Anvendelse af ikke-destruktiv Raman-spektroskopi og Process Analytical Technology (PAT) til realtids-profilering af sporkontaminanter i botaniske aktive farmaceutiske ingredienser
Resumé
Baggrund
Botaniske aktive farmaceutiske ingredienser (API'er) og botaniske lægemiddelstoffer kræver kvalitetsstrategier, der er i stand til at kontrollere variabilitet og håndtere kontamineringsrisici ved hjælp af en "totality of the evidence"-tilgang, hvilket inkluderer kontrol af botaniske råvarer og kemisk testning såsom spektroskopiske og/eller kromatografiske metoder. [1] Regulatorisk vejledning forventer eksplicit test for pesticidrester og uforudsete toksiner (f.eks. aflatoksiner) samt kontroller, der adresserer fremmedlegemer og adulteranter, hvilket motiverer hurtige screeningmetoder, der kan implementeres på tværs af forsyningskæden og produktionslivscyklussen. [1]
Formål
Dette konceptuelle proof-of-concept- og datasyntese-studie evaluerer, hvordan ikke-destruktiv Raman-spektroskopi (herunder SERS-forstærkede varianter) kan integreres i en Process Analytical Technology (PAT)-ramme til realtids- eller nær-realtids-profilering af sporkontaminanter i botaniske API'er, med vægt på gennemførlighed, analytisk ydeevne og implementeringsbegrænsninger understøttet af publiceret evidens. [2, 3]
Metoder
Vi har syntetiseret evidens, der viser:
- Ramans følsomhed over for kemisk struktur og minimale behov for prøveforberedelse; [2, 4]
- SERS-forstærkning og repræsentative demonstrationer af sporpesticider (herunder ppm- til sub-ppb-regimer); [5–8]
- Kemometriske strategier til autentificering af adulteranter og kvantitativ prædiktion; [9–11]
- PAT-orienterede eksempler på procesovervågning og kendte barrierer for industriel implementering. [3]
Resultater
På tværs af de indsamlede studier kunne Raman og kemometri skelne mellem forfalskede æteriske olier, hvor visuel inspektion var utilstrækkelig, idet PCA muliggjorde spektral adskillelse mellem rene og forfalskede prøver. [9] Kvantitativ Raman-modellering (PLSR) opnåede høje niveauer af prædiktionsnøjagtighed i koncentrations-prædiktionsopgaver, hvilket understøtter sandsynligheden for kalibreringsbaseret kvantificering i komplekse formuleringer. [10]
For sporkontaminanter rapporterede SERS-studier detektion ned til 1 ppm på frugtoverflader for udvalgte pesticider, og i andet arbejde blev LOD'er målt i området 0.001–10 ppm på tværs af 21 pesticider ved hjælp af kolloide guldnanopartikler. [6, 7] Håndholdt SERS med QuEChERS-acetatekstraktion detekterede flere pesticider under en EU MRL på 10 ppb i basmatiris for udvalgte analytter, med ekstraktion gennemført på under 15 min, hvilket illustrerer en pragmatisk "screen-first"-arbejdsgang. [8]
Til PAT-brug understøtter Ramans hurtige, ikke-destruktive, ikke-invasive målinger og evnen til at blive implementeret fra laboratoriet til produktionslinjer inline/online-overvågning. Evidensen understreger dog også, at det meste PAT-forskning forbliver i laboratorieskala, og at Raman-procesmodeller kan have relativt høje LOD'er, der misser mål med lav koncentration i opsætninger til ekstraktionsovervågning. [2, 3]
Konklusioner
Evidensen understøtter et gennemførligt Raman/SERS-baseret PAT-koncept til risikostyring af kontaminanter i botaniske API'er: anvend bærbar Raman til autentificering af indgående materiale og screening for adulteranter; brug SERS-moduler til målrettet pesticidscreening; og integrer Raman-baserede multivariate modeller i PAT-kontrolsløjfer, hvor procesbetingelser tillader stabil kalibreringsoverførsel og tilstrækkelig detektionsevne. [3, 12]
De primære begrænsninger er følsomhed over for ultra-spormål i heterogene botaniske matricer, fluorescens og svage Raman-signaler samt krav til validering og modeloverførsel, der er nødvendige for regulatorisk accept af reduceret testning eller skip-testing. [3, 4, 13]
