21.11.2024
Автоматизация лабораторных исследований получает все большее распространение в фармацевтической отрасли. В биохимических лабораториях и на фармацевтических производствах растет потребность, в том числе в оборудовании для искусственного синтеза биологических макромолекул. В статье мы рассмотрим исследование Global Research Technologies и Novo Nordisk, посвященное изучению оптимизации процесса пробоподготовки при производстве твердых лекарственных форм на основе биологических макромолекул. Исследование проводилось с использованием автоматизированной рабочей станции пробоподготовки TPW SOTAX.
Содержание
- Автоматизация в фармацевтической промышленности
- Материалы и методы
- Анализ полученных данных
- Заключение
Автоматизация в фармацевтической промышленности
Существует четыре основных вида биологических макромолекул: углеводы, липиды, белки, нуклеиновые кислоты. Естественным путем они синтезируются под контролем генов ДНК, однако современная наука позволяет искусственно синтезировать биологические макромолекулы. В последнее время наблюдается рост интереса и усилий, направленных на создание пероральных лекарственных препаратов с биологическими макромолекулами (далее – БМ), выступающими в качестве активного фармацевтического ингредиента (далее – АФИ). Стандартно используемые БМ включают в себя пептиды, рекомбинантные белки, антитела. При поиске новых потенциальных лекарственных препаратов на основе этих больших и сложных молекул необходимость высокопроизводительных скринингов создала спрос на автоматизированные решения во всей фармацевтической промышленности. В связи с этим автоматизированный анализ проб является важнейшим условием, способствующим дальнейшему развитию исследований лекарственных препаратов.
Анализ лекарственных препаратов при их производстве создает высокую нагрузку на лабораторный персонал. Помимо большого количества проб процесс включает многократно повторяющиеся процедуры: пипетирование, фильтрацию, смешивание, которые требуют от специалиста последовательности и точности для обеспечения качества. Автоматизированная пробоподготовка минимизирует нагрузку на персонал, снижает риски ошибок, повышает общую производительность лаборатории. Рабочая станция пробоподготовки (TPW) представляет собой автоматизированный робот для подготовки проб. Выполняемые операции включают взвешивание таблеток, добавление растворителя, гомогенизацию, фильтрацию, разбавление и перенос в пробирки. Все процессы выполняются непрерывно, под гравиметрическим контролем на протяжении всего метода.
Цель приведенного исследования – оценка автоматизированной подготовки проб твердых лекарственных форм на основе БМ с использованием рабочей станции TPW. Таблетки содержали жирнокислотный ацилированный аналог человеческого инсулина (OI338) в качестве АФИ со вспомогательными компонентами. OI338 (молекулярная масса ∼ 5800 г моль−1) представляет собой аналог базального инсулина длительного действия для перорального применения, который ранее исследовался для лечения сахарного диабета 2 типа.
Материалы и методы
Реагенты и материалы
Использовался аналитический эталонный материал OI338 для стандартов производства компании Novo Nordisk. Перед измерением среды проводились калибровки по двум точкам с использованием эталонных растворов pH 1,679, 4,005 и 7,000.
Стандартный препарат
Два уровня стандартных растворов готовили путем разбавления аналитического эталонного материала OI338 средой для получения стандартной концентрации OI338, равной 0,12 мг/мл и 0,5 мг/мл соответственно. Среда состояла из смеси 50 мМ KH2PO4, 380 мМ KCl, 0,3% (м/о) Brij-35 в качестве поверхностно-активного вещества, pH регулировался до 7,4 (± 0,05), водный буфер (ионная сила: 0,5 М) смешивался с ацетонитрилом 20% для достижения конечного состава среды.
Ручная пробоподготовка
Десять таблеток, содержащих OI338, переносили в отдельные измерительные колбы объемом 25 мл. В каждую колбу добавляли 25 мл среды, указанной выше. Пробы растворов перемешивали с помощью магнитной мешалки в течение 120 мин, затем разбавляли до объемной метки. После этого пробы фильтровали с использованием шприцевого фильтра диаметром 25 мм, нейлоновой мембраны 0,2 мкм. Для анализа содержимого использовались десять проб. Две из десяти проб были выбраны случайным образом для дополнительных анализов на чистоту и агрегацию.
Пробоподготовка с использованием рабочей станции TPW
Десять таблеток из одной партии были подготовлены в станции TPW с использованием той же среды, что и при ручной подготовке. Объем среды 25 мл дозировали гравиметрическим методом по плотности растворителя. Гомогенизация включала 7 импульсов по 25 с частотой вращения 2000 об/мин и 7 импульсов по 5 с частотой вращения 4000 об/мин. Перед переносом пробу фильтровали аналогично ручному методу. Полученные пробы анализировались на содержимое в автономном режиме. Две из десяти проб выбирали случайным образом и дополнительно анализировали на чистоту и содержание высокомолекулярного белка.
Определение однородности методом СВЭЖХ
Пробы, подготовленные вручную и подготовленные при помощи станции TPW, анализировали на содержание OI338 (общее содержание белка) с использованием системы сверхпроизводительной жидкостной хроматографии Waters Acquity UPLC. Скорость потока составляла 0,8 мл/мин, объем введенной пробы 4 мкл, время работы 12 мин. Температура в колонке составляла 50 °C, детектирование проводилось при длине волны 215 нм. Температура в автоматическом пробоотборнике была установлена на 7 °C на протяжении всего эксперимента.
Определение чистоты методом СВЭЖХ
Пробы, подготовленные вручную и подготовленные при помощии станции TPW, анализировали на чистоту OI338 с использованием системы Waters Acquity UPLC Classic. Скорость потока составляла 0,3 мл/мин, объем введенной пробы 5 мкл, время работы 52 мин. Температура в колонке составляла 50 °C, детектирование проводилось при длине волны 214 нм. Температура в автоматическом пробоотборнике была установлена на 10 °C на протяжении всего эксперимента.
