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【热点应用】是时候表演真正的技术了 ,破解乳膏剂颗粒表征难题!

发布时间:2022-06-09      点击次数:446

乳膏剂颗粒表征

重点与难点


乳膏剂是一种常用于湿疹、皮炎、疱疹等局部皮肤病治疗的外用半固体制剂,其基质一般由水相和油相两相组成,药物则以溶解或混悬状态分布于基质中,因此被认为是典型的“大简至繁"的复杂制剂,即处方组成简单,但微观结构复杂且工艺难点多,包括药物晶型、混悬的药物颗粒大小和形貌、油水两相之间的界面张力、液滴粒径分布与稳定性、流变学特性等等,其中API和液滴颗粒的粒度分布对生物利用度和制剂物理稳定性的影响最为关键,因此是乳膏剂产品开发和质量控制中的重点和难点。


药物研发中常用的粒径测定技术有多种,包括激光粒度仪、动态光散射、电镜、光学显微镜等,但由于乳膏剂的半固体制剂形态,对其进行颗粒表征的特殊挑战在于[1]

① 在样品制备时,不能因为稀释、蒸发或其他操作导致API/液滴颗粒大小发生变化;

② 要具有足够高的对比度,能够对API/液滴进行准确计数和分析,因此光学显微镜成为了乳膏剂颗粒粒度和形貌分析的简单直接的工具。


用光学显微镜对乳膏剂进行观察时,通常采用“三明治"制样法,即取少量样品于载玻片上,盖上盖玻片后轻轻按压使样品延展铺开成为薄薄的一层,这样尽可能保证API颗粒的微环境和制剂的微观结果不被破坏,避免了采用其他粒径测定技术时导致乳膏中API颗粒溶解、析出、重结晶或乳滴颗粒因剪切力而变形、破裂等问题。


普通光学显微镜

传统方法的困境


常用于乳膏剂分析的普通光学显微镜包括亮视野显微镜和偏光显微镜(PLM),亮视野显微镜用于观察乳膏剂中的液滴颗粒,PLM则用于混悬API晶体颗粒的分析,但这两种手动模式的显微镜观察法都存在明显弊端:


① 颗粒代表性不足的问题。普通显微镜观察样品,通常只能获得少数视野中几十到至多几百个颗粒的信息,而视野之外还有海量颗粒样本被遗漏,所以很难通过观察有限个数的颗粒样本得到有统计代表性和可重复的粒度分布信息。而根据ISO13322-1: 粒度分析— 静态图像分析法[2]:“当采用图像分析法测定粒度时,必须要统计一定数目的颗粒才能得到有意义的粒度结果……例如对几何标准偏差为1.6的粉末颗粒,误差5%以内以及概率为95%时,得到粉末的质量中位径,需要大约61000个颗粒。“ 即使乳膏剂的粒度分布相对较窄,未必需要观察数以万计的颗粒,但是如何确保颗粒样本数量足够和粒度统计信息具有代表性,仍然是普通显微镜观察法面临的最大难题。


② 分析人员主观性偏差。普通显微镜观察依赖于操作者挑选观察视野和辨识颗粒,存在较强的主观偏向性 ,有可能不同的操作者因为判断标准不一致或长时间观察的疲劳导致结果出现较大的偏差,所以最好是由经验丰富的、专门的分析人员进行观察和分析。


由于存在代表性不足、主观误差大且效率低下等先天不足,使采用普通显微镜测定乳膏剂颗粒粒径成为了一门“玄学“,显然无法满足FDA外用半固体制剂仿制药指导原则中所要求的对乳膏剂的微观结构特性(Q3)进行准确表征以与参比制剂进行相似性评价的要求[3]


全自动颗粒图像分析仪

变“玄学"为科学


随着计算机技术和高精度微定位控制技术的发展,全自动显微镜成为了颗粒图像表征领域的Game Changer。与普通手动显微镜相比,全自动显微镜具有相同的高分辨率和成像质量,并且能够对全视野进行自动扫描、计数和成像,不仅解决了传统显微镜法统计代表性不足问题,还将分析效率提升了数百倍,更好的满足了药物研发对于数据准确度、重复性以及时间效率的高要求。


Morphologi 4是马尔文帕纳科公司的最新一代全自动颗粒图像分析系统,符合静态图像分析国际技术标准ISO13322-1, 可对0.5μm到几个毫米范围内的颗粒进行自动扫描和快速成像,自动统计颗粒数目和获得颗粒高清图像,分析颗粒大小和形貌特征,一次扫描的颗粒数目可从数千个到几十万个以确保充分的代表性,并给出具有统计意义的颗粒粒度分布和形貌分布信息。


Morphologi 4 适用于不同类型的药物样品,除乳膏剂、混悬剂等剂型可以通过“三明治法"制样进行分析以外,还带有自动干粉分散装置,可对原料药、辅料和胶囊等干粉样品进行全自动分散和扫描,是对原辅料和制剂进行基于图像法的量化分析和质量控制的利器。

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Morphologi 4 分析乳膏剂

应用案例


该案例中的样品为主药呈混悬状态的半固体制剂,按照药审中心《皮肤外用化学仿制药研究技术指导原则》的要求[4],混悬的药物粒径对其在皮肤局部的溶解度和释放速率有关键影响,而液滴粒径可反映处方工艺的合理性,并会影响药物的释放性能和透皮性能,因此要求对仿制药的粒径指标进行研究和控制,作为评价生物等效性的依据。

 

采用“三明治"制样法,通过Morphologi 4自动扫描分析,二十分钟之内即可获得API颗粒和液滴颗粒的粒径分布结果,以及API的晶癖和液滴颗粒的圆度值等形貌因子的分布值。

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混悬型乳膏剂

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Morphologi 4 自动扫描乳膏剂样品


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Morphologi 4 乳膏剂粒度粒形分析结果


参考文献:

[1]. D. W. Osborne, K. Dahl, H. Parikh. Determination of Particle Size and Microstructure in Topical. AAPS Advances in the Pharmaceutical Sciences Series 36

[2]. ISO13322-1: Particle size analysis — Image analysis methods Part 1: Static image analysis methods.

[3]. 邵鹏, 郑金琪, 潘芳芳等. 外用半固体制剂的体外释放试验和等效性评价[J]. 中国现代应用药学, 2021, 38(20): 2481-2487。

[4]. 新注册分类的皮肤外用仿制药的技术评价要求,药品审评中心。