通过拉曼光谱进行药物稳定性分析

宇航员可以使用药物来帮助他们克服失重、疾病和受伤的有害影响。不幸的是，最近的研究表明，目前使用的一些药物可能在太空中降解得更快，在失效日期前失去效力。更复杂的是，某些药物的降解产物可能有毒。在这里，我们对拉曼光谱定量四种药物混合物的能力进行了初步研究；对乙酰氨基酚、阿奇霉素、肾上腺素和利多卡因及其主要降解产物。通过添加药物及其降解物的纯光谱来复制混合物的拉曼光谱，以确定使用经典最小二乘法的相对百分比贡献。这种多变量方法允许在约 10 分钟内确定浓度，检测限为约 4% 的降解物。这些结果表明，拉曼分析仪可用于在使用时无损地评估药物效力，以确保机组人员的安全。

宇航员患有多种由长期失重和辐射暴露引起的疾病，例如太空晕动病 (SMS)、头侧液体转移、睡眠不足、免疫反应降低以及骨骼和肌肉质量下降 [ 1 , 2 , 3 ] , 4 , 5 , 6 ]。为了对抗这些影响，宇航员有可用的药物来治疗生理变化或症状。在国际空间站 (ISS) 的情况下，包括一个医疗包，以帮助宇航员的健康。该试剂盒包含从对乙酰氨基酚（Tylenol ®) 头痛和疼痛 异丙嗪 SMS 肾上腺素过敏反应和心脏骤停。然而，国际空间站（或未来的航天器）施加的尺寸限制限制了药物类型的数量及其数量。此外，药物的价值仅限于它们保持其效力的 90% 的时期，即它们的保质期，通常为 1 至 2 年。活性药物成分 (API) 会随着时间的推移而降解，最常见的原因是热量和水分，这会促进 API 的水解。正如预期的那样，ISS 药物将根据其列出的保质期或更具体地说，到期日期进行更换。然而，最近的研究表明，某些药物的降解速度可能会在太空中加速 [ 7 , 8]，可能是由于辐射。据报道，一些药物在到期日之前的效力低于 90%。更复杂的是，某些药物的降解产物可能有毒，例如对乙酰氨基酚形成的对氨基苯酚，会导致肝损伤 [ 9 ]。

因此，需要一种分析仪来测量航天飞行中的 API 浓度及其降解产物。这种分析仪在评估药物使用时的效力以确保机组人员安全方面具有直接价值。它还具有在国际空间站上进行降解研究以更好地确定药物在该环境中的保质期的能力方面的长期价值。

正如国际协调会议 (ICH) [ 10 ]所述，药品制造商采用标准压力测试来确定保质期并识别降解产物。这些测试加速了环境储存条件，例如水解、光解、氧化和加热。降解产物一旦形成，就会通过多种分析技术进行鉴定，例如红外光谱 (IR)、拉曼光谱、核磁共振光谱 (NMR) 和/或质谱 (MS)。一旦确定，就会开发一种方法来量化降解产物。最常用的方法是高效液相色谱 (HPLC) [ 11 ]。多种药物（如对乙酰氨基酚）的 HPLC 方法已经发表 [ 12、13、14、15、16、17、18 ]。不幸的是，HPLC 不适合建议的应用，因为它相对劳动密集，耗时（数十分钟），并且需要消耗品（溶剂和色谱柱）。样品必须溶解在载体溶剂中并在注入色谱柱之前过滤，并且必须经常进行预处理以去除干扰物，例如非活性成分（赋形剂）。此外，每个药物类别通常需要不同的载体溶剂、色谱柱和条件。

虽然 IR、NMR 和 MS 原则上可用于量化 API 降解，但每种方法在此应用方面都有严重的局限性。就像 HPLC 一样，NMR 和 MS 需要使用消耗品进行样品预处理。此外，这些分析仪又大又重。虽然中红外和近红外已成功用于使用反射模式确认药物和药物制剂的身份 [ 19 , 20 , 21 ]，但需要透射模式来进行定量分析。通常，后一种模式需要在非吸收性溶剂中稀释样品，这会妨碍药物样品的给药 [ 22 ]。

拉曼光谱测量样品的振动模式。光谱由对应于特定于被分析样品的分子振动的峰的波长分布组成。化学品，例如药物，可以通过频率识别并通过峰强度进行量化。在过去的 20 年中，稳定的二极管激光器、锐波长跃迁滤光片和高量子效率检测器等显着的技术进步使拉曼光谱成为分析实验室的标准设备，最近，还允许开发轻便的便携式系统[ 23]。这种技术的一个吸引人的优点是不必提取或制备样品，并且分析是非破坏性的。激光被简单地聚焦到样品中以产生拉曼辐射，由光谱仪收集用于分析。