Nøgleord
- Raman-spektroskopi
- SERS
- Process analytical technology
- Botanisk API
- Pesticidrester
- Detektion af adulteranter
- Kemometri
- Realtidsovervågning
Introduktion
Botaniske lægemiddelstoffer og botaniske API'er er reguleret under kvalitetsparadigmer, der lægger vægt på terapeutisk konsistens understøttet af en "totality of the evidence"-tilgang, herunder kontrol af botaniske råvarer og kemisk kvalitetskontrol, der kan anvende spektroskopiske og/eller kromatografiske metoder. [1] Inden for dette paradigme nævnes kontaminerings- og forfalskningsrisici eksplicit som kvalitetsbekymringer, der kræver teststrategier, herunder test for pesticidrester (herunder modersubstanser og vigtige toksiske metabolitter) og uforudsete toksiner såsom aflatoksiner, samt kontroller, der adresserer fremmedlegemer og adulteranter. [1]
Sideløbende definerer europæisk vejledning for specifikationer for urtesubstanser og præparater specifikationer som de test, procedurer og acceptkriterier, der anvendes til at sikre kvalitet ved frigivelse og under holdbarhedstiden, og identificerer grupper af kontaminanter, der bør adresseres efter behov, herunder tungmetaller/elementære urenheder, rester af pesticider og bekæmpelsesmidler, mykotoksiner (aflatoksiner, ochratoksin A) og mikrobiel kontaminering. [13, 14] EMA-vejledning indikerer også, at periodisk testning/skip-testing af kontaminantrester kan være acceptabelt, når det er begrundet gennem risikovurdering og batchdata, hvilket etablerer et klart regulatorisk incitament for hurtigere screeningsværktøjer og procesforståelse, der kan retfærdiggøre risikobaserede kontrolstrategier uden at gå på kompromis med sikkerheden. [13]
Raman-spektroskopi er en kandidat til sådanne strategier, fordi Raman-spredning giver kemisk specifikke "fingeraftryks"-spektre, og Raman-metoder betegnes ofte som hurtige, ikke-destruktive og ikke-invasive med enkel prøveforberedelse, hvilket er operationelle egenskaber, der er i overensstemmelse med realtidsbeslutningstagning under fremstilling og kontrol af forsyningskæden. [2, 4]
Gennemgange af farmaceutiske Raman-applikationer beskriver et implementeringsområde, der strækker sig fra laboratoriebrug til modtageområder og produktionslinjer, hvilket indebærer, at Raman ikke kun kan betragtes som et off-line identifikationsværktøj, men også som en potentiel in-process analytisk sensor i en PAT-kontekst. [2] PAT er eksplicit defineret som brugen af en række værktøjer og midler til at realisere realtidsanalyse og feedback-kontrol under industriel produktion for at sikre en kontrollerbar produktionsproces og optimal produktkvalitet, og vibrationelle spektroskopiteknikker beskrives som værende i stand til at muliggøre online, realtids- og hurtig detektion af interne kvalitetsattributter i urter under forarbejdning. [3]
Profilering af sporkontaminanter i botaniske materialer er dog analytisk krævende, og litteraturen indikerer store udfordringer ved implementering: det meste PAT-forskning er udført på udstyr i laboratorieskala, hvor eksperimentelle betingelser er lettere at kontrollere, og Raman-baserede procesmodeller kan have relativt høje LOD'er, der ikke formår at detektere mål med lav koncentration i simulerede ekstraktionsovervågningsopgaver. [3] Disse begrænsninger motiverer et designorienteret spørgsmål for botaniske API'er: Hvordan kan Raman (og SERS-forstærket Raman) implementeres inden for en PAT-ramme, således at det giver hurtig, ikke-destruktiv screening og, hvor det er muligt, kvantitative prædiktioner, der er robuste over for matrix- og procesvariabilitet, samtidig med at de forbliver kompatible med risikobaserede regulatoriske forventninger til kontaminantkontrol og metodevalidering? [2, 3, 13]
