Using the optical microscope coupled Raman Spectroscopy Technique to solve research problems in the Pharmaceutical Industry

Abstract

Neste trabalho, realizado em parceria com a industria farmacêutica Bluepharma, procedeu-se ao estudo de compostos com interesse em diferentes aplicações farmacêuticas, tais como o tratamento da SIDA e da esclerose múltipla, combate a infeções bacterianas, e a terapia contra o cancro.As formulações, desenvolvidas pela Bluepharma recorrendo a técnicas de produção como hot melt extrusion, evaporação por solvente e granulação por via húmida e seca, foram estudadas por espetroscopia de Raman com diferentes objetivos: identificação do API e dos excipientes nas formulações; identificação de formas polimórficas das substâncias e, posteriormente, monitorização da sua evolução estrutural ao longo do tempo; descoberta de marcadores espetroscópicos para os diferentes componentes das formulações, tendo em vista a sua utilização em análises rápidas durante o desenvolvimento de novas técnicas de preparação farmacológica e monitorização da estabilidade. Este estudo foi complementado com as técnicas de ressonância magnética nuclear (RMN), calorimetria diferencial de varrimento (DSC), termogravimetria (TG) termomicroscopia da luz polarizada (PLTM), difração de raios - X (XRD) de pó e microscopia eletrónica de varrimento (SEM), nomeadamente num dos trabalhos desenvolvidos (secção 3.1.2), de modo a obter resultados mais pormenorizados e abrangentes do ponto de vista da análise físico-química de duas formulações idênticas mas preparadas usando métodos distintos e cujos perfis de dissolução são bastante distintos. Foi também realizado um estudo de um novo solvato, tiabendazole-ácido fórmico, numa investigação independente dos projetos desenvolvidos em parceria com a Bluepharma. As estruturas da molécula isolada de tiabendazole, cuja aplicação principal está relacionada com a sua atividade antifúngica, e do novo solvato foram inicialmente investigadas computacionalmente, através de cálculos de química quântica, utilizando o método DFT (B3LYP) /6-311+G (d, p). Procedeu-se, depois, à analise cristalográfica do novo solvato através da difração de raios - X e à analise espetroscópica e térmica com recurso à espetroscopia de Raman.Ao longo deste projeto pretendeu-se mostrar as inúmeras vantagens que a espetroscopia de Raman apresenta em relação outros métodos analíticos, principalmente pelo facto de ser uma técnica sensível, rápida e não destrutiva que permite identificar e caraterizar estruturalmente os diferentes componentes (à superfície ou no interior das amostras, quando usada em conjunto com microscopia confocal) de uma formulação (API e excipientes) sem necessidade de tratamento prévio.

In this work, carried out in a partnership with the pharmaceutical industry Bluepharma a series of compounds exhibiting different pharmaceutical applications, such as for the treatment of AIDS, multiple sclerosis and combat to bacterial infections, and for the therapy against cancer, was investigated.Formulations developed by Bluepharma using production techniques such as hot melt extrusion, solvent evaporation and also wet and dry granulation were studied by Raman spectroscopy with different analytical purposes: identification of the API and excipients in a formulation; identification of polymorphic forms of substances and subsequently monitoring of their structural evolution in time; discovery of spectroscopic markers for different formulation components to use in rapid analysis in the development of new pharmacological preparation techniques. Nuclear magnetic resonance (NMR), differential scanning calorimetry (DSC), thermogravimetry (TG) polarized light thermomicroscopy (PLTM), powder X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM) were used also to provide further data in this project, notably for one of the studies undertaken (section 3.1.2), in order to characterize in more detail two identical formulations prepared using different methods whose dissolution profiles were found to be quite distinct.An investigation of a new formic acid – thiabendazole solvate was also carried out, in a study carried out independently of Bluepharma. The structures of the isolated thiabendazole molecule, whose principal application is related to its antifungal activity, and the new solvate were initially investigated computationally by quantum chemistry calculations using the DFT (B3LYP)/6-311+G (d, p) method. Crystallographic analysis of the new synthesised solvate was performed by X-ray diffraction; spectroscopic and thermal analyses were performed using temperature variation Raman spectroscopy.Throughout this project it was intended to show the numerous advantages that Raman spectroscopy has over other analytical methods, mainly because it is a sensitive, fast and non-destructive technique that allows the easy identification and structural characterization of the different components of a formulation (API and excipients; at both the surface and interior of the sample, when used together with confocal microscopy) without the need of prior treatment