Forskare vid University of Illinois i Chicago och AbbVie Inc. har utvecklat en ny apparat som kommer att hjälpa forskare och läkemedelsföretag att mer effektivt screena och testa bildningen av läkemedelssubstans - aktiv farmaceutisk ingrediens (API).

Meenesh R. Singh, en biträdande professor vid UIC:s kemitekniska avdelning, tillsammans med UIC-studenten Paria Coliaie och AbbVie-forskarna Manish S. Kelkar och Nandkishor K. Nere utvecklade en kontrollerad mikrofluidisk kristalliseringsanordning för att förbättra screeningprocessen som läkemedelsföretag använder för att identifiera den mest stabila kristallina formen av API:er och för att skala upp kristalliseringen av stabila former.

Arbetet, med titeln "Kontinuerligt flöde, Väl blandat, Mikrofluidisk kristallisationsanordning för screening av polymorfer, Morfologier, och kristallisationskinetik vid kontrollerad övermättnad, " publicerades i Royal Society of Chemistrys peer-reviewed tidskrift, Lab on a Chip .

Singh hänvisade till en rapport från UK Office of Health Economics som indikerar att det för närvarande tar cirka 10 år och miljarder dollar att få ut ett nytt läkemedel på marknaden efter att en molekyl har identifierats för att behandla en sjukdom. En betydande del av det decenniet investeras i processutveckling, tillsammans med pågående kliniska prövningar, där forskare screenar de olika polymorfa formerna av API:erna och utvecklar robusta processer för att tillverka den stabila formen med acceptabla fysiska egenskaper för att förvandla den till piller eller tabletter.

Industrin använder för närvarande mikrotiterplattor och droppbaserade mikrofluidiska enheter för att screena dessa olika former, men Singh noterade att dessa enheter stöter på problem på grund av utarmning av övermättnad, som är en drivrutin för kristallisering. Han förklarade att när kärnbildningsprocessen sker och kristallerna växer i mikrotiterplattan, de använder upp den initiala tillförseln av API, vilket orsakar övermättnad att utarma och påverka screeningsresultaten. Den ofullständiga förståelsen av det polymorfa landskapet hos API som erhålls från mikrotiterplattorna utgör en enorm risk när företag går över till uppskalning och teknologiöverföring för att tillverka API:er i större kärl som kallas kristallisatorer och efterföljande processutrustning som filter och torkar.

För att bekämpa detta problem, utredarna skapade ett kontinuerligt flöde, väl blandat, mikrofluidisk enhet som kallas cyklonmixer som består av små ventiler med flera inlopp som samverkar för att skapa en virvel i enheten för att säkerställa att lösningen är väl blandad och håller övermättnaden konstant genom att fortsätta att förse enheten med en API-lösning. API-kristallerna fångas upp i cyklonblandaren och enheten stängs automatiskt av efter att tillräckligt med API har skapats.

"Vad vi har gjort är utveckla en silanordning som simulerar förhållanden för en industriell kristallisator, " Coliaie sa. "De flesta enheter som för närvarande finns på marknaden ser övermättnaden minska med tiden som kanske inte ger en komplett bild av kristallformslandskapet."

Kelkar noterar att den här enheten är lätt att tillverka med en kommersiell 3D-skrivare. "En 3D-utskriven enhet kostade bara några cent, vilket ger oss mycket flexibilitet att göra ändringar i designen av skärmsalter, återfuktar, och solvat av de kristallina APIerna."

Som beskrivits i deras forskningsartikel, utredarna testade enheten för att screena antranilsyra vars derivat är antiinflammatoriska läkemedel. Enheten kan också användas för att screena jordbrukskemikalier, halvledare, katalysatorer, och andra specialkemikalier för andra industrier på ett mer konsekvent och stabilt sätt än vad som för närvarande är tillgängligt.

Singh tillade att den nya enheten också kan hjälpa läkemedelsföretag att gå från batchbaserad produktion till kontinuerlig tillverkning, vilket FDA hoppas kunna stimulera framsteg inom robust API-tillverkning till lägre kostnader. Nere noterade att själva enheten faktiskt är en miniprototyp av en kontinuerlig tillverkningsmodell och kommer att tillåta företag att se exakt hur deras API:er kommer att kristalliseras under dessa förhållanden.

"Den tid och pengar som krävs för utveckling och tillverkning av en API-process är enorm. Robust tillverkning av kvalitets-API:er är avgörande för snabb leverans av läkemedel till patienter, " sa Nere.

"Vi har utvecklat en ny mikrofluidisk enhet som snabbt och automatiskt kan screena olika former av API:er under kontrollerade förhållanden, vilket kommer att öka effektiviteten i tillverkningsprocessens utveckling, " tillade Singh.