| La valutazione Microscopica è importante per la progettazione e la valutazione di un prodotto farmaceutico dopo che i punti nel trattamento di formulazione della droga. Poiché la microscopia atomica della forza (AFM) fornisce la capacità direttamente di studiare la struttura di superficie nanometro--subangstro'a risoluzione negli ambienti ambientali e liquidi, si è applicata a una vasta gamma di ricerca farmaceutica e consegna un complemento potente ad altre tecniche analitiche comuni. Questa nota di applicazione descrive l'uso del AFM dagli studi della crescita dei cristalli della droga, della caratterizzazione della particella e dei rivestimenti della compressa nella lavorazione di moduli di dosaggio solidi. Metodi del AFM Impiegati Per Ricerca Farmaceutica Il AFM è eseguito scandendo un suggerimento marcato sull'estremità di una trave a mensola flessibile attraverso una superficie del campione, mentre mantiene una piccola, forza costante. I tipi del Suggerimento variano secondo i requisiti di applicazione, ma hanno tipicamente un raggio dell'estremità di 5 - 10 nanometri. In un'impostazione di base del AFM, uno scanner piezoelettrico del tubo scandisce il suggerimento in un reticolo del quadro televisivo sopra il campione. l'interazione del Suggerimento-Campione è riflessa riflettendo un laser fuori dalla parte posteriore della trave a mensola su un rivelatore del spaccatura-fotodiodo. Durante i parecchi decenni passati, vari modi di scansione sono stati sviluppati per gestire come il suggerimento scandisce il campione. Il modo di Contatto e TappingMode™ sono due delle tecniche più comunemente usate del AFM di operazione. Modo di Contatto Nel modo di contatto AFM, una deformazione a mensola costante è mantenuta da un ciclo di feedback che muove verticalmente lo scanner (z) ad ogni laterale (X, Y) punto di informazioni per formare l'immagine topografica. Mantenendo una deformazione costante durante lo scansione, una forza verticale costante è mantenuta fra il suggerimento ed il campione. Le forze Applicate durante la rappresentazione variano tipicamente fra 0,1 e 100 nanonewtons. Sebbene il modo di contatto abbia provato utile per una vasta gamma di applicazioni, a volte incontra difficoltà sui campioni relativamente molli. TappingMode TappingMode AFM consiste di oscillare la trave a mensola alla sua frequenza di risonanza (in genere circa 300 kilohertz) e scandire attraverso la superficie con una costante, ampiezza ammortizzata. Il ciclo di feedback mantiene un'ampiezza costante (RMS) di valore quadratico medio muovendo lo scanner verticalmente durante lo scansione, che mantiene corrispondentemente una forza applicata costante per formare un'immagine topografica. Il vantaggio principale di TappingMode è che funziona tipicamente con una forza verticale più bassa che il modo di contatto ed elimina la laterale, forze di taglio che possono danneggiare alcuni campioni. Superfici Molli, Fragili, Adesive e Polverizzate di Rappresentazione Quindi, TappingMode si è trasformato nella tecnica preferita per le superfici molli, fragili, adesive e polverizzate della rappresentazione. Sebbene l'uso iniziale del AFM sia di produrre le immagini topografiche ad alta definizione, una serie di tecniche relative sono state sviluppate per studiare i beni fisici e materiali delle superfici del campione, con conseguente campo di microscopia della sonda di scansione (SPM). Per esempio, PhaseImaging™ consiste di mappare il ritardo di fase della trave a mensola d'oscillazione riguardo al segnale drive durante la rappresentazione di TappingMode. Ciò produce un'immagine topografica con una mappa di fase che può differenziare le aree basate su viscoelasticità, su aderenza, sul hydrophobicity e su altri beni. Crescita dei Cristalli Gli agenti Terapeutici sono formati comunemente nei moduli cristallini per la consegna della droga. La morfologia ed il sistema cristallino di superficie Tridimensionali hanno un effetto drammatico sulla lavorazione, la facilità della consegna, la biodisponibilità, la tariffa della dissoluzione ed efficacia dei moduli cristallini della droga. Per adattare il processo di crescita per adattarsi ha desiderato il comportamento, parametri della crescita quale la temperatura, il pH, concentrazione ed i livelli additivi devono essere ottimizzati. La visualizzazione In situ di cristallizzazione è stata condotta dal AFM per ottimizzare i termini della crescita nella produzione della morfologia desiderata come pure per studiare i meccanismi della crescita e per disertare la formazione. Per esempio, i ricercatori Yip ed il Reparto ha usato il AFM per studiare le caratteristiche in situ di cristallizzazione di parecchi moduli dell'insulina: insulina bovina, insulinaB28di LysB29Pro, insulina del ultralente e complessi della insulina-protammina. dovuto l'immagine stata necessaria forze basse la superficie dell'insulina, hanno utilizzato la rappresentazione di TappingMode direttamente nel liquore di cristallizzazione. Figura 1 mostra la crescita epitassiale di una dislocazione di vite che è stata osservata oltre 11 ora sulla ProB28insulinaB29 di Lys. 
