insikter från industrinMike Bradley, Sudhir Dahal, Patrick BrownFTIR produktchef, Raman produktchef, UV-Vis/NMR produktchefThermo Fisher Scientific

I den här intervjun diskuterar Thermo Fisher Scientific hur man kan påskynda upptäckten av läkemedel genom analytisk forskning och utveckling.

Snälla kan ni presentera er själva och berätta om de analystekniker ni arbetar med på Thermo Fisher Scientific som kan hjälpa till att upptäcka läkemedel?

Mike Bradley:

Jag heter Mike Bradley. Jag är produktchef för FTIR- och FTIR-mikroskopiprodukterna på Thermo Fisher Scientific. Jag kommer att ge en kort översikt av FTIR i farmaceutiska processer, från läkemedelsforskning till kriminalteknik och andra tillämpningar.

Sudhir Dahal:

Jag är Sudhir Dahal, produktchef för Raman-forskningsprodukter på Thermo Fisher Scientific. Jag kommer att fokusera på Ramanspektroskopi som ett värdefullt verktyg inom läkemedelsutveckling och läkemedelsindustrin i allmänhet.

Patrick Brown:

Jag heter Patrick Brown och jag är produktchef för Thermo Fishers UV-Vis-, NanoDrop- och NMR-spektroskopiinstrument. Jag kommer att diskutera användningen av UV-Vis-spektroskopi för kvantifiering och provkvalificering.

Vilka är fördelarna med Fourier-transform infraröd spektroskopi (FTIR)?

Mike Bradley:

Den främsta anledningen till att du använder FTIR är att det ger svar snabbt. Det svarar på huvudfrågan, som är: vad är det?

Detta gäller särskilt organiska material, såsom polymerer och organiska ämnen. Den kan också, om den är rätt kalibrerad, ge dig ett svar på hur mycket det finns.

Men i första hand används det för att identifiera material. Till exempel, om du hade en liten mängd kontaminering i en tablett eller en liten mängd pulver som du hittade någonstans, skulle vi betrakta FTIR som den ultimata triagetekniken. Du presenterar provet, får svar och agerar på det, vilket du vill göra i en triagesituation.

Provtagningen kan vara mycket flexibel i FTIR. Vi kan titta på gaser, vätskor eller fasta ämnen. En av de andra stora fördelarna med tekniken är att den är oförstörande och i de flesta fall till och med beröringsfri, så du kan använda det provet för ytterligare analys senare.

Du kan utöka det till mikroskopi, vilket innebär att du kan gå från bulkprover till mikronstorlekar.

När du tittar på FTIR måste du definiera vad det är du vill göra. Är det något du ska göra en gång? Du kan genomföra en kriminalteknisk undersökning som är en sekvens av engångshändelser där du kommer att titta på en förorening i en surfplatta. Eller så kan du utföra något repetitivt, som kvalitetskontroll. Letar du efter föroreningar, eller letar du efter bulkkvalitetssäkring?

Flera faktorer definierar hur du konfigurerar din FTIR beroende på ditt problem.

Kan du ge oss några exempel på tillämpningar av FTIR?

Mike Bradley:

Jag ska diskutera ett kriminaltekniskt exempel från ett verkligt brottsfall. När man tittar på en tablett eller ett pulver kan dessa ofta vara blandningar. I det här fallet hade en drog utfärdats till någon, och vi tog ett FTIR-spektrum av det.

Vid sökning mot biblioteket gav det inget sökresultat av hög kvalitet. Anledningen är att detta material var en blandning. Vi har algoritmer som kallas multikomponentsökning eller multikomponentblandningsanalysalgoritmer som gör att vi kan dekonvolutera det spektrumet.

De gör något som kromatografi ur en vibrationsspektroskopisk synvinkel. Detta ämne var en otäck blandning av ketamin, metamfetamin, prokain och koffein. Du kan titta på spektrumen av dessa ämnen individuellt och sedan det sammansatta spektrumet.

Algoritmen går igenom och matchar topparna. Inom ungefär en minut efter att provet placerats på tillbehöret hade vi det dekonvoluterade spektrumet och fyra olika svar. Det var som att göra kromatografi i all hast. Dessa resultat verifierades därefter genom att använda GC-MS spec. Det går mycket snabbt om koncentrationerna ligger inom enhetens räckvidd.

I ett annat intressant fall använde vi ett RaptIR FTIR-mikroskop för att undersöka en oxikodontablett. Om du är bekant med oxikodon och andra liknande läkemedel, finns den aktiva farmaceutiska ingrediensen (API) i en mycket låg koncentration. I det här fallet var det bara fem milligram av hela 325.

