کاربرد طیف سنجی در داروسازی

روش های آزمایشگاهی کنترل کیفی دارو با طیف سنج رامان

از آنجا که طیف سنجی رامان اندازه‌گیری سریع و غیر مخرب را ممکن می‌سازد به نظر می‌رسد که این تکنیک ابزاری کارآمد برای نظارت بر فرایند و آنالیز خط تولید در صنعت داروسازی است. یکی از ویژگی‌های مفید طیف سنجی رامان توانایی آن در اندازه‌گیری مستقیم طیف مواد جامد است. از بین پارامترهای تأثیرگذار بر شدت طیف رامان استخراج شده، اندازه ذره و چگالی بسته‌بندی است. مراحل آماده‌سازی دارو شامل خرد کردن (آسیاب کردن، مخلوط کردن، فشرده کردن است. طیف سنج رامان به عنوان دستگاه تشخیص دارو برای نظارت بر غلظت واکنش دهنده‌ها و واسطه‌ها، سینتیک واکنش، مکانیزم‌ها و بازده انواع مختلف واکنش مانند دیلز-آلدر و استریفیزاسیون فیشر مورد استفاده قرار می‌گیرد.

تولید با کیفیت دارو با تأیید خلوص مواد اولیه آغاز می‌شود و با QC به پایان می‌رسد. در قسمت کنترل کیفی نهایی، محصول از نظر مقدار صحیح ماده فعال، پلی‌مورف، مواد تحریک کننده و سایر افزودنی‌ها مانند رنگ بررسی می‌شود.

چگونه از طیف سنج در فرایند داروسازی استفاده می شود؟

طیف سنجی یک فناوری نوظهور برای ارزیابی کیفیت نمونه‌های دارویی است. روش‌های سنتی برای بررسی کیفیت داروها بسیار زمانبر و مخرب است. در حالی که تکنیک‌های طیف سنجی، تجزیه و تحلیل سریع را به روش غیرمخرب امکان پذیر می‌سازد. مزیت طیف سنجی این است که هر دو اطلاعات تصویری و طیفی (تصویربرداری هایپراسپکترال) را به طور همزمان جمع‌آوری می‌کند. از طرفی می‌توان هم خارج از خط تولید و هم روی خط تولید از آن استفاده و کنترل کیفیت دارو را انجام داد.

یکی از نگرانی‌های اصلی این است که بسیاری از ترکیبات دارویی فعال (APIها) به شکل پلی‌مورفیسم هستند. یعنی ساختارهای مولکولی مختلف یک ترکیب می‌توانند به شدت بر پایداری و اثربخشی دارو تأثیر بگذارند و نتیجه مصرف دارو روی بیمار را به شدت تحت تأثیر قرار دهند. این تغییر ساختاری در بسیاری از موارد به دشواری قابل تشخیص است و حتی ممکن است به صورت ناخواسته در مراحل مختلف فرمولاسیون، بسته‌بندی و انبار کردن صورت گیرد. در نتیجه شناسایی مطمئن و سریع پلی‌مورف‌ها در طی فرایند توسعه، ساخت و تضمین کیفیت برای کلیه شرکت‌های داروسازی بسیار مهم است. طیف سنج رامان به خوبی قادر به تشخیص پلی‌مورف‌های دارویی است.

شکل ۱- نظارت بر فرایند تولید داروها با روش‌های طیف‌سنجی امکان‌پذیر است.

کاربرد طیف سنج در شناسایی مواد اولیه داروها

تجهیزات طیف سنجی دارویی عمدتاً برای شناسایی ترکیبات و تأیید خلوص آن‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. اصل اساسی طیف سنجی بر تعامل تابش الکترومغناطیسی و ماده است. نور خاصی به یک ماده می‌تابد و دستگاه طیف سنجی، رفتار مولکولی متأثر از قرار گرفتن در معرض نور را اندازه‌گیری می‌کند. طیف سنجی جذبی نه تنها یک روش آسان، ایمن و مطمئن محسوب می‌شود، بلکه به ساختار مولکولی آنالیت نیز آسیب نمی‌رساند. طیف سنجی مرئی-فرابنفش متداول‌ترین روش برای ترکیبات آروماتیک است. طیف سنجی فروسرخ با اندازه‌گیری ارتعاشات اجزای مولکولی در هنگام قرارگیری ماده در معرض تابش نور فروسرخ، به شناسایی ترکیبات مختلف در داروسازی کمک می‌کند. هنگامی که ارتعاشات یک مولکول با طول موج خاصی در ناحیه IR مطابقت داشته باشد، جذب رخ می‌دهد. این جذب به عنوان قله روی نمودار طیفی هویدا و یک شناسه مولکولی محسوب می‌شود. طیف سنجی رامان نیز روشی ایده‌آل برای تأیید مواد اولیه داروها (در واردات و در آزمایشگاه‌های داخلی) بر اساس مطابقت با کتابخانه طیفی دستگاه محسوب می‌شود.

