不同pH磷酸鹽緩沖液中藥物視頻顯微溶出測度
越來越多的制藥工業管線中的候選藥物表現出較差的水溶性，大多數已上市的口服速釋制劑幾乎不溶解。這些藥物通常生物利用度低且不一致，在生物藥劑學分類系統中被歸類為II類和IV類（低溶解度）藥物。為了對新化學實體(NCE)進行分類和表征，需要有效的溶解速率早期篩選方法，該方法可以使用少量材料進行。在過去幾年中，人們對早期NCE開發中的高通量方法（可以同時評估多個條件和樣品）的興趣急劇增加。由于實驗室自動化技術的進步，現在可以以最少的材料要求篩選大型化學和配方空間。制藥行業在高通量實驗的實施和開發研究制劑前條件的系統方法方面投入了大量資金。使用原位成像技術，可以實時監測溶解過程以及與起始材料不同形態的其他不溶性沉淀物的形成。該技術還可以更好地理解藥物顆粒在溶液中的行為，而不是通過單獨評估顆粒大小和形態進行批量測量。研究在非常小的樣品體積中溶解的方法可能是視頻顯微鏡設置，例如oCelloScope微生物動態監測系統（BioSense）。對標準曲線和紫外吸收行為知識的需求被溶解顆粒顯微照片的圖像分析所取代，因為測量的是觀察到的二維(2D)顆粒面積的減少而不是特定的藥物濃度。這種視頻顯微裝置能夠獲取藥物顆粒隨時間溶解的高分辨率圖像，并且之前已被用于研究過飽和系統中的微生物生長和沉淀。
本研究的目的是開發一種微克級視頻顯微方法來預篩選和估計水溶性差的藥物的溶出度。該方法用于研究6種水溶性差的藥物（卡維地洛、地西泮、雙嘧達莫、非洛地平、非諾貝特和消炎痛）在禁食狀態模擬腸液(FaSSIF)中、消炎痛在不同pH磷酸鹽緩沖液中的溶出度，以及在定制的生物相關介質中使用地西泮和雙嘧達莫。選擇這些藥物來代表早期藥物開發過程中感興趣的微水溶性候選藥物。另一個目的是評估藥物顆粒溶解時的形態，確定它們的粒度分布，并跟蹤卡馬西平在磷酸鹽緩沖液中的固態轉化跡象。
丹麥Biosense微生物生長曲線監測系統的應用
使用oCelloScope微生物動態監測系統（BioSense）進行藥物的視頻顯微溶出測試。該設備以設定的時間間隔獲取圖像以生成延時視頻，使用6-96孔微量滴定板作為樣品容器，顯微鏡單元帶有連接到機械臂的攝像頭和照明源，用于獲取樣品內容的圖像井。1.3μm顯微鏡的光學分辨率允許檢測0.5μm和1 mm之間的微型物體，使其適用于藥物顆粒、微粉化顆粒和新結晶顆粒的顯微鏡檢查，因為這些通常適合可觀察的尺寸區間。oCelloScope微生物動態監測系統具有4倍光學放大倍率，可在2分鐘和36秒內掃描完整的96孔板。該設備通過一組定制的圖像分析算法分析獲得的溶解圖像。圖像分割算法通過結合使用形態圖像重建和紋理分析對圖像進行二值化來識別圖像中存在的粒子。為了分離連接的粒子，二值化圖像通過結合二值掩模和灰度圖像的測地線分水嶺變換進一步處理和細化。對于所有已識別的顆粒，顆粒形狀和形態參數，例如面積、具有等投影面積(EQPC)的圓的直徑和Feret直徑，均根據國際ISO 9276-6標準進行測量。
實驗結論
在這項研究中證明了視頻顯微溶出測試可用于根據溶出速率對藥物進行分組，以及研究和跟蹤溶出過程中的相變行為和沉淀，而傳統方法通常需要額外的測試。這一發現突出了使用基于顯微鏡的溶出方法的優勢之一，因為在開發過程的早期描述NCE的溶出行為對于進一步的藥物開發至關重要。視頻顯微溶出度測試可以使用低至480μg的藥物和4.3 mL的介質進行24個孔，使其成為早期NCE開發過程中的有效溶出篩選方法。使用oCelloScope微生物動態監測系統的視頻顯微裝置可作為概念證明，在進一步開發后，它可以用作藥物開發早期階段的調查篩選工具，并在開發過程中協助決策。
