Analysis of residual moisture in a lyophilized pharmaceutical product by near-infrared spectroscopy

Význam tématu

Stanovení zbytkové vlhkosti v lyofilizovaných farmaceutických přípravcích je klíčové pro zajištění stability, účinnosti a bezpečnosti léčiv. Příliš vysoká nebo naopak nedostatečná vlhkost může ovlivnit chemickou degradaci aktivních látek, fyzikální integritu produktu a jeho trvanlivost. Rychlé a spolehlivé metody analýzy vlhkosti jsou tudíž nezbytné pro řízení procesu lyofilizace, uvolňování výrobků k distribuci a dlouhodobé stabilitní studie.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem tohoto Application Bulletinu bylo vyvinout a ověřit kvantitativní metodu na bázi blízké infračervené (NIR) spektroskopie pro rychlé stanovení zbytkové vlhkosti v lyofilizovaném farmaceutickém přípravku v uzavřených skleněných vialkách. Studie se zaměřila na vytvoření kalibrací založených na v náhodných množstvích navoděné vody, porovnání s referenčními metodami (Karl Fischer titrace, loss on drying) a hodnocení výkonnosti metody jak pro nízké, tak i vyšší úrovně vlhkosti.

Použitá metodika a instrumentace

Pro měření byly využity následující postupy:

• Spikování kalibračních vzorků: Do skleněných 30 mL vialek s lyofilizovaným „koláčkem“ o hmotnosti ~1,6 g bylo odstupňovaně vpravováno 0 – 240 µL destilované vody skrze pryžový zátku pomocí mikrosyringy, vialky byly nakloněny a po injekci uloženy 48 h pro rovnoměrné rozptýlení vlhkosti.
• Referenční stanovení vlhkosti: Volumetrická Karl Fischer titrace bez přípravy vzorku; loss on drying (LOD) gravimetricky při odpovídajících podmínkách sušení.
• NIR spektroskopie: FOSS NIRSystems Model 6500 s Rapid Content™ Analyzer (RCA) – měření difuzní reflexe v rozsahu 1100 – 2500 nm, 32 naskenování na spektrum. Doporučena náhrada RCA za NIRS XDS RapidContent Analyzer. Analýza a chemometrie ve Vision™ software.
• Matematické zpracování: Druhá derivace spekter pro potlačení základního sklonu, multiple linear regression (MLR) pro výpočet regresních rovnic.

Hlavní výsledky a diskuse

Byly vypracovány dvě odlišné kalibrační rovnice:

• Rovnice A pro nízkou vlhkost (0 – 3,5 % H₂O): excelentní linearita (R² > 0,99), standardní chyba predikce SEP = 0,12 % H₂O, vhodná pro kontrolu blízko specifikovaných mezí (~1–2 %).
• Rovnice B pro vyšší vlhkost (až 15 % H₂O): R² > 0,99, vyšší SEC kvůli širšímu rozsahu, lepší přesnost u vzorků nad ~5 %.

Porovnání NIR s LOD metodou na deseti vzorcích ukázalo velmi dobrou korelaci, s mírným pozitivním systématickým posunem NIR výsledků o +0,20 ± 0,17 %, který lze korigovat jednoduchou bias úpravou. Kvalitativní analýza vzorků obsahujících „meltback“ (kolaps) lyofilizátu (5–20 % vlhkosti) prokázala schopnost NIR detekovat kritické defekty, jež nejsou vždy na povrchu patrné, a to i při narušeném matricovém odrazu.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda NIR nabízí následující přednosti:

• Rychlost (< 30 s na vzorek) a vysoká propustnost: vhodná pro velké série vialek.
• Bezdotykové a nedestruktivní měření: vzorky zůstávají vhodné pro další testy (stability, účinnost).
• Žádné náklady na reagencie a eliminace toxicity.
• Měření možné provádět skrze borosilikátové sklo bez předchozí úpravy vzorku.

Budoucí trendy a možnosti využití

Rozvoj NIR metodiky v oblasti lyofilizace směřuje k:

• Integraci do on-line a at-line QC systémů s automatickým nakládáním vialek.
• Real-time release testing (uvolňování šarží v reálném čase).
• Rozšíření chemometrických algoritmů (např. PLS, SVM) a strojového učení pro zlepšení predikce.
• Miniaturizaci a přenositelné přístroje pro hot-spot analýzu ve výrobních halách.

Závěr

Blízká infračervená spektroskopie představuje efektivní nástroj pro kvantifikaci zbytkové vlhkosti v lyofilizovaných farmaceutikách. Díky jednoduché přípravě kalibrací, vysoké propustnosti a nedestruktivnímu přístupu lze metodu implementovat jak ve vývojových, tak výrobních laboratořích. Doporučuje se využít dvou kalibračních rovnic pro různé rozsahy vlhkosti a aplikovat bias korekci pro sladění s gravimetrickými či Karl Fischer výsledky.

Reference

• Application Bulletin 358/1 e, FOSS NIRSystems.