کاربرد رامان در صنعت داروسازی

آبان ۱۸, ۱۴۰۱
هاله کرد حقی-کارشناس ارشد فتونیک
بدون نظرات

طیف ‌سنجی رامان یکی از ابزارهای تحلیلی مهم در صنعت داروسازی است. اسپکتروسکوپی رامان را می‌توان برای ارزیابی کمی و کیفی در این حوزه به کار برد. از مهم‌ترین کاربردهای این طیف‌سنجی می‌توان به بررسی یکنواختی ترکیبات دارو، نظارت بر واکنش‌های شیمیایی، بررسی روکش دارو‌ها، نظارت بر تبلور و تجزیه و تحلیل پلی‌مورف‌ها اشاره کرد. برای اطلاعات بیشتر در این زمینه تا انتهای این مقاله همراه ما باشید.

رامان در داروسازی

رامان در طیف‌سنجی یک آنالیز مولکولی است و اثر انگشت مواد را ثبت می‌کند. به بیانی دیگر طیف رامان هر ماده منحصر به فرد است و به نوعی اثر انگشت آن ماده به حساب می‌آید. به دلیل ویژگی‌هایی که طیف‌سنجی رامان دارد در صنعت داروسازی در مراحل مختلفی مورد استفاده قرار می‌گیرد. برخی از این ویژگی‌ها را به شکل زیر می‌توان توصیف کرد:

طیف‌سنجی رامان به نمونه آسیب نمی‌زند.
نمونه را در حجم کم هم آنالیز می‌کند.
از روی بسته‌بندی شیشه‌ای، پلاستیکی شفاف و نیمه شفاف نیز می‌توان طیف رامان نمونه‌ها را به دست آورد.
نیازی به آماده سازی نمونه ندارد.
بسیار سریع است.
انواع فاز نمونه (جامد، مایع، ژل) را می‌تواند آنالیز کند.

فرآیند داروسازی

تولید دارو به دو مرحله تقسیم می‌شود:

تولید اولیه: شامل سنتز و کریستالیزاسیون
تولید ثانویه: شامل مراحل ترکیب، گرانولاسیون، قرص‌سازی، روکش و تست محصول نهایی

طیف سنج رامان و رامان پرتابل در هر مرحله از فرایند داروسازی می‌توانند کاربرد خاص خودشان را داشته باشند. کاربرد رامان در هر مرحله را در ادامه شرح می‌دهیم.

مرحله سنتز

در مرحله سنتز از فرایند تولید دارو، از رامان برای شناسایی مواد اولیه، تخریب (Degradation)، نظارت بر واکنش‌های شیمیایی و سرعت واکنش استفاده می‌شود.
اتیل استات، استیک اسید و اتانول از جمله ترکیبات شیمیایی هستند که در صنعت داروسازی از آن استفاده می‌کنند. در شکل ۱ طیف رامان این سه ماده اولیه نشان داده شده است. این مواد به راحتی به کمک رامان شناسایی می‌شوند.

**شکل ۱: طیف رامان استیک اسید، اتانول و اتیل استات**

همان طور که اشاره کردیم از طیف‌سنجی رامان برای نظارت بر واکنش‌های شیمیایی در مرحله سنتز استفاده می‌شود. در شکل ۲ واکنش‌های نرمال برای سنتز این سه ماده نشان داده شده است. همان طور که می‌بینید بعد از گذشت ۱ ساعت و بار دیگر بعد از ۱۲ ساعت طیف رامان مواد تغییر کرده است. پیک‌های مشخصه اتیل‌ استات (cm^-۱) ۳۷۶،۶۳۲ و ۸۴۵ با گذشت زمان افزایش یافته است. پیک مشترک در اتانول و استیک اسید (cm^-۱) ۸۸۴ با گذشت زمان کاهش یافته است. به این صورت با اندازه‌گیری ارتفاع یا مساحت پیک‌ها بر واکنش‌‌های شیمیایی نظارت می‌کنند.

**شکل ۲: طیف رامان سه ماده اتانول، استیک اسید و اتیل استات ۰، ۱ و ۸ ساعت پس از سنتز**

مرحله تبلور (crystallization)