Følgelig er forskningsspørgsmålet, der adresseres her: Kan publiceret evidens for Raman- og SERS-ydeevne understøtte en praktisk PAT-arkitektur til nær-realtids-profilering af sporkontaminanter i botaniske API'er, der supplerer eller triagerer klassiske bekræftende analyser? [3, 6, 8] Arbejdshypotesen er, at Raman-baseret ikke-destruktiv fingeraftryksmåling vil være mest effektiv som et lagdelt PAT-system: (i) Raman + kemometri til hurtig autentificering/screening for forfalskning; (ii) målrettede SERS-moduler til detektion af sporpesticider i relevante matricer; og (iii) proces-Raman-overvågning for interne kvalitetsattributter, hvor følsomheden er tilstrækkelig, med risikobaseret skip-testing begrundet i data og batchhistorik frem for sensorimplementering alene. [3, 6, 9, 13]
Kvantitativ prædiktion og kalibreringsbaseret inferens
For kvantitativ prædiktion og kalibreringsbaseret inferens rapporterede et Raman-studie af methyleugenol-formuleringer forfalsket med xylen, at PCA var nyttig til at differentiere Raman-spektrale datasæt med forskellige koncentrationer. Derudover var en PLSR-model i stand til at forudsige koncentrationen af en ukendt prøve med pålidelighed, hvilket demonstrerer, at kombinationen af Raman-spektroskopi og PLSR kunne opnå høj prædiktiv ydeevne. Dette understreger dens potentielle nytteværdi i udviklingen af kvantitative modeller for kendte risikoadulteranter i botaniske API'er, når referencematerialer er tilgængelige [10].
Identitetsbekræftelse i færdigvarer
En stregkodebaseret Raman-metode har vist sig effektiv til at bekræfte identiteten af API'er i færdigvarer. Teknikken fungerer ved at sammenligne procentdelen af ikke-nul overlap mellem forventede API-stregkoder og færdige lægemiddelstregkoder, hvor spektre transformeres for at fremhæve Raman-toppe [11]. Ved hjælp af denne tilgang blev 18 godkendte færdige lægemidler og ni simulerede forfalskninger identificeret med 100% nøjagtighed. Dette understøtter gennemførligheden af at bruge Raman-baseret "fingerprint overlap"-logik til robust identitetsverificering i formulerede produkter, forudsat at passende transformation og beslutningsregler anvendes [11].
Raman-analyse for botaniske 'look-alike'-risici
Tilgange med Raman-spektrale signaturer er blevet anvendt til at skelne ægte prøver fra forfalskede i botaniske sammenhænge. For eksempel afslørede analyse af Phansomba/Phellinus-prøver en tydelig adskillelse mellem ægte og forfalskede eksemplarer. Centrale Raman-bånd (487, 528, 786, 892, 915 og 1436 cm), der er karakteristiske for Phellinus (især Ph. merrillii), blev identificeret, hvilket tyder på potentialet for at opbygge databaser over signaturområder til inspektionsarbejdsgange i andre naturlægemidler [21].
Der findes dog begrænsninger. I en screening af 50 urtebaserede kosttilskud med anprisninger om seksuel forbedring detekterede Raman-spektroskopi ni forfalskede prøver (fire med sildenafil og fem med tadalafil). Alligevel formåede den ikke at give konkluderende resultater vedrørende tadalafil-forfalskning i to prøver, hvilket indikerer behovet for bekræftende metoder eller forbedrede spektrale fortolkningsstrategier i visse tilfælde [22].
4.2 Pesticidrester ved SERS
Publiceret evidens fremhæver, at SERS er en hurtig, ikke-destruktiv teknik, der er i stand til at detektere pesticider på sporniveau (ppm eller ppb) i overensstemmelse med botaniske standarder for kontaminantkontrol [1, 6, 19]. Et studie demonstrerede SERS' evne til at detektere pesticider på frugtoverflader ved niveauer helt ned til 1 ppm, hvilket korrelerer godt med regulatoriske grænseværdier for pesticidrester i æbler [6].
