Bagaimana DSC Membantu dalam Mengkarakterisasi Bahan Farmasi Aktif

Carsten Schauerte adalah salah satu pendiri dan direktur pelaksana SOLID-CHEM GmbH di Pusat Biomedis di Bochum, Jerman. Beliau lulus dengan gelar sarjana Kimia dari Universitas Essen, menerima gelar doktor pada tahun 2004 dan bekerja sebagai postdoc di Universitas Goethe di Frankfurt am Main.

Di SOLID-CHEM GmbH, yang didirikan pada tahun 2010, bidang fokusnya meliputi metode analisis dan pengembangan KristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan.kristalisasi, polimorf, garam dan ko-kristal, serta "penyaringan" amorf dan identifikasi dan karakterisasi partikel. SOLID-CHEM juga menawarkan berbagai metode analitik untuk analisis kondisi padat yang terhubung silang.

Untuk pengobatan penyakit, industri farmasi terus berupaya melakukan penelitian tentang bahan farmasi baru (API) yang memiliki sifat fisikokimia yang spesifik dan sesuai dengan tujuan, seperti kemampuan untuk menempel pada protein reseptor dan dengan demikian memicu reaksi sel yang diinginkan. Setelah obat aktif ditemukan, tantangannya adalah membuatnya dapat diserap oleh tubuh. Istilah kuncinya di sini adalah kelarutan. Selain itu, bahan aktif kemudian harus dibawa ke dalam bentuk sediaan yang sesuai, misalnya tablet, kapsul, atau larutan. Formulasi obat biasanya juga mengandung eksipien, yang berfungsi untuk memberikan pengaruh positif terhadap kelarutan atau stabilitas. Karakterisasi bahan memainkan peran penting dalam langkah ini. Dari berbagai macam struktur padat (polimorf, hidrat, solvat, dan bahan amorf), yang menjamin ketersediaan hayati dan keamanan produk harus diidentifikasi.

Metode analisis pelengkap yang berbeda sering digunakan untuk karakterisasi masing-masing bentuk benda padat. Sifat termal dari bahan aktif, eksipien dan formulasi dapat dideteksi dengan menggunakan DSC. Ini termasuk penentuan Suhu Leleh dan EntalpiEntalpi fusi suatu zat, juga dikenal sebagai panas laten, adalah ukuran masukan energi, biasanya panas, yang diperlukan untuk mengubah suatu zat dari padat menjadi cair. Titik leleh suatu zat adalah suhu saat zat tersebut berubah wujud dari padat (kristal) menjadi cair (lelehan isotropik).titik leleh dan transformasi fase umum, misalnya, melalui sinyal EndotermikTransisi sampel atau reaksi bersifat endotermik jika panas diperlukan untuk konversi.endotermik dalam DSC.

Polimorfisme Zat Kristal - Penting untuk Kemanjuran Obat

Banyak zat kristal yang mampu membentuk polimorf. Polimorf adalah senyawa dengan komposisi kimia yang sama, dicirikan oleh susunan molekul yang berbeda di dalam kristal dalam keadaan padat. Bentuk polimorf yang berbeda dapat dihasilkan dengan mengatur parameter yang berbeda selama proses KristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan.kristalisasi dari lelehan atau larutan. Mereka juga dapat dibentuk oleh transformasi fase padat-padat. Hal ini dapat dipengaruhi oleh kelembapan atau tekanan yang berbeda, terutama oleh suhu atau gradien suhu tertentu. Perbedaan pada tingkat molekuler antara polimorf juga dapat menyebabkan perbedaan pada tingkat makroskopis. Dengan demikian, polimorf dapat menunjukkan sifat fisik yang berbeda dalam berbagai bentuk kristalnya. Ini termasuk, antara lain, kelarutan yang berbeda dan dengan demikian mungkin mengubah ketersediaan hayati.

Namun, menemukan polimorf yang stabil dengan sifat kemanjuran yang diinginkan sangat memakan waktu. Bahkan ketika zat yang menjanjikan ditemukan, hanya satu dari ribuan bahan aktif yang "selamat" dari fase pengujian dan berhasil menjadi obat yang dapat dipasarkan. Oleh karena itu, bahan aktif yang menjanjikan tersebut juga dipatenkan oleh perusahaan farmasi untuk menjamin pemasaran eksklusif.