مرحله دوم از فرآیند تولید دارو، مرحله تبلور است. در این قسمت آنالیزهای لازم برای نظارت بر تولید مواد با خلوص مطلوب، ترکیب پلی مورفیک، خواص سطحی، اندازه و توزیع شکل ذرات انجام می‌گیرد. کنترل و نظارت بر این مرحله حیاتی است. زیرا وجود مشکل در مرحله تبلور، مشکلات زیادی را در مراحل بعدی ایجاد می‌کند. تبلور دسته‌ای از دارو‌ها در محیط‌های آبی صورت می‌گیرد. به همین دلیل طیف‌سنجی رامان یک روش بسیار سودمند برای این مرحله است. زیرا در محیط‌های آبی جذب ندارد و طیف‌سنجی دچار اختلال نمی‌شود.
در فرآیند کریستالیزاسیون، دارو از ماتریس حلال جدا می‌شود. در این مرحله طیف‌سنجی رامان می‌تواند برای مطالعه و آنالیز ماده به دست آمده از این فرآیند به کار گرفته شود. شکل ۳ طیف رامان حلال (واکنش دهنده اولیه) و محصول نهایی کریستالی را نشان می‌دهد. در این حالت، ماده به دست آمده دارای یک پیک مشخصه در ناحیه (cm^-۱) ۱۱۵۰ است (طیف قرمز رنگ). از این پیک برای بررسی شکل‌گیری درست کریستال‌ها استفاده می‌شود. همچنین با بررسی کمومتری طیف می‌توان بر فرایند تبلور نظارت داشت.

مطالعه مقاله مشخصه یابی چربی شیر با طیف سنجی رامان

طیف رامان واکنش دهنده و محصول نهایی فرایند کریستالیزاسیون — **شکل ۳: طیف رامان واکنش دهنده (طیف آبی رنگ) و محصول نهایی فرایند کریستالیزاسیون (طیف قرمز رنگ)**

نظارت بر تغییر پلی‌مورف‌ها، بررسی پدیده‌های مرتبط با افزودن ضد حلال،‌ نظارت بر غلظت محلول و محصول پلی‌مورفیک، مشخصه‌یابی، تغییر شکل حلال واسطه، مطالعه مکانیزم انتقال فاز، اندازه‌گیری توزیع اندازه ذرات، بررسی مکانیزم تشکیل Co crystal، کمی ‌سازی پلی‌مورفیک‌ها و تعین کمیت بلورینگی از دیگر کاربرد‌های طیف‌سنجی رامان در مرحله تبلور هستند. به طور خلاصه طیف‌سنجی رامان برای آنالیز، مطالعه و بررسی عمیق فرایند تبلور به کار گرفته می‌شود.

مرحله ترکیب (Mixing)

ترکیب کردن مواد جامد به منظور ساخت دارو با دوزهای مختلف از عملیات مهم و ضروری داروسازی است. ترکیب نامناسب دارو می‌تواند دوز‌های متفاوتی از آن را تشکیل دهد. این امر می‌تواند یا اثر دارو را کم کند و یا این که اثر آن را افزایش دهد که در این صورت سلامتی فرد به خطر می‌افتد. برای کنترل این مرحله از داروسازی، همگنی، یکنواختی مواد ترکیب شده و تغییر شکل‌های ناشی از این فرآیند بررسی می‌شود. از تکنیک‌های مختلفی برای این کار می‌توان استفاده کرد. اما اکثر این روش‌ها زمان بر هستند، به آماده‌سازی نمونه نیاز دارند، نمونه را تخریب می‌‌کنند و در نهایت برای اندازه‌گیری‌های آنلاین مناسب نیستند. دراین میان تکنیک طیف‌سنجی رامان با توجه به ویژگی‌هایی که دارد می‌تواند در مرحله ترکیب به صورت آنلاین به کار برده شود. در شکل ۴ طیف رامان یک ترکیب نشان داده شده است. همان طور که می‌بینید در زمان‌های اولیه طیف رامان این ترکیبات که با یکدیگر مخلوط شده‌اند متفاوت است. اما با گذشت زمان طیف رامان این مخلوط به دست آمده تغییر چندانی نمی‌کند که نشان دهنده همگنی این مخلوط است.

شکل ۴: طیف رامان یک ترکیب دارویی. با گذشت زمان طیف رامان این ترکیب به هم نزدیک‌تر می‌شود که این نشان دهنده همگنی بیشتر ترکیب است.

مرحله گرانولاسیون (Granulation)

گرانولاسیون یا دانه‌بندی یکی دیگر از مراحل مهم داروسازی است. ذرات پودر از طریق ایجاد پیوند با یکدیگر ذرات بزرگ‌تری را تولید می‌کنند. به این فرآیند گرانولاسیون می‌گویند. گرانولاسیون به دو روش انجام می‌گیرد: دانه‌بندی خشک و دانه‌بندی مرطوب. موارد آنالیز این دو روش نیز متفاوت است. به عنوان مثال در روش دانه‌بندی خشک رطوبت مطلوب مواد مورد بررسی قرار می‌گیرد. ولی در دانه‌بندی مرطوب همگنی و چگالی محتوا کنترل می‌شود. طیف‌سنجی رامان برای آنالیز دانه‌بندی مرطوب بسیار روش مناسبی است. در طی این مرحله ممکن است ترکیبات دارو دچار تغییراتی شود. خوشبختانه طیف سنج رامان در این زمینه می‌تواند به داروسازان کمک کند و روند تغییرات را نشان دهد. به عنوان مثال تئوفیلین در طول گرانولاسیون مرطوب، تحت یک تبدیل فاز از anhydrate به مونوهیدرات monohydrate تبدیل می‌شود. همان طور که در شکل ۵ نشان داده شده است، طیف رامان طی این تبدیل فاز تغییر می‌‌کند.

