I ricercatori dell'Università dell'Illinois a Chicago e di AbbVie Inc. hanno sviluppato un nuovo dispositivo che aiuterà gli scienziati e le aziende farmaceutiche a esaminare e testare in modo più efficace la formazione di sostanze farmaceutiche, ingrediente farmaceutico attivo (API).

Meenesh R. Singh, un assistente professore presso il dipartimento di ingegneria chimica dell'UIC, insieme allo studente laureato UIC Paria Coliaie e agli scienziati AbbVie Manish S. Kelkar e Nandkishor K. Nere hanno sviluppato un dispositivo di cristallizzazione microfluidica controllata per migliorare il processo di screening che le aziende farmaceutiche utilizzano per identificare la forma cristallina più stabile di API e per aumentare la cristallizzazione di forme stabili.

Il lavoro, intitolato "Flusso continuo, ben miscelato, Dispositivo di cristallizzazione microfluidica per lo screening di polimorfi, morfologie, e cinetica di cristallizzazione a sovrasaturazione controllata, " è stato pubblicato sulla rivista peer-reviewed della Royal Society of Chemistry, Laboratorio su un chip .

Singh ha fatto riferimento a un rapporto dell'Office of Health Economics del Regno Unito che indica che attualmente ci vogliono circa 10 anni e miliardi di dollari per portare un nuovo farmaco sul mercato dopo che una molecola è stata identificata per curare una malattia. Una parte significativa di quel decennio è investita nello sviluppo dei processi, insieme a studi clinici in corso, dove gli scienziati esaminano le diverse forme polimorfiche delle API e sviluppano processi robusti per produrre la forma stabile con le proprietà fisiche accettabili per trasformarla in pillole o compresse.

L'industria attualmente utilizza piastre per microtitolazione e dispositivi microfluidici basati su goccioline per vagliare queste diverse forme, ma Singh ha notato che questi dispositivi incontrano problemi a causa dell'esaurimento della sovrasaturazione, che è un driver per la cristallizzazione. Ha spiegato che quando si verifica il processo di nucleazione e i cristalli crescono nella piastra di microtitolazione, consumano la fornitura iniziale dell'API causando l'esaurimento della sovrasaturazione e distorcendo i risultati dello screening. La comprensione incompleta del panorama polimorfico dell'API ottenuta dalle piastre di microtitolazione rappresenta un rischio enorme quando le aziende passano allo scale-up e al trasferimento tecnologico per produrre API in recipienti più grandi chiamati cristallizzatori e successive apparecchiature di processo come filtri e essiccatori.

Per combattere questo problema, gli investigatori hanno creato un flusso continuo, ben mescolato, dispositivo microfluidico chiamato cyclone mixer che consiste in piccole valvole con più ingressi che lavorano insieme per creare un vortice nel dispositivo per garantire che la soluzione sia ben miscelata e mantenga costante la sovrasaturazione continuando a fornire al dispositivo una soluzione API. I cristalli API vengono catturati nel mixer ciclone e il dispositivo si spegne automaticamente dopo che è stata creata una quantità sufficiente di API.

"Quello che abbiamo fatto è sviluppare un dispositivo di vagliatura che simuli le condizioni di un cristallizzatore industriale, " Ha detto Coliaie. "La maggior parte dei dispositivi attualmente sul mercato vedono la sovrasaturazione diminuire con il tempo che potrebbe non fornire un quadro completo del paesaggio della forma cristallina".

Kelkar osserva che questo dispositivo è facile da fabbricare utilizzando una stampante 3D commerciale. "Un dispositivo stampato in 3D costa solo pochi centesimi, il che ci offre molta flessibilità per apportare modifiche al design ai sali di schermatura, idrata, e solvati delle API cristalline."

Come descritto nel loro documento di ricerca, gli investigatori hanno testato il dispositivo per lo screening dell'acido antranilico i cui derivati ​​sono farmaci antinfiammatori. Il dispositivo può essere utilizzato anche per lo screening di prodotti agrochimici, semiconduttori, catalizzatori, e altre specialità chimiche per altri settori in modo più coerente e stabile di quanto sia attualmente disponibile.

Singh ha aggiunto che il nuovo dispositivo può anche aiutare le aziende farmaceutiche a passare dalla produzione basata su lotti alla produzione continua, che la FDA spera di stimolare i progressi nella produzione di API robuste a costi inferiori. Nere ha notato che il dispositivo stesso è in realtà un mini prototipo di un modello di produzione continua e consentirà alle aziende di vedere esattamente come le loro API si cristallizzeranno in quelle condizioni.

"Il tempo e il denaro necessari per lo sviluppo e la produzione di un processo API sono immensi. La produzione robusta di API di qualità è essenziale per la consegna tempestiva dei farmaci ai pazienti, " disse Nere.

"Abbiamo sviluppato un nuovo dispositivo microfluidico in grado di esaminare rapidamente e automaticamente varie forme di API in condizioni controllate, che aumenterà l'efficienza dello sviluppo del processo produttivo, " Aggiunse Singh.