最近，拉曼光谱已经被成功地用于其包装[内验证的药物含量22 ]，测量药物的药丸的组合物和均匀性[ 24，25，26，27，28，29 ]，确定街道药物[ 30，31 ] ，并确定药品真伪 [ 32]。基于这些成功，我们对拉曼光谱定量四种药物混合物的能力进行了初步研究；对乙酰氨基酚、阿奇霉素、肾上腺素和利多卡因及其主要降解产物。在这里，我们将分析限制在每个 API 及其主要降解物上，以展示这种方法的基础。

实验部分

对乙酰氨基酚（扑热息痛，泰诺®）和p氨基苯酚是从美国药典（罗克维尔，MD，USA）以> 99％的纯度购买。阿奇霉素（希舒美®），azaerythromycin A，利多卡因（赛罗卡因或利多卡因），2,6-二甲基苯胺，肾上腺素（肾上腺素，肾上腺素），和去甲肾上腺素（去甲肾上腺素）购自Sigma Aldrich公司（阿伦敦，PA，USA）在购由于成本高，纯度低于 97.5%（分析级）。API 和降解剂通过研钵和研杵研磨成细粉，以尽量减少粒度影响 [ 33 , 34 ]]。通过称重 (Metler Toledo) 并将 1、4、9、19 和 49 毫克 API 加入到 1 毫克降解物中以产生 50%、20%、10%、5% 和 2% 质量百分比来制备样品混合物，分别。选择该浓度系列以涵盖广泛的范围，重点是与所描述的应用密切相关的低浓度。每次添加后，将样品涡旋混合（Scientific Industries, Inc., Bohemia, NY, USA）并再次用研钵和研杵研磨以提高均匀性。

所有拉曼测量均使用 FT-拉曼光谱仪 (RamanID-1064, RTA, Middletown, CT, USA) 进行。光谱仪采用 1064 nm 二极管激光器（Innovative Photonic Solutions，Monmouth Junction，NJ，USA），为样品提供 500 mW，专有干涉仪将拉曼信号分离为其分量波长，以及单元素 InGaAs 检测器（Judson Tech ，美国宾夕法尼亚州蒙哥马利维尔）。使用 8 cm -1进行测量解析度。将样品置于 2 mL 小瓶中，安装在源激光器上方的 XY 载物台上并进行测量。纯样品的测量由五个平均在一起的一分钟光谱组成，每个光谱由 100 次扫描组成。混合物的测量由十个一分钟光谱平均在一起组成，在 10 个点处获得，直径约 300 µm，沿小瓶长度间隔 1 mm，以补偿潜在的混合物不均匀性。十个点的平均光谱用于计算以更好地代表制备的浓度。

结果与讨论

选择了四种代表 NASA 宇航员使用的药物的药物进行研究：对乙酰氨基酚、阿奇霉素、利多卡因和肾上腺素（图 1）。对乙酰氨基酚主要用作止痛药和退烧药；阿奇霉素用作抗生素，用于治疗中耳感染、链球菌性咽喉炎和肺炎；利多卡因用于缓解皮肤瘙痒、灼痛和疼痛，以及用于小手术；肾上腺素用于治疗过敏反应并在心脏骤停期间刺激心脏

对乙酰氨基酚和利多卡因及其主要降解产物的结构相当不同，因此产生的拉曼光谱具有显着差异，可用于量化混合物（图 2和图 3）。对乙酰氨基酚的拉曼光谱主要位于 797、858、1236、1324、1560、1611 和 1649 cm -1处的峰，这些峰被指定为 CNC 环拉伸、环呼吸、C-C 环拉伸、酰胺 III、酰胺 II ，环分别拉伸和酰胺I模式下，[ 35，36，37]。在降解过程中失去酰胺官能团后，酰胺带和 CNC 拉伸模式消失，而增加的分子对称性导致对氨基苯酚的更强烈的环模式。利多卡因的拉曼光谱也分别以 617、706 和 1596 以及 1666 cm -1处的 CNC 环、环和酰胺模式为主。对于利多卡因降解为 2,6-二甲基苯胺，观察到相同的光谱变化，即617 和 1666 cm -1峰消失，而环呼吸模式增加强度并转移到较低频率，即。706 至 675 cm -1。