CHEMOMETRIA W TECHNOLOGII ORAZ ANALIZIE FARMACEUTYCZNEJ POTRZEBA CZY KONIECZNOŚĆ?

Podobne dokumenty
Chemometria w technologii oraz analizie farmaceutycznej potrzeba czy konieczność?

Process Analytical Technology (PAT),

Katedra Technologii Postaci Leku i Biofaramcji. W zakresie wiedzy:

PLANOWANIE EKSPERYMENTÓW W PRAKTYCE W FARMACJI

REALIZACJA KONCEPCJI QUALITY BY DESIGN

METODY CHEMOMETRYCZNE W IDENTYFIKACJI ŹRÓDEŁ POCHODZENIA

ZASTOSOWANIE TECHNIK CHEMOMETRYCZNYCH W BADANIACH ŚRODOWISKA. dr inż. Aleksander Astel

OPTYMALIZACJA PRODUKCJI FARMACEUTYCZNEJ Z ZASTOSOWANIEM METODOLOGII DOE

TECHNIKI PLANOWANIA I STATYSTYCZNEJ ANALIZY DANYCH W PROJEKTOWANIU SKŁADÓW ORAZ PROCESÓW WYTWARZANIA PRODUKTÓW LECZNICZYCH I SUPLEMENTÓW DIETY

Quality by Design - jakość w produkcji leków w XXI wieku, od koncepcji do wyzwań. Dr Andrzej Ernst

Opis zakładanych efektów kształcenia na studiach podyplomowych WIEDZA

Projektowanie (design) Eurostat

Tomasz Demski, StatSoft Polska Sp. z o.o.

GMP - Dobra Praktyka Wytwarzania (ang. Good Manufacturing Prac:ce)

Matryca weryfikacji efektów kształcenia - studia III stopnia

REGRESJA I KORELACJA MODEL REGRESJI LINIOWEJ MODEL REGRESJI WIELORAKIEJ. Analiza regresji i korelacji

WYKORZYSTANIE NARZĘDZI STATYSTYCZNYCH W WALIDACJI I CIĄGŁEJ WERYFIKACJI PROCESU

Regresja i Korelacja

Regresja wieloraka Ogólny problem obliczeniowy: dopasowanie linii prostej do zbioru punktów. Najprostszy przypadek - jedna zmienna zależna i jedna

Wiarygodny partner do najważniejszych zadań

Rozdział 8. Regresja. Definiowanie modelu

Warszawa, dnia 14 grudnia 2017 r. Poz. 2337

Metody Prognozowania

Opis efektów uczenia się dla kwalifikacji na poziomie 7 Polskiej Ramy Kwalifikacji

Peletki cukrowe: produkcji doustnych stałych postaci leku o modyfikowanej szybkości uwalniania substancji leczniczej.

Zastosowanie metod eksploracji danych (data mining) do sterowania i diagnostyki procesów w przemyśle spożywczym

OFERTA TEMATÓW PROJEKTÓW DYPLOMOWYCH (MAGISTERSKICH) do zrealizowania w Katedrze INŻYNIERII CHEMICZNEJ I PROCESOWEJ

Statystyka i Analiza Danych

Regresja wielokrotna jest metodą statystyczną, w której oceniamy wpływ wielu zmiennych niezależnych (X1, X2, X3,...) na zmienną zależną (Y).

Agnieszka Markowska-Radomska

Moduły kształcenia. Efekty kształcenia dla programu kształcenia (kierunku) MK_06 Krystalochemia. MK_01 Chemia fizyczna i jądrowa

USPRAWNIENIE WYKONYWANIA ANALIZ I TWORZENIA RAPORTÓW STATISTICA ZESTAW FARMACEUTYCZNY

Kurs Chemometrii Poznań 28 listopad 2006

Projekt zarządzania jakością wykorzystujący STATISTICA Data Miner przynosi w voestalpine roczne oszczędności w wysokości EUR

Ocena rozprawy doktorskiej. Mgr Pauliny Smyk pt.: Wpływ wybranych ksenobiotyków na zmiany parametrów

KONCEPCJA QUALITY BY DESIGN Z PUNKTU WIDZENIA STATYSTYCZNEJ ANALIZY DANYCH

Karta (sylabus) modułu/przedmiotu Inżynieria Materiałowa Studia II stopnia Specjalność: Inżynieria Powierzchni

Dopasowywanie modelu do danych

w ekonomii, finansach i towaroznawstwie

4.1. Wprowadzenie Podstawowe definicje Algorytm określania wartości parametrów w regresji logistycznej...74

Małgorzata Matyjek listopada 2008 Wrocław

Dr hab. inż. Wojciech Simka, prof. Pol. Śl.