شکل ۲- شناسایی مواد اولیه داروها با طیف‌سنجی

کاربرد طیف سنج جرمی در تجزیه و تحلیل دارویی

طیف سنجی جرمی (MS) ابزار تحلیلی قدرتمندی در زمینه داروسازی است. این روش تنها تکنیکی است که با تعیین وزن مولکولی نسبت جرم به بار (m/e) می‌توان فرمول مولکولی را پیش‌بینی کرد. طیف سنجی جرمی به تجزیه و تحلیل کمی عناصر نیز کمک می‌کند؛ شدت سیگنال طیف به طور مستقیم با درصد عنصر مربوطه متناسب است. طیف سنج جرمی یک ابزار غیر تهاجمی است که مطالعات در داخل بدن انسان را نیز امکان‌پذیر ساخته است. موادی که بیشتر با طیف سنج جرمی مورد بررسی قرار می‌گیرد ترکیباتی شامل لیپیدها، الیگوساکاریدها، پروتئین‌ها، ویتامین‌ها، فلاونوئیدها، ترکیبات فنولیک و ترکیبات آروماتیک است.

تأیید همگنی مواد اولیه مخلوط شده داروها با استفاده از طیف سنجی رامان

کنترل کیفیت ترکیب قرص و یکنواختی در مرحله تولید برای صنعت داروسازی بسیار مهم است. روش‌های تجزیه و تحلیل شیمیایی، غیر خطی، مخرب، زمان‌بر و هزینه‌بر است. طیف سنجی رامان روش جایگزین آنلاین و بسیار کاربردی است که خطای بسیار کمی دارد. روش مناسب برای این کاربرد می‌بایست مانند رامان بسیار سریع باشد. چرا که اندازه‌گیری یک نقطه می‌تواند نتیجه گمراه‌کننده داشته باشد و باید به سرعت چندین نقطه را با الگوی تصادفی بررسی نمود. برای مثال طیف گیری از یک نقطه قرص اکسردین (مورد استفاده برای کنترل میگرن) با قطر ۳۰۰ میکرون ترکیب ۴۵ درصدی آسپرین، ۲۲ درصد استامینوفن و ۳۳ درصد کافئین را نشان می‌دهد. اگر این ترکیب ترکیب دلخواهی باشد، باید سایر نقاط تصادفی نیز درصد حدودی مشابه داشته باشند. در غیر این صورت قرص و یا قرص ها همگن نیستند و عمل اختلاط به خوبی صورت نگرفته است. شایان ذکر است که کل قرص‌ها نیازی به نقشه‌برداری ندارند و این عمل روی خط تولید و برای تعدادی قرص به صورت تصادفی انجام می‌شود.

شکل ۳- تأیید همگنی مواد اولیه مخلوط شده داروها با استفاده از طیف سنجی رامان

آنالیز ترکیبات دارویی با طیف سنج

دستگاه‌های قابل حمل برای طیف سنجی رامان به سرعت در یک دهه گذشته تکامل یافته‌اند. با وجود این دستگاه‌ها، طیف سنجی رامان دیگر محدود به محیط آزمایشگاه نیست و در هر زمان و در هر جایی امکان سنجش وجود دارد. از این رو طیف سنج رامان پرتابل به عنوان یک دستگاه قدرتمند و دقیق برای آنالیز ترکیبات دارویی جای خود را به سرعت در بین شرکت‌های تولیدکننده دارو و گمرکات کشور باز کرده است. علاوه بر قابلیت حمل، کاهش هزینه، دستیابی سریع به اطلاعات و سهولت استفاده، از مزایای این دستگاه است. در این روش با استفاده از مقایسه طیف ماده مجهول یا مشکوک با طیف‌های موجود در کتابخانه طیفی توسط نرم‌افزار، شناسایی انجام می‌شود. در تهیه کتابخانه طیفی برای شناسایی مواد دارویی، فاکتورهای مهمی از جمله کالیبره بودن دستگاه، نوع ظرف، واکنش‌پذیری مواد و نور پس‌زمینه باید در نظر گرفته شود.