Det betyder att när vi letar efter oxikodonet i tabletten letar vi efter en nål i en höstack. Det är precis vad vi gjorde. Vi hittade fyra olika komponenter.

Den största var paracetamol spridd över hela tabletten. Spektran visade också en låg närvaro av oxikodon. Spektrum vi drog ut var mycket rent för oxikodon. Även om det bara var ett litet litet spår fick vi mycket bra data om det.

Vi kunde också se andra stora tillsatser: cellulosa och stearinsyra. Men huvudpoängen här är att vi skulle kunna visa tablettens homogenitet, visa fördelningen av oxikodonet och hitta oxikodonet även i låga koncentrationspunkter. Det är en stor fördel för läkemedelsanalys.

Hur används nära-infraröd spektroskopi (NIR) i läkemedel och vilka fördelar har det?

Mike Bradley:

För det första kan du analysera genom behållare som glas eller plastpåsar. När råvaror kommer in vid lastkajen i sina fat, finns de i plastpåsar inuti faten. Du vill inte behöva öppna plastpåsarna för att analysera på grund av kontaminering eller möjligheten att göra någon vid lastkajen sjuk.

Vi kan använda nära-infrarött för att analysera rakt igenom det paketet. Det ger oss möjligheten att göra råvaruidentifieringen. Vi kan titta på enhetligheten hos en tablett och beläggningarna.

En av de stora för nära-infraröd är också fukt. Vanligtvis görs fukt med Karl Fischer-titrering, som är mycket beroende av användarens skicklighet och kräver lösningsmedel som måste kastas ut.

Nära-infraröd utför den analysen mycket snabbare och enklare utan att kräva några kemikalier. Det låter dig övervaka onlineprocesser, smältextrudering, fermentering och cellodling.

Den primära fördelen är arbetsbesparingen och behovet av en lägre kompetensnivå. Du behöver inte någon som vet hur man gör titreringar.

Sammantaget låter FTIR och nära IR dig triage saker och arbeta snabbt för att få ett svar. Detta svar är vanligtvis kvalitativt, men det kan också kalibreras för att ge dig kvantitativ information, särskilt när det gäller nära IR.

Vad är Ramanspektroskopi?

Sudhir Dahal:

Ramanspektroskopi är en optisk teknik där ett prov exciteras med en laser och energispridningen från provet analyseras. Den tittar på interaktionen mellan excisionslaserljuset och kovalenta bindningar inom molekylerna i provet.

Raman kan ge detaljerad molekylär information och de bindningar som är bäst representerade tenderar att vara de mycket symmetriska bindningarna som oftast finns i ryggraden i molekyler eller kristallgitter. Raman är också mycket känslig för även de minsta förändringar i bindningsvinkel eller styrka, vilket gör det till ett utmärkt sätt att skilja mellan liknande föreningar, inklusive polymorfer.

Dessa egenskaper gör Raman till ett utmärkt sätt att karakterisera molekyler, läkemedel och olika kemikalier som används inom läkemedelsindustrin.

Vilken information kan erhållas med Raman-spektroskopi?

Sudhir Dahal:

Raman används för att förstå molekylära strukturer, förändringar i molekylstruktur och kemiska miljöer. Ramanspektroskopi är en utmärkt teknik för att skilja mellan mycket lika material. Det kan också identifiera och differentiera polymorfer där provet innehåller samma föreningar; den enda skillnaden är deras kristallina former.

Ramanspektroskopi är också ett utmärkt verktyg i läkemedelsutveckling eftersom den kan övervaka reaktioner och processer, reaktionsintermediärer, produkter och föroreningar i realtid. Slutligen kan Raman-bilder skapas med hjälp av spektradata för att visualisera rumslig fördelning, föroreningar och defekter.

Föreställ dig att du har Raman-spektra av två vanliga läkemedel, ibuprofen och paracetamol. Eftersom det kommer att finnas så många toppar med distinkta former och storlekar, gör Raman-spektroskopi att identifiera prover mycket enkelt, även när mer än en art blandas ihop.

Med moderna avancerade program, dataanalysfunktioner och bibliotek av föreningar att söka från, är sådan identifiering och skillnader ännu mer exakta och enkla att utföra.

Vilka funktioner ger Raman-avbildning?

Sudhir Dahal:

Ta ett prov som är en pulverblandning som huvudsakligen innehåller koffein, paracetamol och acetylsalicylsyra spridda på ett objektglas. För våra ögon skulle färgen på denna blandning vara vit. Men när Raman-spektra erhålls från enskilda punkter i ett givet område, kan denna spektrasamling kombineras för att visualisera komponenterna och fördelningen. Olika färgade områden skulle representera aspirin, paracetamol och koffein.

