I ricercatori dell'Università dell'Illinois di Chicago hanno sviluppato un nuovo dispositivo microfluidico a flusso continuo che può aiutare gli scienziati e le aziende farmaceutiche a studiare in modo più efficace i composti dei farmaci e le loro forme e strutture cristalline, che sono componenti chiave per la stabilità del farmaco.

Il dispositivo è costituito da una serie di pozzetti in cui una soluzione farmacologica, costituita da un principio farmaceutico attivo, o API, disciolto in solvente, come l'acqua, può essere miscelato con un antisolvente in modo altamente controllato. Quando mescolati insieme, le due soluzioni consentono ai cristalli API di formare un nucleo e crescere. Con il dispositivo, i tassi e i rapporti ai quali la soluzione del farmaco viene miscelata con l'antisolvente possono essere modificati parallelamente dagli scienziati, creando molteplici condizioni per la crescita dei cristalli. Man mano che i cristalli crescono in condizioni diverse, dati sui loro tassi di crescita, forme e strutture vengono raccolte e importate in una rete dati.

Con i dati, gli scienziati possono identificare più rapidamente le migliori condizioni per produrre la forma cristallina più stabile con una morfologia cristallina desiderabile (un cristallo con una forma simile a una piastra invece di un cristallo con una forma simile a un bastoncino) di un API e aumentare la cristallizzazione di stabile forme.

I ricercatori dell'UIC, guidato da Meenesh Singh, in collaborazione con il Consorzio Tecnologie Abilitanti, hanno convalidato il dispositivo utilizzando L-istidina, il principio attivo in farmaci che possono potenzialmente trattare condizioni come l'artrite reumatoide, malattie allergiche e ulcere. I risultati sono riportati in Laboratorio su un chip , un giornale della Royal Society of Chemistry.

"L'industria farmaceutica ha bisogno di un robusto sistema di screening in grado di determinare con precisione i polimorfi API e la cinetica di cristallizzazione in un lasso di tempo più breve. Ma la maggior parte dei sistemi di screening paralleli e combinatori non possono controllare attivamente le condizioni di sintesi, portando così a risultati imprecisi, " disse Singh, Professore assistente UIC di ingegneria chimica presso il College of Engineering. "In questo documento, mostriamo un progetto di un tale dispositivo microfluidico che ha micromixer collegati in parallelo per intrappolare e far crescere i cristalli in più condizioni contemporaneamente".

Nel loro studio, i ricercatori hanno scoperto che il dispositivo era in grado di schermare i polimorfi, morfologia e tassi di crescita della L-istidina in otto diverse condizioni. Le condizioni includevano variazioni nella concentrazione molare, percentuale di etanolo in volume e sovrasaturazione, variabili importanti che influenzano il tasso di crescita dei cristalli. Il tempo complessivo di screening per L-istidina utilizzando il dispositivo microfluidico multi-pozzetto è stato di circa 30 minuti, che è almeno otto volte più breve di un processo di screening sequenziale.

I ricercatori hanno anche confrontato i risultati dello screening con un dispositivo convenzionale. Hanno scoperto che il dispositivo convenzionale sopravvalutava significativamente la frazione di forma stabile e mostrava un'elevata incertezza nei tassi di crescita misurati.

"Il dispositivo microfluidico multi-pozzetto apre la strada a dispositivi microfluidici di nuova generazione che sono suscettibili di automazione per lo screening ad alta produttività di materiali cristallini, " ha affermato Singh. Dispositivi di screening migliori possono migliorare l'efficienza di sviluppo del processo API e consentire una produzione tempestiva e robusta di farmaci, Egli ha detto, che alla fine potrebbe portare a farmaci più sicuri che costano meno.