Quantification of the active ingredient in a pharmaceutical topical gel formulation

Quantifikace účinné látky v topickém gelu pomocí FT‑NIR

Význam tématu

Gely, krémy a masti tvoří důležitou část farmaceutických forem, ale jejich analýza je často náročná kvůli obtížné extrakci a zdlouhavé přípravě vzorku. Metody, které umožňují rychlou, nedestruktivní a málo pracnou analýzu bez složitého vzorkování, proto v praxi významně zrychlí kontrolu kvality a vývoj formulací. Fourierova transformace v blízké infračervené oblasti (FT‑NIR) nabízí tyto výhody a je zajímavou alternativou k tradičním referenčním postupům pro průběžné i šaržové testování topických přípravků.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo ověřit, zda lze FT‑NIR v transmisním režimu využít pro kvantifikaci ketoprofenu v průhledném karbopolovém gelu. Připravilo se šest formulací s obsahem ketoprofenu 0, 1, 2, 4, 6 a 8 % (w/w). Každá formulace byla analyzována ve čtyřech replikách, u vybraných úrovní byly ponechány i kontrolní vzorky pro nezávislé ověření kalibrace. Hodnocena byla přesnost, reprodukovatelnost a vhodnost FT‑NIR jako rychlé alternativy k časově náročným metodám.

Použitá metodika

- Formulace: karbopolový gel (Carbopol 980) neutralizovaný triethanolaminem; nosič byl voda/propylene glycol. Ketoprofen byl rozpouštěn v ko‑rozpouštědle a míchán se stock roztokem karbopolu tak, aby výsledné gely obsahovaly 0–8 % ketoprofenu. - Vzorkování: gely naplněné do jednorázových skleněných vialek Ø7 mm, odplynění centrifugací (1 000–3 000 rpm, do 10 min). Pro každou úrovňi čtyři nezávislé aliquoty. - Spektrální měření: Antaris FT‑NIR Analyzer v transmisním modu; spektrální rozsah 4 000–10 000 cm⁻¹, rozlišení 4 cm⁻¹, 64 sumarizovaných skenů, doba sběru ~47 s, detektor InGaAs. Měření při laboratorní teplotě (~21 °C). - Pre‑processing a chemometrie: aplikovány korekce rozptylu a derivace (MSC, Norris derivace, Savitzky‑Golay). Modelování prováděno v softwaru TQ Analyst pomocí Stepwise Multiple Linear Regression (SMLR) a Partial Least Squares (PLS‑I). Pro jednoduchost a přehlednost byl u finální kalibrace použit jednoparametrový SMLR se spektrem vybraným v bodě 8 792 cm⁻¹ (oblast druhého C–H overtonu ketoprofenu).

Použitá instrumentace

• FT‑NIR analyzátor: Thermo Scientific Antaris (transmisní modul).
• Detektor: InGaAs.
• Vialky: jednorázové skleněné (Alltech Corporation), Ø7 mm.
• Laboratorní pomůcky: centrifuga pro odplynění, magnetické míchadlo/spatula pro formulaci.
• Poznámka: v textu je zmíněna i novější generace Antaris II jako vylepšená varianta pro rychlejší a výkonnější měření.

