使用 SONICC® 進(jìn)行 API 結(jié)晶定量，實(shí)現(xiàn)了前所未有的靈敏度

SONICC®（非對(duì)稱晶體的二階非線性成像）是一種新穎的成像技術(shù)，在量化小分子結(jié)晶度方面提供了前所未有的靈敏度。SONICC 可用于檢測(cè)無定形固體分散體中低至 0.03% 的結(jié)晶 API 濃度。其分析速度快（小于 1 秒），無需制備樣品，且分析可以在存在賦形劑的情況下以最終形式進(jìn)行。

 

無定形固體分散體

 

藥物中活性藥物成分 (API) 的生物利用度通常與 API 分子本身的溶解度密切相關(guān)。當(dāng)存在這種分子的多晶型時(shí)，最穩(wěn)定的分子形式通常是結(jié)晶型�？上У氖�，這種結(jié)晶多晶型物通常也是最難溶解的。在這種情況下，需要開發(fā)基于 API 的無定形形式的配方，通過添加精確的添加劑組合來獲得穩(wěn)定性。聚合物和其他賦形劑以不同的量使用以形成穩(wěn)定的制劑，從而延緩更易溶解的無定形 API 轉(zhuǎn)化為其較難溶解的結(jié)晶形式。出于優(yōu)化的目的，這些配方經(jīng)受各種應(yīng)力（溫度、濕度等）以模擬加速老化，同時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)以確保它們保持無定形，從而保持其溶解特性。分析配方中 API 狀態(tài)的常用技術(shù)包括 X 射線粉末衍射、雙折射、拉曼顯微鏡和量熱法。這些技術(shù)在靈敏度和選擇性之間都有著各自的平衡，X 射線衍射通常被認(rèn)為是功能最強(qiáng)大的；其通常觀察到結(jié)晶度低至 1-2% 的檢測(cè)限。偏光顯微鏡 (PLM) 可提供低至單粒子狀態(tài)的較低檢測(cè)限，但它缺乏選擇性。所有晶體（包括賦形劑晶體）都將使用 PLM 檢測(cè)，因此無法分析片劑劑型中的配方。

 

SONICC 帶來前所未有的靈敏度

最近由普渡大學(xué)的 Garth Simpson 教授所開發(fā)的一種名為 SONICC（非對(duì)稱晶體的二階非線性光學(xué)成像）的新表征技術(shù)，由 Formulatrix 獨(dú)家授權(quán)代理，該技術(shù)為非對(duì)稱晶體研究帶來了前所未有的靈敏度，目前已證明該技術(shù)定量限 (LOQ) ) 低至 0.03% 的結(jié)晶度。1,2 SONICC 使用多光子顯微鏡選擇性地檢測(cè)非對(duì)稱晶體，不受無定形或非手性材料的干擾。SONICC 依賴于二次諧波 (SHG)，其中兩個(gè)低能量光子在強(qiáng)電場(chǎng)下結(jié)合形成更高能量的光子。而這個(gè)過程只發(fā)生在非中心對(duì)稱有序晶體中。因此，信號(hào)僅在非對(duì)稱晶體存在的情況下產(chǎn)生；背景信號(hào)極低，導(dǎo)致非對(duì)稱結(jié)晶小分子具有極好的檢測(cè)限。

 

 

SONICC 用于絕對(duì)定量

對(duì)特定配方中的結(jié)晶 API 進(jìn)行定量可以深入了解配方的穩(wěn)定性，并有助于確定其在穩(wěn)定 API 方面的有效性。SONICC 使用校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)，可以確定未知樣品中結(jié)晶材料的濃度。為了驗(yàn)證此概念，在無定形灰黃霉素和共聚維酮片劑中加入不同量的結(jié)晶灰黃霉素。我們繪制了 SONICC 響應(yīng)與加標(biāo)量的校準(zhǔn)曲線，并與直線擬合（圖 1）。以重量計(jì) 2% 的結(jié)晶材料制備測(cè)試樣品，并用 SONICC 一式三份進(jìn)行分析。使用圖 1 所示的校準(zhǔn)曲線，測(cè)試樣品的結(jié)晶度確定為 1.6% +/- 0.3%。精確到 2% 的樣品制備并非易事，并且是這些測(cè)量中最大的誤差來源。其中一種標(biāo)準(zhǔn)片劑的 SHG 圖像如圖 4 所示。從顯微鏡圖像中可以明顯看出，結(jié)晶灰黃霉素在片劑中分布不均勻，從而導(dǎo)致測(cè)試樣品分析出現(xiàn)錯(cuò)誤。

 

圖 1. 加標(biāo)已知量結(jié)晶灰黃霉素的無定形灰黃霉素/共聚維酮片劑的 SONICC 響應(yīng)與 % 結(jié)晶度的校準(zhǔn)曲線。

