用して、薬物溶出を撮像し、続いて脂質剤形におけるテオフィリン分布を画像化した。
我々は、同時にUV吸収分光法で溶解薬物濃度を記録しながら、狭帯域CARS顕微鏡による溶解を受けているタブレットの表面変化を監視するための新しい分析方法を開発した。我々は、エチルセルロースを溶解媒体として水を用いて溶解を受けていると組み合わさモデル薬物テオフィリンを含有するこの方法撮像錠剤の使用を示す。
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はNWOの応用科学部門であるオランダの技術振興財団STW、および経済部の技術プログラムによってサポートされています。 (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 |