Onderzoekers van Purdue University hebben een apparaat ontwikkeld dat snel en goedkoop kan bepalen of nieuwe farmaceutische formuleringen sporenkristalliniteit hebben die de stabiliteit en biologische beschikbaarheid van het medicijn negatief kunnen beïnvloeden.

De onderzoekers hebben instrumenten ontwikkeld die in vroege stadia nauwkeurig kunnen detecteren of een farmaceutische formulering sporenkristallijn bevat. Het instrument is gebaseerd op triboluminescentie en werkt door het meten van het licht dat wordt uitgestraald wanneer een farmaceutisch poeder wordt geplet.

"Elk licht dat wordt gemeten, is recht evenredig met de hoeveelheid kristalliniteit in de formulering, " zei Casey Smith, een afgestudeerde student in Purdue's Department of Chemistry.

De vaste vorm van een actief farmaceutisch ingrediënt kan een grote invloed hebben op het aandeel van dat medicijn dat het lichaam kan binnendringen en een effect kan hebben. Veel nieuwe kandidaat-geneesmiddelen hebben een lage oplosbaarheid in water, wat leidt tot een lagere biologische beschikbaarheid. Als een medicijn niet op tijd oplost, het kan door een lichaam gaan voordat het tijd heeft gehad om effect te hebben. Een methode om dit probleem op te lossen is om het medicijn in een amorfe toestand te brengen, of gegoten in een polymeermatrix die gemakkelijk oplost in water.

"Nieuwe medicijnen die op de markt komen, zijn steeds groter en meer hydrofoob, of lossen niet gemakkelijk op in water, " zei Garth Simpson, een Purdue chemieprofessor. "Als kristalliniteit wordt gedetecteerd, er is een goede kans dat het niet zal oplossen in een tijdsbestek dat nodig is om biologisch beschikbaar en werkzaam te zijn."

Het triboluminescentie-instrument is ontworpen om snelle screening van amorfe vaste dispersies te bieden, formuleringen die zijn gemaakt om medicijnen effectiever te maken. Het instrument kan kristalliniteit detecteren in niveaus zo laag als 140 delen per miljoen. Een video van hoe het triboluminescentie-instrument werkt, is hieronder te zien:

Het instrument is gemaakt in samenwerking met de Jonathan Amy Instrumentation Facility van het Department of Chemistry. Het is een elektromechanisch apparaat dat een solenoïde gebruikt om poeder op een microscoopglaasje te slaan. Een fotomultiplicatorbuis onder het objectglaasje meet de optische straling die het gevolg is van de triboluminescentie van de verbinding. Het licht is niet zichtbaar voor het blote oog. Een motor beweegt de microscoopschuif langs de lijn om een ​​nieuw gebied van het poeder te onderzoeken. De onderzoekers verkregen een voorlopig patent op het apparaat met behulp van Purdue's Office of Technology Commercialization.

"Deze techniek zou meer lijken op een voorscreening van een assemblagelijn in een fabriek waar ze deze medicijnen maken. Ze kunnen een kleine hoeveelheid van het materiaal naar dit instrument sturen voor triboluminescentiemetingen. Als ze een positief resultaat krijgen van het monster, dan kunnen ze het opsturen voor strengere tests, " zei Scott Griffin, een Purdue chemie afgestudeerde student.

Griffioen en Smith, beide studenten in Simpsons lab, waren de hoofdauteurs in een paper over triboluminescentie gepubliceerd in het peer-reviewed tijdschrift? Analytische scheikunde waaronder onderzoekers van Merck &Co.

Er zijn andere manieren om kristalliniteit te bepalen, inclusief een tweede harmonische generatieproces dat gebruik maakt van een femtoseconde gepulseerde laser die ook is ontwikkeld in het laboratorium van Simpson. Maar het triboluminescentie-instrument is veel eenvoudiger.

"Het komt neer op het vroegste tijdstip waarop kristalliniteit kan worden gedetecteerd, Simpson zei. "We wilden iets hebben dat een eenvoudige ja of nee-beoordeling zou zijn die ter plaatse zou kunnen worden gedaan. Als er iets niet lukt, het kan worden meegenomen naar een meer geavanceerd instrument om een ​​beter gevoel voor kwantitatieve karakterisering te krijgen."

Simpson zei dat een triboluminescentie-instrument ook kan worden gebruikt om snel te bepalen of veranderingen in de manier waarop een medicijn wordt geproduceerd kristalliniteit veroorzaken.

Er is nog werk aan de winkel, zei Simpson. De onderzoekers willen vergelijkbare kristalliniteitstests kunnen doen in slurries en werken aan een stroomcel om dat te bereiken.

"Dus voor veel van deze drugscocktails, wanneer je het in water doet, begint het in een amorfe toestand, maar kan spontaan kristalliseren. We willen tools die dat proces kunnen karakteriseren en meten, " hij zei.

De onderzoekers proberen ook een idee te krijgen van welke fractie van medicijnmoleculen en medicijnverbindingen waarschijnlijk vatbaar zijn voor triboluminescentie-analyse.

Het eerste werk aan het genoemde triboluminescentie-instrument werd gefinancierd via een subsidie ​​van de National Science Foundation. De Purdue Research Foundation heeft het eerste prototype gefinancierd en Merck heeft het meer recente werk gefinancierd.

Het triboluminescentie-instrument is beschikbaar voor licentieverlening bij het Office of Technology and Commercialization.