Industry-4-0-fr 5 avril 2023

Identification et analyse des matières premières (RMID) à l’aide de l’analyseur NIR portable Visum Palm™ assisté par l’IA.

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Identification et analyse des matières premières (RMID) à l'aide de l'analyseur NIR portable Visum Palm™ assisté par l'IA.

L’identification et l’analyse des matières premières (RMID) est un processus critique dans l’industrie pharmaceutique car il garantit l’identité et la qualité de toutes les matières et substances à utiliser dans le processus de fabrication afin de s’assurer qu’elles répondent aux spécifications requises pour que les produits finaux atteignent le consommateur avec les caractéristiques pharmacologiques pour lesquelles ils ont été conçus.

En ce qui concerne l’analyse des matières premières, le Raman et le NIR sont des techniques complémentaires et aucune ne représente une solution finale ou définitive en raison du grand nombre de matières, de substances et de casuistiques impliquées. Par exemple, les analyseurs Raman portables sont sensibles à certaines substances qui émettent de la fluorescence et ne sont pas la technique appropriée pour la détermination de l’humidité (LoD) en remplacement de la méthode Karl Fischer ou pour la détermination de la taille moyenne des particules, où la spectroscopie NIR est efficace et moins coûteuse.

Analyse des matières premières dans l'industrie pharmaceutique

L’analyseur NIR portable Visum Palm™ est un spectrophotomètre autonome avec ordinateur intégré et écran tactile qui fonctionne dans la gamme 900-1700 nm utile pour l’identification, la vérification et la classification des matières premières pharmaceutiques et possède une résolution spectrale de 256 pixels, une zone de mesure de 10 mm de diamètre et un éclairage de 50 mm, ce qui permet d’obtenir plus d’informations chimiques de l’échantillon analysé et le rend plus sensible que les autres spectrophotomètres aux hétérogénéités, même celles dérivées de la taille des particules pour des substances qui sont très similaires. L’analyseur est doté d’un système d’éclairage qui projette une grande quantité de lumière sur l’échantillon et d’un système de collecte qui tire parti de la plus grande quantité de lumière diffusée résultant de la dispersion, ce dont il faut tenir compte en particulier lorsque l’on travaille avec des substances pulvérulentes.

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Parmi ses particularités, c’est le seul analyseur NIR du marché doté d’un software assisté par IA qui permet à tout utilisateur, sans connaissances techniques spécifiques en spectroscopie ou en analyse de données multivariées, de développer ses propres bibliothèques et méthodes NIRS et de les éditer de manière itérative en fonction de ses besoins, par exemple pour incorporer de nouvelles substances ou pour renforcer une classe avec des échantillons provenant d’un nouveau fournisseur.

Le software Visum Master™ dans sa version GMP a été spécifiquement conçu en conformité avec les directives de l’Agence européenne des médicaments  » Guideline on the use of near infrared spectroscopy by the pharmaceutical industry and the data requirements for new submissions and variations «  (2014) et l’addendum  » Defining the Scope of an NIRS Procedure «  (2023). Il est également conforme à la norme 21 CFR Part 11 de la FDA.

Figure 1 : software Visum Master™ version GMP pour les utilisateurs de l’industrie pharmaceutique.

Identification, vérification et classification

L’analyseur Visum Palm™ permet d’effectuer en quelques secondes l’analyse d‘identification ou de vérification de différentes substances en comparant le spectre acquis à partir de l’échantillon avec le spectre typique moyen de chaque substance de la bibliothèque. À l’issue de l’analyse des matières premières, l’analyseur Visum Palm™ fournit la classe présentant la plus grande similarité obtenue (figure 2) et répertorie les autres substances dans l’ordre de la plus grande à la plus petite similarité.

Contrairement à l’analyse d’identification, qui est indifférente au matériau à inspecter, l’analyse de vérification (Figure 3) permet à l’utilisateur de sélectionner une substance spécifique dans la bibliothèque pour confirmer son identité. Le résultat est soit PASS, soit FAIL et, dans ce dernier cas, indique également la substance correcte avec la plus grande similarité.

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Figure 2 : Identification                                  Figure 3 : Vérification PASS/FAIL

Analyse de la classification

Contrairement à ce qui précède, pour l’analyse des matières premières, la classification (figure 4) est une fonction qui utilise des algorithmes d’apprentissage automatique, et non la similarité, et qui permet de distinguer (classer) correctement des différences spectrales très subtiles, telles que la taille des particules ou la concentration d’un analyte particulier, même s’il s’agit du même IPA ou excipient. Il s’agit d’une fonction très utile pour identifier les anomalies dans la matière première ou pour confirmer l’analyse d’identification dans les cas problématiques ou douteux où les substances sont spectralement très similaires, complétant ainsi l’analyse d’identification ou de vérification mentionnée ci-dessus.

Dans tous les cas ci-dessus, en plus du résultat, le spectre de la substance analysée est obtenu pour chaque mesure (figure 5).

