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23 Octobre 2019

Agata Papa, Lab Manager

Discrimination des polymorphes avec la technique MDRS

Certains ingrédients pharmaceutiques (API) peuvent cristalliser sous différentes formes cristallines (polymorphes). Dans une formulation pharmaceutique, l’identité de la forme cristalline ou son éventuelle conversion peut modifier les caractéristiques et l'efficacité de la formulation, notamment en entraînant une biodisponibilité différente. Les techniques analytiques établies sont souvent incapables de fournir à la fois la séparation et l'identification des espèces dans un système mixte, car elles sont utilisées pour sonder la chimie (spectroscopie de masse), ou les caractéristiques des particules individuelles (microscopie optique et électronique). La technique Morphologically-Directed Raman Spectroscopy (MDRS) est une technique puissante qui combine l'imagerie automatisée des particules avec la spectroscopie Raman afin de fournir la taille, la forme et l'identification chimique des particules en une seule analyse.

Dans ce travail, nous montrons comment le polymorphisme peut être identifié et caractérisé avec succès en utilisant la MDRS (Morphologically-Directed Raman Spectroscopy). 

Nous avons analysé chez Alfatestlab deux mélanges polymorphes d'un API fourni par notre client (Echantillon 1 et Echantillon 2, synthétisés avec des protocoles différents) en utilisant la technique MDRS (Morphologi 4ID - Malvern Panalytical) pour les caractériser en termes de taille de particule, forme et identité chimique. Le mélange polymorphe est constitué des polymorphes de type A et de type B.

Les distributions morphologiques des deux échantillons sont présentées dans la figure 1. Les résultats montrent que les échantillons ont des tailles de particules différentes, tant en nombre qu'en volume. Aucune différence n'a été constatée au niveau de la forme, comme le montre la distribution du "rapport d'aspect" (aspect ratio), qui indique le rapport entre la largeur et la longueur des particules.

Figure 1. Distributions des paramètres de taille et de forme pour les particules de l'échantillon 1 (bleu) et de l'échantillon 2 (orange). A gauche : Distribution de la taille en nombre ; au centre : Distribution de la taille du volume : Droite : Distribution du rapport d'aspect

Analyse chimique

Les spectres Raman des particules individuelles ont été collectés pour chaque échantillon et comparés à une bibliothèque de spectres de référence. Les spectres de référence pour l'analyse Raman ont été obtenus à partir de matériaux purs. Les spectres ont été collectés avec un laser de 785 nm (20 mW) éclairant un spot de 2 μm à un grossissement de 50x. Les résultats de la corrélation avec la bibliothèque de spectres de polymorphes purs ont révélé la présence des deux polymorphes dans les deux échantillons et nous ont permis d'obtenir leurs proportions en pourcentages numériques (Figure 2).

  

Figure 2. Classification basée sur la chimie et la quantification des proportions de polymorphes A et B dans les deux échantillons.

L'échantillon 1 présente environ 35 % de Polymorphe A et 65 % de B, tandis que l'échantillon 2 présente environ 14 % de Type A et 86 % de B. Un score de corrélation supérieur à 0,8 était nécessaire pour une identification positive en tant que Polymorphe A ou Polymorphe B.

La figure 3 présente des exemples de particules de morphologie différente analysées par spectroscopie Raman.

 

Figure 3 : Exemples de spectres Raman collectés sur plusieurs particules et score de corrélation obtenu par comparaison des spectres avec les spectres de référence utilisés pour créer la bibliothèque.

Conclusion

La technique Morphologically-Directed Raman Spectroscopy (MDRS) a fourni une solution appropriée pour identifier chimiquement plusieurs polymorphes dans un échantillon et déterminer les proportions relatives de chaque type de structure.  De plus, une description morphologique de chaque composant chimiquement identifié a ensuite été générée en termes de distributions de taille et de forme, en utilisant les données de l'analyse d'image automatisée.

Ces résultats confirment que les deux protocoles de synthèse différents ont conduit à des proportions différentes de polymorphismes dans l'échantillon et pourraient générer des comportements différents de l'API dans la formulation finale.


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