Interdyscyplinarny charakter badań równoważności biologicznej produktów leczniczych

Priorytetowe kierunki badań (agendy badawcze) w ramach inteligentnej specjalizacji województwa mazowieckiego

Testowanie hipotez dla dwóch zmiennych zależnych. Moc testu. Minimalna liczność próby; Regresja prosta; Korelacja Pearsona;

Aneks II. Wnioski naukowe

FSP Galena. Jest prężnie rozwijającą się polską firmą o 65-letniej tradycji i doświadczeniu, zajmującą się: produkcją farmaceutyczną,

Wiarygodny partner do najważniejszych zadań

Przykłady wybranych fragmentów prac egzaminacyjnych z komentarzami. Technik farmaceutyczny 322[10] 1. Treść zadania z załącznikami:

Technologia postaci leku III - Przemysłowa technologia postaci leku

Zastosowanie symulacji Monte Carlo do zarządzania ryzykiem przedsięwzięcia z wykorzystaniem metod sieciowych PERT i CPM

Etapy modelowania ekonometrycznego

Efekty kształcenia dla kierunku studiów biotechnologia i ich odniesienie do efektów obszarowych

Aneks I Wnioski naukowe i podstawy zawieszenia pozwolenia na dopuszczenie do obrotu przedstawione przez Europejską Agencję Leków

4) badanie zanieczyszczeń: mineralnych, biologicznych lub botanicznych innych niż opisanych dla homeopatycznej substancji czynnej; 5) oznaczenie

PROGNOZOWANIE PRZYCHODÓW ZE SPRZEDAŻY

Wsierpniu 2002 roku amerykański urząd FDA

1

DWUKROTNA SYMULACJA MONTE CARLO JAKO METODA ANALIZY RYZYKA NA PRZYKŁADZIE WYCENY OPCJI PRZEŁĄCZANIA FUNKCJI UŻYTKOWEJ NIERUCHOMOŚCI

METODY STATYSTYCZNE W BIOLOGII

STRESZCZENIE. rozprawy doktorskiej pt. Zmienne jakościowe w procesie wyceny wartości rynkowej nieruchomości. Ujęcie statystyczne.

rodzajach chromatografii cieczowej w związku ze wszczętym na

ALGORYTM RANDOM FOREST

Studia I stopnia kierunek: chemia Załącznik nr 3

Ze względu na brak potwierdzenia w badaniu przeprowadzonym wśród młodzieży (opisanym poniżej) wyniki zostały uznane za niedostatecznie przekonujące.

Adam Kirpsza Zastosowanie regresji logistycznej w studiach nad Unią Europejska. Anna Stankiewicz Izabela Słomska

Katedra i Zakład Chemii Fizycznej Wydział Farmaceutyczny z Oddziałem Analityki Medycznej Uniwersytet Medyczny im. Piastów Śląskich we Wrocławiu

Wniosek ROZPORZĄDZENIE PARLAMENTU EUROPEJSKIEGO I RADY

BADANIA ZRÓŻNICOWANIA RYZYKA WYPADKÓW PRZY PRACY NA PRZYKŁADZIE ANALIZY STATYSTYKI WYPADKÓW DLA BRANŻY GÓRNICTWA I POLSKI

LEKI CHEMICZNE A LEKI BIOLOGICZNE

Błędy procesu tworzenia oprogramowania (Badania firmy Rational Software Corporation)

Badanie uwalniania paracetamolu z tabletki. Mgr farm. Piotr Podsadni

Analiza regresji - weryfikacja założeń

CHEMOMETRYCZNE PODEJŚCIE W POSZUKIWANIU MARKERÓW AUTENTYCZNOŚCI POLSKICH ODMIAN MIODÓW

STRESZCZENIE ROZPRAWY DOKTORSKIEJ. mgr Marcin Druszcz ZABEZPIECZENIE MEDYCZNE DZIAŁAŃ PODODDZIAŁÓW POLICJI NA TERYTORIUM KRAJU W LATACH

Systemy pomiarowo-diagnostyczne. Metody uczenia maszynowego wykład I dr inż. 2015/2016

Wdrażanie metod analizy środowiskowego ryzyka zdrowotnego do ustalania i przestrzegania normatywów środowiskowych

Potrafi objaśnić wymogi i metody kontroli jakości leków. Zna założenia i zasady programu kwalifikacji dostawców

WARSZAWSKI UNIWERSYTET MEDYCZNY

CO TO JEST CHEMIA ANALITYCZNA?

