| La evaluación Microscópica es importante para el diseño y la evaluación de un producto farmacéutico después de los pasos de progresión en el proceso de la formulación de la droga. Puesto Que la microscopia atómica de la fuerza (AFM) proporciona a la capacidad de investigar directamente la estructura superficial en nanómetro--subangstrom a la resolución en ambientes ambiente y líquidos, se ha aplicado a una amplia gama de investigación farmacéutica, y entrega un complemento potente a otras técnicas analíticas comunes. Esta nota de aplicación describe el uso del AFM de los estudios del incremento cristalino de la droga, de la caracterización de la partícula, y de las capas de la tablilla en la manufactura de los formularios de dosificación sólidos. Métodos del AFM Usados Para la Investigación Farmacéutica El AFM es realizado explorando una punta sostenida en el extremo de un voladizo flexible a través de una superficie de la muestra, mientras que mantiene una fuerza pequeña, constante. Los tipos de la Punta varían dependiendo de requisitos de aplicación, pero tienen típicamente un radio del extremo de 5 a 10 nanómetros. En un ajuste básico del AFM, un analizador piezoeléctrico del tubo explora la punta en un modelo del retículo sobre la muestra. la acción recíproca de la Punta-Muestra es vigilada reflejando un laser del dorso del voladizo sobre un detector del hendidura-fotodiodo. Sobre el último varias décadas, una variedad de modos de exploración se han desarrollado para controlar cómo la punta explora la muestra. El modo de Contacto y TappingMode™ son dos de las técnicas generalmente usadas del AFM de la operación. Modo de Contacto En el modo de contacto AFM, una desviación voladiza constante es mantenida por un bucle de retroalimentación que mueva el analizador verticalmente (z) en cada lateral (X, Y) punto de referencias para formar la imagen topográfica. Manteniendo una desviación constante durante la exploración, una fuerza vertical constante se mantiene entre la punta y la muestra. Las fuerzas Aplicadas durante proyección de imagen colocan típicamente entre 0,1 y 100 nanonewtons. Aunque el modo de contacto haya probado útil para una amplia gama de aplicaciones, tiene a veces dificultad en muestras relativamente suaves. TappingMode TappingMode AFM consiste en el oscilar el voladizo en su frecuencia de la resonancia (típicamente cerca de 300 kilociclos) y el explorar a través de la superficie con un constante, amplitud amortiguada. El bucle de retroalimentación mantiene una amplitud constante (RMS) de la media cuadrática moviendo el analizador verticalmente durante la exploración, que mantiene correspondientemente una fuerza aplicada constante para formar una imagen topográfica. La ventaja principal de TappingMode es que operatorio típicamente con una fuerza vertical más inferior que modo de contacto, y elimina el lateral, las fuerzas de resistencia que pueden dañar algunas muestras. Superficies Suaves, Frágiles, Adhesivas y De Partículas de la Proyección De Imagen Así, TappingMode se ha convertido en la técnica preferida para las superficies suaves, frágiles, adhesivas, y de partículas de la proyección de imagen. Aunque el uso inicial del AFM fuera producir imágenes topográficas de alta resolución, varias técnicas relacionadas se han desarrollado para estudiar las propiedades físicas y materiales de las superficies de la muestra, dando por resultado el campo de la microscopia de la antena de la exploración (SPM). Por ejemplo, PhaseImaging™ consiste en el correlacionar del retraso de fase del voladizo oscilante en cuanto a la señal de mecanismo impulsor durante la proyección de imagen de TappingMode. Esto produce una imagen topográfica junto con una correspondencia de la fase que pueda distinguir las áreas basadas en viscoelasticidad, la adherencia, el hydrophobicity, y otras propiedades. Incremento Cristalino Los agentes Terapéuticos se forman común en los formularios cristalinos para la salida de la droga. La morfología superficial Tridimensional y la estructura cristalina tienen un efecto dramático sobre la manufactura, la facilidad de la salida, la biodisponibilidad, el índice de la disolución, y eficacia de los formularios cristalinos de la droga. Para adaptar el proceso del incremento para ajustar deseó el comportamiento, parámetros del incremento tales como temperatura, pH, concentración, y los niveles aditivos necesitan ser optimizados. La visualización In situ de la cristalización ha conducto por el AFM para optimizar las condiciones del incremento en producir una morfología deseada, así como para estudiar mecanismos del incremento y la formación del defecto. Por ejemplo, los investigadores Yip y la Sala ha utilizado el AFM para estudiar características ines situ de la cristalización de varios formularios de la insulina: insulina bovina, insulinaB28de LysB29Favorable, insulina del ultralente, y complejos del insulina-protamine. Debido a la imagen necesaria las fuerzas inferiores la superficie de la insulina, utilizaron la proyección de imagen de TappingMode directamente en el licor de la cristalización. El Cuadro 1 muestra el incremento epitaxial de una dislocación de tornillo que fue observada durante 11 horas en la FavorableB28insulinaB29 de Lys. 
