定量透射拉曼方法的发展

“我的药里到底有多少药?”这是制药商经常问的一个重要问题。透射拉曼光谱(TRS)是回答这个问题的一个很好的技术。TRS可以在数秒内分析完整的片剂和胶囊;无需样品制备即可产生大量定量结果。本教程文章是方法开发过程的总结。

透射拉曼光谱(TRS)是一种监管机构批准的含量均匀性(CU)测试方法。含量均匀性(CU)是口服固体剂量(OSD)如片剂和胶囊的强制批次释放测试。其定义为USP <905>剂量单位均匀性[1]。
TRS是一种快速，批量，非破坏性的技术，它提出了一个高效和成本效益互补的分析工作流程在制药QC实验室。该技术不仅在速度方面(每个样品不到1分钟)有效，而且在完全无需样品制备溶剂和耗材方面也很有效。
光谱方法的实施路线通常不是很好理解，尽管有很好的参考和行业指南的支持[2,3,4,5]。本文阐述了实施光谱技术作为批量释放测试的主要步骤。
1.可行性
2.校准
3.验证
4.参考测量和模型构建
5.实现
6.模型维护
虽然TRS的主要应用是CU测试，但在实时释放测试、制程检查、配方开发、结晶度和多态分析等方面也有进一步的定量应用领域。定量方法的开发过程在应用程序之间是类似的。

1.可行性

在进行大型分析方法开发工作流程之前，了解应用程序是否正常工作是很重要的。可行性研究包括扫描许多可能合适的不同产品，寻找适合该技术的配方和产品形式。一般来说，片剂或胶囊剂型的有效药物成分(API)含量为>1% w/w为宜。在10-40% w/w之间的较高浓度将更容易，因为API在光谱中的贡献将更强。其他形式的产品，如粉末，面霜和溶液也是可行的应用。
可行性测试应从分析最终产品和纯成分开始，以确定是否可以获得高质量的光谱。原料药和主要辅料必须在最终产品光谱中可见。明确定义的拉曼光谱与低水平的荧光是一个理想的性质，一个很好的候选人。如图1所示，其中API峰~700、1100和1600 cm-1清晰可见，辅料(乳糖)峰约300-500 cm-1。
在这一阶段，可以建立一个小的校准样本集，以进一步研究可行性。这可能是一项将API加入安慰剂的研究;但这并不是一个完全的校准。
在此阶段，还建议查看产品的历史批次，以获得批次间光谱变化的适当感觉(如果有的话)。

2.校准

下一阶段是校准，包括制作不同浓度的样品并建立化学计量学模型。这种性质的体积定量常用的化学计量学模型包括主成分分析(PCA)，粒子最小二乘(PLS)，偏最小二乘判别分析(PLS- da)。
校准样品应按照实验设计(DoE)进行，该设计将预期的过程和产品变化包含在被认为与光谱变化有关的高风险因素中。例如，人们可能期望API和主要辅料在DoE中发生变化;但不太可能期望小辅料/润滑剂或颗粒大小分布发生变化。作为校准设计的一部分，建议采用基于风险的方法来确定哪些因素会影响被分析产品的特性。
一个典型的校准将7至25个样品压缩成n个片剂，每个样品至少分析3片，最好是更多。
通过改变激光功率和扫描时间，将优化采集参数，以在尽可能短的时间内获得满意的拉曼信号。
还可以对每个样品进行多次测量。每个样品的测量时间一般< 1分钟。通常小白片的透射拉曼光谱需要~20秒的测量。
然后在模型构建中使用校准光谱(见第4节)。

3.验证

验证样品是测试校准所必需的。验证样品独立于校准。验证样品可以是实验室制造和生产材料的混合物。验证样品应充分测试校准设计的给定应用，并能代表将要被测量的过程。
这些样本将作为验证性测试进行分析，以确保模型有效。
一个典型的验证样品集是10到20个单独的批次，每个批次至少10个样品。

4.参考测量和模型构建。

一旦获得了所有校准和验证拉曼光谱，就可以使用初级技术获得样品的参考测量值。主要的分析方法几乎总是HPLC(高效液相色谱法)，但它也可以是另一种技术，如紫外。参考值被用作样本的“真实”值。这消除了样品制备和片剂之间变化的任何模糊性。
化学计量学模型用于将拉曼光谱转换为“预测”或结果。在此工作流程中，结果是对参考技术的预测，如前所述，通常是该样品的HPLC结果。
化学计量学的行业指南在USP <1039>化学计量学[6]中有详细描述。
在定量TRS应用中，偏最小二乘(PLS)是最常用的定量多元模型。作为实现的一部分，执行光谱预处理以举例说明由于API引起的光谱变化，并最小化来自不相关参数的光谱贡献。预处理通常是一个基线，然后是标准化，然后是均值居中。光谱区域也被细化了。模型构建过程是一个迭代过程，根据应用程序的不同而不同。
作为模型构建过程的一部分，将验证样品的拉曼预测与HPLC参考值进行比较，并确定不确定度以及光谱方法的适用性。给定模型的接受标准可以是特定于应用程序的，这取决于需求，如果通常是多方面的。通常，与HPLC相比，拉曼预测的误差为2% - 5%。
将“真实”值纳入化学计量模型的示例如图2所示。左边的图是重量模型，并假设每个单独的数据点(单个药片)的值与制备它的材料的体积相同。右边的模型是包含HPLC值的拉曼PLS模型，其中HPLC值给出了每个片剂的“真实”值。在这种情况下，将真实的HPLC值纳入模型可以提高其性能。

5.实现

一旦通过严格的可行性测试、方法开发、验证和确认获得对分析方法的信心，就可以实施所讨论的技术。监管要求将根据应用而有所不同，例如，在制品检查将不同于CU批放行测试。方法可通过内部药品质量体系(PQS)或根据需要由外部监管机构使用和批准。

6.模型维护

对于任何分析方法，都有必要检查它是否在设定的时间间隔内工作;多元光谱技术也是如此。方法应按照基于风险的方法进行常规验证，在认为合适的时间间隔进行验证，并根据主要方法进行检查。模型可以随着过程的变化而调整和变更，变更管理可以通过PQS或外部机构进行。

参考文献

1.USP Chapter <905>含量均匀性剂量单位
2.D. Andrews, K. genentjens, B. Igne等人。科技导报，2018,29(4):529 - 529。
3.J. Villaumié， D. Andrews, K. Geentjens, et al. Pharm。科技导报14,245 - 258(2019)。
4.美国食品和药物管理局。指导性文件;工业近红外分析程序指南的开发和提交。(FDA, Rockville, MD, 2021) FDA- 2015-d -0868。
5.Römer, M. 4.5透射拉曼光谱-在药品质量控制中的应用。
药物分子的固态开发和加工，M. Gruss(主编)。(2021)。
6.USP章节<1039>化学计量学。