Forskare vid University of Illinois Chicago har utvecklat en ny mikrofluidisk enhet med kontinuerligt flöde som kan hjälpa forskare och läkemedelsföretag att mer effektivt studera läkemedelsföreningar och deras kristallina former och strukturer, som är nyckelkomponenter för läkemedelsstabilitet.

Enheten består av en serie brunnar där en läkemedelslösning - bestående av en aktiv farmaceutisk ingrediens, eller API, löst i lösningsmedel, såsom vatten-kan blandas med ett lösningsmedel på ett mycket kontrollerat sätt. När det blandas ihop, de två lösningarna gör det möjligt för API -kristallerna att bilda en kärna och växa. Med enheten, de hastigheter och förhållanden med vilka läkemedelslösningen blandas med anti-lösningsmedlet kan ändras parallellt av forskare, skapa flera förutsättningar för kristalltillväxt. När kristallerna växer under olika förhållanden, data om deras tillväxttakt, former och strukturer samlas in och importeras till ett datanätverk.

Med uppgifterna, forskare kan snabbare identifiera de bästa förutsättningarna för att tillverka den mest stabila kristallina formen med en önskvärd kristallmorfologi-en kristall med en plattliknande form istället för en kristall med en stavliknande form-av ett API och skala upp kristalliseringen av stabila former.

UIC -forskarna, ledd av Meenesh Singh, i samarbete med Enabling Technologies Consortium, har validerat enheten med L-histidin, den aktiva ingrediensen i mediciner som potentiellt kan behandla tillstånd som reumatoid artrit, allergiska sjukdomar och sår. Resultaten redovisas i Lab on a Chip , en tidskrift för Royal Society of Chemistry.

"Läkemedelsindustrin behöver ett robust screeningssystem som exakt kan bestämma API -polymorfer och kristalliseringskinetik inom en kortare tidsram. Men de flesta parallella och kombinatoriska screeningssystem kan inte styra syntesförhållandena aktivt, vilket leder till felaktiga resultat, "sa Singh, UIC biträdande professor i kemiteknik vid College of Engineering. "I det här pappret, vi visar en ritning av en sådan mikrofluidisk enhet som har parallellkopplade mikromixrar för att fånga och växa kristaller under flera förhållanden samtidigt. "

I deras studie, forskarna fann att enheten kunde screena polymorfer, morfologi och tillväxthastigheter för L-histidin under åtta olika förhållanden. Villkoren inkluderade variationer i molkoncentration, procentandel etanol i volym och övermättnad - viktiga variabler som påverkar kristalltillväxthastigheten. Den totala screeningtiden för L-histidin med användning av mikrofluidanordningen med flera brunnar var cirka 30 minuter, vilket är minst åtta gånger kortare än en sekventiell screeningprocess.

Forskarna jämförde också screeningsresultaten med en konventionell enhet. De fann att den konventionella enheten signifikant överskattade fraktionen av stabil form och visade hög osäkerhet i uppmätta tillväxthastigheter.

"Mikroflödessystemet med flera brunnar banar väg för nästa generations mikrofluidiska enheter som är anpassningsbara för automatisering för hög genomströmning av kristallina material, "Singh sa. Bättre screening -enheter kan förbättra API -processutvecklingseffektiviteten och möjliggöra snabb och robust läkemedelstillverkning, han sa, vilket i slutändan kan leda till säkrare läkemedel som kostar mindre pengar.