| Le bilan Microscopique est important pour le design et le bilan d'un produit pharmaceutique après les phases dans le procédé de formulation de médicament. Puisque la microscopie atomique de force (AFM) fournit la capacité de vérifier directement la structure extérieure à nanomètre--subangstrom à la définition dans les environnements ambiants et liquides, elle a été appliquée à un large éventail de recherche pharmaceutique, et fournit un complément puissant à d'autres techniques analytiques communes. Cette note d'application décrit l'utilisation de l'AFM des études de la cristallogénèse de médicament, de la caractérisation de particules, et des couches de tablette dans la fabrication des formes galéniques solides. Méthodes d'AFM Employées Pour la Recherche Pharmaceutique L'AFM est exécuté en balayant une extrémité tranchante sur l'extrémité d'un encorbellement flexible en travers d'une surface témoin, tout en mettant à jour un petit, force constante. Les types d'Extrémité varient selon des conditions d'application, mais ils ont type un radius d'extrémité de 5 à 10 nanomètres. Dans une installation de base d'AFM, un balayeur piézoélectrique de tube balaye l'extrémité dans une configuration de trame au-dessus de l'échantillon. l'interaction d'Extrémité-Échantillon est surveillée en réfléchissant un laser hors de l'arrière de l'encorbellement sur un détecteur de fractionnement-photodiode. Au-dessus de l'antérieur plusieurs décennies, un grand choix de modes de lecture ont été développés pour régler comment l'extrémité balaye l'échantillon. Le mode de Contact et le TappingMode™ sont deux des techniques généralement utilisées d'AFM du fonctionnement. Mode de Contact En contact le mode AFM, un fléchissement en porte-à-faux constant est mis à jour par une boucle de contre-réaction qui déménage le balayeur verticalement (z) à chaque partie latérale (X, Y) point d'informations pour former l'image topographique. En mettant à jour un fléchissement constant pendant la lecture, une force verticale constante est mise à jour entre l'extrémité et l'échantillon. Les forces Appliquées pendant la représentation s'échelonnent type entre 0,1 et 100 nanonewtons. Bien Que le mode de contact ait utile prouvé pour un large éventail d'applications, il a parfois la difficulté sur les échantillons relativement mous. TappingMode TappingMode AFM se compose osciller l'encorbellement à sa fréquence de résonance (en général environ 300 kilohertz) et balayer en travers de la surface avec une constante, amplitude mouillée. La boucle de contre-réaction met à jour une amplitude constante (RMS) de valeur efficace en déménageant le balayeur verticalement pendant la lecture, qui met à jour également une force appliquée constante pour former une image topographique. Le principal avantage de TappingMode est qu'il fonctionne type avec une force verticale inférieure que le mode de contact, et il élimine la partie latérale, les forces de cisaillement qui peuvent endommager quelques échantillons. Surfaces Molles, Fragiles, Adhésives et Particulaires de Représentation Ainsi, TappingMode est devenu la technique préférée pour les surfaces molles, fragiles, adhésives, et particulaires de représentation. Bien Que l'utilisation initiale de l'AFM ait été de produire des images topographiques à haute résolution, un certain nombre de techniques relatives ont été développées pour étudier les propriétés matérielles et matérielles des surfaces témoin, ayant pour résultat la zone de la microscopie de sonde de lecture (SPM). Par exemple, PhaseImaging™ se compose tracer le retard de phase de l'encorbellement de oscillation en ce qui concerne le signe d'entraînement pendant la représentation de TappingMode. Ceci produit une image topographique avec un plan de phase qui peut différencier des zones basées sur la visco-élasticité, l'adhérence, le hydrophobicity, et d'autres propriétés. Cristallogénèse Des agents Thérapeutiques sont généralement façonnés en les formes cristallines pour l'accouchement de médicament. La morphologie extérieure En trois dimensions et la structure cristalline ont un effet excessif sur la fabrication, la facilité de l'accouchement, la biodisponibilité, les tarifs de dissolution, et l'efficacité des formes cristallines de médicament. Pour régler le processus de croissance pour s'ajuster a désiré le comportement, paramètres d'accroissement tels que la température, pH, concentration, et des niveaux additifs doivent être optimisés. La visualisation In situ de la cristallisation a été conduite par l'AFM pour optimiser les conditions d'accroissement en produisant une morphologie désirée, ainsi que pour étudier des mécanismes d'accroissement et pour déserter la formation. Par exemple, les chercheurs Yip et la Salle ont employé l'AFM pour étudier des caractéristiques in situ de cristallisation de plusieurs formes d'insuline : insuline bovine, insulineB28de LysB29Pro, insuline d'ultralente, et composés d'insuline-protamine. En Raison de l'image nécessaire par forces faibles la surface d'insuline, ils ont utilisé la représentation de TappingMode directement dans la boue de cristallisation. Le Schéma 1 affiche la croissance épitaxiale d'une dislocation de vis qui a été observée plus de 11 heures sur la ProB28insulineB29 de Lys. 
