Techniki tworzenia bibliotek surowców

VIAVI

Brad Swarbrick

Techniki tworzenia bibliotek surowców

Część 1: Pobieranie i skanowanie próbek

Od wielu lat przemysł farmaceutyczny i pokrewne branże wykorzystują spektroskopię w bliskiej podczerwieni (NIR) jako środek identyfikacji surowców dostarczanych do zakładów produkcyjnych. Technika NIR jest wysoce specyficzna dla wielu składników organicznych wykorzystywanych do formowania tabletek, kapsułek, kremów i zawiesin.

Tworzenie przenośnego i małego laboratorium pomiarowego pomogło wielu firmom i organizacjom uzyskać mobilność pomiarów, szczególnie istotną w miejscach dostawy/składowania składników. Niniejsza nota techniczna jest pierwszą z serii dwóch części i omawia kwestie krytyczne z punktu widzenia pobierania próbek materiału. W szczególności omawia ona pobieranie w jak najbardziej wiarygodny sposób próbek widm, pozwalających na tworzenie i stosowanie wiarygodnej i pewnej biblioteki identyfikacyjnej.

Podstawy

Użycie promieniowania podczerwonego jako środka identyfikacji struktur organicznych jest przypisywane Coblentzowi [1]. W ostatnich dziesięcioleciach ta metoda była szeroko wykorzystywana, głównie ze względu na postępy w technice pomiarowej i wzrost mocy obliczeniowej komputerów. Promieniowanie bliskiej podczerwieni oferuje wiele korzyści w porównaniu ze spektroskopią w klasycznej podczerwieni użytej do identyfikacji surowców, m.in. łatwość pobierania próbek czy niezawodność sprzętu. Jest to również metoda komplementarna do spektroskopii Ramana. Obie metody powinny być używane wspólnie w celu rozwiązania setek problemów, których nie może rozwiązać każda z tych metod z osobna. Pionierskie prace Plugge i Van Der Villesa [2] otwarły wiele możliwości, które obecnie widzimy przy użyciu NIR w branży farmaceutycznej, szczególnie przy identyfikacji surowców (RMID).

Jak zacząć? Bądź inteligentny!

Z faktu, że masz tysiąc różnych surowców w magazynie, nie wynika, że musisz od razu stworzyć dla nich wszystkich bibliotekę. Zaplanuj tworzenie w oparciu o regułę 80:20: które 20% surowców jest wykorzystywane w 80% czasu? Identyfikacja tych surowców w pierwszej kolejności zaprocentuje korzyściami w postaci oszacowania jakości i sprawności procesu tworzenia biblioteki.

Należy pamiętać, że NIR typowo nie jest w stanie wykryć soli nieorganicznych oraz innych substancji nieorganicznych, gdyż brak jest w nich pasm widmowych dla wiązań -CH, -OH i -NH występujących w składnikach organicznych. Należy być tu ostrożnym i roztropnym.

Trzeba przygotować listę wszystkich przychodzących surowców i ocenić ich historię pod kątem ostatnich niepowodzeń lub odchyleń od normy. Należy też poszukać surowców, które nie przychodzą tak często, jak najbardziej wykorzystywane w produkcji surowce, ale wymagają długiej i żmudnej analizy laboratoryjnej; jak np. stearynian magnezu, wymagający czasochłonnej i drobiazgowej procedury identyfikacji. Identyfikacja surowców przychodzących raz czy dwa razy w ciągu roku zwykle nie da wyraźnych korzyści, zatem trzeba je dodać do biblioteki w drugiej lub nawet trzeciej kolejności.

Generalnym procesem jest uzyskanie pewnej formy statusu samooceny wypracowanego z regulatorem prawnym w Twoim kraju poprzez przedstawienie procesu tworzenia i standardowych procedur roboczych dla metody w oparciu o najczęściej dostarczane surowce. W ten sposób korzyści z metody staną się szybko widoczne.

Pobieranie próbek – najtrudniejszy krok

Prawidłowy sposób pobierania próbek jest wciąż dyskutowany i często wywołuje zmieszanie u użytkowników NIR. Jako narzędzie identyfikacji spektroskopia NIR może być użyta w większości aplikacji do pobierania próbek. Występują obecnie dwa podejścia odnoszące się do pobierania próbek:

• fizyczne pobieranie próbek z pojemników i skanowanie materiału w szklanych fiolkach

• użycie przenośnych instrumentów lub sond światłowodowych do pomiaru w pojemnikach lub przez opakowanie.

Lata doświadczeń pokazały, że fizyczne pobieranie próbek i skanowanie poprzez szklane fiolki jest najlepszym sposobem na tworzenie solidnych bibliotek, lecz jest metodą najmniej wygodną. W doskonałym świecie bezpośrednie skanowanie poprzez opakowanie lub bezpośrednio w pojemniku byłoby najlepszą opcją. Występują jednak dwa istotne aspekty.