Kvantitative SERS-studier har vist stærk kalibreringsydeevne. For eksempel rapporterede et studie determinationskoefficienter (R²) på 0.99 for omethoat og 0.98 for chlorpyrifos med detektionsgrænser (LOD'er) på henholdsvis 1.63 mg·cm og 2.64 mg·cm. Dette understreger gennemførligheden af kalibreringsmodeller, der udnytter karakteristiske SERS-topintensiteter til kvantificering af rester [17]. I dette studie blev analytspecifikke Raman-toppe (413 cm for omethoat, 346 cm for chlorpyrifos) anvendt til koncentrationskortlægning via kalibreringsmodeller [17].
SERS med kolloide guldnanopartikler har yderligere forstærket Raman-spredningen fra 21 forskellige pesticider. Detektionsgrænserne varierede fra 0.001 til 10 ppm, og samtidig identifikation af phosmet og thiram blev opnået på æbleskræl ved hjælp af PCA og SERS [7].
For matricer af bladgrøntsager udviste kalibreringskurver for pesticidrester af phosmet, thiabendazol og acetamiprid stærke lineære korrelationskoefficienter med genfindinger mellem 94.67% og 112.89%. Genfindingsbaserede valideringer rapporterede relative standardafvigelser mellem 3.87% og 8.56%. Hele testprocessen, inklusive prøveudtagning, spektralanalyse og kvantitativ prædiktion, blev gennemført på under fem minutter, hvilket er en markant forbedring i forhold til traditionelle kromatografiske metoder [16].
I en botanisk matrix-kontekst demonstrerede SERS potentiale i detektion af deltamethrin i Corydalis. Den primære karakteristiske top blev identificeret ved 999 cm, hvor trinvis modellering gav en detektionsgrænse så lav som 0.186 mg/L ved direkte observation af 999 cm-toppen. Brugen af en PLS-model opnåede også gode prædiktive ydeevnemetrikker [23].
Håndholdte SERS-enheder, parret med QuEChERS-acetatekstraktion, demonstrerede evnen til at detektere flere pesticidrester i basmatiris inden for 15 minutter. Pesticider såsom CBM, THI og TRI blev detekteret under EU's maksimale restkoncentration (MRL) på 10 ppb. Detektionsgrænsen for ACE forblev dog begrænset til 800 ppb, hvilket fremhæver potentiel variabilitet i analytfølsomhed i en multi-residue-arbejdsgang [8].
Dynamiske SERS-tilgange har forbedret følsomheden i "sessile-drop"-kontekster, hvilket muliggør detektion af paraquat, thiabendazol, tricyclazol og isocarbophos ned til ppm- og ppb-niveauer. Denne tilgang udnytter en metastabil nanopartikeltilstand under fordampning til at opretholde skelneevne i spiked vegetabilske ekstrakter. Lineære sammenhænge mellem karakteristiske topintensiteter og koncentrationsniveauer validerer yderligere denne metode [18].
4.3 Mykotoksin- og mikrobiologisk markørprofilering
Regulatoriske standarder påbyder test af mykotoksiner og mikrobiologisk kvalitet for urtesubstanser, med særligt fokus på aflatoksiner og ochratoksin A [13, 24]. For eksempel specificerer USP-monografier en maksimal grænse på NMT 5 ppb for aflatoksin B1 og NMT 20 ppb for summen af aflatoksinerne B1, B2, G1 og G2 [19]. Disse grænser definerer den følsomhed, som screening- og bekræftende metoder skal opnå.
På grund af den primære vægt på Raman/SERS-pesticiddetektion og anvendelser til forfalskning, er denne teknologi bedst placeret som et supplerende screeningsværktøj i en bredere strategi for kontaminantkontrol. Dette er i overensstemmelse med regulatoriske retningslinjer, der foreslår, at kvalitetskontrol understøttes af kemiske test såsom spektroskopi eller kromatografi, samtidig med at nye teknologier inkorporeres [1, 13].