Detta är ett enkelt exempel för att visa förmågan hos Raman-avbildning för att hjälpa till att visualisera komponenter, enhetlighet, nedbrytning, föroreningar och defekter i produkter. Detta gäller både FoU och kvalitetskontroll.

En mycket högupplöst bild skulle kunna visa att trekomponentstabletten faktiskt består av mycket mer än aspirin, paracetamol och koffein. Det kan också finnas stärkelse, cellulosa och natriumlaurylsulfat närvarande.

Möjligheten att analysera med en så hög upplösning gör det möjligt att analysera för vilken typ av förening som helst, såsom aktiva ingredienser, bindemedel och föroreningar. Exemplet jag just diskuterade är en blandning som vi förbereder i vårt labb i demonstrationssyfte för att visa fördelningen av komponenter.

Kan du ge oss ett verkligt exempel på Raman inom läkemedelsindustrin?

Sudhir Dahal:

Jag kommer att diskutera en riktig läkemedelstablett med en mycket låg koncentration av aktiv läkemedelsingrediens.

Tibolone är ett syntetiskt hormon som används i vissa delar av världen för att behandla endometrios och som även används för hormonersättningsterapi hos kvinnor i klimakteriet. En hel tablett med tibolon analyserades med vårt avbildande Raman-mikroskop. Ytan på tabletten var sex gånger sex millimeter.

Från en bild av en analys av multivariat kurvupplösning (MCR). på ytan av tibolontabletten visade olikfärgade områden stärkelse och laktos. Svårare att se områden visade en fluorescerande förening som sannolikt används för att förbättra tablettens utseende.

Eftersom tibolon är närvarande i en mycket låg koncentration, mindre än 3 %, karakteriseras det inte väl av MCR-analys. För att se fördelningen av den aktiva ingrediensen tibolon behövde vi bara analysera data som redan erhölls lite längre.

Vi tittade på spektrat av rent tibolon. Topphöjdsintensiteten vid 2,102 XNUMX, vilket är lite unikt för tibolon, användes sedan för att generera en profilbild för att demonstrera platsen för tibolon. Två olika färger av fläckar, röd och orange, betecknade sedan fördelningen av tibolon i tabletten.

Om vi ​​tar analysen av tibolon ett steg längre, kan vi leta efter bevis för båda polymorfer av tibolon. Återigen var spektra och relativt låga koncentrationsskillnader otillräckliga för att tydligt tillåta rutinmässig MCR att skilja mellan denna polymorf.

Men genom att använda topphöjdsprofiler var det möjligt att skilja mellan två olika polymorfer av tibolon. Subtila skillnader i topphöjder och profiler kan också användas för att särskilja groppolymorfer.

Hur skulle du kunna använda Raman om du analyserade en tablett med flera lager?

Sudhir Dahal:

Flerskiktstabletter är designade för systematisk frisättning av läkemedel. De är tillverkade med lager som hjälper till systematisk frisättning efter intag.

Vi skulle kunna avbilda lagren efter att tabletten är tvärsnittad med en lageropt-in från ett Raman-avbildningsmikroskop. Sedan kunde vi få en Raman-spektrografförening i varje lager. Skikten är tydligt åtskilda. En annan uppenbar fördel är att även om två lager skulle kunna se likadana ut för våra ögon på grund av att de har samma färg, kommer Raman-avbildning att visa dem tydligt.

Om provet är transparent, kan konfokal djupprofilering hjälpa till att få information från olika lager utan tvärsnitt. För att utveckla det grundläggande lite mer, här är ett par bilder.

Excitationen och samlingen av optik i Thermo Scientific DXR Raman-mikroskopet är konfokala, vilket innebär att de fokuserar tätt på samma punkt i rymden. Eftersom Raman-signalen övervägande kommer från brännpunkten, kan du faktiskt se djupet av transparenta material.

I Raman-spridningen styrs spridningen vid brännpunkten. Genom att flytta provet upp och ned kan du djupprofilera provet. Vi kan mäta från de olika lagren. Detta är en mycket kraftfull applikation som hjälper till att mäta genom provet utan att faktiskt behöva skära provet.

Berätta om ultraviolett-synlig (UV-Vis) spektroskopi. Vilka är de kritiska delarna av en UV-spektrofotometer?

Patrick Brown:

I allmänhet kan ett UV-Vis-instrument delas upp i enkla bitar.

