Optimization of wavelength range and data interval in chemometric analysis of complex pharmaceutical mixtures

AbstractThe performance of different chemometric approaches was evaluated in the spectrophotometric determination of pharmaceutical mixtures characterized by having the amount of components with a very high ratio. Principal component regression (PCR), partial least squares with one dependent variable (PLS1) or multi-dependent variables (PLS2), and multivariate curve resolution (MCR) were applied to the spectral data of a ternary mixture containing paracetamol, sodium ascorbate and chlorpheniramine (150:140:1, m/m/m), and a quaternary mixture containing paracetamol, caffeine, phenylephrine and chlorpheniramine (125:6. 25:1.25:1, m/m/m/m). The UV spectra of the calibration samples in the range of 200–320nm were pre-treated by removing noise and useless data, and the wavelength regions having the most useful analytical information were selected using the regression coefficients calculated in the multivariate modeling. All the defined chemometric models were validated on external sample sets and then applied to commercial pharmaceutical formulations. Different data intervals, fixed at 0.5, 1.0, and 2.0point/nm, were tested to optimize the prediction ability of the models. The best results were obtained using the PLS1calibration models and the quantification of the species of a lower amount was significantly improved by adopting 0.5 data interval, which showed accuracy between 94.24% and 107.76%

photodegradation of 1 4 dihydropyridine antihypertensive drugs an updated review

1, 4-dihydropyridine calcium channels blockers (DHPs) are the most commonly used antihypertensive drugs. Unfortunately, these compounds have a significant degradability to light. The oxidation to the pyridine derivative represents the first, and in many cases the only, step of the degradation mechanism. The photodegradation process causes the complete loss of pharmacological activity and may trigger the formation of single and superoxide oxygen species, potentially responsible for phototoxic reactions. Several analytical techniques have been proposed for DHP determination in the presence of their photoproducts. Nowadays, DHPs are all marketed in solid formulations, especially tablets, because photodegradation is particularly fast in solution. Various approaches aimed to protect molecular integrity and therapeutic activity of these drugs from the effects of light are currently studied. This review covers the studies over the last years about photodegradation of the DHPs and the approaches to obtain photostable formulations of these drugs

Photosensitive drugs: a review on their photoprotection by liposomes and cyclodextrins.

Nowadays, an exciting challenge in the drug chemistry and technology research is represented by the development of methods aimed to protect molecular integrity and therapeutic activity of drugs from effects of light. The photostability characterization is ruled by ICH (The International Council for Harmonization of Technical Requirements for Pharmaceuticals for Human Use), which releases details throughout basic protocols of stability tests to be performed on new medicinal products for human use. The definition of suitable photoprotective systems is fundamental for pharmaceutical manufacturing and for human healthy as well, since light exposure may affect either drugs or drug formulations giving rise even to allergenic or mutagenic by-products. Here, we summarize and discuss the recent studies on the formulation of photosensitive drugs into supramolecular systems, capable of entrapping the molecules in a hollow of their structure by weak noncovalent interactions and protecting them from light. The best known supramolecular matrices belong to the 'auto-assembled' structures, of which liposomes are the most representative, and the 'host-guest' systems, of which cyclodextrins represent the most common 'host' counterpart. A relevant number of papers concerning the use of both liposomes and cyclodextrins as photoprotection systems for drugs has been published over the last 20 years, demonstrating that this topic captures interest in an increasing number of researchers

Assessment of drug entrapment within liposomes using photophysical probes

The photophysical and photochemical behavior of (R)-cinacalcet (CIN) and (S)-naproxen (NPX) entrapped within liposomes has been studied. For this purpose, liposome encapsulated drugs have been prepared through thin layer evaporation and characterized by transmission electron microscopy, cryoscopy scanning electron microscopy and dynamic light scattering. Steady state and time-resolved fluorescence experiments showed similar spectra, emission quantum yields, singlet energies and lifetimes for the selected drugs, outside and inside liposomes. By contrast, laser flash photolysis experiments revealed an important enhancement of the triplet lifetimes for entrapped drugs inside liposomes, indicating the spatial confinement existing in the microenvironment prevailing in these biomimetic entities. Thus, this photophysical property shows potential as a non-invasive, direct and valuable tool to monitor encapsulation of photoactive drugs and to probe the intraliposome environment. In addition, it provides a new quantitative indicator of the capability of liposomes to act as drug carriers.We gratefully acknowledge financial support from the Carlos III Institute of Health (Servet Contract CP11/00154 for I.A. and Red RETICS de investigacion de Reacciones Adversas a Alergenos y Farmacos, RIRAAF) and from Ministero dell'Istruzione, dell'Universita e della Ricerca (M.I.U.R. Italy).Oliverio, F.; Nuin Plá, NE.; Andreu Ros, MI.; Ragno, G.; Miranda Alonso, MÁ. (2014). Assessment of drug entrapment within liposomes using photophysical probes. European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics. 88(2):551-555. https://doi.org/10.1016/j.ejpb.2014.06.013S55155588