4.4 Inferens af tungmetaller og uorganiske kontaminanter
EMA kræver test for tungmetaller og andre elementære urenheder i naturlægemidler, medmindre andet er begrundet, hvilket skaber en regulatorisk forventning om profilering af sporkontaminanter i botaniske API'er [13, 24].
I det nuværende Raman/SERS-evidensgrundlag adresseres disse kontaminanter indirekte gennem forbedret kontrol af råvareidentitet, hurtigere screening for forfalskning og prioritering af bekræftende testning for højrisikoprøver. Raman-metoder er dog på nuværende tidspunkt ikke placeret som selvstændige metoder til kvantificering af elementære urenheder uden yderligere validering eller supplerende teknologier [1, 13, 21].
4.5 In-line og On-line Raman-PAT til botanisk forarbejdning
Process Analytical Technology (PAT)-rammen anvender realtidsanalyse til at optimere produktkvalitet og proceskontrol. Raman-spektroskopi beskrives som værende velegnet til dette formål, da den tilbyder hurtig, ikke-invasiv analyse, der er kompatibel med in-process fremstillingsbetingelser [3].
Et eksempel på Raman-PAT er brugen af en RS-CARS-PLS-model til overvågning af ekstraktionsprocesser i fremstillingen af Wenxin-granulat. Selvom modellen demonstrerede effektiv procesovervågning, var dens følsomhed over for analytter i lav koncentration, såsom saccharider, begrænset – hvilket fremhæver behovet for SERS eller supplerende teknikker til detektering af kontaminanter på sporniveau [3].
Industriel implementering frembyder yderligere udfordringer, da det meste PAT-forskning foregår i laboratoriekontrollerede miljøer. Robusthed og kontrol af variabilitet skal adresseres for succesfuld opskalering og live-implementering [3].
4.6 Komparativ analytisk ydeevne
Konventionel Raman-spektroskopi giver hurtige, ikke-destruktive kemiske fingeraftryk uden krav om prøveforbehandling. I modsætning hertil forbedrer SERS følsomheden til detektering af kontaminanter på sporniveau og opnår detektionsgrænser fra 1 ppm til helt ned til 0.001 ppm for visse pesticider afhængigt af metode og matrix [4, 5, 6, 7]. For eksempel demonstrerede SERS koblet med kalibrering pesticiddetektion i bladgrøntsager med korrelationskoefficienter op til 0.98291 og gennemførelse af hele arbejdsgangen på blot fem minutter [16].
Til autentificeringsopgaver har PCA været nyttig til at differentiere subtile spektrale variationer i æteriske olier, og stregkodebaserede Raman-teknikker viste 100% nøjagtighed i identificeringen af forfalskede og autentiske færdigvarer [9–11].
4.7 Bærbar og håndholdt instrumentering til råvarescreening
Bærbare Raman-instrumenter er placeret som tidseffektive, ikke-destruktive værktøjer, der er i stand til hurtigt at analysere urtematerialer uden behov for kompleks forberedelse. De er også anvendelige til overvågning af sundheds- og sikkerhedskrav i urteprodukter og tilbyder et værdifuldt værktøj til både screening på fabrikken og efter markedsføring [12].
Regulatoriske retningslinjer fra FDA fremhæver nye metoder som morfologi-dirigeret Raman-spektroskopi (MDRS) som værende nyttige til opgaver såsom karakterisering af partikelstørrelsesfordeling, når de understøttes af streng validering. Selvom de ikke er specifikke for botaniske API'er, demonstrerer disse metoder Ramans evne til at supplere traditionelle analytiske teknikker [25, 26].
Diskussion
Den syntetiserede evidens understøtter Raman og SERS som værdifulde værktøjer til ikke-destruktiv, hurtig screening og realtids-overvågning i PAT-miljøer. Disse teknologier kan integreres effektivt i arbejdsgange for kontaminantkontrol og kvalitetssikring af botaniske API'er [2, 3, 5].
