Spettroscopia Raman nel processo di diafiltrazione dei liposomi

L’industria farmaceutica si affida frequentemente all’incapsulamento di principi attivi (API) in sistemi liposomiali per migliorarne la stabilità, la biodisponibilità e il rilascio controllato. Una fase chiave di questo processo è la diafiltrazione, che consente di rimuovere composti indesiderati dopo la formazione dei liposomi, inclusi i solventi organici come l’etanolo, utilizzato per sciogliere i lipidi che costituiscono il doppio strato liposomiale. La quantificazione accurata dell’etanolo residuo mediante analizzatori basati sulla spettroscopia Raman è essenziale per garantire la qualità del prodotto finale, soddisfare gli standard normativi e ottimizzare i tempi e le risorse del processo.

La spettroscopia Raman è una tecnica vibrazionale basata sulla diffusione anelastica della luce laser. È altamente specifica per ciascuna molecola, rendendola ideale per l’identificazione e la quantificazione di componenti chimici anche in matrici complesse. Il sistema Visum Raman In-Line™, sviluppato da IRIS Technology Solutions, consente l’applicazione della spettroscopia Raman direttamente in ambienti industriali o di laboratorio grazie al suo design compatto, robusto e adattabile. Elimina la necessità di preparazione del campione, permette un’analisi rapida in tempo reale ed è ideale per il monitoraggio continuo dei processi farmaceutici ad alta regolamentazione.

Questo progetto si è concentrato sull’implementazione di un modello per la quantificazione dell’etanolo residuo utilizzando la spettroscopia Raman durante il processo di diafiltrazione successivo alla formazione dei liposomi. Per motivi di riservatezza, i due principi attivi incapsulati analizzati sono indicati come: 1) FANS (farmaco antinfiammatorio non steroideo) e 2) Biomolecola. I campioni sono stati analizzati in condizioni di laboratorio controllate utilizzando il sistema Visum Raman In-Line™. Il sistema Raman è stato montato su un supporto mobile, con un portacampioni adattato per fiale tipo Falcon, garantendo la sicurezza laser durante il funzionamento.

L’analisi spettrale è stata completata con dati ottenuti tramite cromatografia liquida ad alte prestazioni (HPLC), il metodo di riferimento utilizzato per determinare la reale concentrazione di etanolo nei campioni. Questi dati sono stati utilizzati per addestrare e validare i modelli predittivi della spettroscopia Raman. La concentrazione target di etanolo nel prodotto finale era inferiore allo 0,1% v/v, e i campioni di addestramento coprivano un intervallo completo da 0% a 10% v/v di etanolo.

Per sviluppare il modello predittivo, in laboratorio sono stati preparati campioni sintetici mescolando acqua con diverse concentrazioni di etanolo, progettati appositamente per coprire l’intero intervallo operativo previsto nel processo reale. Questi campioni hanno garantito che il modello potesse effettuare previsioni accurate su tutto l’intervallo di interesse.

Gli spettri Raman ottenuti con il Visum Raman In-Line™ da queste soluzioni sono stati utilizzati per sviluppare il modello predittivo con Visum Master™, una piattaforma software automatizzata che consente a qualsiasi utente di creare calibrazioni senza la necessità di conoscenze avanzate di chemiometria. Il software seleziona automaticamente l’algoritmo più adatto, i metodi di pre-elaborazione ottimali (derivate di Savitzky-Golay, centratura media, correzione del basale, ecc.) e configura il modello finale utilizzando i campioni di calibrazione e i loro valori di riferimento (determinati tramite HPLC).

I modelli risultanti sono stati successivamente validati utilizzando un set indipendente di campioni reali raccolti durante la produzione sperimentale di liposomi.

I modelli sviluppati utilizzando la spettroscopia Raman per la quantificazione dei principi attivi e dei composti residui hanno dimostrato prestazioni eccellenti sia nella calibrazione che nella validazione esterna. Per l’etanolo, il modello ha raggiunto un coefficiente di determinazione (R²) superiore a 0,99 sia in fase di calibrazione che di validazione, con un errore quadratico medio di previsione (RMSEP) inferiore allo 0,35% v/v, confermandone l’idoneità al monitoraggio in tempo reale durante i processi di asciugatura o pulizia.

Il bias costantemente basso in tutti i casi conferma la robustezza della calibrazione e l’assenza di errori sistematici, confermando la validità della spettroscopia Raman come tecnologia affidabile per il monitoraggio quantitativo dei principi attivi in processi farmaceutici critici.

L’utilizzo della spettroscopia Raman tramite l’analizzatore industriale Visum Raman In-Line™ ha permesso lo sviluppo di un modello robusto e preciso per il monitoraggio dell’etanolo durante la fase di diafiltrazione nei processi farmaceutici. L’elevata correlazione e la bassa deviazione dei risultati confermano l’idoneità del sistema per applicazioni reali sia in laboratorio — montato su un carrello mobile — sia nei processi di monitoraggio in linea. La spettroscopia Raman può inoltre essere estesa ad altri processi farmaceutici che richiedono un controllo preciso di solventi o composti critici, migliorando l’efficienza operativa e la qualità finale del prodotto.