Modelowanie jako sposób opisu rzeczywistości. Katedra Mikroelektroniki i Technik Informatycznych Politechnika Łódzka

Systemy zapewnienia jakości w laboratorium badawczym i pomiarowym

USTAWA. z dnia 13 września 2002 r. o produktach biobójczych. (Dz. U. z dnia 21 października 2002 r.) [wyciąg] Rozdział 1.

Summary in Polish. Fatimah Mohammed Furaiji. Application of Multi-Agent Based Simulation in Consumer Behaviour Modeling

PLANOWANIE DOŚWIADCZEŃ JAKO DROGA DO INNOWACYJNOŚCI PRZYKŁAD OPTYMALIZACJI PROCESU PRODUKCYJNEGO

Efekty kształcenia/uczenia się dla studiów technicznych: Studia I, II i III stopnia profil teoretyczny/(ogólno)akademicki

Optymalizacja Automatycznych Testów Regresywnych

Badania biegłości laboratorium poprzez porównania międzylaboratoryjne

Data mininig i wielowymiarowa analiza danych zgromadzonych w systemach medycznych na potrzeby badań naukowych

Statystyczna analiza danych w programie STATISTICA 7.1 PL (wykład 3) Dariusz Gozdowski

Ćwiczenie: Wybrane zagadnienia z korelacji i regresji

Część 2. Teoretyczne i praktyczne aspekty wybranych metod analiz ilościowych w ekonomii i zarządzaniu

parametrów strukturalnych modelu = Y zmienna objaśniana, X 1,X 2,,X k zmienne objaśniające, k zmiennych objaśniających,

Statystyka i Analiza Danych

Mefelor 50/5 mg Tabletka o przedłużonym uwalnianiu. Metoprololtartrat/Felodipi n AbZ 50 mg/5 mg Retardtabletten

1. Metoda komputerowego wspomagania wyznaczania po danego wyposa enia sprz towo-materiałowego Podstawowej Jednostki Organizacyjnej Systemu Bezpiecze

Badanie zależności skala nominalna

wersja elektroniczna - ibuk

Transkrypt:

CHEMOMETRIA W TECHNOLOGII ORAZ ANALIZIE FARMACEUTYCZNEJ POTRZEBA CZY KONIECZNOŚĆ? Joanna Ronowicz, Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu, Collegium Medicum im. Ludwika Rydygiera w Bydgoszczy, Wydział Farmaceutyczny, Katedra i Zakład Chemii Nieorganicznej i Analitycznej Zalecane przez organy regulacyjne koncepcja Quality by Design oraz strategia Process Analytical Technology zwracają uwagę na konieczność dogłębnego poznania i zrozumienia procesu wytwarzania danej postaci leku. Takie podejście ma gwarantować jakość opracowywanych nowych produktów leczniczych, a także sprzyjać doskonaleniu istniejących procesów technologicznych. Dynamiczny rozwój nowoczesnych metod analizy instrumentalnej pozwala na szybkie i niejednokrotnie bezinwazyjne rejestrowanie wielu parametrów procesowych, właściwości fizykochemicznych surowców oraz końcowego produktu leczniczego. Dobrym rozwiązaniem, ułatwiającym poznanie mechanizmów oddziaływania właściwości użytych surowców oraz czynników procesu na jakość produktu leczniczego, może być zastosowanie metodyki planowania doświadczeń (ang. experimental design) bądź wielowymiarowych technik eksploracji danych. W myśl aktualnych trendów i zaleceń organów regulacyjnych wiedza o produkcie i procesie technologicznym powinna być gromadzona i poddawana ocenie, począwszy od prac badawczo-rozwojowych, definiowania składu recepturowego leku, aż po wytwarzanie serii komercyjnych. Projektowanie nowej formulacji w oparciu o metodykę experimental Copyright StatSoft Polska 2016, info@danewiedzasukces.pl 57

