La face avant d'un instrument développé par des chercheurs de l'Université Purdue pour écraser des formulations pharmaceutiques afin de déterminer si elles ont des traces de cristallinité, ce qui peut avoir un impact négatif sur la stabilité et la biodisponibilité du médicament. Le plastique rouge contient un solénoïde qui frappe la formulation. Un moteur déplace la lame du microscope le long de la ligne. Un tube photomultiplicateur sous la lame mesure le rayonnement optique résultant de la triboluminescence du composé. Crédit :Université Purdue
Des chercheurs de l'Université Purdue ont créé un appareil qui peut déterminer rapidement et à moindre coût si de nouvelles formulations pharmaceutiques ont des traces de cristallinité pouvant avoir un impact négatif sur la stabilité et la biodisponibilité du médicament.
Les chercheurs ont mis au point une instrumentation capable de détecter avec précision dès les premiers stades si une formulation pharmaceutique contient des traces de cristaux. L'instrument est basé sur la triboluminescence et fonctionne en mesurant la lumière émise lors du broyage d'une poudre pharmaceutique.
"Toute lumière mesurée est directement proportionnelle à la quantité de cristallinité dans la formulation, " a déclaré Casey Smith, un étudiant diplômé du département de chimie de Purdue.
La forme solide d'un ingrédient pharmaceutique actif peut profondément influencer la proportion de ce médicament qui peut pénétrer dans l'organisme et avoir un effet. De nombreux nouveaux candidats médicaments ont une faible solubilité aqueuse, ce qui conduit à une moindre biodisponibilité. Si un médicament ne se dissout pas à temps, il peut traverser un corps avant qu'il n'ait eu le temps de faire effet. Une méthode pour surmonter ce problème consiste à mettre le médicament dans un état amorphe, ou coulé dans une matrice polymère qui se dissout facilement dans l'eau.
"Les nouveaux médicaments qui sortent sont de plus en plus gros et hydrophobes, ou ne se dissolvent pas facilement dans l'eau, " dit Garth Simpson, un professeur de chimie de Purdue. "Si la cristallinité est détectée, il y a de fortes chances qu'il ne se dissolve pas dans un laps de temps requis pour être biodisponible et efficace."
L'instrument de triboluminescence est conçu pour fournir un criblage rapide des dispersions solides amorphes, formulations créées pour rendre les médicaments plus efficaces. L'instrument peut détecter la cristallinité à des niveaux aussi bas que 140 parties par million. Une vidéo du fonctionnement de l'instrument de triboluminescence est disponible ci-dessous :
L'instrument a été créé en collaboration avec l'installation d'instrumentation Jonathan Amy du département de chimie. C'est un appareil électromécanique qui utilise un solénoïde pour frapper de la poudre sur une lame de microscope. Un tube photomultiplicateur sous la lame mesure le rayonnement optique résultant de la triboluminescence du composé. La lumière n'est pas visible à l'œil nu. Un moteur déplace la lame du microscope le long de la ligne pour sonder une nouvelle zone de la poudre. Les chercheurs ont obtenu un brevet provisoire sur l'appareil avec l'aide du Bureau de commercialisation de la technologie de Purdue.
"Cette technique ressemblerait davantage à un présélection d'une chaîne de montage dans une usine où ils fabriquent ces médicaments. Ils peuvent envoyer une petite quantité de matériau dans cet instrument pour des mesures de triboluminescence. S'ils obtiennent un résultat positif de l'échantillon, alors ils peuvent l'envoyer pour des tests plus rigoureux, " a déclaré Scott Griffin, un étudiant diplômé en chimie de Purdue.
Griffin et Smith, les deux étudiants dans le laboratoire de Simpson, étaient les auteurs principaux d'un article sur la triboluminescence publié dans la revue à comité de lecture Chimie analytique qui comprenait des chercheurs de Merck &Co.
L'arrière d'un instrument créé par des chercheurs de l'Université Purdue pour déterminer si les formulations pharmaceutiques ont des traces de cristallinité. Le circuit imprimé principal qui contrôle l'instrument se compose d'un régulateur de tension haute puissance pour alimenter le solénoïde de frappe. L'instrument a été créé en collaboration avec l'installation d'instrumentation Jonathan Amy du département de chimie. Crédit :Université Purdue
Il existe d'autres moyens de déterminer la cristallinité, y compris un processus de génération de deuxième harmonique qui utilise un laser pulsé femtoseconde qui a également été développé dans le laboratoire de Simpson. Mais l'instrument de triboluminescence est beaucoup plus simple.
« Cela se résume au premier moment où la cristallinité peut être détectée, ", a déclaré Simpson. "Nous voulions avoir quelque chose qui serait une simple évaluation par oui ou par non qui pourrait être faite sur place. Si quelque chose échoue, il peut être utilisé avec un instrument plus avancé pour avoir une meilleure idée de la caractérisation quantitative. »
Simpson a déclaré qu'un instrument de triboluminescence pourrait également être utilisé pour déterminer rapidement si des changements dans la façon dont un médicament est produit provoquent la cristallinité.
Il y a encore du travail à faire, dit Simpson. Les chercheurs veulent pouvoir effectuer des tests de cristallinité similaires dans des boues et travaillent sur une cellule à écoulement pour y parvenir.
« Donc, pour beaucoup de ces cocktails de drogue, lorsque vous le mettez dans l'eau, il commence à l'état amorphe mais peut se cristalliser spontanément. Nous voulons des outils capables de caractériser et de mesurer ce processus, " il a dit.
Les chercheurs tentent également de se faire une idée de la fraction de molécules médicamenteuses et de composés médicamenteux susceptibles de se prêter à une analyse par triboluminescence.
Le travail initial sur ledit instrument de triboluminescence a été financé par une subvention de la National Science Foundation. La Purdue Research Foundation a financé le prototype initial et Merck a aidé à financer les travaux les plus récents.
L'instrument de triboluminescence est disponible pour une licence auprès du Bureau de la technologie et de la commercialisation.