Figura 1. rappresentazione In situ di TappingMode AFM (del 001) piano di ProB28insulinaB29di Lys durante la crescita dei cristalli. L'area della rappresentazione è concentrata intorno ad una dislocazione di vite che completa una rotazione su un periodo di 11 ora. Le Immagini si sono acquistate a 1 = 0, 2 = 3605, 3 = 7210, 4 = 10.815, 5 = 18.025 e 6 = 40.590 secondi. In 1-3, un difetto (tracciato 1) formato intenzionalmente dal suggerimento è riparato in 120 minuti. In 4-6, un cumulo dell'insulina forma un vuoto che non è compreso nei terrazzi crescenti. scansioni di 5ìm. Cortesia di Immagini di C. Yip, Università di Toronto. I terrazzi misurano circa 30 angstrom dell'altezza, che è coerente con il gioco di c-asse del hexamer dell'insulina di Pro insulinaB28romboedricaB29 di Lys. L'Osservazione del comportamento di cristallizzazione in situ ha permesso di determinare i tassi di accrescimento ed osservare la formazione di difetto in tempo reale. L'avanzamento di Punto è stato osservato per accadere a 2 x 10-6 micrometri al secondo, che corrisponde al collegamento di circa cinque celle di unità (15 ProB28hexamersB29di Lys) al secondo. I Difetti sono sembrato essere causati dai grandi cumuli dell'insulina che non potevano allineare correttamente con il sistema cristallino dovuto mobilità difficile, così formando le dislocazioni ed i vuoti nei terrazzi crescenti. Queste osservazioni sono state condotte per studiare le differenze nelle caratteristiche della crescita fra la ProB28insulinaB29di Lys e l'insulina porcina/bovina selvaggio tipa. La ProB28insulinaB29di Lys differisce insuline porcine/bovine selvaggio tipe dovuto un'inversione di sequenza all'C-Estremità nella B-Catena. Questa inversione di sequenza è stata destinata per diminuire l'associazione del monomero dell'insulina per i migliori beni della dissoluzione. Tuttavia, l'inversione di sequenza egualmente ha prodotto le differenze nel comportamento di cristallizzazione, come osservato dal AFM. La ProB28insulinaB29di Lys è stata indicata per avere più piccole energie del collegamento (_Gk), di più ha arrotondato le dislocazioni di vite, le più grandi larghezze del terrazzo ed i posti vacanti più persistenti (nel 001) aereo. Queste differenze possono avere influenza significativa sulla qualità di cristallo e sul suo comportamento come agente terapeutico. Polimorfismo La capacità di una sostanza della droga di formarsi in più di un modulo cristallino è chiamata polimorfismo. I polimorfi Differenti possiedono i beni fisico-chimici differenti, che pregiudicano la solubilità, la dissoluzione, l'adsorbimento, il punto di fusione e la stabilità. Quindi, la caratterizzazione polimorfica è un parametro importante nel mantenimento la qualità del prodotto e della riproducibilità alte nell'industria farmaceutica. In Yip e lo studio del Reparto su insulina discusso sopra, i moduli polimorfici di insulina è stato identificato usando il AFM per mappare il sistema cristallino dalla rappresentazione i giochi molecolari della grata in tutte e tre le dimensioni. All'Università di Nottingham, Danesh ed i colleghe hanno usato la tecnica avanzata di PhaseImaging per identificare e mappare la distribuzione dei polimorfi della cimetidina della droga. gli studi di Forza-Interazione (relazioni ampiezza-fase di distanza) poi sono stati intrapresi per identificare i polimorfi basati sulle differenze in hydrophobicity. Nella figura 2, i polimorfi A della cimetidina e la B non sono distinti facilmente nell'immagine topografica, ma la loro distribuzione è caratterizzata facilmente nell'immagine di fase. Il contrasto nelle immagini di fase è molto probabilmente dovuto le differenze in hydrophobicity fra i polimorfi, che produce una differenza nell'interazione del suggerimento-campione dovuto le variazioni nella forza capillare. Questo contrasto è stato studiato eseguendo l'esperimento con (alkylsilane) le sonde functionalized idrofile (plasmaetched) ed idrofobe. 