Le Schéma 1. représentation In situ de TappingMode AFM (des 001) plans de la ProB28insulineB29de Lys pendant la cristallogénèse. La zone de représentation est concentrée sur une dislocation de vis qui remplit une rotation sur une période de 11 heures. Des Images ont été saisies à 1 = 0, 2 = 3605, 3 = 7210, 4 = 10.815, 5 = 18.025, et 6 = 40.590 secondes. Dans 1-3, un défaut (1) marqué intentionnellement formé par l'extrémité est réparé dans un délai de 120 mn. Dans 4-6, un agrégat d'insuline forme un vide qui n'est pas comporté aux terrasses croissantes. échographies de 5ìm. Accueil d'Images de C. Yip, Université de Toronto. Les terrasses mesurent approximativement 30 angströms de hauteur, qui est compatible avec l'écartement de c-axe du hexamer d'insuline de la Pro insulineB28rhomboédriqueB29 de Lys. Observer le comportement de cristallisation a in situ permis pour déterminer des taux de croissance et pour observer la formation de défaut en temps réel. On a observé l'avancement de Phase pour se produire à 2 x 10-6 micromètres par seconde, qui correspond à la connexion d'approximativement cinq cellules d'ensemble (15 ProB28hexamersB29de Lys) par seconde. Des Défauts ont semblé être provoqués par les grands agrégats d'insuline qui ne pouvaient pas aligner correctement avec la structure cristalline due à la mobilité faible, de ce fait formant des dislocations et des vides dans les terrasses croissantes. Ces observations ont été conduites pour étudier des différences dans des caractéristiques d'accroissement entre la ProB28insulineB29de Lys et insuline porcine/bovine de type sauvage. La ProB28insulineB29de Lys diffère du type sauvage porcin/insulines bovines dues à une inversion de séquence aux C-Terminus dans le B-Réseau. Cette inversion de séquence a été conçue pour réduire l'association de monomère d'insuline pour de meilleures propriétés de dissolution. Cependant, l'inversion de séquence a également produit des différences dans le comportement de cristallisation, comme observé par l'AFM. La ProB28insulineB29de Lys a été affichée pour avoir de plus petites énergies de connexion (_Gk), davantage a arrondi des dislocations de vis, de plus grandes largeurs de terrasse, et des vacances d'emploi plus persistantes dans (les 001) plans. Ces différences peuvent avoir l'influence significative sur la qualité en cristal et sur son comportement comme agent thérapeutique. Polymorphisme La capacité d'une substance de médicament de façonner en plus d'une forme cristalline est polymorphisme appelé. Les Différents polymorphes possèdent les différentes propriétés physico-chimiques, qui affectent la solubilité, la dissolution, l'adsorption, le point de fusion, et la stabilité. Ainsi, la caractérisation polymorphe est un paramètre important en mettant à jour la qualité des produits et la reproductibilité élevées dans l'industrie pharmaceutique. Dans Yip et l'étude de la Salle sur l'insuline discutée ci-dessus, les formes polymorphes de l'insuline ont été recensées à l'aide de l'AFM pour tracer la structure cristalline par la représentation les écartements moléculaires de réseau dans chacune des trois cotes. À l'Université de Nottingham, Danesh et collègues ont employé la technique avancée de PhaseImaging pour recenser et tracer la distribution des polymorphes du cimétidine de médicament. des études de Force-Interaction (relations amplitude-phase de distance) ont été alors entreprises pour recenser les polymorphes basés sur des différences dans le hydrophobicity. Sur le schéma 2, les polymorphes A de cimétidine et le B ne sont pas facilement discernés dans l'image topographique, mais leur distribution est facilement caractérisée dans l'image de phase. Le contraste dans les images de phase est très probablement dû aux différences dans le hydrophobicity entre les polymorphes, qui produit une différence dans l'interaction d'extrémité-échantillon due aux variations de la force capillaire. Ce contraste a été vérifié en entreprenant l'expérience avec (alkylsilane) les sondes functionalized hydrophiles (plasmaetched) et hydrophobes. 