Analisis sebagai Alat Bermanfaat untuk Pemecahan Masalah dalam Pembuatan Obat

Studi laboratorium yang mendalam memberikan informasi tentang parameter pemrosesan yang optimal untuk setiap bentuk polimorfik seperti kelarutannya, pelarut KristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan.kristalisasi yang disukai, konsentrasi yang dioptimalkan dalam sistem pelarut campuran, kondisi KristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan.kristalisasi, dan banyak lagi. Namun, jika suatu obat tidak menunjukkan kemanjuran yang diinginkan saat digunakan, perlu diklarifikasi pada titik pemrosesan atau persiapan mana masalah terjadi. Mungkin bahan aktif telah berubah menjadi bentuk polimorfik lain sebagai akibat dari proses produksi atau interaksi yang tidak diinginkan dengan eksipien, atau mungkin masalahnya disebabkan oleh ketidakmurnian dalam produk? Dalam kasus seperti itu, perusahaan farmasi sering kali meminta bantuan laboratorium kontrak khusus seperti SOLID-CHEM GmbH di Bochum, Jerman. Metode analisis ekstensif tersedia di laboratorium internal mereka, seperti difraksi sinar-X dan laser, spektroskopi resonansi magnetik GetaranProses mekanis osilasi disebut getaran. Getaran adalah fenomena mekanis di mana osilasi terjadi di sekitar titik keseimbangan. Dalam banyak kasus, getaran tidak diinginkan, membuang energi dan menciptakan suara yang tidak diinginkan. Sebagai contoh, gerakan getaran mesin, motor listrik, atau perangkat mekanis apa pun yang sedang beroperasi biasanya tidak diinginkan. Getaran tersebut dapat disebabkan oleh ketidakseimbangan pada bagian yang berputar, gesekan yang tidak rata, atau penyambungan gigi roda gigi. Desain yang cermat biasanya meminimalkan getaran yang tidak diinginkan.getaran dan nuklir, dan mikroskopi, serta analisis termal dengan termogravimetri dan kalorimetri pemindaian diferensial dengan menggunakan NETZSCH DSC 204 F1 Phoenix^®.

Bagaimana Analisis Termal Dapat Membantu?

Analisis termal terdiri dari serangkaian metode. Salah satunya adalah differential scanning calorimetry (DSC), yang digunakan untuk menguji apakah Transisi FaseIstilah transisi fase (atau perubahan fase) paling sering digunakan untuk menggambarkan transisi antara keadaan padat, cair dan gas.transisi fase atau reaksi kimia terjadi pada suatu bahan. Untuk tujuan ini, sampel dikenai program suhu yang ditentukan, yaitu suhu pada sampel dinaikkan atau diturunkan pada tingkat tertentu atau dibiarkan konstan untuk waktu tertentu. Panas yang teradsorpsi (EksotermikTransisi sampel atau reaksi dikatakan eksotermik jika dihasilkan panas. eksotermal) atau diserap (endotermal) diukur. Hal ini memungkinkan kesimpulan yang dapat diambil tentang proses kimia dan fisika seperti peleburan, KristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan.kristalisasi, atau transformasi polimorfik.

Kemunculan dan Pengenalan Bentuk Polimorfik dengan Contoh Parasetamol

Tiga polimorf dikenal dengan bahan aktif parasetamol, pereda nyeri yang umum:

1. Bentuk stabil I (monoklinik)
2. Bentuk metastabil II (ortorombik) dan
3. Bentuk tidak stabil III

Bentuk polimorfik yang berbeda dapat dibedakan dengan baik melalui analisis DSC.

Dalam contoh berikut, 2,4 mg parasetamol dipanaskan dua kali dari suhu -20°C hingga 200°C dalam atmosfer nitrogen dalam krus aluminium. Segmen pendinginan di antaranya juga dilakukan pada 10 K/menit. Pada pemanasan pertama, efek endotermal dengan suhu awal yang diekstrapolasi sebesar 169°C dapat dilihat. Hal ini berkorelasi dengan baik dengan Suhu Leleh dan EntalpiEntalpi fusi suatu zat, juga dikenal sebagai panas laten, adalah ukuran masukan energi, biasanya panas, yang diperlukan untuk mengubah suatu zat dari padat menjadi cair. Titik leleh suatu zat adalah suhu saat zat tersebut berubah wujud dari padat (kristal) menjadi cair (lelehan isotropik).titik leleh bentuk I. Selama langkah pendinginan terkontrol berikutnya (tidak ditampilkan di sini), tidak ada KristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan. kristalisasi yang terjadi. Ini berarti parasetamol masih berbentuk amorf pada awal langkah pemanasan^ke-2. Selama pemanasan^ke-2, pertama-tama transisi gelas (small langkah ke arah endotermal) terjadi sebagai karakteristik keadaan amorf, diikuti oleh efek EksotermikTransisi sampel atau reaksi dikatakan eksotermik jika dihasilkan panas. eksotermal (dengan suhu puncak 82 ° C) yang terkait dengan proses dingin atau Pasca Kristalisasi (Kristalisasi Dingin)Pasca kristalisasi plastik semi-kristal terjadi terutama pada suhu tinggi dan peningkatan mobilitas molekul di atas transisi gelas.pasca-kristalisasi. Studi XRD paralel menunjukkan bahwa bentuk III terbentuk di sini. Bentuk III ini berubah menjadi bentuk II setelah pemanasan lebih lanjut (juga dikonfirmasi oleh penyelidikan XRD), yang akhirnya meleleh pada suhu 157°C (suhu awal yang diekstrapolasi). Efek EksotermikTransisi sampel atau reaksi dikatakan eksotermik jika dihasilkan panas. eksotermal pada suhu 133°C (suhu puncak) disebabkan oleh transformasi struktural menjadi bentuk polimorfik lainnya. Suhu awal yang diekstrapolasi sebesar 157°C adalah karakteristik dari bentuk II.