Design and quality control of drugs of natural and synthetic origin

, Facoltà di Farmacia e Scienze della Nutrizione e della Salute, Dottorato di Ricerca in "Metodologie per lo Sviluppo di Molecole di Interesse Farmacologico" Ciclo XXIII, a.a.2009-2010Università degli Studi della Calabri

Benefits of advanced techniques and data processing for the analysis of complex biological and food matrices

Dottorato di Scienza e Tecnica B.Telesio, Materiali organici di interesse Farmaceutico Ciclo XXXIDurante i tre anni di dottorato in Medicina Traslazionale, il mio lavoro di ricerca si è concentrato sull'applicazione di tecniche analitiche avanzate e sull'elaborazione dei dati per lo studio di matrici complesse biologiche e alimentari. Recenti studi hanno dimostrato che in circa il 10% dei campioni di latte materno acquistato online è presente DNA bovino che dimostra adulterazione intenzionale. I rischi associati al consumo da parte del neonato di latte umano adulterato con contaminanti animali o altro sono molti e gravi, tra cui carenza di ferro, disidratazione, aumento del potenziale di carico di soluto renale (PRSL) e reazioni allergiche, motivo per il quale risulta fondamentale la ricerca di eventuali adulteranti nel latte materno. L'applicazione di tecniche chemiometriche sullo spettro IR del latte materno si è dimostrata molto efficace nel tracciare anche minime variazioni nella composizione e nelle caratteristiche del latte umano, essendo in grado di sfruttare le informazioni non specifiche memorizzate nello spettro IR. In questo caso, l'elaborazione delle impronte digitali spettrali ATR-FTIR mediante regressione PCA e PLS, è stata in grado di rilevare l'aggiunta fraudolenta di acqua o latte di mucca. In particolare, la tecnica PLS-DA è risultata essenziale per riconoscere il latte materno puro dal latte adulterato. Un'ulteriore definizione di quattro modelli PLS1 ha consentito inoltre la determinazione della quantità di adulteranti specifici aggiunti. La ricerca sulle matrici alimentari è stata estesa a una serie di oli commestibili al fine di verificare la loro fotostabilità. Tecniche di irradiazione forzata, in combinazione con analisi spettroscopica UV-vis, FTIR-ATR e cromatografica HPLC-DAD, hanno mostrato cambiamenti quantitativi e qualitativi dei principali acidi grassi. La ricerca si è concentrata in seguito sull'olio di lino, data la sua grande importanza come alimento funzionale. Anche in questo caso, la spettroscopia UV e l'HPLC hanno rivelato cambiamenti significativi nella concentrazione di acidi grassi, ridotti al 35% dopo 48 ore di esposizione alla luce. La quantità di lignani, altri importanti componenti nutraceutici, ha invece mostrato una significativa stabilità. La fotoprotezione dell’olio di lino è stata in seguito dimostrata dall’uso di contenitori di vetro ambrato associato all’aggiunta di ascorbil palmitato quale agente antiossidante. I risultati ottenuti sono importanti per aumentare la durata di conservazione dell'olio di semi di lino o di altri oli commestibili, mediante l'adozione di formulazioni appropriate e accurata protezione fisica. Il monitoraggio dei farmaci nei fluidi biologici ha rappresentato un altro argomento importante del mio lavoro di tesi. Particolare attenzione è stata rivolta allo sviluppo di un metodo analitico per il monitoraggio della quantità dell’anestetico bupivacaina nel sangue del cordone ombelicale. La determinazione del farmaco è stata definita mediante un metodo di estrazione SPE seguito da analisi HPLC e GC-MS. Questo studio sta procedendo con l'analisi di un gran numero di campioni reali, al fine di valutare la sicurezza degli anestetici somministrati durante il parto naturale e nel contempo ottimizzare il protocollo terapeutico attualmente utilizzato in partoanalgesia. Un'esperienza fondamentale durante il dottorato è rappresentata dal periodo trascorso presso un laboratorio di ricerca dell'Università di Utrecht in Olanda. Qui ho avuto l'opportunità di studiare per un semestre (dal 26 settembre 2016 al 27 Marzo2017) presso il laboratorio di ricerca guidato dal prof. Rolf Sparidans. In tale occasione ho approfondito le mie conoscenze sull'uso della cromatografia LC-MS/MS applicata allo studio della farmacocinetica di nuovi farmaci antitumorali. In particolare ho partecipato allo studio di un saggio bioanalitico del farmaco lorlatinib, un inibitore ALK di terza generazione. La preparazione del campione e l'ottimizzazione delle condizioni cromatografiche sono state le fasi più impegnative del lavoro essendo stato il primo test sviluppato e validato per questo prodotto. Una procedura LC-MS / MS è stata ottimizzata e validata sul sangue di topi al fine di stabilirne le proprietà farmacocinetiche Ancora presso il gruppo di ricerca dell’Unical, parte dell’attività di ricerca è stata svolta su matrici farmaceutiche. In particolare si è studiata la stabilità in soluzione acquosa e alla luce di una 1,4-diidropiridina (siglata M3) di nuova sintesi, data la nota scarsa solubilità e fotolabilità di questa classe di farmaci. Una serie di tensioattivi, tra questi i tween, è stata testata per promuovere la solubilità in acqua, ottenendo risultati incoraggianti con l'uso del tensioattivo non ionico Tween20. Successivamente, la fotostabilità del complesso M3-Tween20 è stata studiata vagliando la capacità fotoprotettiva del materiale di diversi contenitori: quarzo, PET blu, PET ambrato, vetro scuro rivestito. La migliore fotoprotezione è stata garantita dal PET ambrato e dal contenitore in vetro scuro. I risultati ottenuti dimostrano che l'uso combinato di tensioattivi e contenitori specifici rappresenta una strategia interessante da applicare ai farmaci fotolabili e a carattere prevalentemente lipofiloUniversità degli Studi della Calabri

