药物也能3D打印?在线拉曼大显身手

2021-12-06 16:47:50, 德国耶拿 德国耶拿分析仪器股份公司



3D打印是近几年快速发展起来的新型制造技术,

不仅能极大提高制造效率,

而且无需设计或制造昂贵的模具,

设计者的创意能够直接通过3D打印机成为现实。


·3D打印药物研发利器-在线拉曼光谱技术




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在线拉曼光谱系统


日前,德国耶拿KAISER RAMAN RXN2型在线拉曼光谱系统在某大型医药公司安装完成,并成功验收,为我国3D打印药物的研究、开发等方面提供了强大的过程分析工具。




3D打印是近几年快速发展起来的一种新型制造技术,不仅能极大提高制造效率,而且无需设计或制造昂贵的模具,设计者的创意能够直接通过3D打印机成为现实。

3D打印产品示例




3D打印药物


如今3D打印技术有了更广阔的应用空间:3D打印药物。


其中一项重要的工艺环节是热熔挤出沉积工艺,这是一种用于固体药物制剂开发和生产的技术。热熔挤出技术(HME, Hot Melt Extrusion)是利用挤出机将API均匀分散于聚合物载体中的一种连续化的工艺技术。当前众多药企纷纷投身其中,包括默克、阿斯利康、默沙东在内的制药巨头都在尝试用3D打印技术进行药物研发。


热熔挤出工艺示意图


需攻克的工艺难点


某些药物经过高温、高压的热熔挤出以后,其性质可能会发生一定的变化,比如晶型发生变化,可能引起药物功能活性的变化,这是不可接受的


以往通过离线取样的方式进行分析,往往需要复杂的样品前处理步骤,既耗时又费力,最重要的是无法提供真实的过程信息。近年来FDA大力倡导过程分析技术,对热熔挤出过程进行在线检测,一方面可以判断挤出过程是否有物质变化,另一方面可以建立多元定量模型,对挤出工艺中的API或辅料的含量进行定量测定。


SOLUTION

在线拉曼光谱技术(On-line Raman Spectroscopy)是一种强大的过程分析技术,将采样探头直接插入反应器,进行真正的原位测量,可以实时捕捉到瞬间的信号变化,并将其反映为光谱图中拉曼位移的变化,从而实现对热熔挤出物的原位测量。


另外,热熔挤出过程的高温、高压环境对探头和窗口的耐受性有着更高的要求。KAISER可提供包括不锈钢、哈氏合金、钛合金在内的不同材质的测量探头,耐温最高达300 ℃,耐压最高达650 psi。

KAISER的光学探头



CASE

和大家分享一个KAISER在线拉曼光谱系统在药物热熔挤出工艺中的应用案例*


向挤出机加料口投入克霉唑、酮洛芬及辅料,经过热熔挤出得到薄膜,利用搭载了非接触式探头的在线拉曼光谱仪进行定性和定量的在线分析。


热熔挤出工艺的非接触式拉曼测量


对比酮洛芬的二阶谱图发现,经过热熔挤出以后,酮洛芬发生了明显的拉曼位移,说明挤出工艺对酮洛芬的晶型产生了一定的影响,也可能是源于药物与辅料之间的固态相互作用。


酮洛芬的二阶拉曼谱图


以API的加入量为标准值,用多元线性回归法建立定量模型,模型效果如图所示,r2=0.9979,SECV=0.657%,模型呈现出良好的线性和较小误差。

多元线性回归法建立定量模型


KAISER在线拉曼光谱系统的成功安装,为3D打印药物研发领域开辟了新的思路,也为过程分析提供了有力的技术支撑,相信随着研究的深入开展,研究人员会得到更多有价值的信息,对热熔挤出工艺的理解也会更加深刻。


*参考文献

Venkat S. Tumuluri, et al. Off-line and On-line Measurements of Drug-loaded Hot-Melt Extruded Films Using Raman Spectroscopy[J]. International Journal of Pharmaceutics, 2008, 357(1-2): 77–84.




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