Cuadro 1. proyección de imagen In situ de TappingMode AFM (de los 001) aviones de la FavorableB28insulinaB29de Lys durante el incremento cristalino. El área de la proyección de imagen se centra alrededor de una dislocación de tornillo que termine una rotación durante un período de 11 horas. Las Imágenes fueron detectadas en 1 = 0, 2 = 3605, 3 = 7210, 4 = 10.815, 5 = 18.025, y 6 = 40.590 segundos. En 1-3, un defecto (marcado 1) formado intencionalmente por la punta se repara en el plazo de 120 minutos. En 4-6, un agregado de la insulina forma un claro que no se incorpore en las terrazas crecientes. exploraciones de los 5ìm. Cortesía de Imágenes de C. Yip, Universidad de Toronto. Las terrazas miden aproximadamente 30 angstromes en la altura, que es constante con el espaciamiento de c-AXIS del hexamer de la insulina de la Favorable insulinaB28romboédricaB29 de Lys. La Observación del comportamiento de la cristalización in situ permitió determinar tasas de crecimiento y observar la formación del defecto en tiempo real. El adelanto del Paso De Progresión fue observado para ocurrir en 2 x 10-6 micrómetros por el segundo, que corresponde al accesorio de aproximadamente cinco células de unidad (15 FavorablesB28hexamersB29de Lys) por segundo. Los Defectos aparecían ser causados por los agregados grandes de la insulina que no podían alinear correctamente con la estructura cristalina debido a la movilidad pobre, así formando dislocaciones y claros en las terrazas crecientes. Estas observaciones conducto para estudiar diferencias en características del incremento entre la FavorableB28insulinaB29de Lys y la insulina porcina/bovina del salvaje-tipo. La FavorableB28insulinaB29de Lys difiere del salvaje-tipo porcino/las insulinas bovinas debido a una inversión de la serie en el C-Término en el B-Encadenamiento. Esta inversión de la serie fue diseñada para reducir la asociación del monómero de la insulina para mejores propiedades de la disolución. Sin Embargo, la inversión de la serie también produjo diferencias en comportamiento de la cristalización, según lo observado por el AFM. La FavorableB28insulinaB29de Lys fue mostrada para tener energías más pequeñas del accesorio (_Gk), redondeó más dislocaciones de tornillo, anchos más grandes de la terraza, y vacantes más persistentes en (los 001) aviones. Estas diferencias pueden tener influencia importante en la calidad cristalina y en su comportamiento como agente terapéutico. Polimorfismo La capacidad de una substancia de la droga de formar en más de un formulario cristalino se llama polimorfismo. Diversos organismos polimorfos poseen diversas propiedades fisicoquímicas, que afectan a solubilidad, a la disolución, a la adsorción, al punto de fusión, y a la estabilidad. Así, la caracterización polimórfica es un parámetro importante en mantener altas calidad del producto y reproductibilidad en la industria farmacéutica. En Yip y el estudio de la Sala en la insulina discutido arriba, los formularios polimórficos de la insulina fue determinado usando el AFM para correlacionar la estructura cristalina por la proyección de imagen las separaciones moleculares del cedazo en las tres dimensiones. En la Universidad de Nottingham, Danesh y los compañeros de trabajo utilizaron la técnica avanzada de PhaseImaging para determinar y para correlacionar la distribución de los organismos polimorfos de la cimetidina de la droga. los estudios de la Fuerza-Acción Recíproca (lazos de amplitud-fase de la distancia) entonces conducto para determinar los organismos polimorfos basados en diferencias en hydrophobicity. En el cuadro 2, los organismos polimorfos A de la cimetidina y B no se distinguen fácilmente en la imagen topográfica, pero su distribución se caracteriza fácilmente en la imagen de la fase. El contraste en las imágenes de la fase es muy probablemente debido a las diferencias en el hydrophobicity entre los organismos polimorfos, que produce una diferencia en la acción recíproca de la punta-muestra debido a las variaciones en la fuerza capilar. Este contraste fue investigado conducto el experimento con (alkylsilane) las antenas functionalized hidrofílicas (plasmaetched) e hidrofóbicas. 
