해산 동안 일관된 반 스톡스 라만 산란 (CARS) 현미경 시각화 제약 정제
Summary
코 히어 런트 반 스톡스 라만 산란 (CARS) 현미경은 현장과 용해를받은 의약품 정제의 표면을 실시간으로 시각화 수 있도록 고유의 흐름을 통해 용해 설정과 결합됩니다. 이 사용자 정의 – 기본 설정을 사용하여, 인라인 UV 흡수 분광법을 사용하여 촬영 한 약물 용출 프로파일을 가진 차 비디오의 상관 관계를 할 수 있습니다.
Abstract
전통적인 제약 용출 시험 용해 매질의 약물 함량을 측정함으로써 시간이 지남에 따라 용해 된 약물의 양을 결정한다. 이 방법은 용해 정제의 표면에 어떤 일이 발생하는지에 대해 약간의 직접적인 정보를 제공합니다. 타블렛 표면 조성 및 구조가 용해 중에 변경할 수 있듯이 용출 시험 중에 모니터링하는 것이 필수적이다. UV 흡광 동시에 테오필린 무수물 및 에틸 셀룰로오스의 50 %의 혼합물을 함유하는 정제를위한 용해 약물 농도의 인라인 분석을 제공하는 반면 본 연구에서는 간섭 성 반 스톡스 라만 산란 현미경은 용해 중에 화상 정제의 표면에 사용된다. 측정은 현장에서 CARS 현미경은 에틸 셀룰로오스의 존재하에 선택적으로 테오필린 결상 가능하다는 것을 보여 주었다. 또한, 테오필린은 무수물 침상 울음으로 용해시 테오필린 수화물로 변환용해시 타블렛 표면에 성장 stals. 흐르는 용해 매체에 약물의 감소 된 노출과 함께 수화물에 테오필린 무수의 변환은 감소 용해 속도의 결과. 우리의 결과는 현장 CARS 현미경에 인라인 UV 흡수 분광법과 결합한다는 것을 보여 것은 제약 태블릿 해산을 모니터링하고 용해 속도의 변화로 표면 변화의 상관 관계를 할 수있다.
Introduction
이러한 정제 및 캡슐과 같은 경구 약제 투여 형태의 개발 과정에서 용해 테스트에 중점이있다. 경구 투여 형태들은 치료 효능에 대한 흡수 전에 용해 요구된다. 난 용성 약물은 일반적으로 1 용출 시험이 특히 중요합니다 적절한 농도에 도달하는 문제가있다. 약전 용출 방법이 가장 일반적으로 용해 분석을 위해 사용된다. 대부분의 경우이 다음 용해 매체를 흐르는 비커에 배치 된 정제 또는 캡슐로 약을 준비해야합니다. 용해 된 약물의 농도는 다음과 같은 UV 흡광이 같은 표준 분광 기술을 사용하여 용해 매질의 샘플을 분석함으로써 결정된다. 이러한 전통적인 제약 용해 방법은 샘플의 직접적인 분석 또는 투여 형태의 용해 표면에 발생 될 수있는 변경 사항을 제공하지 않습니다.용해 중에 시료 만 분석 용해 투여 형태에 대한 자세한 정보를 제공하고 잠재적으로 용출 시험 오류를 일으키는 문제를 식별 할 수있다.
투여 형태를 용해 직접 분석은 용해 과정을 모니터링 할 수있다 시츄 분석 기술에서의 사용을 필요로한다. 용해 중에 반응계에서 기록하는 분석 기법은 용해 매질의 존재에 좌우되지 않아야하고 기법 확실 초의 순서로 용해 투여 형태에 대한 변경을 측정하는 높은 시간 해상도를 필요로한다. 감쇠 총 반사율 UV 분광 용해하는 동안 변화를 측정하기에 적합한 것으로 나타났다하지만 이미징 기술 3에서 제공하는 공간 해상도를 결여하고있다. 예컨대 주 사형 전자 현미경 (SEM) 및 자발 라만 매핑 같은 전통적인 제약 이미징 기술은 그들의 사용 방지 제한 인자가 모두용해 현장.
