DANNALAB bietet unter cGMP-gerechtem Qualitätsmanagement mehrere XRPD Methode zur Charakterisierung von Arzneimittel-Wirkstoffen (APIs), Hilfsstoffen, Zwischenprodukten und
den fertigen Arzneimitteln. Kapitel <941> der USP und Kapitel 2.9.33 der Europäische Pharmakopöe (Ph.Eur.) verweisen auf die Anwendung von Röntgenpulverbeugung (XRPD) zur Charakterisierung von kristallinen Feststoffen.
Nähere Informationen zur XRPD Methodik und typischen Anwendungen finden Sie unter www.XRPD.EU.
Um die Identität einer pharmazeutischen Substanz durch Vergleich mit einem bekannten Referenzmaterial zu bestätigen, ist es in vielen Fällen ausreichend, wenn die gemessenen XRPD Reflexwinkelpositionen mit den Referenzwerten der Winkelpositionen übereinstimmen. Unsere Bestimmungs-Bandbreite zwischen den Referenzwerten und den gemessenen Winkelpositionen ist eine Grössenordnung kleiner als von der Europäische Pharmakopöe <2.9.33> gefordert.
Bei DANNALAB können wir polymorphe Verunreinigungen bis hinunter zu Bruchteilen von Gew.-% nachweisen und quantifizieren. Für die Fertigdosierung der Darreichungsformen sind wir mitunter in der Lage einen Nachweiswert (LOD (Limit of Detection)) von 0.17% und einen Quantifizierungsgrenzwert (LOQ (Limit of Quantification)) bis hinunter zu 0.5% des Gesamtwirkstoffgewichtes zu validieren.
Warum ist dieser Nachweis wichtig? Mittels XRPD lassen sich polymorphe Formen eindeutig identifizieren. Die Untersuchung von polymorphen Formen (chemisch identische Substanzen in verschiedenen Kristallmodifikationen) ist einer der wichtigsten Schritte in der Arzneimittelproduktentwicklung. Da sich polymorphe Formen in ihrer Festkörperstruktur unterscheiden, können sie verschiedene Löslichkeiten und unterschiedliche Auflösungsraten aufweisen. XRPD-Diffraktogramme sind ein direktes Abbild der Kristallstruktur eines Materials. Daher wird XRPD als der "Goldstandard" für die Identifizierung (Fingerprinting) von verschiedenen kristallinen Phasen, Polymorphen, Hydraten oder Solvaten durch ihr einzigartiges Beugungsmuster in verschiedenen Stadien der Entwicklung von Arzneimitteln angesehen. Es ist daher wichtig, in allen Entwicklungs- und Produktionsschritten polymorphe Verunreinigungen bis zu sehr niedrigen Konzentrationen nachweisen und quantifizieren zu können.
Die Anwesenheit von selbst geringen Spuren patentierter polymorpher Verunreinigungen können weitreichende patentrechtliche Folgen haben.
Für ein unbekanntes Material ist es oftmals wichtig, den Gitter-Typ und die Abmessungen der kristallographischen Einheitszelle zu identifizieren. Die Methode zur Bestimmung der kristallographischen Zellsymmetrie und der Zellparameter aus einem Diffraktogramm wird als "Indexing" bezeichnet. Sobald alle gemessenen Reflexpositionen im Beugungsdiagramm den aus der Einheitszelle berechneten entsprechen, dient dies als Nachweis und Bestätigung der Reinheit einer Substanz und stellt sicher, dass es keine Mischung von polymorphen Formen ist. Nachdem alle Reflexpositionen des Diffraktogramms durch das berechnete Beugungsmuster aus Zellparametern einer kristallinen Form erklärt werden können, kann eine Wirkstoffsubstanz eindeutig durch diesen Fingerabdruck identifiziert und als kristalline Reinphase betrachtet werden. Diese Form der kristallographischen Analyse ist besonders bei der Charakterisierung von polymorphen Formen von Nutzen. Ein indiziertes Diffraktogramm oder die kristallographischen Parameter der Einheitszelle sind oft von wesentlicher Bedeutung bei der Sicherung eines Patentes.