Kami mengajukan beberapa pertanyaan kepada Dr. Schauerte untuk melengkapi artikelnya:

NETZSCH: Schauerte, Anda berkolaborasi erat dengan perusahaan farmasi, memberikan dukungan untuk masalah yang dihadapi selama pengembangan dan pemrosesan bahan aktif farmasi. Pertanyaan apa yang paling sering diajukan oleh perusahaan farmasi dan bagaimana metode analisis (termal) dapat membantu memecahkan masalah ini?

Dr. Carsten Schauerte: Dalam hal sistem polimorfik, pertanyaan yang paling sering ditanyakan adalah:

• Bentuk padat apa yang ada?
• Apa saja sifat-sifat dari masing-masing bentuk?

Khusus untuk pertanyaan pertama, jawabannya tidak mudah dan eksperimen ekstensif dengan analisis ikatan silang berikutnya harus direncanakan dan dilakukan untuk menggambarkan lanskap keadaan padat dari kandidat obat seakurat mungkin. Hal ini selalu bergantung pada seberapa banyak waktu dan energi (dan sumber daya keuangan) yang akan diinvestasikan. Metode analitik sangat berguna di sini untuk mengidentifikasi dan mengkarakterisasi bentuk polimorfik baru. Analisis termal menunjukkan perilaku termal dari berbagai bentuk (transisi gelas, peleburan dan KristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan. kristalisasi dan juga gas buang cairan), tetapi juga menghasilkan informasi tentang sifat transformasi potensial antara dua atau lebih bentuk. Selain itu, DSC juga dapat, misalnya, digunakan sebagai alat preparatif untuk menghasilkan bentuk-bentuk baru.

NETZSCH: Tingginya biaya investasi yang dikeluarkan oleh perusahaan farmasi hingga ditemukannya bahan aktif yang dapat dipasarkan berarti masalah hukum paten juga menjadi bagian dari ruang lingkup Anda. Dapatkah Anda menjelaskan secara singkat tentang hal ini dan bagaimana metode analitik (termal) juga berkontribusi dalam memecahkan masalah ini?

Dr. Carsten Schauerte: Permohonan paten untuk bentuk padat polimorfik biasanya diajukan sebagai tindak lanjut dari berakhirnya paten zat dan sering kali berfungsi untuk memperpanjang perlindungan paten untuk zat aktif. Perusahaan lain kemudian dapat menentang paten baru ini atau memasarkan bentuk alternatif yang tidak terlindungi, bahkan mungkin memilikinya sendiri. Analisis termal juga berkontribusi di sini untuk karakterisasi dan penetapan bentuk yang jelas. Selain itu, dengan menentukan Suhu Leleh dan EntalpiEntalpi fusi suatu zat, juga dikenal sebagai panas laten, adalah ukuran masukan energi, biasanya panas, yang diperlukan untuk mengubah suatu zat dari padat menjadi cair. Titik leleh suatu zat adalah suhu saat zat tersebut berubah wujud dari padat (kristal) menjadi cair (lelehan isotropik).titik leleh, misalnya, mereka dapat memperjelas keunggulan yang menentukan dari bentuk baru dibandingkan bentuk lain, yang dapat mengarah pada pematenan.

NETZSCH: Satu pertanyaan terakhir untuk Anda, Dr. Schauerte: Kalorimetri pemindaian diferensial adalah salah satu metode analisis termal yang paling sering digunakan. Di mana Anda melihat kekuatan DSC dalam aplikasi Anda?

Carsten Schauerte: Sama pentingnya dan berharganya dengan metode difraksi sinar-X, mikroskop dan spektroskopi vibrasi, metode-metode tersebut biasanya hanya memberikan gambaran singkat, sedangkan metode analisis termal menyajikan gambaran dinamis pada rentang suhu tertentu. Hal ini sangat penting bagi kami karena bahan aktif ditangani tidak hanya pada satu suhu yang sangat spesifik, tetapi pada berbagai suhu selama beberapa waktu: Ada proses manufaktur dan formulasi serta rute penyimpanan dan pengangkutan di mana masing-masing bahan aktif terpapar pada suhu yang lebih tinggi atau lebih rendah, dan bentuk zat padat yang dipilih harus tahan terhadap suhu tersebut. Untuk menjamin hal ini, kita perlu mengetahui dan menggambarkan perilaku termal bahan aktif atau polimorf setepat mungkin agar dapat mencegah transformasi fase yang tidak diinginkan.

NETZSCH: Schauerte, terima kasih banyak atas wawasan yang menarik tentang pekerjaan Anda ini!