Le Schéma 2. Distribution des formes polymorphes A et B du cimétidine de médicament conduit par PhaseImaging avec les sondes hydrophiles. L'image de phase (droite) affiche la distribution des polymorphes (légers) d'A (sombre) et de B qui n'est pas évident dans l'image topographique de TappingMode (est partie). Le contraste d'image de phase est dû aux différences dans le hydrophobicity. échographies de 4ìm. Accueil d'Images de C. Roberts, Université de Nottingham. Particules La Production des formes galéniques solides commence généralement par la formation du médicament dans des particules, type dans la taille de 0,1 à 10 micromètres. La Caractérisation de ces particules peut être importante avant formulation de médicament depuis leur morphologie, taille, et la forme peut fournir des informations au sujet du processus de fabrication. La dimension particulaire a été également affichée aux tarifs de dissolution d'influence, à la biodisponibilité, à l'uniformité satisfaite, à la stabilité, à la texture, aux caractéristiques de flux, et aux tarifs de sédimentation, et exerce ainsi un effet significatif sur la formulation et l'efficience thérapeutique. Il y a beaucoup de méthodes utilisées généralement pour vérifier des particules, telles que des techniques de lumière-dispersion comme la dispersion de la lumière dynamique et la diffraction de laser. Cependant, ces techniques échantillonnent un grand nombre de particules pour fournir une distribution de dimension particulaire ou de caractéristiques. Il y a souvent des cas où l'étude des particules devient individuellement une phase principale en comprenant un système de particules. Une méthode classique pour étudier directement différentes particules est microscopie électronique de boîte de vitesses (TEM). Cependant, souvent la préparation des échantillons de petites particules pour TEM est provocante et longue. L'AFM a avec succès examiné les particules pharmaceutiques directement pour marquer leur morphologie avec le processus de fabrication et les propriétés comportementales. Le Schéma 3 affiche un exemple d'employer l'AFM pour caractériser la morphologie de particules de médicament. Des particules de Médicament sont traditionnellement constituées en fraisant un cristal de médicament aux dimensions des particules moins de 10 micromètres par des techniques de micronisation ou de séchage par pulvérisation. 
Le Schéma 3. images de Hauteur (colonne de gauche) et de phase (colonne de droite) de paracétamol façonnées en des particules de médicament par la micronisation et les SED. Le Schéma 3-1 : produit de départ cru affichant les lamelles cristallines. Le Schéma 3-2 : particule micronisée affichant la structure approximative et irrégulière. Le Schéma 3-3 : Particules de SED affichant le militaire de carrière, structure douce avec les phases 0.9nm cristallines. Le Schéma 3-4 : Rugosité de produit de départ, de particule micronisée, et de particule de SED. Accueil d'Images de Patel, de Davies, et de Roberts, Profils Moléculaires, R-U ; et Palakodaty, Gilbert, York, Bradford Particle Design Ltd., R-U. Cependant, les problèmes peuvent résulter de ces techniques dues aux variations de lot-à-lot, au solvant résiduel, et aux particules statique-chargées qui peuvent affecter la stabilité de poudre et circuler. Une Autre méthode de dispersion améliorée de solution appelée de formation de particules par les liquide supercritiques (SED) surmonte plusieurs de ces problèmes et fournit plus de contrôle de la dimension particulaire, de la forme, et de la morphologie. En haut à gauche l'image d'AFM sur le schéma 3-1 affiche la matière première commençante du paracétamol en laquelle des terrasses cristallines peuvent être vues. Des Images des particules constituées par la micronisation et les SED sont affichés sur les schémas 3-2 et 3-3 respectivement. Particules Micronisées Les particules micronisées varient dans la taille et sont irrégulières avec une importante quantité d'aspérité, attendu que, les particules de SED ont une forme régulière et une taille d'approximativement 10 micromètres, et révèlent une diminution de la rugosité du produit de départ cru (voyez en bas à droite l'image du schéma 3-4). Comme affiché par l'AFM, les surfaces de lissoir et les formes régulières produites par des SED devraient réduire les variations de lot-à-lot et les problèmes de charge statique produits avec les matériaux micronisés, ainsi qu'améliorent les propriétés de flux des particules. Granules Une Fois Que le médicament est en forme particulaire, il est souvent façonné en une granule en mélangeant les particules de médicament aux lieurs, diluants, et en désagrégeant des agents. Le procédé mouillé de granulation se compose ajouter un cahier ou un adhésif liquide au mélange, passant la masse mouillée au travers d'un tamis d'écran de la grosseur de maille désirée, et séchant les granules. Les granules donnantes droit sont type de l'ordre de quelques mm, et affichent des améliorations dans des propriétés de flux ainsi que la stabilité chimique et matérielle en ce qui concerne des particules. L'AFM a été très réussi en caractérisant la morphologie et la rugosité des granules pour marquer leur structure extérieure avec les procédés physico-chimiques et mécaniques fondamentaux pendant le processus de fabrication (voir le schéma 4). 
