Framsidan av ett instrument utvecklat av Purdue University-forskare för att krossa farmaceutiska formuleringar för att avgöra om de har spårkristallinitet, vilket kan påverka läkemedlets stabilitet och biotillgänglighet negativt. Den röda plasten rymmer en solenoid som träffar formuleringen. En motor förflyttar mikroskopglaset nerför linjen. Ett fotomultiplikatorrör under objektglaset mäter den optiska strålningen som härrör från föreningens triboluminescens. Upphovsman:Purdue University
Forskare vid Purdue University har skapat en enhet som snabbt och billigt kan avgöra om nya farmaceutiska formuleringar har spårkristallinitet som kan negativt påverka läkemedlets stabilitet och biotillgänglighet.
Forskarna har utvecklat instrumentering som noggrant kan upptäcka i tidiga skeden om en farmaceutisk formulering har spår av kristallint innehåll. Instrumentet är baserat på triboluminescens och fungerar genom att mäta ljus som avges när ett läkemedelspulver krossas.
"Allt ljus som mäts är direkt proportionellt mot hur mycket kristallinitet som finns i formuleringen, sa Casey Smith, en doktorand vid Purdues avdelning för kemi.
Den fasta formen av en aktiv farmaceutisk ingrediens kan djupt påverka andelen av läkemedlet som kan komma in i kroppen och ha en effekt. Många nya läkemedelskandidater har låg vattenlöslighet, vilket leder till en lägre biotillgänglighet. Om ett läkemedel inte löser sig i tid, den kan passera genom en kropp innan den hunnit träda i kraft. En metod för att övervinna detta problem är att sätta läkemedlet i ett amorft tillstånd, eller gjutas in i en polymermatris som lätt löser sig i vatten.
"Nya droger som kommer ut blir allt större och mer hydrofoba, eller inte löses lätt i vatten, sa Garth Simpson, en Purdue kemiprofessor. "Om kristallinitet detekteras, Det finns en god chans att det inte löser sig inom en tidsram som krävs för att vara biotillgänglig och effektiv. "
Triboluminescensinstrumentet är utformat för att ge snabb screening av amorfa fasta dispersioner, formuleringar som skapats för att göra läkemedel mer effektiva. Instrumentet kan detektera kristallinitet i nivåer så låga som 140 ppm. En video om hur triboluminescensinstrumentet fungerar kan ses nedan:
Instrumentet skapades i samarbete med Institutionen för kemi Jonathan Amy Instrumentation Facility. Det är en elektromekanisk anordning som använder en solenoid för att slå pulver på ett objektglas. Ett fotomultiplikatorrör under objektglaset mäter den optiska strålningen som härrör från triboluminescensen av föreningen. Ljuset är inte synligt för blotta ögat. En motor flyttar mikroskopglaset nedför linjen för att undersöka ett nytt område av pulvret. Forskarna fick ett provisoriskt patent på enheten med hjälp av Purdues Office of Technology Commercialization.
"Den här tekniken skulle vara mer som en förscreening från ett löpande band i en fabrik där de tillverkar dessa läkemedel. De kan skicka en liten mängd av materialet till det här instrumentet för triboluminescensmätningar. Om de får ett positivt resultat från provet, då kan de skicka iväg den för mer rigorösa tester, "sa Scott Griffin, en Purdue kemistudent.
Griffin och Smith, båda eleverna i Simpsons labb, var huvudförfattarna i en artikel om triboluminescens publicerad i den peer-reviewade tidskriften Analytisk kemi som inkluderade forskare från Merck &Co.
Baksidan av ett instrument skapat av Purdue University forskare för att avgöra om farmaceutiska formuleringar har spårkristallinitet. Huvudkretskortet som styr instrumentet består av en högeffekts spänningsregulator för att driva den slående solenoiden. Instrumentet skapades i samarbete med Institutionen för kemi Jonathan Amy Instrumentation Facility. Upphovsman:Purdue University
Det finns andra sätt att bestämma kristallinitet, inklusive en andra harmonisk generationsprocess som använder en femtosekundpulserad laser som också utvecklades i Simpsons laboratorium. Men triboluminescensinstrumentet är mycket enklare.
"Det kokar ner till den tidigaste tidpunkten vilken kristallinitet kan detekteras, "Simpson sa. "Vi ville ha något som skulle vara en enkel ja eller nej bedömning som kunde göras på plats. Om något misslyckas, det kan tas till ett mer avancerat instrument för att få en bättre känsla av kvantitativ karakterisering. "
Simpson sa att ett triboluminescensinstrument också skulle kunna användas för att snabbt avgöra om förändringar i hur ett läkemedel produceras orsakar kristallinitet.
Det finns fortfarande arbete att göra, sa Simpson. Forskarna vill kunna göra liknande kristallinitetstester i slurry och arbetar på en flödescell för att åstadkomma det.
"Så för många av dessa drogcocktails, när du lägger den i vatten börjar den i ett amorft tillstånd men kan spontant kristallisera. Vi vill ha verktyg som kan karakterisera och mäta den processen, " han sa.
Forskarna försöker också få en känsla för vilken del av läkemedelsmolekyler och läkemedelsföreningar som sannolikt är mottagliga för triboluminescensanalys.
Det första arbetet med nämnda triboluminescensinstrument finansierades genom ett anslag från National Science Foundation. Purdue Research Foundation gav finansiering för den första prototypen och Merck har hjälpt till att finansiera det nyare arbetet.
Triboluminescensinstrumentet är tillgängligt för licensiering från Office of Technology and Commercialization.