Cuadro 2. Distribución de los formularios polimórficos A y B de la cimetidina de la droga conducto por PhaseImaging con las antenas hidrofílicas. La imagen de la fase (correcta) muestra la distribución de los organismos polimorfos (pálidos) de A (oscura) y de B que no sea evidente en la imagen topográfica de TappingMode (se fue). El contraste de la imagen de la fase es debido a las diferencias en hydrophobicity. exploraciones de los 4ìm. Cortesía de Imágenes de C. Roberts, Universidad de Nottingham. Partículas La Producción de formularios de dosificación sólidos comienza común con la formación de la droga en partículas, típicamente dentro de la talla de 0,1 a 10 micrómetros. La Caracterización de estas partículas puede ser importante antes de la formulación desde su morfología, talla de la droga, y la dimensión de una variable puede proporcionar a la información sobre el proceso de fabricación. La talla de Partícula también se ha mostrado al tipo de la disolución de la influencia, a la biodisponibilidad, a la uniformidad contenta, a la estabilidad, a la textura, a las características de flujo, y a los tipos de sedimentación, y tiene así un efecto importante sobre la formulación y la eficiencia terapéutica. Hay muchos métodos de uso general investigar partículas, tales como técnicas el luz-dispersar como la difracción dinámica de la dispersión luminosa y del laser. Sin Embargo, estas técnicas muestrean un gran número de partículas para proporcionar a una distribución de la talla o de las características de partícula. Hay a menudo los casos donde estudiar las partículas se convierte en individualmente un paso de progresión dominante en la comprensión de un sistema de la partícula. Un método común para directamente estudiar partículas individuales es microscopia electrónica de transmisión (TEM). Sin Embargo, la preparación de la muestra de las pequeñas partículas para TEM es a menudo desafiadora y que toma tiempo. El AFM ha examinado con éxito partículas farmacéuticas directamente para correlacionar su morfología al proceso de fabricación y a las propiedades del comportamiento. El Cuadro 3 muestra un ejemplo de usar el AFM para caracterizar la morfología de la partícula de la droga. Las partículas de la Droga son formadas tradicionalmente fresando un cristal de la droga a los tamaños de las partículas menos de 10 micrómetros por técnicas de la micronización o de la deshidratación por aspersión. 
Cuadro 3. Altura (olumna izquierda) e imágenes de la fase (olumna derecha) del paracetamol formadas en partículas de la droga por la micronización y SEDS. Cuadro 3-1: materia prima sin procesar que muestra laminillas cristalinas. Cuadro 3-2: partícula micronizada que muestra la estructura áspera, irregular. Cuadro 3-3: Partículas de SEDS que muestran la estructura regular, lisa con los pasos de progresión cristalinos 0.9nm. Cuadro 3-4: Tosquedad de la materia prima, de la partícula micronizada, y de la partícula de SEDS. Cortesía de Imágenes de Patel, de Davies, y de Roberts, Perfiles Moleculares, REINO UNIDO; y Palakodaty, Gilbert, York, Bradford Particle Design Ltd. , REINO UNIDO. Sin Embargo, los problemas pueden resultar de estas técnicas debido a las variaciones del tratamiento por lotes-a-tratamiento por lotes, al disolvente residual, y a las partículas estático-cargadas que pueden afectar a estabilidad del polvo y fluir. Otro método de dispersión aumentada solución llamada formación de la partícula por los líquidos supercríticos (SEDS) supera muchos de estos problemas y proporciona a más mando de la talla de partícula, de la dimensión de una variable, y de la morfología. La imagen izquierda superior del AFM en el cuadro 3-1 muestra la materia prima que comienza del paracetamol en la cual las terrazas cristalinas pueden ser vistas. Las Imágenes de las partículas formadas por la micronización y SEDS se muestran en cuadros 3-2 y 3-3 respectivamente. Partículas Micronizadas Las partículas micronizadas varían de tamaño y son irregulares con una cantidad importante de tosquedad superficial, mientras que, las partículas de SEDS tienen una dimensión de una variable regular y una talla de aproximadamente 10 micrómetros, y muestran una reducción en tosquedad de la materia prima sin procesar (véase la imagen del abajo a la derecha del cuadro 3-4). Como se muestra a través del AFM, las superficies del pulidor y las dimensiones de una variable regulares producidas por SEDS deben reducir las variaciones del tratamiento por lotes-a-tratamiento por lotes y los problemas de la carga estática encontrados con los materiales micronizados, así como mejoran las propiedades del flujo de las partículas. Gránulos Una Vez Que la droga está en formulario de partículas, es formada a menudo en un gránulo mezclando las partículas de la droga con los agentes astringentes, diluente, y desintegrando agentes. El proceso mojado de la granulación consiste en el agregar de un aglutinante o de un adhesivo líquido a la mezcla, pasando la masa mojada a través de una criba de la pantalla de la talla de endentado deseada, y secando los gránulos. Los gránulos resultantes están típicamente en el rango de algunos milímetros, y muestran mejorías en propiedades del flujo así como estabilidad química y física en cuanto a partículas. El AFM ha sido muy acertado en caracterizar la morfología y la tosquedad de gránulos para correlacionar su estructura superficial a los procesos fisicoquímicos y mecánicos subyacentes durante el proceso de fabricación (véase el cuadro 4). 