مطالعه مقاله کاربرد رامان در آنالیز کاتد و الکترولیت باتری‌های لیتیوم یون

**شکل ۵: طیف رامان یک ترکیب دارویی طی فرایند گرانولاسیون مرطوب با گذشت زمان**

مرحله قرص‌سازی (Tableting)

اکثر داروها به شکل قرص یا کپسول تولید می‌شوند. این شکل از داروها که به صورت جامد تهیه شده‌اند تاثیر مستقیمی بر پایداری دارو و میزان جذب آن در بدن دارند. بنابراین شناسایی و مشخصه‌یابی شکل حالت جامد دارو‌ها یک فرآیند ضروری است. طیف‌سنجی رامان برای مشخصه‌یابی قرص‌ها برای بررسی پلی‌مورف‌ها، حل شونده‌ها، تعیین یکنواختی واحد دوز، آمورفیزاسیون (Amorphization)، درجه بلورینگی، نمک‌ها، تعیین کمیت اجزای موجود در قرص‌ها و ترکیب فعال مورد استفاده قرار می‌گیرد. به عنوان مثال داروی پردنیزولون دارای سه پلی‌مورف است. در شکل ۶ طیف رامان این دارو با دو نمونه از پلی‌مورف‌های آن نشان داده شده است. به وضوح می‌توانید مشاهده کنید که برای تعیین چند شکلی یا پلی‌مورف‌ موجود در دوز نهایی، رامان می‌تواند گزینه بسیار مناسبی باشد.

روکش‌ها (Coating)

ماده‌ای که به عنوان روکش در قرص‌ها به کار می‌رود معمولا ترکیبی از یک یا چند پلیمر، مواد رنگی و چند ماده دیگر تشکیل می‌شود. معمولا از طیف‌سنجی رامان برای بررسی همگنی، غلظت و ضخامت روکش قرص‌ها استفاده می‌شود. این کار از طریق تهیه نقشه رامان (Raman mapping) از سطح قرص انجام می‌گیرد. در شکل ۷ نقشه رامان از سطح یک دارو تهیه شده است. طیف رامان شکل ۷- الف طیف رامان روکش قرص رفرنس را نشان می‌دهد و شکل ۷-ب مربوط به طیف رامان روکش قرص در غلظت بالا است. در طیف رفرنس با توجه به این که غلظت روکش کم است، پیک‌ها در محدوده (cm^-۱) ۱۰۰۰ ضعیف هستند.

**شکل ۷: طیف رامان الف) طیف رامان روکش قرص رفرنس و ب) طیف رامان روکش قرص در غلظت بالا**

یکی دیگر از کاربردهای طیف‌سنجی رامان در داروسازی نظارت بر ضخامت روکش‌ها است. این کار از طریق اندازه‌گیری شدت نسبی پیک‌های مشخصه رامان انجام می‌گیرد.

تست محصول نهایی

در این مرحله آنالیز‌هایی صورت می‌گیرد که نشان می‌دهد محصول تولید شده دارای کیفیت مورد نظر است. محصول نهایی باید پایداری خود را تا زمان مصرف حفظ کند. اما در طول این زمان ممکن است دارو پایداری خود را از دست بدهد. مثلا دگرگونی‌هایی که در قرص‌های ترهالوز (Trehalose) رخ می‌دهد یا دهیدراتاسیون (Dehydration) شدن قرص‌های کافئین‌دار از عواملی هستند که پایداری دارو را مختل می‌کنند. طیف‌سنجی رامان روشی است که به کمک آن می‌توان این موارد را هم آنالیز کرد.
همان طور که پیش‌تر نیز اشاره شد طیف‌سنجی رامان این امکان را فراهم می‌‌کند که از روی بسته‌بندی هم می‌توان نمونه‌ها را آنالیز کرد. از این ویژگی برای بررسی هرگونه تخریب در حین ذخیره‌سازی یا شناسایی دارو‌های تقلبی استفاده می‌شود (شکل ۸).

**شکل ۸: آنالیز دارو از روی بسته‌بندی به کمک رامان پرتابل**

جمع بندی

طیف‌سنج رامان به ابزاری مناسب برای آنالیز دارو‌ها هم در مرحله تولید اولیه و هم در مرحله تولید ثانویه تبدیل شده است. با توجه به ویژگی‌هایی که برای روش طیف‌سنجی رامان مطرح شد، این تکنیک به وفور در این صنعت مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این مقاله به کاربرد این روش در مراحل مختلف دارو‌سازی پرداختیم.