Определение содержания высокомолекулярного белка методом ВЭЖХ
Пробы, подготовленные вручную и подготовленные при помощи станции TPW, анализировали на содержание высокомолекулярного белка в OI338 с использованием системы Waters Alliance HPLC 2695. Скорость потока составляла 0,5 мл/мин, объем введенной пробы 40 мкл, время работы 40 мин. Температура в колонке составляла 50 °C, детектирование проводилось при длине волны 215 нм. Температура в автоматическом пробоотборнике была установлена на 5 °C на протяжении всего эксперимента.
Анализ полученных данных
На однородность дозирования были проанализированы десять таблеток, подготовленных каждым методом: всего двадцать таблеток из одной партии. Как показано в Таблице 1, среднее значение заявленного содержания OI338 при ручной пробоподготовке составляло 84,1%. Результаты для пробоподготовки с помощью станции TPW показали сопоставимое среднее значение 83,0% заявленного содержания OI338. T-критерий Стьюдента показывает незначительное различие между средними значениями (p = 0,97), подтверждая, что ручной и автоматизированный методы дают аналогичные результаты.
Таблица 1. Результаты однородности и повторяемости содержания OI338 в таблетках
Результаты тестов на чистоту и содержание высокомолекулярного белка проб, подготовленных с помощью станции TPW, сравнивали с результатами тестов для проб, подготовленных ручным методом с помощью магнитного перемешивания. Результаты представлены в Таблице 2.
Таблица 2. Чистота и содержание высокомолекулярного белка в OI338
Проверено, что при гомогенизации при частоте вращения 2000 и 4000 об/мин не происходит дополнительной деградации OI338, что подтверждается сопоставимой чистотой OI338 для двух методов. Кроме того, вид пиков примесей идентичен при наложении и сравнении хроматограмм чистоты для проб, подготовленных с использованием станции и проб, подготовленных вручную (рис. 1).
рис. 1. Хроматограммы чистоты проб OI338 для TPW и пробоподготовки ручным методом:
а) пробоподготовка ручным методом, б) пробоподготовка с использованием станции TPW
Для оценки потенциальной агрегации высокомолекулярного белка во время гомогенизации был проведен анализ стабильности белка OI338 методом эксклюзионной хроматографии. Результаты в Таблице 2 демонстрируют идентичные количества высокомолекулярного белка, измеренные в пробах, полученных с помощью TPW и вручную. Наложение хроматограммы (рис. 2) подтверждает, что мономеризованная структура OI338 сохраняется во время гомогенизации таблеток в рамках автоматизированного рабочего процесса в сравнении с магнитным перемешиванием.
Рис. 2. Хроматограммы высокомолекулярного белка проб OI338 для TPW и пробоподготовки ручным методом:
а) пробоподготовка ручным методом, б) пробоподготовка с использованием станции TPW
Рабочий процесс ручной и автоматизированной пробоподготовки для проверки однородности содержимого десяти проб OI338 показан в Таблице 3.
Таблица 3. Рабочий процесс и продолжительность ручной и автоматизированной пробоподготовки
Сотрудник, проводящий ручную пробоподготовку, может одновременно обрабатывать десять проб, затрачивая 70 минут общего лабораторного времени, помимо наблюдения за пробами во время магнитного перемешивания. Для проведения автоматизированной пробоподготовки идентичного количества проб с использованием станции TPW общее время, необходимое сотруднику, составляет 20 мин. Таким образом, сотрудник затрачивает приблизительно треть времени, необходимого для ручной подготовки. При этом освобождается 50 минут рабочего времени (сокращение на 71%).
Общее время цикла анализа при автоматизированной пробоподготовке увеличивается, поскольку рабочая станция TPW обрабатывает только одну пробу за раз. Однако, несмотря на более длительный цикл анализа, для обеспечения непрерывной работы TPW позволяет задать последовательность ночных анализов, обеспечивая круглосуточную работу. Оснащение рабочей станции TPW позволяет подключаться к онлайн-системе для дальнейшей автоматизации и сокращения времени цикла. Кроме того, появляется чистый прирост общей производительности, поскольку у лаборантов высвобождается свободное время для выполнения других задач. Дополнительные преимущества во времени появляются благодаря снижению количества ошибок, связанных с человеческим фактором, а также использованию электронных контрольных журналов, облегчающих передачу метода. Наконец, за счет минимизации воздействия химических веществ и сильнодействующих АФИ на человека повышается безопасность труда.
Автоматизированная рабочая станция пробоподготовки TPW
Заключение
На сегодняшний день в фармацевтической промышленности наблюдается выраженный рост автоматизации лабораторий. Пробоподготовка представляет собой затратную по времени, рутинную лабораторную процедуру, которую необходимо автоматизировать. В данной работе ученые оценили использование автоматизированной рабочей станции TPW SOTAX для пробоподготовки твердой лекарственной формы.
Исследование подтвердило эффективность использования рабочей станции TPW, продемонстрировав эквивалентность ручным методам по повторяемости и стабильности. Несмотря на то, что при последовательной обработке станцией TPW общее время цикла увеличивается, она значительно повышает производительность, сокращая ручной труд на 71% и повышая безопасность работы в лаборатории. Автоматизированная рабочая станция пробоподготовки TPW - необходимый и эффективный инструмент для анализа биологических макромолекул в фармацевтической отрасли.
Для заказа оборудования, а также по любым вопросам, связанным с оборудованием SOTAX, обращайтесь по адресу sales@gluvex.com или по телефону 8 (495) 291-39-19.
Добавить комментарий