design, jak również optymalizacja procesu technologicznego w oparciu o retrospektywną chemometryczną analizę zgromadzonych danych procesowych umożliwia uzyskanie produktu o pożądanej jakości. Jest to możliwe dzięki trafnym i racjonalnie uzasadnionym decyzjom technologicznym, podejmowanym w oparciu o wydobytą przy użyciu metod chemometrycznych gruntowną wiedzę o produkcie i procesie. Obserwowane w ostatnich latach narastające problemy związane z nieodpowiednią jakością produktów leczniczych i suplementów diety wskazują na potrzebę poszukiwania efektywnych narzędzi wspomagających ocenę jakościową dostępnych na rynku produktów. Użycie odpowiednich algorytmów chemometrycznych może ułatwić szybką weryfikację autentyczności produktu i wychwycenie produktów sfałszowanych, zawierających niewłaściwe substancje lub znaczną ilość zanieczyszczeń. Konieczność dostosowania się do nowych trendów i zaleceń organów regulacyjnych w zakresie analizy oraz technologii farmaceutycznej wymusza stosowanie efektywnych metod analizy danych. Należy podkreślić, że właściwy wybór odpowiedniego algorytmu spośród szerokiego spektrum technik chemometrycznych zależny jest od charakteru rozwiązywanego problemu badawczego oraz celu stawianego badaniu. W artykule opisano użycie wybranych metod chemometrycznych w projektowaniu składu recepturowego zawiesiny z węglem aktywnym, optymalizacji procesu wytwarzania peletek oraz analizie produktów pochodzenia roślinnego. Wszystkie obliczenia chemometryczne wykonano w programie Statistica. Opracowanie i optymalizacja składu recepturowego formulacji farmaceutycznej z wykorzystaniem metodyki Design of Experiments Przedmiotem prac badawczych było zaprojektowanie składu recepturowego nowego produktu leczniczego stosowanego w leczeniu stanów biegunkowych oraz zatruć u dzieci i osób dorosłych. Zaproponowano zawiesinę zawierającą węgiel aktywny (Carbo activatus) jako substancję czynną. Przeprowadzone badania zdolności adsorpcyjnej dostępnych 58 Copyright StatSoft Polska 2016, info@danewiedzasukces.pl

na polskim rynku produktów (tabletki, kapsułki, syrop) wskazały na potrzebę badań nad nową postacią leku o wysokiej zawartości węgla aktywnego i możliwie wysokiej zdolności adsorpcyjnej, przekładającej się na skuteczność terapeutyczną produktu. Zakres prac badawczych obejmował: wykonanie formulacji różniących się składem jakościowym oraz ilościowym substancji pomocniczych, ocenę jakościową sporządzonych produktów oraz weryfikację wpływu użytych substancji pomocniczych na jakość postaci leku w oparciu o wytyczne ICH Q8 Pharmaceutical development. Do zaprojektowania składu recepturowego postaci leku zastosowano metodykę stosowanej teorii eksperymentu (ang. Design of Experiments). Wszystkie formulacje wykonano w sposób opisany matrycą dla mieszanin trójskładnikowych (ang. mixture design). Za krytyczny atrybut jakościowy produktu determinujący jego skuteczność terapeutyczną przyjęto zdolność adsorpcyjną węgla aktywnego. W pierwszym etapie badań jako substancji pomocniczych użyto: substancji słodzącej (sorbitol), substancji korygującej smak i zapach zawiesiny (aromat Cola) oraz wody oczyszczonej jako fazy rozpraszającej. Zawiesina miała być umieszczona w opakowaniach jednodawkowych (saszetkach), co wykluczyło konieczność użycia środka konserwującego w składzie formulacji. Badano wpływ różnych kombinacji substancji pomocniczych na jakość postaci leku, wyrażoną poprzez zdolność adsorpcyjną węgla aktywnego. Eksperyment zaplanowano w formie zrandomizowanego planu dla mieszanin. Realizując założenia planu, przygotowano 14 formulacji różniących się zawartością substancji pomocniczych. W skład każdej formulacji wchodził węgiel aktywny w ilości 2,0 g. Jako że każda formulacja produktu leczniczego może być postrzegana jako wypadkowa właściwości użytych substancji pomocniczych, wyznaczono zależność funkcyjną między składem ilościowym substancji pomocniczych a wartością zdolności adsorpcyjnej węgla w zawiesinie. Analiza uzyskanego modelu oraz wykreślonej powierzchni odpowiedzi wskazała na silną adsorpcję substancji aromatyzującej na węglu aktywnym. Wykryte zależności opisano równaniem regresji wielorakiej, w postaci: Copyright StatSoft Polska 2016, info@danewiedzasukces.pl 59