Utgångspunkten är alltid en ljuskälla. Det ljuset visas genom ditt prov, och sedan finns det en mekanism för att särskilja det ljuset i individuella nanometervåglängder. I slutet av dina mätningar har du en uppfattning om hur mycket ljus som absorberas vid olika våglängder i det synliga spektrumet och i det ultravioletta spektrumet.

Vi gör en absorbansmätning genom att jämföra ljuset som överförs genom ett blankprov eller referensprov med mängden ljus som kommer genom ditt prov.

När ljus blockeras av ditt prov är det absorbans. Med hjälp av mängden ljus som blockeras, absorbansen av ditt prov, ljusvägens längd (avståndet genom vilket ljus passerar genom ditt prov) och en extinktionskoefficient, kan vi beräkna en provkoncentration.

En extinktionskoefficient är en faktor som är specifik för en viss våglängd, såväl som en molekyl, och det är något som skulle behöva härledas empiriskt, men det tillåter forskare att beräkna i en koncentration baserad på absorbans.

Kan du berätta för oss om NanoDrop-spektrofotometrarna och när de är användbara?

Patrick Brown:

NanoDrop-instrumenten är idealiska för forskare som mäter antingen högabsorberande prover som blockerar mycket ljus, eller i situationer där forskaren bara har en liten provvolym, kanske 20 till 50 mikroliter.

Provet överbryggar två olika stålpiedestaler inom vilka fiberoptiska kablar sitter. Ljuset lyser genom provet från en piedestal till den andra och samlar upp ljus i instrumentet för att mäta absorbansen. Forskare och forskare som är intresserade av det här instrumentet använder det ofta för att mäta biologiska prover som DNA, RNA, protein och andra prover som bakteriell cellkultur.

Denna programvara kan följa 21 CFR Part 11-bestämmelser.

Kan du leda oss genom en tillämpning av NanoDrop?

Patrick Brown:

Detta är mer fokuserat på en molekylärbiolog. Du kan använda ett kvantitativt arbetsflöde för polymeraskedjereaktion för att belysa verkningsmekanismen för ett läkemedel, och försöka förstå dess genmål för att till exempel validera om det fungerar korrekt på generna av intresse. Utmaningen här är att det kommer att ta dagar, potentiellt veckor, att köra hela experimentet.

Du kommer ofta att börja med ett källmaterial, oavsett om det är en primär vävnadskälla som en musmodell eller celler i kultur. Du kommer att köra ditt experimentella protokoll, extrahera RNA, konvertera det till cDNA och slutligen köra ditt qPCR-experiment.

Ibland kan det där qPCR-experimentet misslyckas, och du måste gå tillbaka och felsöka var problemen introducerades i arbetsflödet. Det är där våra NanoDrop-instrument kan hjälpa.

Vår NanoDrop One-lösning är ett utmärkt verktyg för en kvalitetskontroll av det provet på ett par olika ställen: efter extraktion och efter RT-PCR-steget. Vår programvara kan förutsäga koncentrationen av ett prov även i närvaro av en samrenad förorening, vilket kan hända i vissa av dessa extraktioner och en del av behandlingen efter extraktion. Denna programvara kan hjälpa dig att få mer framgångsrika PCR-experiment.

Vi kan visa detta genom att titta på kontrollcykelräkningen, ett mått du skulle få från ditt qPCR-experiment. När vi målmedvetet spetsade ett prov med RNA såg vi att cykelantalet ökade med ett värde, vilket tyder på en enda logaritmisk enhet. Men när vi använder vår mjukvaruanalys för att identifiera provföroreningen kan vi använda ett korrekt värde och den koncentrationen för att bygga vårt qPCR-experiment.

Det värdet blir mycket mer i linje med kontrollen när vi gör det. Detta är ett sätt som våra NanoDrop-instrument kan hjälpa till att förhindra misslyckade experiment i qPCR-arbetsflödet.

Hur kan dina spektrofotometrar användas inom läkemedelsindustrin?

Patrick Brown:

Vår spektrofotometer kan identifiera läkemedel, såsom en ibuprofenmolekyl, och beräkna en koncentration.

Om du är i FoU, kanske du utvecklar din providentifierings- och kvantifieringsmetod som du sedan kan skjuta till tillverkningssidan.

I detta fall kan programvaran fastställa identifieringen av ibuprofen genom absorbansspektralformen. Genom att titta på olika koncentrationer av ibuprofen genom olika preparat kan vi identifiera tre väsentliga delar av det UV-synliga spektrumet för ibuprofen.

Genom att utveckla denna analys fann vi parametrarna för att utveckla ett acceptabelt intervall för den spektrala formen.