• Wiele materiałów przychodzi w zapieczętowanych, nieprzezroczystych pojemnikach lub papierowych torbach, przez które sonda NIR nie jest w stanie wykonać skanu. Chociaż spektroskopia Ramana z przesunięciem widma (SOR) jest sugerowana jako metoda alternatywna, fizyczny stan materiału w torbie nie może być ustalony wizualnie i metoda SOR nie jest użyteczna dla opakowań używanych dla większości aktywnych składników farmaceutycznych (API).

• Przepisy wymagają stuprocentowych systemów kontroli, a wymogiem jest nadal pobieranie próbek archiwalnych (żelaznych) – z tego względu fizyczne pobieranie próbek jest nieuniknione.

Z powyższych powodów użycie szklanych fiolek jest wysoce wszechstronną metodologią, szczególnie dla spójności pomiarowej, gdzie np. mierzona próbka jest właśnie próbką archiwalną. Poprzez fizyczne pobieranie próbek można ocenić stan badanego surowca oraz można kontrolować umieszczanie surowca w fiolce, co minimalizuje różnice w pomiarach dla poszczególnych próbek. Główną korzyścią szklanych fiolek jest umożliwienie predykcji zgodności surowców, a nawet technologii (procesów). Przesuwa to metodę NIR od narzędzia RMID do narzędzia technologii analizy procesów (PAT).

Rys. 1. MicroNIR Pro z akcesoriami do szklanych fiolek.

Aby osiągnąć maksimum korzyści z inwestycji w technologię NIR, firmy muszą wykazać się pewną innowacyjnością w myśleniu. Niektóre firmy pobierają próbki w magazynie przy użyciu systemu przenośnego, jak np. MicroNIR OnSite, aby zidentyfikować surowiec w momencie jego dostawy.

Rys. 2. MicroNIR OnSite

Firmy te następnie implementują podejście 100% w laboratorium aptecznym, gdzie każdy surowiec jest skanowany, a identyfikację i test zgodności stosuje się tuż przed jego użyciem. Jest to zgodne z cGMPs for the 21st Century [3] (zasady dobrej praktyki wytwórczej), gdzie zaleca się naukowe, oparte o szacowanie ryzyka podejście do jakości. Metoda NIR ma w tym przypadku wiele zalet w porównaniu z innymi technikami, a w wielu sytuacjach jej zastosowania nie są tylko ograniczone do identyfikacji surowców.

Kolejną zaletą metody ze szklanymi fiolkami jest to, że można określić nieskończoną głębokość penetracji surowca tak, że za każdym razem pobierane są spójne widma. Łatwo jest napełnić fiolkę surowcem w różnym stopniu i użyć surowca spodniego o znanej charakterystyce widmowej by określić, gdzie cechy tego surowca są usunięte i kiedy skanowany jest wyłącznie badany surowiec. Umożliwia to łatwy i jasny sposób walidacji techniki pobierania próbek i wpisania jej do standardowej procedury operacyjnej (SOP).

MicroNIR dla RMID i innych zastosowań

Analizator MicroNIR Pro 1700 firmy Viavi jest analizatorem NIR ogólnego przeznaczenia, która stanowi odpowiedź na wiele wyzwań, przed którymi stoi branża, poprzez wykorzystanie bardziej inteligentnych systemów zapewnienia i kontroli jakości. System ten może być dopasowany do uchwytu na fiolki oraz posiadać szafirowe okno kontaktowe dla próbek lub dla stopnia transmisyjnego (pomiary transmisyjne) dla wielu istniejących surowców. Spektrometr MicroNIR – jak wszystkie spektrometry Viavi – może być kwalifikowany zgodnie z amerykańskimi zaleceniami USP 1119, a status weryfikacji może być regularnie sprawdzany.

Opcjonalny stopień transmisyjny jest użyteczny przy pomiarach surowców w stanie ciekłym i pozwala uniknąć środków rozpraszających, jak dwutlenek tytanu (TiO₂), przy pomiarach reflektancyjnych cieczy (w przeciwnym przypadku efekty nieskończonej absorpcji mogą spowodować niechciane anomalie widmowe).

Spektrometr mobilny MicroNIR OnSite jest zaprojektowany do analizy w punkcie wytwarzania substancji. Odporna konstrukcja i klasa szczelności IP65 pozwala na użycie w typowym środowisku fabrycznym bez potrzeby stosowania specjalnych obudów lub osłon w celu zapewnienia stabilności pomiaru. Wykorzystując wbudowane aplikacje dla tabletów i innych urządzeń mobilnych, skanowanie i analiza próbek staje się łatwą i zwalidowaną czynnością. OnSite może być również użyty ze standardową platformą oprogramowania MicroNIR Pro, co pozwala na łatwiejsze tworzenie metod w środowisku biurowym.