Hlavní výsledky a diskuse

- Spektrální charakteristika: ketoprofen jako čistá látka vykazuje výrazné a dobře definované signály v NIR oblasti; ve formulacích byly po aplikaci druhé derivace zřetelné rozdíly korelující s koncentrací. - Kalibrace: vybrané spektrální místo 8 792 cm⁻¹ (druhý C–H overtón) posloužilo pro jednoduchý SMLR model. Korelační koeficient modelu byl 0,9996, což indikuje vynikající lineární závislost mezi NIR signálem a obsahem ketoprofenu. - Chyba a validace: RMSEC = 0,0775 % a RMSECV (leave‑one‑level‑out) = 0,0990 %, tedy RMSECV je mírně vyšší než RMSEC jak se očekává při křížové validaci. Kontrolní (check) vzorky ponechané mimo kalibraci byly predikovány velmi přesně (př.: skutečné 1.00 % → predikce 1.00 %, 4.00 % → 4.02 %, 6.00 % → 5.98 %), s rozdíly v řádu 0–0,55 % a opakovatelností (6× měření 4% vzorku) RSD = 0,10 %. - Interpretace: výsledky ukazují, že pro průhledné/translucentní gely s homogenním rozptylem účinné látky je FT‑NIR transmisní měření schopné dosáhnout přesnosti a reprodukovatelnosti vhodné pro farmaceutické analýzy. Významnou výhodou je absence nutnosti extrakce, čímž se eliminuje zdroj chyb a zkracuje čas analýzy. - Omezení: metoda byla ověřena na specifickém, průhledném karbopolovém gelu s ketoprofenem; výsledky se nemusí přímo přenášet na neprůhledné nebo silně absorbující matrice bez nové kalibrace. Také je nezbytná robustní kalibrace a kontrola vlivů rozptylu a variability formulace.

Přínosy a praktické využití metody

• Výrazné zrychlení analýzy oproti extrakčním HPLC postupům — výsledky za méně než minutu bez destrukce vzorku.
• Minimální příprava vzorku — přímé měření gelů v jednorázových vialkách.
• Vysoká přesnost a reprodukovatelnost v rámci testované formulace (nízké RMSE a nízké %RSD).
• Vhodnost pro kontrolu kvality šarží, screening formulací a potenciálně i pro kontrolu při výrobě (after‑release testing nebo inline/at‑line monitoring po implementaci vhodného hardware).

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření na různé typy topických forem: přizpůsobení kalibrací pro krémy a masti, včetně neprůhledných matric, s využitím transferrable modelů a větších datasetů.
• Integrace do režimů PAT (Process Analytical Technology) pro online nebo at‑line monitorování výroby gelů a emulzí.
• Využití pokročilých chemometrických přístupů (multiblock, robustní PLS, datové augmentace, přenos kalibrací mezi přístroji) pro zvýšení robustnosti napříč laboratoriemi a zařízeními.
• Nasazení modernějších NIR přístrojů (rychlejší detektory, vyšší rozlišení), mobilních/ručních NIR jednotek a cloud‑based modelů pro decentralizované testování.
• Další vývoj v pre‑processing technikách a automatizované detekci interferencí (např. změn viskozity, bublin nebo heterogenit), aby se minimalizovaly falešné odchylky v rutinním provozu.

Závěr

Studie demonstruje, že FT‑NIR transmisní spektroskopie je rychlá, přesná a praktická metoda pro kvantitativní stanovení ketoprofenu v průhledném karbopolovém gelu bez nutnosti extrakce. U testovaného systému byly dosaženy vynikající korelace, nízké chyby kalibrace a velmi dobrá reprodukovatelnost. Metoda je perspektivní pro rutinní QC a vývoj formulací, přičemž pro širší aplikaci je třeba rozšířit kalibrace a ověřit robustnost na rozdílných matricích.

Reference

1. Drennen JK, Kramer EG, Lodder RA. Critical Reviews in Analytical Chemistry, 22(6), 443 (1991).
2. Kirsch JD, Drennen JK. Applied Spectroscopy Reviews, 30(3), 139 (1995).
3. Morisseau KM, Rhodes CT. Drug Development and Industrial Pharmacy, 21, 1071 (1995).
4. Bradfield KB, Forbes RA. Journal of Near Infrared Spectroscopy, 5, 41 (1997).
5. Last IR, Prebble KA. Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis, 11(11/12), 1071 (1993).
6. Isaksson T, Næs T. Applied Spectroscopy, 42, 1273 (1988).
7. Williams P, Norris K. Cereal Chemistry, 61, 158 (1984).
8. Savitzky A, Golay MJE. Analytical Chemistry, 36, 1627 (1964).