Figura 2. Distribuzione dei moduli polimorfici A e B della cimetidina della droga condotta da PhaseImaging con le sonde idrofile. L'immagine di fase (destra) mostra la distribuzione dei polimorfi (leggeri) di B e) scuro (di A che non è evidente nell'immagine topografica di TappingMode (ha andato). Il contrasto di immagine di fase è dovuto le differenze in hydrophobicity. scansioni di 4ìm. Cortesia di Immagini di C. Roberts, Università di Nottingham. Particelle La Produzione dei moduli di dosaggio solidi comincia comunemente con la formazione della droga nelle particelle, tipicamente all'interno della dimensione di 0,1 - 10 micrometri. La Caratterizzazione di queste particelle può essere importante prima della formulazione dalla loro morfologia, dimensione della droga e la forma può fornire informazioni sul processo di fabbricazione. La dimensione delle Particelle egualmente è stata indicata alla tariffa della dissoluzione di influenza, alla biodisponibilità, all'uniformità contenta, alla stabilità, alla tessitura, alle caratteristiche di flusso ed alle tariffe di sedimentazione e così ha un effetto significativo sulla formulazione e sul risparmio di temi terapeutico. Ci sono molti metodi comunemente usati studiare le particelle, quali le tecniche di luminoso scattering come lo scattering leggero dinamico e la diffrazione del laser. Tuttavia, queste tecniche campionano tantissime particelle per fornire una distribuzione della dimensione o delle caratteristiche delle particelle. Ci sono spesso casi dove studiare le particelle si trasforma in determinato in un punto chiave nella comprensione del sistema della particella. Un metodo comune per direttamente lo studio delle particelle diverse è microscopia elettronica di trasmissione (TEM). Tuttavia, il preparato del campione di piccole particelle per TEM è spesso provocatorio e che richiede tempo. Il AFM ha esaminato con successo direttamente le particelle farmaceutiche per correlare la loro morfologia al processo di fabbricazione ed ai beni comportamentistici. Figura 3 mostra un esempio di usando il AFM per caratterizzare la morfologia della particella della droga. Le particelle della Droga sono costituite tradizionalmente dalla macinazione del cristallo della droga alle dimensioni delle particelle meno di 10 micrometri mediante tecniche dell'essiccamento a spruzzo o della micronizzazione. 
Figura 3. Altezza (colonna sinistra) ed immagini di fase (colonna giusta) di paracetamolo formate nelle particelle della droga dalla micronizzazione e da SEDS. Figura 3-1: prodotto base crudo che mostra le lamelle cristalline. Figura 3-2: particella micronizzata che mostra struttura approssimativa e irregolare. Figura 3-3: Particelle di SEDS che mostrano struttura regolare e regolare con i punti cristallini 0.9nm. Figura 3-4: Rugosità di prodotto base, della particella micronizzata e della particella di SEDS. Cortesia di Immagini di Patel, di Davies e di Roberts, Profili Molecolari, REGNO UNITO; e Palakodaty, Gilbert, Progettazione Srl, REGNO UNITO della Particella di York, Bradford. Tuttavia, i problemi possono derivare da queste tecniche dovuto le variazioni di batch--batch, il solvente residuo e le particelle statico-fatte pagare che possono pregiudicare la stabilità della polvere e scorrere. Un Altro metodo di dispersione migliorata soluzione chiamata formazione della particella dai liquidi ipercritici (SEDS) supera molti di questi problemi e fornisce più controllo della dimensione delle particelle, della forma e della morfologia. L'immagine sinistra superiore del AFM nella figura 3-1 mostra la materia prima cominciante di paracetamolo in cui i terrazzi cristallini possono essere veduti. Le Immagini delle particelle costituite dalla micronizzazione e da SEDS sono indicate rispettivamente nella le figure 3-2 e 3-3. Particelle Micronizzate Le particelle micronizzate variano nella dimensione e sono irregolari con una quantità significativa di rugosità di superficie, mentre, le particelle di SEDS hanno una forma regolare e una dimensione di circa 10 micrometri e mostrano una riduzione della rugosità dal prodotto base crudo (vedi l'immagine di destra inferiore di figura 3-4). Come indicato attraverso il AFM, le superfici della lisciatrice e le forme regolari prodotte da SEDS dovrebbero diminuire le variazioni di batch--batch ed i problemi della tassa statica incontrati con i materiali micronizzati come pure migliorano i beni di flusso delle particelle. Granuli Una Volta Che la droga è nel modulo polverizzato, è formata spesso in un granulo mescolando le particelle della droga con i leganti, diluenti e disintegrando gli agenti. Il trattamento bagnato di granulazione consiste di aggiungere un raccoglitore o un collante liquido alla miscela, passante la massa bagnata al un setaccio dello schermo della maglia desiderata ed asciugante i granuli. I granuli risultanti sono tipicamente nell'ordine di alcuni millimetri e mostrano i miglioramenti nei beni di flusso come pure la stabilità chimica e fisica riguardo alle particelle. Il AFM è riuscito molto nella caratterizzazione la morfologia e della rugosità dei granuli per correlare la loro struttura di superficie ai trattamenti fisico-chimici e meccanici di fondo durante il processo di fabbricazione (si veda figura 4). 