Da die physikalisch-chemischen Eigenschaften der Arzneimittel durch ihre Festkörperform beeinflusst werden, hat die Kristallinität des Wirkstoffs einen tiefgreifenden Einfluss auf sowohl das Verarbeitungsverhalten (Kompressibilität, Komprimierbarkeit und Hygroskopizität) als auch die Bioverfügbarkeit des Wirkstoffs im Endprodukt. Aufgrund seiner besseren Stabilität ist die gewünschte Festkörperform für einen pharmazeutischen Wirkstoff (API) in der Regel kristallin. Jedoch ist der amorphe Zustand manchmal erforderlich, um eine ausreichende Wirksamkeit bei niedriger Löslichkeit des Wirkstoffs zu erreichen. Während der Herstellung oder Verarbeitung von pharmazeutischen Feststoffen können bestimmte Verfahren, wie das Mahlen, Sprühtrocknen oder die Lyophilisierung die kristalline Struktur zerstören und zu der Bildung von amorphen Bereichen führen. Auf der anderen Seite kann unerwünschte Rekristallisation innerhalb einer amorphen Formulierung erfolgen – verursacht von thermodynamischen und physikalisch-chemischen Faktoren. Um die Integrität des Endprodukts zu gewährleisten, ist es daher wichtig, das Vorhandensein und den Anteil an amorphem Material in einer kristallinen Matrix bzw. den kristallinen Anteil im Amorphen bestimmen zu können. Bei der Quantifizierung des kristallinen Anteils im Amorphen ist ein LOQ-Wert von annähernd 1% wt erreichbar. XRPD wird erfolgreich bei der Bestimmung der Kristallinität, sowohl für kleine kristalline Anteile in einer amorphen Matrix als auch umgekehrt, angewandt. Man beachte, dass in einigen Fällen die Kombination von XRPD mit zusätzlicher SAXS (Röntgen-Kleinwinkelstreuung) Charakterisierung wichtige Informationen über die innere Struktur eines Wirkstoffs offenbart, wie beispielsweise die Größe der spezifischen Oberfläche, die unmittelbare Auswirkungen auf das Auflösungsprofil haben kann.
Die Rietveld-Methode ist eine „Full pattern – Fitmethode“, bei der ein berechnetes Diffraktogramm an das gesamte gemessene Röntgenbeugungs-Diagramm durch Variation und Verfeinerung einer Reihe kristallographischer und instrumenteller Parameter angepasst wird. Es wird für die atomare Strukturverfeinerung und zur genauen Bestimmung der Parameter einer Einheitszelle verwendet. Durch das Verfahren werden kristallographische Parameter wie beispielsweise die Gitterkonstanten, Atomkoordinaten innerhalb der Einheitszelle, Besetzung der Atompositionen und Vorzugsorientierung abgeleitet. Zusätzlich kann die Rietveld-Verfeinerung bei der Analyse der quantitativen Zusammensetzung von Mehrphasengemischen angewandt werden.
Das Röntgen-Pulverdiffraktogramm einer kristallinen Phase ist direkt mit seiner kristallinen Struktur verbunden. Bei einer Phasenmischung ist ein Röntgenbeugungs-Diagramm im allgemeinen Sinne die Summe der Röntgenbeugungs-Diagramme der Einzelverbindungen. Die Entfaltung eines Röntgenbeugungs-Diagramms dient oft als Vorstufe der anschließenden Identifizierung unbekannter Verbindungen in einer Mischung durch Vergleich mit verfügbaren Datenbanken. Die Phasenanalyse mit XRPD ist ideal für die Analyse von polymorphen Mischungen, Untersuchungen von Phasentransformationen in Kompatibilitätsstudien und für die Optimierung und Qualitätskontrolle der fertigen Formulierung. Darüber hinaus ermöglicht die Röntgenbeugung eine Analyse des gesamten Beugungsdiagramms zur (semi-) quantitativen Bestimmung der amorphen Anteile in der Formulierung.
