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

Význam tématu

Quantifikace zbytkové vlhkosti ve lyofilizovaných léčivých přípravcích je klíčová pro zajištění stability, účinnosti a bezpečnosti finálního produktu.
Správná kontrola vlhkosti ovlivňuje proces sušení, skladování a dlouhodobou stabilitu parenterálních formulací.

Cíle a přehled studie / článku

Tento Application Bulletin představuje postup pro měření zbytkové vlhkosti v lyofilizovaných přípravcích pomocí blízké infračervené (NIR) spektroskopie.
Hlavním cílem bylo vyvinout rychlou, nedestruktivní a bezchemickou metodu, která by nahradila nebo doplnila tradiční techniky (Karl Fischer, LOD).
Studie zahrnuje přípravu kalibračních vzorků s různými hladinami vody a vyhodnocení regresních modelů pro nízké a vysoké rozsahy vlhkosti.

Použitá metodika a instrumentace

Postup přípravy kalibrace:

• 46 zapečetěných vialů (30 mL) s průměrnou hmotností mrazem sušeného „cake“ 1,6 g.
• Rozdělení do skupin A–J s navýšením vlhkosti 0 – 13 % (objem přidané vody 0 – 240 µL) pomocí mikrosyringy do prostoru nad vzorkem.
• Uložením pod mírným sklonem po dobu 48 h došlo k úplné rovnováze vlhkosti ve vzorku.
• Referenční stanovení vlhkosti Karl Fischerovou titrací.

Spektroskopická analýza:

• Instrumentace: FOSS NIRSystems Model 6500 se sampling modulem Rapid Content™ Analyzer (doporučeno náhradní řešení NIRS XDS RapidContent Analyzer).
• Rozsah měření: 1100–2500 nm, diffuse reflectance, 32 skenů pro průměrování signálu.
• Software pro sběr a analýzu dat: Vision™.
• Předzpracování: offset korekce (absorbance při 1820 nm) a druhá derivace spekter pro odstranění pozadí a multiplikativních artefaktů.

Hlavní výsledky a diskuse

Byly vyvinuty dvě MLR kalibrační rovnice:

1. Rovnice A (0–3,5 % H2O): optimalizovaná pro nízké vlhkosti; R2 > 0,99; SEP ≈ 0,12 % H2O.
2. Rovnice B (0–15 % H2O): pro vyšší hladiny vlhkosti; R2 > 0,99; mírně vyšší SEC kvůli rozšířenému rozsahu.

Obě rovnice prokázaly výbornou shodu se skutečnými hodnotami z Karl Fischerovy titrace.
Porovnání s LOD ukázalo konzistentní korelaci, avšak průměrný rozdíl ~0,20 % je důsledkem principu gravimetrické ztráty sušením.
Korekce biasu je možná úpravou kalibrační rovnice.
Metoda byla úspěšně využita i pro detekci vzorků s defektem „meltback“ (kolaps mrazem sušeného cake), kde vysoká vlhkost (5–20 %) průkazně identifikovala porušené vzorky.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda nabízí řadu výhod:

• Nedestruktivní analýza bez spotřeby chemikálií.
• Minimální příprava vzorku – měření přímo skrz sklo vialu.
• Rychlost (< 30 s na vzorek) a možnost automatizace.
• Opětovné využití vzorku pro další testy stability či bioanalýzy.
• Vhodné pro QA/QC, procesní kontrolu i vývoj lyofilizačních cyklů.

Budoucí trendy a možnosti využití

Rozvoj a rozšíření metody zahrnují:

• Plnou integraci NIR do výrobních linek a online monitorování.
• Vyspělé chemometrické přístupy (PLS, kontinuální učení) pro další zkvalitnění kalibrací.
• Aplikaci na jiné analytické parametry (např. zbytkové oxidanty, obsah API).
• Automatickou detekci defektů mrazem sušených preparátů v reálném čase.

Závěr

Blízká infračervená spektroskopie představuje spolehlivou, rychlou a bezchemickou alternativu ke klasickým metodám stanovení zbytkové vlhkosti ve lyofilizovaných farmaceutikách.
Široký rozsah kalibrací, vysoká přesnost (R2 > 0,99) a nedestruktivní charakter metody umožňují efektivně kontrolovat jak nízké, tak vysoké hladiny vlhkosti.
Možnost korekce biasu a detekce dalších defektů rozšiřuje její uplatnění v moderních výrobních a vývojových laboratořích.