Investigation of Different Sampling Techniques for the Analysis of Capsule Contents by Fourier Transform Near-Infrared Spectroscopy

Význam tématu

Analýza obsahu tvrdých želatinových kapslí je v praxi farmaceutické kontroly zásadní pro zajištění kvality, shody dávkování a integrity klinických vzorků. Klasické metody (extrakce, HPLC) jsou časově náročné, často vyžadují rozpouštědla a komplexní přípravu vzorku. Fourierova transformace v blízké infračervené oblasti (FT-NIR) nabízí rychlé, přesné a často nedestruktivní alternativy s minimální přípravou, což zlepšuje provozní efektivitu, bezpečnost práce a umožňuje nasazení mimo centrální laboratoř (in-line / at-line / portabelní aplikace).

Cíle a přehled studie / článku

Studie hodnotí použitelnost FT-NIR (Antaris FT-NIR MDS) pro kvalitativní a kvantitativní analýzu konvenčních tvrdých želatinových kapslí. Hlavní cíle:

• Porovnat dvě techniky odběru: nedestruktivní měření reflektance celých kapslí a analýzu reflektance práškového nátěru po vysypání obsahu.
• Ověřit možnost rozlišení formulací a kvantifikace aktivní složky v několika modelových sadách vzorků o různé náročnosti.

Byly vytvořeny tři soubory vzorků reprezentující rostoucí analytickou náročnost:

• Soubor 1: čtyři formulace se společnou API (různé hmotnosti a režimy uvolňování) – cílem kvalitativní rozlišení.
• Soubor 2: klinické dodávky se standardní formulací – cílem kvantitativní rozlišení mezi zásobami.
• Soubor 3: komerční formulace s nominalním obsahem 5 mg API (rozsah 90–110 %) – cílem vybudovat kalibraci pro přesný rozbor obsahu (náročné, API ~4 % hmot.).

Použitá metodika a instrumentace

Metoda a uspořádání měření:

• Sledovaná spektrální oblast: 4000–10 000 cm⁻¹ (NIR).
• Odběrové režimy: reflektance celých kapslí umístěných přímo na okno integrační koule a reflektance práškových obsahů po přesypání do mikro-kalíšů se skleněným okénkem nebo malých skleněných vialek (měření přes sklo).
• Přístup k datům: minimální až žádná příprava vzorku, žádné rozpouštědla ani extrakce.

Použitá instrumentace

Analytická aparatura a software:

• Thermo Scientific Antaris Method Development Sampling (MDS) FT-NIR analyzer vybaven integrační koulí pro reflektanci (a dalšími moduly: transmisní komora, vlákno pro vzdálené odběry, transmisní moduly pro tablety).
• Softwarové nástroje: RESULT pro sběr dat, TQ Analyst pro multivariantní modelování (Discriminant Analysis, PLS).
• Kontrola výkonu: ValPro systémová kvalifikace; jako referenční pozadí interní zlatý standard (interní gold flag) bez spektrálních rysů.

Hlavní výsledky a diskuse

Soubor 1 – kvalitativní rozlišení:

• Obě techniky (celé kapsle i práškové obsahy) umožnily bezpečné rozlišení čtyř formulací se společným API. Model: Discriminant Analysis vyhodnocoval shodu pomocí Mahalanobisovy vzdálenosti; prahová hodnota ~3 jednotky byla dostatečná pro jasné oddělení tříd.
• Nedestruktivní měření celých kapslí se ukázalo jako dostatečné pro účely zachování integrity vzorků (např. klinické zásoby), bez potřeby derivací pro separaci, ačkoliv druhá derivace zvýraznila odlišnosti spekter.

