Onderzoekers van de Universiteit van Illinois in Chicago en AbbVie Inc. hebben een nieuw apparaat ontwikkeld dat wetenschappers en farmaceutische bedrijven zal helpen de vorming van geneesmiddelsubstantie-actief farmaceutisch ingrediënt (API) effectiever te screenen en te testen.

Meenesh R. Singh, een assistent-professor bij de afdeling chemische technologie van UIC, samen met UIC-afgestudeerde student Paria Coliaie en AbbVie hebben wetenschappers Manish S. Kelkar en Nandkishor K. Nere een gecontroleerd microfluïdisch kristallisatieapparaat ontwikkeld om het screeningproces te verbeteren dat farmaceutische bedrijven gebruiken om de meest stabiele kristallijne vorm van API's te identificeren en om de kristallisatie van stabiele vormen.

Het werk, getiteld "Continu-stroom, Goed gemengd, Microfluïdisch kristallisatieapparaat voor het screenen van polymorfen, morfologieën, en kristallisatiekinetiek bij gecontroleerde oververzadiging, " werd gepubliceerd in het peer-reviewed tijdschrift van de Royal Society of Chemistry, Lab op een chip .

Singh verwees naar een rapport van het Britse Office of Health Economics dat aangeeft dat het momenteel ongeveer 10 jaar en miljarden dollars kost om een ​​nieuw medicijn op de markt te brengen nadat een molecuul is geïdentificeerd om een ​​ziekte te behandelen. Een aanzienlijk deel van dat decennium wordt geïnvesteerd in procesontwikkeling, samen met lopende klinische proeven, waar wetenschappers de verschillende polymorfe vormen van de API's screenen en robuuste processen ontwikkelen om de stabiele vorm met de acceptabele fysieke eigenschappen te vervaardigen om die in pillen of tabletten te veranderen.

De industrie gebruikt momenteel microtiterplaten en op druppeltjes gebaseerde microfluïdische apparaten om deze verschillende vormen te screenen, maar Singh merkte op dat deze apparaten in de problemen komen door uitputting van oververzadiging, wat een driver is voor kristallisatie. Hij legde uit dat naarmate het kiemvormingsproces plaatsvindt en de kristallen groeien in de microtiterplaat, ze verbruiken de initiële voorraad van de API, waardoor oververzadiging de screeningresultaten uitput en vertekent. Het onvolledige begrip van het polymorfe landschap van API verkregen uit de microtiterplaten vormt een enorm risico wanneer bedrijven overgaan op opschaling en technologieoverdracht om API's te produceren in grotere vaten, kristallisatoren genaamd, en daaropvolgende procesapparatuur zoals filters en drogers.

Om dit probleem te bestrijden, de onderzoekers creëerden een continue stroom, goed gemengd, microfluïdisch apparaat genaamd cycloonmixer dat bestaat uit kleine kleppen met meerdere inlaten die samenwerken om een ​​vortex in het apparaat te creëren om ervoor te zorgen dat de oplossing goed wordt gemengd en de oververzadiging constant houdt door het apparaat te blijven voorzien van een API-oplossing. De API-kristallen worden opgevangen in de cycloonmixer en het apparaat wordt automatisch uitgeschakeld nadat er voldoende API is aangemaakt.

"Wat we hebben gedaan is, een zeefapparaat ontwikkelen dat de omstandigheden van een industriële kristallisator simuleert, Coliaie zei. "Bij de meeste apparaten die momenteel op de markt zijn, neemt de oververzadiging af met de tijd, wat misschien geen volledig beeld geeft van het kristallandschap."

Kelkar merkt op dat dit apparaat eenvoudig te fabriceren is met een commerciële 3D-printer. "Eén 3D-geprint apparaat kost slechts een paar cent, wat ons veel flexibiliteit biedt om wijzigingen aan te brengen in het ontwerp voor zeefzouten, hydrateert, en solvaten van de kristallijne API's."

Zoals beschreven in hun onderzoekspaper, de onderzoekers testten het apparaat om antranilzuur te screenen waarvan de derivaten ontstekingsremmende geneesmiddelen zijn. Het apparaat kan ook worden gebruikt voor het screenen van landbouwchemicaliën, halfgeleiders, katalysatoren, en andere speciale chemicaliën voor andere industrieën op een meer consistente en stabiele manier dan momenteel beschikbaar is.

Singh voegde toe dat het nieuwe apparaat farmaceutische bedrijven ook kan helpen om over te stappen van batchproductie naar continue productie. waarmee de FDA hoopt vooruitgang te boeken in robuuste API-productie tegen lagere kosten. Nere merkte op dat het apparaat zelf eigenlijk een mini-prototype is van een continu productiemodel en bedrijven in staat zal stellen om precies te zien hoe hun API's onder die omstandigheden zullen kristalliseren.

"De tijd en het geld die nodig zijn voor de ontwikkeling en productie van een API-proces zijn immens. Robuuste productie van hoogwaardige API's is essentieel voor de tijdige levering van medicijnen aan patiënten, ' zei Nere.

"We hebben een nieuw microfluïdisch apparaat ontwikkeld dat snel en automatisch verschillende vormen van API's kan screenen onder gecontroleerde omstandigheden, die de efficiëntie van de ontwikkeling van het productieproces zal verhogen, " voegde Singh eraan toe.