 

在一項(xiàng)研究中證明了 LOQ 比粉末 X 射線衍射 (PXRD) 提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)，其中純結(jié)晶灰黃霉素樣品在冷凍研磨時(shí)間增加后用 SONICC 和 XRD 進(jìn)行分析。如圖 2 所示，冷凍研磨 1 小時(shí)后，PXRD 無法再檢測(cè)到任何結(jié)晶材料，而 3 小時(shí)后，SONICC 仍檢測(cè)到 0.05% 的結(jié)晶材料存在。2 使用 SONICC 對(duì) LOQ 的這一數(shù)量級(jí)改進(jìn)使得其能夠評(píng)估結(jié)晶度低的樣品，并能夠分析低載藥量的樣品。

 

圖 2. 結(jié)晶灰黃霉素樣品的相對(duì)結(jié)晶度與低溫研磨時(shí)間的關(guān)系。2

 

SONICC 用于相對(duì)定量

獲得樣品中 API 結(jié)晶程度的絕對(duì)定量并不總是可行或必要的。通常，樣品之間的相對(duì)差異足以評(píng)估各種配方。例如，在壓力和非壓力條件下分析了不同載藥濃度的藥物配方（出于專有原因未公開）。這個(gè)特殊的案例研究適用于載藥量非常低（0.03% 和 3.2% 藥物濃度）的樣品，使用 PXRD 等傳統(tǒng)技術(shù)不容易評(píng)估。如圖 3 所示，SONICC 可以很容易地識(shí)別出不同配方之間結(jié)晶度百分比的相對(duì)差異。即使樣品僅含有 0.03% API，SONICC 仍然可以區(qū)分受壓樣品和未受壓樣品。SONICC 還能分析得出，與安慰劑和 0.03% 的無應(yīng)力樣品相比，3.2% 濃度的無應(yīng)力樣品存在顯著的結(jié)晶物質(zhì)。

 

圖 3. 在壓力和非壓力條件下，不同載藥量（0.03% 和 3.2%）的藥物配方的相對(duì) SHG 響應(yīng)。

 

SONICC 提供空間分布信息

 

SONICC 是一種成像技術(shù)，它提供了有關(guān)樣品中結(jié)晶藥物空間分布的有用信息。而這在評(píng)估各種混合技術(shù)時(shí)特別有用。例如，用無定形灰黃霉素、共聚維酮和少量結(jié)晶灰黃霉素制備粉末樣品。在圖 4 中可以看到 SONICC 成像，其中可以在分散體中識(shí)別出一大塊結(jié)晶材料。我們能在 500 ms 內(nèi)獲得 3um x,y 分辨率的 2mm 正方形圖像。由于 SONICC 是一種多光子技術(shù)，可以在 z 方向以 ~30 μm 的分辨率實(shí)現(xiàn)高達(dá) 500 μm 的深度穿透�；尹S霉素/共聚維酮片劑的 3-D 效果圖如圖 5 所示。這對(duì)于分析帶有包衣的片劑特別有用。SONICC 可以穿透涂層并提供有關(guān)藥物如何定位以及它是結(jié)晶還是無定形形式的信息。

 

圖 4. 無定形灰黃霉素/共聚維酮片劑中結(jié)晶灰黃霉素的 SONICC 成像。

 

圖 5. 無定形灰黃霉素/共聚維酮片劑中結(jié)晶灰黃霉素的 SONIC 3D 渲染。

 

SONICC 也可用于檢測(cè)紫外激發(fā)熒光的模式。這對(duì)于可視化 API（以結(jié)晶或無定形形式）在配方中的位置特別有用。紫外熒光模式是特定于分子的，例如發(fā)出熒光但對(duì)結(jié)晶度沒有選擇性的 API。結(jié)合晶體特異性 SHG 模式的 UV 模式可以顯示藥物的定位位置和形式。圖 6 中可以看到無定形灰黃霉素/共聚維酮片劑的多光子 UV 熒光成像。

 

圖 6. 無定形灰黃霉素/共聚維酮片劑的紫外雙光子激發(fā)熒光圖像。

 

總結(jié)

 

SONICC 提供的極低檢測(cè)限和選擇性使科學(xué)家能夠更多地了解他們的配方。SONICC 提供了一種分析低載藥量配方的方法，否則傳統(tǒng)技術(shù)無法對(duì)其進(jìn)行研究。SONICC 提供了通過偏光顯微鏡獲得的靈敏度和成像信息，同時(shí)仍為 API 提供選擇性。我們預(yù)想在顯著加快的時(shí)間點(diǎn)能夠進(jìn)行有意義的評(píng)估。用戶只能通過 Formulatrix 獲得 SONICC 儀器和服務(wù)。