Cuadro 4. morfología Superficial de un gránulo mojado del cafeína, de la lactosa, y de los polímeros. Las mediciones de la Tosquedad proporcionan a la información sobre el proceso de la formación y las propiedades fisicoquímicas. Imágenes de la Inserción - imagen (correcta) de la Amplitud (dejada) y de la Altura. exploración de los 5ìm. Cortesía de Imagen de T. Li, de K.R. Morris, y de K. Park, Universidad de Purdue. Capas Hay muchas capas que se pueden aplicar a las tablillas para responder a diversos propósitos. Las aplicaciones Comunes de capas farmacéuticas consisten en el proteger de la droga contra el aire y la humedad, el proporcionar de una barrera a una prueba desagradable o el oler de la droga, y controlando el comportamiento de la disolución. Las capas del Azúcar son muy común aplicadas a los revestimientos del tablilla, así como poliméricos, que son más duraderos, menos abultados, y menos que toma tiempo aplicarse. Los revestimientos poliméricos se diseñan a menudo para romper en el aparato gastrointestinal para evitar la irritación de estómago y para mejorar la adsorción de la droga. Los gránulos de la Capa y otras substancias de la droga son también pasos de progresión dominantes en el diseño del controlado-desbloquear y de los formularios de dosificación microcapsulados. El AFM se ha utilizado común para correlacionar la superficie de capas y de películas finas a los parámetros de la deposición (tales como temperatura, tipo, composición, Etc.) y al funcionamiento. Las aplicaciones Comunes del AFM para investigar capas consisten en el evaluar de la morfología superficial, de la tosquedad, de la superficie, de la distribución compositiva, del endurecimiento, y de la porosidad. Los Cambios de estas propiedades también se han estudiado en cuanto al envejecimiento y al ambiente. El Cuadro 5 muestra una capa de la tablilla que las funciones como membrana para las aplicaciones del controlado-desbloquear en las cuales los poros fueron formados durante proceso del desbloquear de la lixiviación y de la droga de la membrana. La estructura de poro, la tosquedad, y la superficie de la capa se pueden determinar fácilmente por el AFM. 
Cuadro 5. capa de la Tablilla que muestra la estructura de poro compleja. La estructura Superficial, la tosquedad, y la superficie pueden ser caracterizadas fácilmente. exploración de los 5ìm. Cortesía de la Muestra de ALZA Corporation. Resumen El AFM provee de investigadores y de fabricantes farmacéuticos una amplia variedad de técnicas para evaluar los pasos de progresión del proceso de la formulación de la droga. Los ejemplos en este artículo indican que con proyección de imagen de alta resolución en aire y ambientes flúidos, el AFM ha encontrado utilitario en el estudio de procesos dinámicos, de las variables de la fabricación, de la distribución componente, y de los lazos de la estructura-función. Con su capacidad para las técnicas de TappingMode y de PhaseImaging, el AFM proporciona a la información que no se puede detectar por otras técnicas analíticas. Así, el AFM está encontrando uso cada vez mayor en la industria farmacéutica, que llevará indudablemente a más aplicaciones y a las adopciones de otras técnicas de SPM. |