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Figure 4 : Analyse de classification                       Figure 5 : Spectre de chaque mesure

Génération de méthodes NIRS : avantages de l'automatisation pour l'analyse des matières premières

Visum Palm™ est le seul analyseur NIR du marché qui permet aux utilisateurs finaux de développer leurs propres bibliothèques NIRS ou méthodes d’identification, de classification et de quantification sans l’intermédiaire de techniciens ou de spécialistes. Voyons graphiquement ci-dessous comment les software d’analyse de données multivariées – ou également appelés chimiométrie – existants sur le marché pour le développement de méthodes et d’étalonnages NIRS diffèrent du software Visum Master™ d’IRIS Technology Solutions.

Identification et analyse des matières premières

Figure 6 : (Gauche) Software Chemometrics pour le développement de méthodes et les calibrations NIRS. (Droite) Développement de méthodes NIRS pour l’identification, la classification et la quantification avec le software Visum Master™.

Ce qui précède est un exemple graphique permettant de différencier rapidement comment Visum Master™ simplifie un grand nombre de tâches scientifiques et technologiques qui devaient jusqu’à présent être effectuées par des experts en chimiométrie ou des spécialistes lors de la phase de développement d’une méthode NIRS. De plus, ce software rend accessible à tout analyste l’exécution autonome de ces tâches et l’édition des méthodes créées si nécessaire, faisant de l’analyseur Visum Palm™ NIR un système ouvert pouvant couvrir différents besoins analytiques moyennant une formation appropriée de l’utilisateur, changeant ainsi radicalement l’accessibilité et la facilité d’utilisation de la technique NIR.

Le software Visum Master™ génère automatiquement un grand nombre de modèles prédictifs successifs en appliquant à chaque fois une certaine combinaison de prétraitements, d’algorithmes et de paramétrages. Dans tous les cas, il choisit celui dont le RMSE et le risque d’overfitting sont les plus faibles. Il exécute aussi automatiquement un test de qualité spectrale pour identifier et supprimer les spectres aberrants, c’est-à-dire les spectres considérés comme aberrants par rapport à une plage de variation prédéfinie pour chaque classe ou valeur, et produit automatiquement un rapport de la méthode NIRS développée avec toutes les informations sur la façon dont le modèle a été généré, un document particulièrement utile pour la validation externe d’une méthode NIRS quantitative en vue d’une libération.

Développement et édition d'une bibliothèque d'identification ou de classification pour l'analyse des matières premières

Pour générer une bibliothèque ou une méthode d’identification pour l’analyse des matières premières (analogue pour la classification et la quantification), il suffit d’importer les spectres acquis de chaque substance ou échantillon d’étalonnage et de saisir sa valeur de référence, son nom ou sa classe. A la fin du téléchargement des données, Visum Master™ génère automatiquement la bibliothèque.

Il est également possible d’éditer et de renforcer itérativement la bibliothèque pour intégrer de nouvelles substances ou des spectres d’échantillons provenant d’un nouveau fournisseur. Pour chaque édition, une nouvelle version (v1, v2, …) est générée comme copie de sauvegarde des modifications apportées. A la fin du processus, la bibliothèque ou les méthodes NIRS sont exportées vers l’analyseur portable Visum Palm™ pour être utilisées dans l’analyse des matières premières.

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Figure 7 : Développement d’une méthode ou d’une bibliothèque d’identification ou de classification NIRS.

Conclusions

Identification, qualification et analyse des matières premières est une étape essentielle dans tout environnement GMP et, contrairement à d’autres technologies, la technique NIR peut identifier et classer des matériaux ou des substances ou quantifier différents analytes d’intérêt, réduisant ainsi la charge de travail dans le laboratoire ou dans l’entrepôt de réception des matières premières.

Visum Palm™ offre une valeur unique, contrairement à tout autre appareil sur le marché, dans la mesure où la création ou l’édition de bibliothèques et de méthodes NIRS est automatisée et peut être effectuée sans connaissances spécifiques en spectroscopie, bien qu’il dispose d’un « Mode Expert » pour les utilisateurs avancés qui permet le choix de prétraitements et d’algorithmes pendant la phase de génération de la méthode qui est activée par licence. Il a également le différentiel d’offrir des rapports automatisés qui facilitent le travail de tout analyste face à des auditeurs potentiels en termes de validation externe de la méthode NIRS, même pour la libération.

Visum Palm™ présente les avantages suivants :

  • Il est utile pour l’identification et la qualification des matériaux, y compris les matériaux fluorescents, qui ne peuvent pas être analysés par spectroscopie Raman.
  • C’est un analyseur autonome avec ordinateur embarqué et écran tactile.
  • Il a une résolution spectrale de 3 nm ou 256 pixels et une zone de mesure de 10 mm de diamètre.
  • Il est également capable de générer automatiquement des bibliothèques ou des méthodes NIRS et de télécharger des rapports pour chacune d’entre elles. Le software Visum Master™ dans sa version GMP offre également la possibilité de générer les qualifications opérationnelles de l’appareil à travers un assistant guidé et un rapport Audit Trail avec toutes les informations relatives à l’utilisation de l’appareil en conformité avec le 21 CFR Part 11.
Par IRIS Technology Solutions