Análisis cuantitativo de formas farmacéuticas mediante espectroscopía NIR

El rango espectral de 900 nm a 1700 nm ofrece el compromiso máximo de versatilidad, madurez y capacidad de la tecnología para trabajar tanto con formas farmacéuticas sólidas como pulverulentas y especialmente formulaciones líquidas. A diferencia de otros dispositivos análogos que operan en el rango de 1600 nm hasta 2500 nm, el rango espectral del Visum Palm™ presenta menores niveles de absorción del agua, mejor penetración de la luz y, en consecuencia, una señal más clara, más informativa y con menor ruido.

_{Visum Palm™ handheld or benchtop  (lab) analyser}

La tecnología NIRS es idónea para complementar o sustituir métodos analíticos tradicionales como la cromatografía líquida de alta resolución (HPLC), la espectrofotometría UV/Vis, la cromatografía de gases o métodos de titulación química. 

Un caso muy extendido en la industria es el reemplazo por NIRS del método Karl-Fischer para la determinación de loss-on-drying (LOD) en formas farmacéuticas. A pesar de las ventajas evidentes que ofrece la técnica NIRS (poca o nula preparación de muestras, no requiere reactivos, resultados inmediatos y posibilidad de corregir parámetros de proceso), cabe oportuno mencionar que no tiene la misma sensibilidad para cuantificar principios activos (APIs) o excipientes en concentraciones típicamente por debajo del rango de 0.1% a 1% en peso, siendo éste el límite de cuantificación (LOQ) en la mayoría de los casos y aplicaciones de cuantificación.

El analizador Visum Palm™ y su software fue concebido para cumplir todas las recomendaciones de la Farmacopea Americana (USP, 1119), de la Farmacopea Europea (Ph. Eu., sección 2.2.40), la normativa 21 CFR Part 11 de la FDA y las Directrices de la Agencia Europea de Medicinas (EMA): «Guideline on the use of near infrared spectroscopy by the pharmaceutical industry and the data requirements for new submissions and variations» (2014), Adendo «Defining the Scope of an NIRS Procedure» (2023), como así también la reciente «ICH Q14 Guideline on analytical procedure development» de diciembre 2023.

• CFR incorporado y trazabilidad de toda la información de uso del dispositivo. Audit Trail.
• Verificación de la longitud de onda, ruido y linealidad fotométricos. Asistente guiado desde el analizador. Informes automatizados del estado del dispositivo.
• Autodiagnóstico.
• Posibilidad de desarrollar, actualizar y editar métodos de identificación, clasificación y cuantificación sin conocimiento experto.
• Informes automatizados con información técnica de los métodos NIRS desarrollados o editados como información para detectar necesidades de mejora o para el dossier de validación.
• Posibilidad de validar métodos NIRS con muestras externas de manera offline.
• Personalización de informes de uso para análisis de identificación o cuantificación.
• Gestión de usuarios y permisos. “Analyst”, “Supervisor”, “User Administrator”.

_{Analizador portátil Visum Palm™}

• Rapidez

La espectroscopía NIR ofrece tiempos de análisis significativamente más cortos en comparación con los métodos tradicionales. Los análisis NIR pueden realizarse en cuestión de segundos, permitiendo un control de calidad prácticamente en tiempo real durante la producción de un lote.

• Análisis no destructivo

A diferencia de la mayoría de los métodos tradicionales, que requieren la destrucción de la muestra, la espectroscopía NIR puede realizarse directamente sobre las tabletas, polvos o soluciones sin alterarlas, lo que permite un mayor rendimiento de muestras para análisis futuros. Incluso directamente a través de bolsas translúcidas.

• Mínima o nula preparación de muestra

 La técnica NIR permite el análisis directo de la formulación, eliminando pasos laboriosos de preparación de muestras, como la disolución, filtración o dilución, lo que reduce el riesgo de errores y la manipulación excesiva.

• Reducción de costes

Al eliminar la necesidad de solventes, reactivos y otros insumos, la técnica NIR puede reducir significativamente los costos asociados con el análisis rutinario. Además, su facilidad de automatización disminuye el tiempo de trabajo manual requerido, reduciendo significativamente los tiempos de ciclo y el lead time.

• Multiparamétrica

La espectroscopía NIR permite la cuantificación simultánea de múltiples parámetros en una muestra o formulación. Con un método calibrado adecuadamente, se puede determinar la concentración de diferentes APIs, excipientes e incluso otras propiedades en un solo análisis.

• Integración en procesos de manufactura

La técnica NIR es fácilmente integrable en sistemas de monitoreo de procesos (PAT, por sus siglas en inglés), permitiendo el control en línea o en tiempo real de las propiedades de las formulaciones durante la fabricación, mejorando así la eficiencia del proceso.

A continuación, se presenta un caso real del empleo del analizador Visum Palm™ para cuantificación en una formulación farmacéutica donde el principio activo “X” tiene una concentración target del 80% w/w.

Para tal fin, se dispuso de un set de 20 muestras de calibración con suficiente variabilidad en término de concentraciones del API entre 72% y 96% respectivamente para el desarrollo del modelo predictivo. El Model Builder Visum Master™, como se muestra a continuación, genera un split automático 80/20 del set de muestras de calibración y de validación interna.

^{Curva de regresión del API “X”. Muestras de calibración o modelado (gris) y de validación interna (azul)}

Otro automatismo importante, es la ejecución de una rutina automática de calidad para la detección de outliers, entendiéndose por tal aquellos espectros que no se encuentran dentro del espacio del modelo.

El software Visum Master™ grafica, identifica, elimina y cuantifica los outliers espectrales encontrados en el set de modelado. En este caso, inferior al 0.5%, lo que es un buen indicador de la calidad de la información espectral introducida. 

En cualquier caso, no se recomienda emplear un modelo con más de un 10% de outliers detectados y en consecuencia se debe rever el proceso de preparación de muestras y de adquisición de espectros.

_{Outliers detectados y eliminados del set de muestras de modelado}

Para determinar el riesgo de overfitting, es decir, que los pretratamientos y preprocesados aplicados resulten en un modelo aparentemente bueno pero que no necesariamente funcione con nuevas muestras, el software Visum Master™ ejecuta el test de permutaciones Fisher-Pitman a los fines de garantizar su calidad para trabajar con muestras futuras.

El modelo predictivo resultante para la determinación cuantitativa del API “X”, arrojó un coeficiente de correlación (R²) de 0.99 y un Error Medio Cuadrático de Predicción (RMSEP) de ± 0.1