5.1 Styrker ved Raman og PAT vs. klassiske destruktive metoder
Raman-spektroskopi er fordelagtig på grund af sin hastighed, ikke-destruktive egenskaber og minimale krav til prøveforberedelse. SERS udvider denne nytteværdi ved at muliggøre detektion på sporniveau via forstærkningsmekanismer, hvilket er blevet demonstreret at detektere pesticider ned til ppb-niveauer med hurtige samlede arbejdsgangstider, hvilket gør det ideelt til indledende screening og triage af prøver til bekræftende testning [2, 4, 5, 16].
5.2 Begrænsninger
Vigtige begrænsninger inkluderer udfordringer med følsomhed i baseline-Raman-metoder, især for analytter med lav koncentration uden SERS-forstærkning. Industriel anvendelse af Raman-baseret PAT kræver også overvindelse af udfordringer med variabilitet og robust opskalering. Desuden introducerer visse afhængigheder af kemometriske modeller, såsom PCA og PLS, kompleksitet og potentiel usikkerhed afhængigt af matrix-variabilitet og modeltræning [3, 9, 22, 23].
Regulatorisk vejledning og Raman-baserede screeningsværktøjer
Regulatorisk vejledning understøtter en kvalitetstilgang for botaniske materialer baseret på en samlet bevismængde ("totality of evidence"), herunder kontrol af botaniske råvarer og kemiske kvalitetskontroltests ved hjælp af spektroskopiske og/eller kromatografiske metoder. Dette giver en konceptuel vej for Raman-baserede screeningsværktøjer til at blive integreret i de overordnede kontrolstrategier frem for at blive behandlet som selvstændige erstatninger for alle klassiske analyser. [1]
FDA-vejledningen kræver eksplicit test for pesticidrester og uforudsete toksiner såsom aflatoksiner samt fremmedlegemer og adulteranter. Dette er i overensstemmelse med Raman/SERS-kapaciteter inden for pesticidscreening og detektion af adulteranter, hvilket forstærker behovet for dækning af kontaminantklasser i et omfattende kontrolprogram. [1]
FDA angiver også, at ansøgere bør evaluere nuværende og nye teknologier og udvikle ortogonale analytiske metoder for at sikre tilstrækkelig identifikation og kvantificering. Dette kan tolkes som understøttelse af Raman/SERS-implementering som en del af et ortogonalt metodesæt parret med bekræftende metoder såsom LC–MS eller andre analyser til definitiv kvantificering, især hvor SERS-ydeevne afhænger af kontrol med prøveforbehandling for nøjagtig kvantificerbarhed i forhold til LC–MS. [1, 27] Som støtte for dette synspunkt rapporterede et studie, der sammenlignede SERS og LC–MS for et uventet herbicid i en kompliceret matrix, at SERS udviste høj følsomhed og højere detektionseffektivitet for detektion af ultra-spormål, mens LC–MS gav mere nøjagtig kvantificerbarhed lettet af velkontrolleret prøveforbehandling. Dette motiverer en lagdelt arkitektur: SERS til hurtig følsom detektion og LC–MS til bekræftende kvantificering. [27]
I EU definerer EMA's specifikationsvejledning specifikationer og identificerer kontaminantgrupper, der skal adresseres (herunder tungmetaller, pesticidrester, mykotoksiner, mikrobiel kontaminering). Den tillader periodisk testning/skip-testing, hvor det er begrundet ved risikovurdering og batchdata, hvilket indebærer, at Raman/PAT-datastrømme kunne bidrage med understøttende beviser til risikobaserede teststrategier, hvis de valideres og vises at detektere relevante afvigelser rettidigt. [13, 14]
5.4 Risikobaseret implementeringsstrategi og livscyklushåndtering