Rys. 3. MicroNIR Pro połączony ze stopniem transmisyjnym

MicroNIR OnSite można wykorzystać jako system pomiarowy z bezpośrednim kontaktem z próbką lub wyposażyć w akcesoria do pomiaru szklanych fiolek lub pomiaru cieczy w trybie transmisyjnym. Jak wszystkie spektrometry firmy Viavi, może on być kwalifikowany zgodnie z amerykańskimi zaleceniami USP 1119, a status weryfikacji może być regularnie sprawdzany.

Rys. 4. MicroNIR OnSite podłączony do tabletu, pokazany z dużym aplikatorem po lewej stronie, dogodnym do analizy sypkich lub miękkich surowców, znajdujących się np. w plastykowej torebce; na środku znajduje się biały wzorzec odniesienia w formie kapsułki.

Zalety MicroNIR przy identyfikacji RMID

Na rynku jest wiele systemów identyfikacji surowców RMID i kiedy nowy lub nawet doświadczony użytkownik chce ocenić taki system pod kątem zastosowania w swojej firmie, przeładowanie informacjami może doprowadzić do “paraliżu decyzyjnego”. Rodzina przenośnych spektrometrów w bliskiej podczerwieni MicroNIR ułatwia podjęcie decyzji merytorycznej, gdyż zapewnia:

• system, który może być kwalifikowany zgodnie z przepisami farmaceutycznymi (spełnienie wymogów urzędowych)

• zakres widmowy i rozdzielczość adekwatną dla celów RMID i badania zgodności

• systemy tworzenia metody i rozwoju oprogramowania, które są ze sobą ściśle powiązane

• dużą trwałość zapewnioną przez brak ruchomych części i mądry projekt urządzenia

• wszystkie sposoby pobierania próbek spotykane w droższych systemach za ułamek ich ceny.

MicroNIR jest wspomagany i popierany przez wielu czołowych na świecie ekspertów w dziedzinie NIR. Wszystkie systemy posiadają pełną dokumentację cyklu produkcyjnego wyrobów, a Viavi może również zapewnić instalację i dokumentację kwalifikacji instalacyjnej oraz operacyjnej (IQ/OQ) dla tych firm, które chcą skorzystać z zaleceń GAMP©5.

Druga część niniejszej noty technicznej ocenia metody chemometryczne wykorzystywane do tworzenia bibliotek. Metody te są użyteczne wyłącznie w przypadku, gdy wykorzystuje się zasady dobrego i niezawodnego pobierania próbek opisane w tej nocie.

Podziękowania

Niniejsza nota aplikacyjna jest studium prowadzonym przez Brada Swarbricka. Brad jest właścicielem Quality by Design Consultancy, australijskiej firmy obsługującej firmy w Oceanii, Azji i Japonii, w szczególności wspomagająca zastosowania farmaceutyczne chemometrii, PAT i QbD dla celów spektroskopii. Więcej informacji na temat pobierania próbek można otrzymać kontaktując się z Viavi na stronie viavisolutions.com.

O autorze

Brad Swarbrick ma ponad dwudziestoletnie doświadczenie w zastosowaniu metodologii chemometrii i projektowaniu eksperymentów (DoE) w wielu branżach, m.in. rolnictwie, petrochemii i farmacji. Brad do niedawna był dyrektorem CAMO Software, światowego lidera dostawców pakietu oprogramowania chemometrycznego The Unscrambler, gdzie z sukcesem prowadził liczne projekty rozwoju oprogramowania. Przed pracą w CAMO Software Brad pracował w pionierskiej grupie Process Analytical Technology (PAT) w firmie Pfizer, stworzył cały program dla firmy farmaceutycznej Sigma (obecnie Aspen) i pracował jako konsultant GMP dla jednej z największych grup konsultingowych w Azji.

Literatura

1. Coblentz, W. W., “Investigation of Infrared Spectra, Part I” Carnegie Institution, Washington D.C., 1905.

2. Plugge W, and van der Vlies C., “The use of near infrared spectroscopy in the quality control laboratory of the pharmaceutical industry”. J Pharm Biomed Anal. 1992 Oct-Dec;10(10-12):797-803.

3. US FDA, “Pharmaceutical cGMPs for the 21st century – A risk based approach, final report”, 2004.http://www.fda.gov/drugs/developmentapprovalprocess/manufacturing/questionsandanswersoncurrentgoodmanufacturingpracticescgmpfordrugs/ucm137175.htm accessed 8th March, 2016.

© 2016 Viavi Solutions, Inc.

Specyfikacje i opis wyrobu znajdujące się w tym dokumencie mogą ulec zmianie bez uprzedniego powiadomienia.

e-mail: ospcustomerservice@viavisolutions.com

e-mail: kabelkom@kabelkom.pl

tel. +33 1 30 81 50 41

tel. +48 33818 55 55

www.kabelkom.pl

osp.viavisolutions.com