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

Význam tématu

Analýza pevné lékové formy, zejména tvrdých želatinových kapslí, je v průmyslové i klinické praxi klíčová pro zajištění kvality, obsahu účinné látky a integrity dávkování. Konvenční metody (např. extrakce a HPLC) jsou časově náročné, často vyžadují rozpouštědla a manipulaci s kapslí (tavení želatiny, oddělení obsahu). Fourierova transformace v blízké infračervené oblasti (FT‑NIR) nabízí rychlé, přesné a často bez- či minimálně destruktivní možnosti měření přímo na celých kapslích, což zkracuje dobu přípravy vzorku a snižuje riziko expozice chemikáliím.

Cíle a přehled studie / článku

Studie hodnotí vhodnost FT‑NIR (Thermo Scientific Antaris MDS) pro kvalitativní a kvantitativní analýzu obsahu běžných tvrdých želatinových kapslí. Konkrétně se porovnávají dvě strategie odběru vzorků: 1) nedestruktivní reflektance celých kapslí a 2) reflektance práškového obsahu po vyjmutí z kapsle (destruktivní). Testovány byly tři soubory vzorků různé náročnosti:

• Soubor 1: čtyři rozdílné formulace se společnou účinnou látkou – úlohou bylo kvalitativní rozlišení.
• Soubor 2: klinické vzorky běžné formulace – kvantitativní rozlišení mezi dodávkami.
• Soubor 3: příprava kalibrace pro stanovení obsahu účinné látky v reálném produktu (cílová dávka 5 mg, rozsah 90–110% nominální hodnoty) – náročná kvantifikace, ~4 % hmotnostně.

Použitá metodika

Všechna měření proběhla v reflektančním režimu na integrační sféře nebo přes sklo v mikrodávkovacích kelímcích/vialech. Spektrální rozsah použitý pro analýzy byl 4000–10 000 cm−1. Pro chemometrickou analýzu byly použity metody:

• Kvalitativně: Diskriminantní analýza (DA) s metrikou Mahalanobisovy vzdálenosti.
• Kvantitativně: Partial Least Squares (PLS) s vyhodnocením RMSEC a RMSECV.

Typicky byla předzpracování spekter prováděna Norrisovým druhým derivátem (segment 11, gap 0) pro zvýraznění drobných rozdílů a potlačení baseline efektů. Hodnotou prahového rozlišení pro DA byla 3.0 jednotky Mahalanobisovy vzdálenosti (nižší = lepší shoda).

Použitá instrumentace

Hlavní přístroj: Thermo Scientific Antaris Method Development Sampling (MDS) FT‑NIR analyzer. Součásti a software použité ve studii:

• Integrační sféra pro reflektanční měření.
• Transmisní komora a možnosti fiber‑optického sondování (uplatněné v kontextu systému, ale konkrétní dataset byl z reflektance).
• Software RESULT pro sběr dat a TQ Analyst pro chemometrické modelování.
• ValPro system qualification pro verifikaci výkonu přístroje.
• Interní zlatá vlaječka (gold flag) jako referenční pozadí (výhoda: stabilní pozadí bez spektrálních rysů).

Hlavní výsledky a diskuse

Soubor 1 (kvalitativní rozlišení):

• Obě metody odběru (celá kapsle i prášek) umožnily spolehlivé rozlišení čtyř formulací se společnou účinnou látkou.
• DA model vytvořený na celooborových spektrálních datech (4000–10 000 cm−1) identifikoval každou kapsli bez chyb; Mahalanobisovy vzdálenosti k nejbližší konkurenci byly výrazně nad prahovou hodnotou, což potvrdilo jednoznačnost rozlišení.

Soubor 2 (kvantifikace klinických dodávek):

• Pro kvantifikaci obou odběrových režimů byly vybudovány PLS modely. Výsledky ukázaly vysokou korelaci pro oba přístupy, avšak modely založené na práškovém obsahu měly lepší přesnost při křížové validaci.
• Konkrétní hodnoty: Whole capsule PLS (3 faktory) – korelační koeficient 0.9991, RMSEC 0.143 mg/capsule, RMSECV 0.742 mg/capsule; Powder PLS (2 faktory) – korelační koeficient 0.9993, RMSEC 0.126 mg/capsule, RMSECV 0.140 mg/capsule.