Soubor 2 – kvantifikace klinických dodávek:

• Obě cesty dat poskytly PLS kalibrace s vysokými korelačními koeficienty (cca 0.999). Použitá předzpracování: Norris druhá derivace (segment 11, gap 0).
• Při porovnání RMSEC a RMSECV bylo zřejmé, že analýza práškových obsahů vede k lepší přesnosti a robustnosti (nižší RMSECV). U měření celých kapslí byl RMSECV výrazně vyšší, což naznačuje nižší přenositelnost modelu a větší vliv interference pouzdra kapsle.

Soubor 3 – kvantifikace nízkého obsahu API (~4 %):

• Pro náročný případ s 5 mg API na kapsli (stand. 90–110 %) poskytla destruktivní analýza prášku výrazně lepší výsledky: PLS model pro prášek měl vysoký korelační koeficient (~0.9960), nízké RMSEC (~0.0274 mg) a přijatelný RMSECV (~0.151 mg).
• Nedestruktivní měření celých kapslí selhalo v dosažení srovnatelné přesnosti (corr. coef. ~0.869, RMSECV ~0.302 mg). Výsledek ukazuje, že u nízkého procentuálního zastoupení API a malé absolutní hmotnosti je interference želatinového pláště rozhodující.
• Doporučené zlepšení: větší počet standardních úrovní, menší a uniformnější nádoby pro prášek a rozšíření kalibračního souboru pro lepší robustnost modelu.

Přínosy a praktické využití metody

Hlavní přínosy FT-NIR pro analýzu kapslí:

• Rychlost: měření trvá <<1 minuty na vzorek, což výrazně zkracuje čas laboratorních analýz.
• Bezpečnost a provozní efektivita: žádné nebo minimální použití rozpouštědel → menší environmentální a bezpečnostní riziko.
• Nedestruktivní screening: možnost zachovat kapsli pro další účely (klinické evidence, skladování) při rozlišení formulací a hrubém kvantitativním odhadu.
• Flexibilita implementace: vhodné pro at-line nebo portabelní kontroly kvality a pro rychlý skríning před hlubší HPLC analýzou.

Budoucí trendy a možnosti využití

Praktické směry rozvoje a nasazení FT-NIR v analýze kapslí:

• Rozšíření kalibrací: větší, reprezentativní datové sady napříč šaržemi a výrobci pro lepší robustnost a transferitelnost modelů mezi zařízením (calibration transfer).
• Pokročilé chemometrické přístupy: kombinace více pretreatments, lokálních modelů, robustních validačních protokolů a strojového učení pro zvýšení přesnosti u nízkého obsahu API.
• Integrace do PAT a linky výroby: kontinuální monitoring uniformity plnění, detekce chybné distribuce náplní, rapidní uvolňování šarží.
• Hardware a senzory: vývoj senzorů s lepším potlačením interferencí od želatinových kapslí, vylepšené integrační koule a adaptivní sondy pro různé tvary a velikosti kapslí.
• Standardizace procedur: protokoly pro měření přes sklo, reproducibilní balení prášků do kalíšů a doporučené pre-processing parametry pro zvýšení opakovatelnosti.

Závěr

Studie demonstruje, že FT-NIR je životaschopný nástroj pro kvalitativní i kvantitativní analýzu tvrdých želatinových kapslí. Pro rychlé, nedestruktivní rozlišení formulací často postačuje měření celých kapslí. Pro přesnou kvantifikaci, zejména pokud je API v nízkém hmotnostním procentu, je spolehlivější destruktivní metoda založená na měření práškového obsahu. FT-NIR významně zkracuje čas analýzy, eliminuje potřebu rozpouštědel a zjednodušuje workflow ve srovnání s tradičními chromatografickými metodami. Kalibrace a modely je však třeba optimalizovat podle konkrétní aplikace a rozsahu požadované přesnosti.

Reference

1. Thermo Fisher Scientific. Application Note 51595: Investigation of Different Sampling Techniques for the Analysis of Capsule Contents by Fourier Transform Near-Infrared Spectroscopy. Antaris FT-NIR Method Development Sampling System. 2008.