Analytical methods for research and development of drugs

Dottorato di Ricerca in Metodologie per lo Sviluppo di Molecole di Interesse Farmacologico, Ciclo XIX,a.a. 2005-2006Università della Calabri

Multivariate curve resolution methodologies in photostability drug studies

Dottorato di Scienza e Tecnica B.Telesio, Materiali organici di interesse Farmaceutico iclo XXVII, a.a. 2014Università degli Studi della Calabri

Trace lead monitoring in waters by potentiometric stripping analysis

A monitoring study on the presence of lead traces was realized on aqueous matrices by potentiometric stripping analysis. Assimilation of metal traces from environment, foods and drugs is an important process which contributes to metal bioaccumulation in the body. The method involves the direct acidification of the sample (20 mL) without further pre-treatments. The electrolysis time was fixed at 180 s, the potential at −900 mV, the electrolysis stripping time was maintained in 10 s. Lead solutions were used as internal standard to elaborate the calibration curve (R2>95%). The limit of quantitation resulted of 5 μg.L−1. The method was validated on several water samples spiked with known amounts of lead. The method was applied to five Italian bottled water and eighteen water sources in the territory of Serra St. Bruno, Calabria, Italy, revealing the presence of traces of the metal in some of them

Coupling of spectrometric, chromatographic, and chemometric analysis in the investigation of the photodegradation of sulfamethoxazole

A workflow is proposed for the study of the photodegradation process of the sulfamethoxazole (SMX) based on the combination of different experimental techniques, including liquid chromatography, mass spectrometry, UV-Visible spectrophotometry, and the treatment of all the analytical data with advanced chemometric methods. SMX, which is one of the most widely used antibiotics worldwide and has been found at remarkable concentrations in various rivers and effluents over all Europe, was degraded in the laboratory under a controlled source of UV radiation, which simulates the environmental solar radiation (Suntest). Kinetic monitoring of the photodegradation process was performed using UV-Visible spectrophotometric measurements and by further Liquid Chromatography with Diode Array Detector and Mass Spectrometry analysis (LC-DAD-MS). Additionally, the acid-base properties were also investigated to see how the pH can affect the speciation of this substance during the photodegradation process. Based on the Multivariate Curve Resolution-Alternating Least Squares (MCR-ALS) application, the proposed chemometric method coped with the large amounts of data generated by the different analytical techniques used to monitor the evolution of the photodegradation process. Their simultaneous analysis involved applying a data fusion strategy and an advanced MCR-ALS constrained analysis, which allowed and improved the description of the complete degradation process, detecting the different species of the reaction, and identifying the possible transformation products formed. A total number of six species were resolved in the degradation process of SMX. In addition to the initial SMX, a second species corresponded to a conformational isomer, and the other four species represented different photoproducts, which have also been identified. Furthermore, three different acid-base species of SMX were obtained, and their pKa values were estimated.Research grants from the Spanish Ministry of Economy, Industry, and Competitiveness (MINECO) for project PID2019-105732GB-C21 and from the Agency for Management of University and Research Grants (AGAUR) of the Government of Catalonia for project 2017-SGR-753 are acknowledged by the authors as financial support. Marc Marín-García also acknowledges the FPI grant BES-2016-076678 from MINECO. IDAEA-CSIC is a Center of Excellence Severo Ochoa (Spanish Ministry of Science and Innovation, Project CEX2018-000794-S).Peer reviewe