USP-vejledningen indikerer, at omfanget af testning kan bestemmes ved hjælp af en risikobaseret tilgang, der tager højde for sandsynligheden for kontaminering. Dette understøtter en strategi, hvor intensiteten af Raman/SERS-screening og bekræftende testning allokeres baseret på risikofaktorer som kilde, geografi, batchhistorik og tidligere screeningsdata. [19] EMA indikerer på tilsvarende vis, at periodisk testning/skip-testing kan være acceptabelt, hvor det er begrundet, og at begrundelsen bør overveje plantemateriale, dyrknings-/produktionsforhold, kontaminering fra nabofarme, geografisk oprindelse og være understøttet af risikovurdering og batchdata, hvilket forstærker behovet for datarige overvågningssystemer frem for ad hoc-testreduktioner. [13]
Inden for denne risikobaserede kontekst kan Raman-baseret PAT placeres som en generator af hurtige, gentagelige fingeraftryk og screeningsresultater, der understøtter trendovervågning og hurtig identifikation af unormale batches, mens bekræftende analyser reserveres til batches markeret ved screening eller til periodisk verifikation af screeningssystemets ydeevne og kalibreringsstabilitet. [2, 13] Den stregkodebaserede API-identitetsmetode og håndholdt detektion af forfalskning i æteriske olier illustrerer, hvordan robuste beslutningsregler (stregkodeoverlap, intense diagnostiske bånd) kan forenkle screeningsbeslutninger i visse sammenhænge, mens PCA-baseret diskrimination indikerer, hvor multivariate modeller er påkrævet for at opretholde følsomhed over for subtile forfalskningsmønstre. [9, 11, 20]
Livscyklushåndtering for Raman-metoder er også antydet i FDA's observationer vedrørende MDRS-indsendelser: manglende valideringsdata for reproducerbarhed og nøjagtighed er en mangel, hvilket understreger, at Raman-baserede PAT-metoder skal udvikles med validering og ydeevnedokumentation som centrale leverancer i regulatoriske interaktioner. [25]
5.5 Udsigter
Evidensen tyder på flere tekniske retninger for at øge gennemførligheden af Raman-baseret PAT for sporkontaminanter. For det første beskrives en øget variation i teknikker (Fourier transform Raman, resonans-Raman, konfokal Raman og SERS) som værende gennemførlig til at forstærke Raman-signaler og udvikle instrumenter og prøvebehandling, hvilket understøtter en strategi med at vælge teknikvarianter i forhold til matrix- og følsomhedsbehov frem for at forlade sig på en enkelt Raman-konfiguration på tværs af alle botaniske processer. [4]
For det andet kan SERS-selektivitet forbedres ved at funktionalisere nanostrukturer med receptormolekyler såsom aptamerer, hvilket indikerer en vej mod målrettede sporkontaminant-analyser indlejret i PAT-moduler, hvor interferens er en dominerende risiko. [5]
For det tredje beskrives billedbaserede SERS-tilgange som værende i stand til at muliggøre realtids-overvågning og detektion af kontamineringslokalisering på eller i plantevævsoverflader, hvilket tyder på, at fremtidige arbejdsgange for botaniske API'er kunne inkorporere rumligt opløst kontamineringskortlægning for højrisikomaterialer eller til undersøgelser af kontamineringsveje. [5] Endelig understøttes det praktiske implementeringspotentiale af konklusioner om, at SERS yderligere kunne implementeres i hurtige on-site detektionsværktøjer til fødevaresikkerhed og miljøovervågning, samt af evidens for, at bærbare Raman-instrumenter kan bruges til at overvåge overholdelse af sundhed og sikkerhed for urteprodukter på forbrugermarkedet, hvilket understreger et kontinuum fra feltscreening til fremstillings-PAT-systemer. [12, 27]
6. Konklusioner
Dette konceptuelle evidenssyntese-studie indikerer, at Raman-spektroskopi er veltilpasset PAT-målsætninger, fordi den er hurtig, ikke-destruktiv, ikke-invasiv og enkel i prøveforberedelsen. Raman-applikationer beskrives som strækkende sig fra laboratorie til produktionslinjer, hvilket understøtter et livscyklusperspektiv på Raman-baseret måling fra indledende råvarescreening til procesovervågning. [2]
