桌上型電子顯微鏡與藥物開發:檢測API在增量劑上的分佈

Willem van Zyl 著

黃之奕 (Chih-I Huang) 譯

為什麼要使用掃描式電子顯微鏡(SEM)來進行藥品開發?

 

任何患有氣喘、支氣管炎或肺氣腫等呼吸道疾病的患者都知道乾粉吸入劑(Dry Powder Inhaler,簡稱:DPI)的重要,這些醫療用品可以幫助患者將乾粉藥物吸入肺部深處,來紓緩不適的症狀。

 

乾粉吸入劑在製作過程中有許多繁瑣的步驟,以確保藥物可以正確的被吸收。而藥物配方中使用的藥物載體或賦形劑(又稱為增量劑、稀釋劑等),則是為了確保藥物達到適當的生體可用率(Bioavailability,簡稱:BA)註1

 

舉個簡單的例子,藥物的活性劑量範圍是在幾微克,但如果實際生產中,藥劑只有幾微克的活性藥物成分(英文簡稱:API)註2,將會大大降低藥效被吸收的效果;在這種情況下,添加適量的賦形劑,將可以為患者提供最適當的藥劑效果。

 

而在乾粉吸入劑中也含有賦形劑的成分,但並非每種賦形劑都可以有效的被利用;因此,藥廠需要確保API有良好的吸附在賦形劑上,才能使藥物有效的發揮作用。如果API在生產過程中沒有良好的吸附在賦形劑上,最終可能會導致API的濃度會過低,影響藥劑效用的發揮。

 

註1:生體可用率(BA)的意思是藥物主成分達到治療部位的速率與濃度。
註2:活性藥物成分(API)是藥品中具醫療效果的活性成分。

 

透過使用掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope,簡稱:SEM)觀測藥物,可以描繪出API及賦形劑的表面特徵與形貌,以了解兩者間的吸附程度;如果API中含有化學元素,也能使用能量散射圖譜(EDS)來研究分析API在賦形劑中的元素分布狀況。此外,研究人員更可以測試與觀察API微粒暴露在吸氣氣流的分佈情形,以了解與提升乾粉吸入劑的製成效果。

 

 

 

圖一:使用桌上型掃描式電子顯微鏡分析藥物的SEM電子成像圖(左)及EDS元素分析圖(右)。

 

上圖為使用Phenom ProX G6桌上型掃描式電子顯微鏡拍攝的藥物電子成像,(圖左)可觀測表面形貌,(圖右)為元素分析圖,顯示出API(橘色)、賦形劑(黃色)的分布狀況。製藥廠商可以透過桌上型電子顯微鏡進行測試與分析藥物吸收的過程,以改善研發及QA品質要求。

 

傳統的落地式掃描式電子顯微鏡雖然可以用來研究API及賦形劑,但價格昂貴之外,通常會需要獨立的大型實驗室空間,這對小型的藥商來說成本過高。所以為了進行SEM的分析,很多藥商會委託第三方檢測公司做檢驗,但相對的等待分析結果的時間就會拉長,導致研發週轉時間(TURN-AROUND TIME,簡稱:TAT)過久。

 

為了解決這個問題,Thermo Fisher Scientific開發了 Phenom ProX G6桌上型電子顯微鏡,如其名,只需實驗桌般的小空間,而且操作介面直覺化,不需要專門的設施或專業人員做控管,並可根據研發人員的需求,將電子顯微鏡設置在需要的地方,像是實驗室或生產線附近,以利進行即時的分析。

 

與第三方檢測公司相比,Phenom ProX G6桌上型電子顯微鏡(SEM),可以在當天即時完成檢測,不需等待太久的時間。而且Phenom ProX G6桌上型電子顯微鏡(SEM)的優勢為快速分析及簡易操作,就算是完全沒有電子顯微鏡相關經驗的新手也很容易上手,這可以節省人力資源的浪費。同時,Phenom桌上型SEM也整合了能量色散X射線譜(EDS)於同一套系統中,可以對樣品進行快速及可靠的元素分析。

 

對藥廠來說,快速的週轉時間是相當重要的,桌上型掃描式電子顯微鏡(如Phenom ProX G6)讓公司的研究人員可以在廠內研究藥物的活性成份、賦形劑的開發、乾粉吸入劑的技術,以及不同類型的藥物研究使研究人員可以即時的進行分析及檢測,以確保開發的藥性能有效的被人體吸收。

 

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原文出處:https://www.thermofisher.com/blog/materials/drug-development-with-desktop-sem-evaluate-the-distribution-of-apis-on-excipients/

 

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