XRPD-Blog-Serie zur Arzneimittelentwicklung, Teil 3: „Ergänzende Technologien zur Förderung der Feststoffanalyse mit XRPD“

In dieser vierteiligen Blog-Serie wird vorgestellt, wie die Röntgenpulverdiffraktometrie (XRPD), eine der Analyseverfahren für Feststoffformen, Entwicklern von Arzneimitteln hilft, die Löslichkeit und Leistung von Arzneimitteln zu optimieren.

Im dritten Teil der Serie wird beschrieben, wie die Kombination von XRPD mit ergänzenden Methoden eine umfassendere und effizientere Charakterisierung von Wirkstoffen (API) ermöglicht .
Die anderen Teile können Sie in Teil 1, Teil 2 und im Abschlussteil lesen.

Optimierung der XRPD-Analyse im Transmissionsmodus

Im letzten Blog wurde erklärt, dass XRPD eine leistungsstarke und gängige Methode zur Erkennung und Charakterisierung von Polymorphen eines API ist. XRPD ist die einzige Workflow-Technologie, die detaillierte Fingerabdrücke der Strukturen von kristallinen und amorphen APIs liefert. Die Charakterisierung von Feststoffformen mittels XRPD kann jedoch ihre eigenen Herausforderungen mit sich bringen. Bei der Probenvorbereitung gibt es zwei Schlüsselfaktoren, die Ergebnisse beeinflussen können: (i) die Orientierung der Kristallite und (ii) die Partikelstatistik. Beispielsweise können Proben eine bevorzugte Orientierung aufweisen, was zu Abweichungen in den im Beugungsdiagramm gemessenen Reflexionsintensitäten führen kann. Dies ist ein recht häufiges Problem bei Pulvern, die anisotrope Kristalle (nicht kubisch, sondern plättchen- oder nadelförmig) enthalten (siehe Abbildung 1). Eine ideale Probe enthält viele zufällig orientierte Kristallite und weist eine hohe statistische Reproduzierbarkeit auf.

Wie kann man also den Effekt der bevorzugten Orientierung bei XRPD-Messungen minimieren? Eine der einfachsten Methoden ist der Wechsel von der Reflexions- auf die Transmissionsgeometrie bei XRPD-Experimenten. Diese Änderung der Geometrie ermöglicht durch Drehung der Probe eine effektivere Eliminierung der Orientierung. Obwohl die Reflexionsgeometrie für historische Verifizierung und Qualitätskontrollmethoden etabliert ist, gewinnt die Transmissionsmessgeometrie in letzter Zeit an Beliebtheit, um die Nutzungseffizienz von XRPD in der Feststoffformen-Analyse zu erhöhen.

Ergänzende Technologien verbessern das Analysepotenzial von XRPD

XRPD ist zwar eine umfassende Methode zur Analyse der API-Formen, aber durch die Kombination mit ergänzenden Methoden kann man die Struktur und das Verhalten von Feststoffformen noch detaillierter verstehen. Mit einer Vielzahl an Daten können Pharmazeutiker informierte Entscheidungen für die API-Entwicklung treffen, indem potenziell instabile und unzuverlässige Leitstrukturen frühzeitig erkannt und eliminiert werden, was Zeit und Kosten spart und spätere Entwicklungen sicherer macht.

Beispielsweise sind thermische Analyseverfahren wie das Differenzkalorimetrie (DSC) und Thermogravimetrie (TGA) wirksam zur Messung der thermischen Stabilität von Feststoffformen. Dies ist besonders nützlich, wie im vorherigen Blog erläutert, wenn man unterschiedliche Polymorphe charakterisiert und Stabilitätstests für optimale Leitkandidaten durchführt.

DSC-Messungen und TGA-Experimente helfen, die Übergangstemperaturen und Energien von Polymorphen zu ergründen und bieten Einblicke in die Bildung unterschiedlicher Hydrate. XRPD liefert Erkenntnisse über die Kristallstrukturen, die sich durch Temperaturschwankungen und Feuchtigkeit verändern. In letzter Zeit werden fortwährend mehr Stabilitätsbewertungen während der Entwicklung durchgeführt, um das Risiko der Entwicklungsworkflow zu minimieren. Zusätzlich ermöglichen Streutechniken wie Kleinwinkel-Röntgenstreuung (SAXS) und Paarverteilungsfunktion (PDF) mit XRPD Einblicke in die Wirkstoffstrukturen. SAXS wird zur Analyse von Nanomaterialien genutzt, indem die Intensität der Streustrahlung an Proben in der Nähe des direkten Strahls gemessen wird, um Informationen zur Partikelgrößenverteilung im Nanometerbereich zu gewinnen. Die Methode ist sehr vielseitig und kann für flüssige Dispersionen, poröse und feste Proben verwendet werden. PDF ist hingegen eine Methode zur Bewertung der Nahordnung in amorphen Materialien. Sie ist besonders wirksam für intrinsisch ungeordnete Stoffe und kann die Strukturen von amorphen, minderkristallinen, nanokristallinen und nanostrukturierten Materialien mit vollständigen Pulver-Röntgen-Beugungsmustern bestimmen.

Fazit

Ohne tiefes Verständnis der Struktur und Stabilität von Polymorphen könnten bei der Arzneimittelentwicklung Probleme mit Sicherheit, Wirksamkeit und Qualität auftreten. Unvollständiges Profiling von Polymorphen kann zu vagen Patentanmeldungen führen, die Jahre später katastrophale Ergebnisse haben könnten. XRPD ist ein mächtiges Werkzeug zur Charakterisierung von Feststoffformen von APIs, aber durch den Einsatz ergänzender Werkzeuge wie thermischen Analysen, SAXS und PDF können diese Profilling-Lücken gefüllt und analytische Erkenntnisse verbessert werden.

Im abschließenden Blog dieser Serie, der bald veröffentlicht wird, wird beschrieben, wie XRPD am besten für die Auswahl von Leitstrukturen in der Arzneimittelentwicklung genutzt werden kann.

Für weitere Informationen darüber, wie XRPD in der Arzneimittelentwicklung hilft, laden Sie den FULL-Leitfaden herunter und sehen Sie ihn sich an.

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