Figura 4. morfologia Di Superficie di un granulo bagnato di caffeina, di lattosio e dei polimeri. Le misure della Rugosità forniscono informazioni sui beni trattati e fisico-chimici di formazione. Immagini dell'Inserzione - giusta) immagine di Altezza e) lasciata (di Ampiezza (. scansione di 5ìm. Cortesia di Immagine di T. Li, di K.R. Morris e di K. Park, Purdue University. Rivestimenti Ci sono molti rivestimenti che possono applicarsi alle compresse per avere i vari scopi. Gli usi Comuni dei rivestimenti farmaceutici consistono di proteggere la droga dall'aria e dall'umidità, fornire una barriera ad un assaggio discutibile o odorare la droga e gestendo il comportamento della dissoluzione. Le glasse dello Zucchero sono molto comunemente applicate alle compresse come pure ai rivestimenti in polimeri, che sono più durevoli, meno ingombranti e meno che richiede tempo applicarsi. I rivestimenti in polimeri sono destinati spesso per rompersi nel tratto gastrointestinale per evitare l'irritazione di stomaco e per migliorare l'adsorbimento della droga. I granuli della Glassa ed altre sostanze della droga sono egualmente punti chiave nella progettazione della controllato-versione e dei moduli di dosaggio microincapsulati. Il AFM è stato usato comunemente per correlare la superficie dei rivestimenti e delle pellicole sottili ai parametri del deposito (quali la temperatura, la tariffa, la composizione, Ecc.) ed alla prestazione. Le applicazioni Comuni del AFM per studiare i rivestimenti consistono di valutare la morfologia di superficie, la rugosità, l'area, la distribuzione composizionale, la durezza e la porosità. I Cambiamenti di questi beni egualmente sono stati studiati riguardo ad invecchiamento ed all'ambiente. Figura 5 mostra un rivestimento della compressa che funzioni poichè una membrana per le applicazioni della controllato-versione in cui i pori sono stati formati durante il trattamento della versione di lisciviazione e della droga della membrana. La struttura di poro, la rugosità e l'area del rivestimento possono essere determinate facilmente dal AFM. 
Figura 5. rivestimento della Compressa che mostra la struttura di poro complessa. La struttura Di Superficie, la rugosità e l'area possono essere caratterizzate facilmente. scansione di 5ìm. Cortesia del Campione di ALZA Corporation. Riassunto Il AFM fornisce ai ricercatori ed ai produttori farmaceutici un'ampia varietà di tecniche per valutare i punti del trattamento di formulazione della droga. Gli esempi in questo articolo indicano che con la rappresentazione ad alta definizione in aria e negli ambienti fluidi, il AFM ha trovato l'utilità nello studio sui trattamenti dinamici, sulle variabili di montaggio, sulla distribuzione componente e sulle relazioni di struttura-funzione. Con la sua capacità per le tecniche di PhaseImaging e di TappingMode, il AFM fornisce informazioni che non possono essere acquisite mediante altre tecniche analitiche. Quindi, il AFM sta trovando l'uso aumentante nell'industria farmaceutica, che piombo indubbiamente alle più applicazioni ed alle approvazioni di altre tecniche di SPM. |