PAT er eksplicit defineret som værende i stand til at muliggøre realtidsanalyse og feedback-kontrol for at sikre kontrollerbare produktionsprocesser og optimal kvalitet. Vibrationel spektroskopi beskrives som værende i stand til at muliggøre online realtids- hurtig detektion af urters interne kvalitet under forarbejdning, hvilket giver et konceptuelt grundlag for placering af Raman-sensorer i botanisk fremstilling. [3]
For sporkontaminanter giver SERS det stærkeste evidensgrundlag for følsomhed, hvor forstærkningen potentielt kan nå ultra-spordetektionsgrænser på ædelmetaller, og med flere pesticidstudier, der demonstrerer ppm-til-ppb og endda lave nanomolære detektionsregimer med kvantificeringsmetrikker og hurtige arbejdsgange (f.eks. 5 min samlet testtid; <15 min ekstraktion). [5, 8, 16, 18] Kemometri er essentiel for mange autenticitets- og kvantificeringsopgaver, da visuel inspektion kan være utilstrækkelig til detektion af forfalskning, mens PCA og PLSR har demonstreret diskriminations- og kvantitativ prædiktionsevne. [9, 10]
De primære begrænsninger for realtids-profilering af sporkontaminanter i botaniske API'er er følsomhedsbegrænsninger i ikke-forstærkede Raman-PAT-procesmodeller (illustreret ved relativt høje LOD'er i ekstraktionsovervågning) og udfordringer med robusthed/validering ved skalering af PAT fra lab til produktion, sideløbende med matrix-drevet usikkerhed i visse screeningssager for adulteranter. [3, 22] Følgelig er den mest forsvarlige operationelle anbefaling understøttet af evidensen en lagdelt PAT-arkitektur:
- Bærbar Raman + kemometri til hurtig autentificering/screening for forfalskning.
- Målrettede SERS-analyser til højrisiko-pesticidrester.
- Bekræftende ortogonale metoder, hvor kvantificerbarhed og regulatorisk beslutningstagning kræver højere sikkerhed, i overensstemmelse med regulatoriske forventninger til ortogonale metoder og risikobaseret begrundelse for skip-testing. [1, 5, 12, 13, 27]
Finansiering
Ingen ekstern finansiering. [1]
Interessekonflikter
Forfatterne erklærer ingen interessekonflikter. [1]
Erklæring om datatilgængelighed
Alle data anvendt i dette konceptuelle studie er afledt af de citerede publicerede kilder og regulatoriske dokumenter syntetiseret heri. [1, 14]
Figur 1
Figur 1. Konceptuel PAT-arbejdsgang til risikostyring af kontaminanter i botaniske API'er, der integrerer ikke-destruktiv Raman og SERS: indgående botanisk råvarescreening ved hjælp af hurtig, ikke-destruktiv Raman-fingeraftryksmåling ved modtagelsespunkter; kemometrisk autentificering/kontrol for forfalskning (f.eks. PCA-baseret diskrimination; bekræftelse af identitet via stregkodeoverlap) for identitetssikring; målrettede SERS-moduler til screening af sporpesticider og hurtig kvantitativ prædiktion (ppm-til-ppb-følsomhed med korte måletider); Raman-procesovervågning ved fremstillingsenhedsoperationer rammesat under PAT som realtidsanalyse og feedback-kontrol; og risikobaserede beslutninger om periodisk verifikation/skip-testing understøttet af batchhistorik og formelle risikovurderinger i overensstemmelse med EMA/USP-vejledning. [2, 3, 6, 9, 11, 13, 16, 19]
Tabel 2
| Kontaminant-/Adulterationsklasse | Raman/SERS-konfiguration | PAT-integrationspunkter |
|---|---|---|
| Tungmetaller | Ikke-destruktiv Raman-screening | Råvarescreening |
| Pesticidrester | Målrettede SERS-moduler | Sporscreening |
| Mykotoksiner | Kemometrisk diskrimination | Autentificeringskontrol |
Tabel 3
| Regulatorisk/Kompendial anker | Raman-baseret PAT-tilpasning |
|---|---|
| USP-vejledning | Valideret screening, risikobaserede teststrategier |
| EMA-specifikationer | Overholdelse af kontaminantgrupper, begrundelse for periodisk testning |
| FDA-anbefalinger | Understøtter ortogonale metoder, livscyklushåndtering |