SEM 영상은 약제 학적 제형의 표면을 이미징 할 수있는 고해상도의 급속한 이미징 기술이다. 그러나, SEM 영상은 일반적으로 진공 조건에서 수행 현장 용해 이미징하기에 적합하지 않다 샘플 코팅을 필요로합니다. 셀을 통해 유동하고 UV 플로우 스루 흡수 분광학과 결합 된 광섬유 결합 형 자발 라만 분광법, 테오필린 4, 카르 바 마제 핀 및 인도 메타 신 5 포함한 용해 중에 동일계에서 다양한 약물 시스템을 모니터하기 위해 수행되었다. 라만 분광법은 용해시 발생하는 표면의 변화를 식별 할 수있었습니다 만, 표면의 변화가 발생 된 위치에 대한 공간적 정보를주지 않았다. 자발 라만 매핑은 라만 스펙트럼을 사용하고, 샘플의 표면에 관한 공간 정보를 제공하지만, 이미징 만드는 화상 영역에 따라 시간 분의 주문에 걸린다그 현장 용해 영상에 적합하지.
코 히어 런트 반 스톡스 라만 산란 (CARS) 현미경은 빠른 이미징 기술과 인라인 UV 흡수 분광법과 함께, 그것은 우리가 현장 용해 분석 할 수있는 기술을 개발 할 수있다입니다. CARS 현미경은 동일계 용해 분석을위한 적절한 기술하게 용해 매질의 존재에 의해 영향을받지 않는다 급속한 화학적 선택적 이미징을 제공한다. CARS 기술은 레이저의 펄스 지속 시간에 따라 두 그룹으로 크게 구분된다; 하나의 협 대역 CARS (피코 초 펄스 레이저), 다른되는 광대역 CARS (펨토초 펄스 레이저)을 주도했습니다. 일반적인 CARS 현미경 시스템은 두 개의 펄스 레이저 소스와 거꾸로 현미경으로 구성되어 있습니다. CARS 신호를 생성하기 위해, 펄스 레이저 중 하나가 동조 될 필요가 있으므로 라만 진동 일치 개의 레이저 사이의 주파수 차이가있다. 또한,두 개의 레이저가 동시에 샘플의 같은 지역에 도착하는 두 레이저의 펄스와, 공간 (공간)와 시간 (시간을)에 중첩해야합니다. 라만 진동 화학적 다르며 CARS 신호만을 현미경의 초점 체적 내에서 생성 될 때, CARS 현미경 아래로 회절 한계 해상도 화학적 선택적 촬상 할 수있다.
하나의 라만 진동 모드를 사용하여 협 대역 CARS 현미경은 자연 라만 매핑 기술 6에 비해 약 100 배 빠른 이미징을 할 수 있습니다. 넓은 스펙트럼 범위에서 광대역 CARS 현미경 이미지 (600-3,200 cm -1 대 1 ~ 4 ㎝ -1) 만 ((10 × -1 대 1 ~ 4 ㎝ -1 정도) 낮은 스펙트럼 해상도와 느린 촬영 속도가 50 밀리 / 픽셀 대 ~ 5 마이크로 초 / 픽셀) 협 대역 CARS 현미경 (7)에 비교했다.
협 대역 CARS 현미경 이미지 드루에 사용 된일부 제약 시스템에서 g 릴리스. 의약품 제제의 영역에서, 강 등. 8 ~ 10 군데 약물로드 폴리머 필름. 처음에 그들은 정적 용해 매체로부터 약물 방출의 영상으로 이어졌습니다로드 약물의 분포를 이미지. Jurna 등. 11 Windbergs 등. (12)는 한 단계 더 가서 동적 용해 매체를 사용하여 약물 용해 이미징 이어 지질 투여 형태의 테오필린 배포 첫째 군데.
우리는 동시에 UV 흡수 분광법 용해 약물 농도를 기록하면서 협 대역 CARS 현미경으로 용해가 진행 타블렛 표면의 변화를 모니터링 할 수있는 새로운 분석 방법을 개발했습니다. 우리는 에틸 셀룰로오스가 용해 매질로서 물에 용해가 진행 결합 모델 약물 테오필린을 함유하는이 방법 촬상 정제의 사용을 예시한다.
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.
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
AF는 NWO의 응용 과학 부문 인 네덜란드의 기술 재단 STW, 그리고 경제부의 기술 프로그램에 의해 지원됩니다. (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 | |
Referências
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