XRPD – Röntgenpulverdiffraktometrie

Wir bieten vielfältige XRPD Methoden zur Charakterisierung von Arzneimittel-Wirkstoffen, Hilfsstoffen, Zwischenprodukten und Fertigarzneimitteln. Das Verfahren der Röntgen-Pulverbeugung ist in Kapitel <941> der USP; <2.9.33> Ph.Eur..

Identifizierung und Quantifizierung von polymorphen Formen im Wirkstoff (API) mit XRPD

Die Untersuchung von polymorphen Formen (chemisch identische Substanzen in verschiedenen Kristallmodifikationen) ist einer der wichtigsten Schritte in der Arzneimittelproduktentwicklung. Da sich polymorphe Formen in der Festkörperstruktur unterscheiden, können sie verschiedene Löslichkeit und unterschiedliche Auflösungsraten aufweisen. Die Festkörpereigenschaften eines Wirkstoffs (API) können daher einen signifikanten Einfluss auf die Stabilität und die Bioverfügbarkeit des Arzneimittels haben. Polymorphe können auch unterschiedliche physikalische und mechanische Eigenschaften aufweisen, wie z.B. Hygroskopizität, Fließfähigkeit und Komprimierbarkeit, die wiederum die Verarbeitung oder die Herstellung eines Arzneistoffs beeinflussen. 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. Geringere polymorphe Verunreinigungen in einem Wirkstoff können einen wesentlichen Einfluss auf die Stabilität oder Bioverfügbarkeit einer Arzneimittels haben. Es ist daher wichtig, in allen Entwicklungs- und Produktionsschritten polymorphe Verunreinigungen bis zu sehr niedrigen Konzentrationen nachweisen und quantifizieren zu können.

Bei DANNALAB können wir polymorphe Verunreinigungen bis hin zu sehr niedrigen Quantifizierungslimits (LOQ) nachweisen und quantifizieren, in einigen Fällen bis zu 0,1%wt im reinen Wirkstoff (API). Jede quantitative Methode ist nach GMP- und ICH-Richtlinien entwickelt und validiert.


Quantifizierung des aktiven Wirkstoffs in der Darreichungsform mit XRPD

Aufgrund der direkten Struktur-Selektivität ermöglicht XRPD die tatsächlichen Konzentrationen eines pharmazeutischen Wirkstoffs (API) in der gegebenen Zusammensetzung und in der End-Darreichungsform eines Arzneimittels zu analysieren. XRPD dient daher als leistungsfähiges Werkzeug zur Erkennung von polymorphen Umwandlungen einer Verbindung in einer pharmazeutischen Formulierung. XRPD Quantifizierung von aktiven pharmazeutischen Wirkstoffen wird auch während der Stabilitätsstudien und Batch-Qualitätstests (QC) verwendet.

Mit Hilfe firmeneigener Techniken sind wir in der Regel in der Lage, quantitative Verfahren bis herunter zu 0,5%wt (LOQ) des Gesamtwirkstoffgewichtes in der Darreichungsform zu validieren.



Quantifizierung von kristallinen und amorphen Anteilen des Wirkstoffs (API) oder der Füllstoffe (Excipients) mit XRPD

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 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 die Menge an amorphem Material in einer kristallinen Matrix bzw. des kristallinen Anteils im Amorphen bestimmen zu können. XRPD wird erfolgreich bei der Bestimmung der Kristallinität, sowohl für kleine kristalline Anteile in einer amorphen Matrix als auch umgekehrt, angewandt. Annähernd 1%wt LOQ ist für die Quantifizierung von kristallin in amorph erreichbar. Man beachte, dass in einigen Fällen die Kombination von XRPD mit zusätzlicher SAXS 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.


Kristallographische Bestätigung der Identität mit XRPD

Obwohl in vielen Fällen eine vollständige Kristallstruktur mit Atompositionen aus einem Diffraktogramm (XRPD-Beugungsmuster) bestimmt werden kann, ist es in den meisten Fällen ausreichend, für ein unbekanntes Material den Gitter-Typ und die Abmessungen der kristallographischen Einheitszelle zu identifizieren. Die Methode zur Bestimmung der kristallographischen Zellsymmetrie und Zellparameter aus einem Diffraktogramm und der anschließende Vergleich des aus diesen Parametern berechneten Beugungsmusters mit den experimentellen Daten, wird als "Indexing" bezeichnet. Unsere Instrumentierung erlaubt eine Abweichungs-Bandbreite von weniger als 0,02 Grad zwischen den theoretisch vorhergesagten und tatsächlichen Reflexpositionen zu erreichen. Sobald dies für alle Reflexpositionen im Beugungsdiagramm erreicht ist, 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.


Rietveld-Analyse zur Strukturverfeinerung und Bestimmung der Zusammensetzung von Mehrphasengemischen

Die Rietveld-Methode ist eine „Full pattern – Fitmethode“, bei dem ein berechnetes Diffraktogramm an ein gemessenes 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, Stellenbesetzung und Vorzugsorientierung abgeleitet. Zusätzlich kann die Rietveld-Verfeinerung bei der Analyse der quantitativen Zusammensetzung von Mehrphasengemischen angewandt werden.


XRPD Phasenanalyse und Diffraktogramm Entfaltung

Das Röntgendiffraktogramm einer kristallinen Phase ist direkt mit seiner kristallinen Struktur verbunden und ein Röntgenbeugungs-Diagramm einer Phasenmischung ist 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 „Full pattern“ - Analyse zur (semi-) quantitativen Bestimmung der amorphen Verbindungen in der Formulierung.