Oberflächenanalytik in der pharmazeutischen Forschung

Von der Wirkstoffverteilung bis hin zu Verunreinigungen auf oder in Blistern

Die pharmazeutischen Forschung ist ein facettenreiches Gebiet in dem neben der Entwicklung neuer Wirkstoffe unter anderem auch an der Verbesserung bestehender Arzneimittelformulierungen (Galenik) und ihrer Darreichungsformen (Drug Delivery) gearbeitet wird. Ein klassisches Beispiel für den zuletzt genannten Forschungsschwerpunkt sind die Entwicklungen im Bereich der Antidiabetika. Viele Patienten empfinden Insulininjektionen als unangenehm, so dass Alternativen gesucht werden, die eine sichere und nicht-invasive Verabreichung von Insulin ermöglichen (z.B. in Form von Tabletten, Pflastern oder Sprays). Derartige Entwicklungen erfordern allerdings eine geeignete analytische Begleitung wie folgendes Beispiel zeigt:

Insulin

Perorale Insulinapplikation

Spray statt Spritze - Begleitende XPS Analytik zur Entwicklung neuer Darreichungsformen

Die perorale Aufnahme von Insulin wird als Alternative zur weit verbreiteten Injektion dieses Hormons entwickelt. Als Insulinträger eignen sich biolo­gisch abbaubare Nanopartikel, die das Insulin umhüllen und dieses erst nach Erreichen des Blutkreislaufs freisetzen. Für die Wirksamkeit der peroralen Einnahme ist die Qualität der Nanohülle und die Menge des verkapselten Hormons von entscheidender Bedeutung. Daher wurden oberflächensensitive XPS-Untersuchungen mit volumenanalytischen Methoden kombiniert, um qualitative und quanti­tative Aussagen über die Qualität der Insulin-Verkapselung zu erhalten.

Grundsätzlich liefern die unbeladenen Nanopartikel und das Insulin sehr ähnliche XPS-Spektren. Diese zeigen Signale der Hauptelemente C, O und N. Insulin kann im XPS-Spektrum jedoch anhand seiner charakteristischen Disulfidbrücke (Cys-S-S-Cys) von den verwendeten Nanopartikeln unterschieden werden, wie das S2p-Detailspek­trum in obigem Bild zeigt. Aufgrund der Disulfidbrücken liefert das Insulin Signale mit einer S2p3/2-Bindungsenergie (BE) von 163.5 eV. Die ebenfalls nachgewiesenen SO32- / SO42- Bindungen (BE ca. 168 eV) können hingegen einer auf den Nanopartikeln vorliegenden Schwefelkomponente zugeordnet werden kann.

Mit der XPS gelingt aufgrund der Informationstiefe des Verfahrens eine quantitative Erfassung des Insulins in den obersten 10 nm eines Nanopartikels. Ein Vergleich mit den Resultaten einer Gesamt­volumen­bestimmung des Insulin­gehalts ermöglicht somit eine Abschätzung des Oberflächenanteils des Hormons.

Tabelle 1 zeigt exemplarisch Ergebnisse zweier Nanopartikel-Chargen. Während der Gesamt­insulinanteil beider Chargen nahezu identisch ist, belegen die XPS-Daten einen deutlich höheren Insulinanteil an der Oberfläche der Charge #2. Zudem kann der Insulinanteil dieser Charge durch Waschen erheblich reduziert werden. Dies deutet auf eine fehlerhafte oder unvollständige Verkapselung des Hormons hin. Entsprechende Nanopartikel sind als Träger von Insulin zur peroralen Aufnahme ungeeignet.

 

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