Om vi ​​tittar på en provkoncentration kan vi använda absorbansen vid en viss våglängd, säg vid 264, och väglängden för en kyvett i vilken provet är suspenderat som absorptionskoefficienter. Sedan kan vi, genom att omarrangera för koncentration, beräkna hur mycket ibuprofen som finns i provet baserat på dessa parametrar.

UV-Vis är en användbar teknik eftersom den kan göra snabba mätningar och inte förstör provet. Den kan användas på prover med mycket låg eller stor volym, och flera tillbehör finns tillgängliga för att få tillgång till funktioner, som att kontrollera temperatur, mäta flera celler samtidigt och aktivera autosampler.

Om intervjupersonerna

Dr. Michael Bradley undervisade i kemi för doktorander och grundutbildning i 15 år innan han blev en fälttillämpningsforskare vid Thermo Fisher Scientific. Han hjälpte till att utveckla och lansera Thermo Scientific Nicolet iN10 FTIR-mikroskopet och Nicolet iS10 FTIR-spektrometern. Han ledde sedan utvecklingsteamet för Nicolet iS50 FTIR-spektrometern och nu senast Nicolet RaptIR FTIR-mikroskopet.

Dr. Bradley är nu produktchef för FTIR-spektrometrar och mikroskop. Han är involverad i produktutveckling och hjälper till att lära kunderna att bättre använda spektroskopiverktyg. Han ser till att feedback från kunderna inkorporeras i utvecklingen av nästa generations hård- och mjukvaruverktyg. Mike sitter också i Advisory Board för Spectroscopy Magazine.

Sudhir Dahal är produktchef för Raman-forskningsprodukter på Thermo Fisher Scientific. Produkterna inkluderar Raman-mikroskop och bänkbara Raman-spektrometrar. Han har arbetat med flera spektroskopitekniker i branschen och har över 7 års erfarenhet. Han har en doktorsexamen från University of Maryland Baltimore County (UMBC), där han forskat och samarbetat för att utveckla en ny spektroskopi-baserad teknik för upptäckt av hjärntumörceller. 

Patrick Brown är produktchef för NanoDrop-spektrofotometrar, kyvettbaserade spektrofotometrar och NMR-instrument på Thermo Fisher Scientific. Patrick samlar in feedback från användare, integrerar feedback i mjukvaru- och hårdvaruuppdateringar och arbetar med marknadsföringsteam för att kommunicera dessa fördelar till slutanvändarna. Thermo Fisher Scientific spektrofotometrar används av forskare runt om i världen för att kvantifiera och kvalificera en mängd olika analyter från biovetenskap till materialvetenskap. Innan han började på Thermo Fisher Scientific 2015 tog Patrick en magisterexamen i biomedicinska vetenskaper från Pennsylvania State University.

Om Thermo Fisher Scientific – Material & Strukturanalys

Thermo Fisher material och strukturanalys produkter ger dig enastående kapacitet inom materialvetenskaplig forskning och utveckling. Vår portfölj av vetenskapliga instrument driver innovation och produktivitet och möjliggör design, karakterisering och skala från labb till produktion av material som används inom industrin.

Röntgenfluorescensspektrometrar, FTIR-spektrometrar och röntgenfotoelektronspektrometrar gör det möjligt för forskare och materialanalytiker att undersöka den kemiska sammansättningen av material, allt från ultratunna filmer till bulkpulver som används vid produktutveckling och materialfelsökning. Vi erbjuder en rad reometri- och viskometriinstrument, såväl som extruder med enkel- och dubbelskruv, för laboratoriebänkar som gör att du kan mäta de fysiska egenskaperna hos halvfasta ämnen och vätskor för skjuvflöde och sträckgräns.

Inget annat företag erbjuder bredden av produkter och djupet av analytiska möjligheter för materialvetenskap och ingenjörskonst.

Policy för sponsrat innehåll: News-Medical.net publicerar artiklar och relaterat innehåll som kan härröra från källor där vi har befintliga kommersiella relationer, förutsatt att sådant innehåll ger ett mervärde till News-Medical.Nets grundläggande redaktionella etik, som är att utbilda och informera besökare som är intresserade av medicinsk forskning, vetenskap, medicinsk utrustning och behandlingar.

• SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrka dig själv. Tillgång här.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
• Platoesg. Kol, CleanTech, Energi, Miljö, Sol, Avfallshantering. Tillgång här.
• PlatoHealth. Biotech och kliniska prövningar Intelligence. Tillgång här.
• Källa: https://www.news-medical.net/news/20231012/Accelerating-drug-discovery-with-analytical-RD-solutions.aspx