بررسی کریستال شدن مواد اولیه داروها با استفاده از طیف سنجی رامان

داروهای جامد به دلیل پایداری بالاتر و مصرف آسان‌تر معمولاً ترجیح داده می‌شوند. این در حالی است که قسمت فعال داروها اغلب به صورت محلول تولید می‌شوند. در اینجاست که تبلور یا کریستال شدن به کمک داروسازها می آید و با استفاده از این فرایند دارو را به صورت جامد تبدیل می‌کنند. کریستال شدن که اغلب مرحله نهایی در ساخت دارو است، برای جدا کردن دارو از ماتریس حلال به کار می‌رود تا برای تولید شکل نهایی دارو مناسب باشد. این فرایند می‌بایست هم از نظر حداکثر جداسازی و هم از نظر اطمینان از شکل‌گیری صحیحِ پلی‌مورف بهینه شود. شرایط فرایند مانند دما، سرعت اختلاط و غلظت می‌توانند سینتیک تشکیل کریستالی و نوع تشکیل پلی‌مورف را تحت تأثیر قرار دهند. تکنیک‌های طیف سنجی برای نظارت بر این مرحله ایده‌آل هستند؛ چرا که غیرمخرب، غیرتهاجمی و سریع هستند. استفاده از طیف سنج رامان پرتابل امکان طیف گیری با پراب از راه دورتر و نیز نظارت مداوم را امکان‌پذیر کرده است. نور منبع با نمونه تداخل می‌کند و تغییر انرژی حاصل از آن، اطلاعاتی در مورد حالت‌های ارتعاش در سیستم به دست می‌دهد. طیف رامان هر ماده، اثر انگشتی و منحصر به فرد است. محدودیت طیف سنجی رامان حاصل از ضعف ذاتی فرایند پراکندگی رامان است و موجب ضعیف بودن کلی طیف می‌شود. اما تجربه نشان داده که طیف سنج رامان با طول موج فروسرخ به خوبی قادر است نیازهای صنعت داروسازی را برطرف نماید.

راه‌های تشخیص داروی تقلبی از داروی اصلی

داروهای جعلی یکی از مشکلات اساسی در کشورهای توسعه یافته و در حال توسعه است. داروی تقلبی یا هیچ ماده فعالی ندارد و یا ماده فعال کمی در مقایسه با داروهای معتبر دارد. از آنجایی که این داروها غلظت یا انواع مختلفی از ترکیبات فعال دارند، ممکن است استفاده از آن بی‌خطر نباشد. به عنوان مثال در یک مورد جعل دارو، افزودن دی‌اتیلن‌گلیکول منجر به مرگ بیش از ۵۰۰ نفر که بیشتر آن‌ها کودک بوده‌اند شده است. دی‌اتیلن‌گلیکول موجب اختلال در سیستم عصبی مرکزی، کبد و کلیه می‌شود. در یک مورد دیگر، فروش قرص‌های دارونما برای پیشگیری از بارداری موجب چندین مورد بارداری ناخواسته شده است. بنابراین تشخیص داروهای تقلبی از اهمیت بالایی برخوردار است.

روش‌های تشخیص داروی اصل از تقلبی شامل بازرسی بصری، تجزیه شیمیایی، طیف سنجی بازتابی، طیف سنجی رامان، رفرکتومتری، رنگ سنجی، انحلال، کروماتوگرافی و طیف سنجی جرمی است. برخی از این روش‌ها با حداقل امکانات قابل استفاده هستند اما برخی دیگر نیاز به تجهیزات آزمایشگاهی پیشرفته دارند.