Soubor 3 (kvantifikace nízkého obsahu API, cílově 5 mg):

• Zde byla přesnost měření výrazně ovlivněna nízkým podílem aktivní látky (~4 %). Modely z práškového obsahu podstatně překonaly modely z celé kapsle.
• Konkrétní hodnoty: Whole capsule PLS (2 faktory) – korelační koeficient 0.8686, RMSEC 0.152 mg, RMSECV 0.302 mg; Powder PLS (2 faktory) – korelační koeficient 0.9960, RMSEC 0.0274 mg, RMSECV 0.151 mg.
• Z těchto výsledků plyne, že pro přesnou kvantifikaci nízko obsahových API je destruktivní analýza obsahu zpravidla nutná. Spektrální interference želatinové skořápky významně snižuje přesnost modelu pro celé kapsle.

Přínosy a praktické využití metody

FT‑NIR přináší výrazné provozní výhody:

• Rychlost a efektivita – analýza trvala méně než jednu minutu na vzorek.
• Minimální příprava vzorku – při použití celé kapsle žádné rozplavování ani solventy.
• Snížení expozice rizikovým rozpouštědlům a snížení nákladů na likvidaci odpadů při destruktivním režimu (pouze nasypání prášku do kelímku).
• Možnost nedestruktivního screeningu klinických dodávek nebo kontroly identity bez poškození vzorku.

Doporučení pro praxi

• Použít analýzu celých kapslí jako primární rychlý screen pro kvalitativní rozlišení a kontrolu identity, zejména pokud je nutná nedestruktivita.
• Pro přesné kvantitativní stanovení, zvláště u nízkého procenta API, využít destruktivní analýzu prášku v dobře usazených vzorkových kelímcích; menší vialy a pečlivé balení mohou zlepšit reproducibilitu.
• Vždy zvažit spektrální oblast a předzpracování (např. Norris 2nd derivative) pro zvýšení signálu API vůči matrici kapsle.
• Validovat modely RMSECV/RMSEC a použít vhodnou cross‑validaci; pro kritické analýzy rozšířit kalibrační soubor vzorků.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekávané směry rozvoje a praktického nasazení:

• Rozšíření FT‑NIR jako nástroje pro PAT (procesní analytická technologie) a at‑line/online monitorování výroby kapslí.
• Integrace pokročilejších chemometrických přístupů (robustní pretreatment, robustní PLS varianty, strojové učení) pro zlepšení selektivity a generalizace modelů.
• Vývoj specializovaných sond/konfigurací integračních sfér pro snížení vlivu obalu kapslí.
• Komplementární multimodální přístup – kombinace FT‑NIR s Ramanem nebo mid‑IR pro lepší detekci nízkoobsahových API.
• Regulatorická akceptace a vznik standardních pracovních postupů (SOP) pro použití FT‑NIR při kontrole kvality kapslí.

Závěr

Studie ukazuje, že FT‑NIR (Antaris MDS) je životaschopnou metodou pro kvalitativní i kvantitativní analýzu tvrdých želatinových kapslí. Nedestruktivní reflektance celých kapslí poskytuje spolehlivé rozlišení formulací a je vhodná pro rychlý screening a kontrolu identity. Pro přesné kvantifikace, zejména v případě nízkého podílu účinné látky, poskytují lepší výsledky destruktivní měření práškového obsahu. Celkově FT‑NIR nabízí rychlejší a šetrnější alternativu k tradičním chromatografickým metodám, přičemž minimalizuje přípravu vzorků a používání rozpouštědel.

Reference

• Thermo Scientific Application Note 51595 (2008) Investigation of Different Sampling Techniques for the Analysis of Capsule Contents by Fourier Transform Near‑Infrared Spectroscopy.