Le Schéma 4. morphologie Extérieure d'une granule mouillée de caféine, de lactose, et de polymères. Les mesures de Rugosité fournissent des informations au sujet du procédé de formation et des propriétés physico-chimiques. Images de Vignette - bonne) image d'Amplitude (laissée) et de Hauteur (. échographie de 5ìm. Accueil d'Image de T. Li, de K.R. Morris, et de K. Park, Université de Purdue. Couches Il y a beaucoup de couches qui peuvent être appliquées aux tablettes pour atteindre des objectifs variés. Les utilisations Communes des couches pharmaceutiques se composent protéger le médicament contre l'air et l'humidité, fournir un barrage à un échantillon désagréable ou sentir le médicament, et réglant le comportement de dissolution. Les couches de Sucre sont très généralement appliquées aux tablettes, ainsi qu'aux revêtements en polymère, qui sont plus durables, moins encombrants, et moins longs pour s'appliquer. Les revêtements en polymère sont souvent conçus pour rompre dans le tractus gastro-intestinal pour éviter l'irritation d'estomac et pour améliorer l'adsorption de médicament. Les granules de Couche et d'autres substances de médicament sont également les phases principales dans le design de la libération contrôlée et des formes galéniques micro-encapsulées. L'AFM a été employé généralement pour marquer la surface des couches et des films minces avec des paramètres de dépôt (tels que la température, les tarifs, la composition, Etc.) et la performance. Les applications Communes de l'AFM pour vérifier des couches se composent évaluer la morphologie extérieure, la rugosité, la surface, la distribution compositionnelle, la dureté, et la porosité. Des Modifications de ces propriétés ont été également étudiées en ce qui concerne le vieillissement et l'environnement. Le Schéma 5 affiche une couche de tablette que des fonctionnements comme membrane pour les applications de libération contrôlée dans lesquelles des pores ont été formés pendant la lixiviation de la membrane et le procédé de release de médicament. La structure de pore, la rugosité, et la surface de la couche peuvent facilement être déterminées par l'AFM. 
Le Schéma 5. couche de Tablette affichant la structure de pore complexe. La structure, la rugosité, et la surface Extérieures peuvent être facilement caractérisées. échographie de 5ìm. Accueil d'Échantillon d'ALZA Corporation. Résumé L'AFM fournit aux chercheurs et aux constructeurs pharmaceutiques une grande variété de techniques pour évaluer les phases du procédé de formulation de médicament. Les exemples en cet article indiquent qu'avec la représentation à haute résolution dans des environnements d'air et de liquide, l'AFM a trouvé l'installation dans l'étude des procédés dynamiques, des variables de fabrication, de la distribution constitutive, et des relations de structure-fonctionnement. Avec sa capacité pour des techniques de TappingMode et de PhaseImaging, l'AFM fournit les informations qui ne peuvent pas être saisies par d'autres techniques analytiques. Ainsi, l'AFM trouve la consommation accrue dans l'industrie pharmaceutique, qui mènera assurément à plus d'applications et aux adoptions d'autres techniques de SPM. |