شکل ۴- تشخیص داروی تقلبی از داروی اصلی با طیف سنجی

چگونه داروهای تقلبی شناسایی می شوند؟

سازمان بهداشت جهانی “دارویی را که از نظر منبع و هویت دارای ایراد است و به عمد و با کلاهبرداری خرید و فروش می‌شود” را داروی تقلبی تعریف می‌کند. شناسایی داروهای تقلبی در دهه گذشته به یک مسئله مهم تبدیل شده است. اصولاً در این داروها یا ماده نادرست و فاسد استفاده شده و یا ماده فعال و داروی کافی ندارند. یک خطای کوچک در تأیید اصل بودن دارو ممکن است به یک فاجعه انسانی تبدیل شود. این داروها ممکن است حاوی مقادیر نادرست ماده فعال باشند، به طور نامناسب فراوری شوند و یا حاوی مواد زاینده خطرناک باشند. از نظر حقوقی نیز خرید و فروش داروهای تقلبی موجب نقض حقوق مالکیت معنوی می‌شود. یکی از رایج‌ترین داروهای تقلبی، قرص ویاگرا است که برای درمان اختلال نعوظ استفاده می‌شود. روش‌های تحلیلی برای تشخیص محصولات معتبر و تقلبی از یکدیگر وجود دارند. طیف سنجی مادون قرمز و طیف سنجی رامان از روش‌های قابل اعتماد در این حوزه هستند.

طیف سنج به تشخیص دارو های تقلبی چه کمکی می کند؟

طیف سنجی رامان به یکی از محبوب‌ترین ابزارهای اندازه‌گیری تحلیلی برای کاربردهای دارویی اعم از تأیید مواد اولیه تا نظارت بر فرایند تولید دارو و کنترل کیفیت محصولات تبدیل شده است. در عمل، یک لیزر به نمونه می‌تابد، تابش پراکنده (رامان) جمع‌آوری شده و به طیف سنج هدایت می‌شود. یک دتکتور انرژی فوتون را به شدت سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کند. یکی از مزیت‌های مهم این روش عدم نیاز به استخراج و یا آماده‌سازی نمونه است. از طرفی به راحتی می‌توان نور لیزر را به نقاط مختلف نمونه هدایت کرد و فرایند طیف گیری در حد چند ثانیه انجام می‌شود. از این رو طیف سنج رامان به یکی از دستگاه‌های محبوب در گمرک‌ها و شرکت‌های داروسازی برای شناسایی داروهای تقلبی تبدیل شده است. طول موج مناسب لیزر برای تشخیص‌های دارویی با استفاده از طیف سنجی رامان، ۷۸۵ و ۱۰۶۴ نانومتر است که طیف‌هایی با نسبت نویز بالا و در کمتر از ۲۰ ثانیه به دست می‌دهد. وجود کتابخانه طیفی برای تشخیص داروی تقلبی الزامی است تا با مقایسه طیف ماده مورد نظر با داروی اصیل، جعلی یا اصل بودن دارو مشخص شود.

شکل ۵- تفاوت طیف رامان داروی اصل و تقلبی

نحوه کنترل فراورده های دارویی از نظر ماندگاری

فرمولاسیون داروها شامل مواد افزودنی و روکش‌هایی است تا با محافظت، تخریب ماده فعال دارو را به دلیل گرما، رطوبت و تابش نور به حداقل برساند. تاریخ انقضا بر اساس زمانی تعیین می‌شود که یک دارو بیش از ۹۰ درصد عملکرد خود را حفظ کند. داروها از نظر تاریخ انقضا به دو دسته تقسیم می‌شوند: آن‌هایی که حداکثر یک سال ماندگاری دارند و دسته دوم آن‌هایی هستند که بیش از دو سال عملکرد خود را حفظ می‌کنند. شایان ذکر است که اکثر داروها پس از گذشت تاریخ انقضا، به ماده‌ای تبدیل می‌شوند که خوش‌خیم و بی‌اثر هستند. اما موارد خطرناکی نیز وجود دارد. برای مثال داروی پر استفاده استامینوفن پس از گذشت دوره انقضا به یک سم به نام p-aminophenol تبدیل می‌شود که در صورت مصرف می‌تواند موجب آسیب کبدی شود. این دارو در اکثر کشورها بدون نسخه نیز عرضه می‌شود. بنابراین نتیجه می‌گیریم که کنترل هرچه بیشتر ماندگاری داروها موضوع بسیار مهمی است. طیف سنجی رامان می‌تواند این کار را با دقت بسیار بالایی انجام دهد. برای مثال قادر است استامینوفن و p-aminophenol را (علیرغم ظاهر کاملاً شبیهی که دارند) با خطای کمتر از یک درصد انجام دهد. تجزیه و تحلیل تخریب دارو برای داروهایی که غلظت ماده فعال بسیار کمی دارند (ممکن است تنها یک درصد دارو ماده فعال باشد) بسیار مشکل است که طیف سنجی رامان به خوبی می‌تواند آن را تشخیص دهد.

شکل۶- تفاوت طیف رامان استامینوفن و  Pآمینوفنول