I ricercatori della Purdue University hanno creato un dispositivo in grado di determinare in modo rapido ed economico se le nuove formulazioni farmaceutiche hanno una cristallinità in tracce che può avere un impatto negativo sulla stabilità e sulla biodisponibilità del farmaco.

I ricercatori hanno sviluppato una strumentazione in grado di rilevare con precisione nelle fasi iniziali se una formulazione farmaceutica ha un contenuto cristallino in tracce. Lo strumento si basa sulla triboluminescenza e funziona misurando la luce emessa quando una polvere farmaceutica viene frantumata.

"Qualsiasi luce che viene misurata è direttamente proporzionale a quanta cristallinità c'è nella formulazione, " ha detto Casey Smith, uno studente laureato nel Dipartimento di Chimica di Purdue.

La forma solida di un ingrediente farmaceutico attivo può influenzare profondamente la proporzione di quel farmaco che può entrare nel corpo e avere un effetto. Molti nuovi farmaci candidati hanno una bassa solubilità in acqua, che porta ad una minore biodisponibilità. Se un farmaco non si dissolve in modo tempestivo, può passare attraverso un corpo prima che abbia avuto il tempo di fare effetto. Un metodo per superare questo problema è mettere il farmaco in uno stato amorfo, o colato in una matrice polimerica che si dissolve facilmente in acqua.

"I nuovi farmaci che stanno uscendo sono sempre più grandi e idrofobici, o non si dissolvono facilmente in acqua, " ha detto Garth Simpson, un professore di chimica della Purdue. "Se viene rilevata la cristallinità, ci sono buone probabilità che non si dissolva in un lasso di tempo necessario per essere biodisponibile ed efficace".

Lo strumento di triboluminescenza è progettato per fornire uno screening rapido di dispersioni solide amorfe, formulazioni create per rendere più efficaci i farmaci. Lo strumento è in grado di rilevare la cristallinità a livelli fino a 140 parti per milione. Di seguito è possibile vedere un video di come funziona lo strumento della triboluminescenza:

Lo strumento è stato creato in collaborazione con la Jonathan Amy Instrumentation Facility del Dipartimento di Chimica. È un dispositivo elettromeccanico che utilizza un solenoide per colpire la polvere su un vetrino da microscopio. Un tubo fotomoltiplicatore sotto il vetrino misura la radiazione ottica risultante dalla triboluminescenza del composto. La luce non è visibile ad occhio nudo. Un motore muove il vetrino del microscopio lungo la linea per sondare una nuova area della polvere. I ricercatori hanno ottenuto un brevetto provvisorio sul dispositivo con l'aiuto dell'Office of Technology Commercialization di Purdue.

"Questa tecnica sarebbe più simile a un prescreen su una catena di montaggio in una fabbrica dove stanno producendo questi farmaci. Possono inviare una piccola quantità di materiale in questo strumento per le misurazioni della triboluminescenza. Se ottengono un risultato positivo dal campione, quindi possono inviarlo per test più rigorosi, " ha detto Scott Griffin, uno studente laureato in chimica della Purdue.

Griffin e Smith, entrambi gli studenti del laboratorio di Simpson, sono stati gli autori principali in un articolo sulla triboluminescenza pubblicato sulla rivista peer-reviewed Chimica analitica che includeva ricercatori di Merck &Co.

Ci sono altri modi per determinare la cristallinità, compreso un processo di generazione della seconda armonica che utilizza un laser pulsato a femtosecondi, anch'esso sviluppato nel laboratorio di Simpson. Ma lo strumento della triboluminescenza è molto più semplice.

"Si riduce al primo momento in cui la cristallinità può essere rilevata, " Simpson ha detto. "Volevamo avere qualcosa che fosse una semplice valutazione sì o no che potesse essere fatta sul posto. Se qualcosa fallisce, può essere portato a uno strumento più avanzato per ottenere un migliore senso di caratterizzazione quantitativa."

Simpson ha affermato che uno strumento di triboluminescenza potrebbe essere utilizzato anche per determinare rapidamente se i cambiamenti nel modo in cui un farmaco viene prodotto causano la cristallinità.

C'è ancora del lavoro da fare, ha detto Simpson. I ricercatori vogliono essere in grado di eseguire test di cristallinità simili nei fanghi e stanno lavorando su una cella di flusso per farlo.

"Quindi per molti di questi cocktail di droga, quando lo si mette in acqua si presenta allo stato amorfo ma può cristallizzare spontaneamente. Vogliamo strumenti in grado di caratterizzare e misurare quel processo, " Egli ha detto.

I ricercatori stanno anche cercando di capire quale frazione di molecole e composti di farmaci è suscettibile di analisi della triboluminescenza.

Il lavoro iniziale sul suddetto strumento di triboluminescenza è stato finanziato attraverso una sovvenzione della National Science Foundation. La Purdue Research Foundation ha fornito finanziamenti per il prototipo iniziale e Merck ha contribuito a finanziare il lavoro più recente.

Lo strumento di triboluminescenza è disponibile per la licenza presso l'Office of Technology and Commercialization.