圖1、FaSSIF中消炎痛溶出實驗的24個孔中所有粒子的溶出率，作為其各自粒子面積的函數。
圖2、a）顯示消炎痛顆粒的視頻顯微溶出測試的原始輸出圖像。b）圖像分析算法識別的消炎痛顆粒，如藍色邊界框所示，以及由紅色輪廓可視化的暴露表面。c）來自單個顆粒的消炎痛溶出數據的線性回歸，顯示溶出速率為10.11μm2 min-1。R2=0.988
圖3、在pH 6.5的FaSSIF中卡馬西平顆粒的30分鐘延時。b為識別和分析粒子而開發的算法無法將不透明粒子和透明粒子彼此分開。紅色箭頭表示存在柱狀卡馬西平沉淀；藍色箭頭表示存在針狀卡馬西平沉淀。
圖4、視頻-顯微溶出度測試數據與常規小規模溶出度測試數據的相關圖。R 2=0.87，斯皮爾曼的ρ=0.92，p=0.0013。進行了單向方差分析統計檢驗。(**):p=0.0012;(****)：p<0.0001。●：地西泮，■：卡維地洛，▲：消炎痛，?：消炎痛pH 6.0，?：消炎痛pH 6.5，○：消炎痛pH 5.5，□：雙嘧達莫，△：非洛地平，▽：非諾貝特。
圖5、不同濃度膽汁鹽和溶血磷脂對視頻顯微試驗。a）雙嘧達莫和b）地西泮以及常規小規模溶出試驗中c）雙嘧達莫和d）地西泮溶出度的影響。溶血磷脂(LPL)濃度對e）雙嘧達莫和f地西泮溶出率的影響。左側y軸(●)為視頻顯微溶出測試數據，右側y軸(○)為常規小規模溶出測試數據。進行了單向方差分析統計檢驗。
總結
本文討論的方法可以在未來開發有效的抗菌化合物以改善衛生和全球食品安全方面發揮關鍵作用。水溶性差是新候選藥物的共同特征，這導致口服生物利用度低或不一致。這引發了對溶解度和溶出度的材料有效測試的興趣。本論文目的是開發一種微克級視頻顯微方法（Biosense微生物動態監測系統）來篩選水溶性差的藥物的溶出率。該方法應用于禁食狀態模擬腸液(FaSSIF)中的六種藥物（卡維地洛、地西泮、潘生丁、非洛地平、非諾貝特和吲哚美辛）、不同pH緩沖液中的吲哚美辛以及定制培養基中的地西泮和潘生丁。另一個目的是跟蹤FaSSIF中卡馬西平的相變。通過使用光學視頻顯微鏡（Biosense微生物動態監測系統）隨時間跟蹤顆粒表面積來研究藥物的溶出速率和顆粒行為。一種設計視頻顯微溶出方法的方法是使用96孔微量滴定板作為樣品容器，如在oCelloScope微生物動態監測系統中，該方法可以同時運行多個實驗，樣品體積很小。當使用96孔微量滴定板進行溶出實驗時，所使用的介質體積和藥物質量會大大降低。將顯微鏡連接到機械臂上，所有重復均以一致的方式自動執行溶出數據采集。與視頻顯微鏡設置一樣，應用微型紫外光譜溶解產生了類似的溶解速率和pH效應分組。使用定制介質表明溶血磷脂提高了地西泮和雙嘧達莫的溶出速率。視頻顯微鏡設置允許隨著時間的推移跟蹤溶解的卡馬西平顆粒上透明顆粒的成核。開發的設置提供了一種材料有效的篩選方法，可根據溶出率對藥物進行分組，其中使用光學顯微鏡有助于實現高樣品通量。使用定制介質表明溶血磷脂提高了地西泮和雙嘧達莫的溶出速率。視頻顯微鏡設置允許隨著時間的推移跟蹤溶解的卡馬西平顆粒上透明顆粒的成核。開發的設置提供了一種材料有效的篩選方法，可根據溶出率對藥物進行分組，其中使用光學顯微鏡有助于實現高樣品通量。使用定制介質表明溶血磷脂提高了地西泮和雙嘧達莫的溶出速率。視頻顯微鏡設置允許隨著時間的推移跟蹤溶解的卡馬西平顆粒上透明顆粒的成核。開發的設置提供了一種材料有效的篩選方法，可根據溶出率對藥物進行分組，其中使用光學顯微鏡有助于實現高樣品通量。
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