v = 43,60 x +13,04 y + 45,75 z 0,76 xy 6,46 xz 1,16 yz gdzie: v zdolność adsorpcyjna, x udział sorbitolu w mieszaninie, y udział aromatu w mieszaninie, z udział wody w mieszaninie. Ocenie poddano zmienność tłumaczoną postacią modelu oraz brak dopasowania. Zmienność pochodząca od modelu okazała się statystycznie istotna, natomiast brak dopasowania (ang. lack of fit) okazał się statystycznie nieistotny. Zatem model nie wnosił niepewności większej niż ta wynikająca z zakłóceń losowych. Diagnostyka modelu polegała również na sprawdzeniu normalności rozkładu reszt na wykresie normalności. Przeprowadzony test Shapiro-Wilka wykazał, że zakłócenia losowe, które wyrażają się poprzez wartości reszt, pochodzą z populacji o rozkładzie normalnym. Brak negacji diagnostycznej modelu sugerował, że modelu opisanego równaniem regresji wielorakiej można użyć do celów prognostycznych, gdyż pozwala on na predykcję zdolności adsorpcyjnej finalnego produktu w oparciu o stosunki ilościowe użytych substancji pomocniczych. Z uwagi na niezadowalającą lepkość i zbyt dużą sedymentację substancji czynnej w przygotowanych formulacjach w kolejnym etapie prac badawczych do składu zawiesiny włączono karboksymetylocelulozę sodową. Substancja ta zwiększyła lepkość formulacji, a tym samym zmniejszyła szybkość sedymentacji zawieszonych w niej cząstek węgla. W oparciu o metodykę Design of Experiments zweryfikowano wpływ karboksymetylocelulozy sodowej na zdolność adsorpcyjną węgla aktywnego w zawiesinie. Analiza powierzchni odpowiedzi modelu wskazała na krytyczny wpływ substancji zwiększającej lepkość na zdolność adsorpcyjną węgla. Wykryte zależności opisano również równaniem regresji wielorakiej, w postaci: v = 43,49 x 2620,55 y + 45,27 z + 2675,36 x y 1,04 x z + 2690 y z 60 Copyright StatSoft Polska 2016, info@danewiedzasukces.pl

gdzie: v zdolność adsorpcyjna, x udział sorbitolu w mieszaninie, y udział karboksymetylocelulozy sodowej w mieszaninie, z udział wody w mieszaninie. Uzyskane wyniki badań dostarczyły informacji o charakterze wpływu użytych substancji pomocniczych na zdolność adsorpcyjną węgla aktywnego, a tym samym pozwoliły na wybór optymalnej receptury dla opracowywanej postaci leku. Szczegółowa analiza, interpretacja oraz dyskusja uzyskanych wyników badań wraz z ilustracją graficzną opublikowana została w artykule: Development and optimization of the activated charcoal suspension composition based on a mixture design approach, Ronowicz et al., Acta Pharm. 2015 (65) 83-90. Optymalizacja procesu wytwarzania peletek z wykorzystaniem algorytmu drzew decyzyjnych Prawidłowe rozpoznanie istotnych czynników (parametrów procesu, właściwości fizykochemicznych użytych surowców) oraz charakteru ich wpływu na jakość produktu pozwala na doskonalenie technologii wytwarzania, a tym samym poprawę jakości dostępnych na rynku produktów. Celem pracy było zastosowanie drzew decyzyjnych w eksploracji danych opisujących proces wytwarzania peletek metodą ekstruzji i sferonizacji. Peletki stanowią kulistą formę granulatu o średnicy cząstek od 0,5 do 2,0 mm. Poszukiwano zależności między składem jakościowym i ilościowym formulacji, parametrami procesów jednostkowych (ekstruzji, sferonizacji, suszenia) a kształtem wytworzonych peletek. Kulisty kształt stanowi jeden z kluczowych parametrów oceny jakościowej peletek, gdyż zapewnia ich dobre właściwości zsypowe podczas wypełniania kapsułek lub matryc w procesie tabletkowania peletek. Wymagana dobra zsypywalność peletek ma gwarantować jednolitość zawartości Copyright StatSoft Polska 2016, info@danewiedzasukces.pl 61

wytwarzanych kapsułek bądź tabletek. Ponadto kulisty kształt peletek ułatwia ich powlekanie w celu uzyskania modyfikowanego uwalniania substancji czynnej. W badanym zbiorze danych kształt peletek opisany został współczynnikiem kształtu (ang. aspect ratio). Dla peletek o optymalnym kształcie kulistym współczynnik ten wg danych literaturowych [Bornhӧft et al. (2005), Thommes et al. (2007, 2009)] nie powinien przekraczać wartości 1,1. Wygenerowane, przy użyciu algorytmu CART, reguły decyzyjne pozwoliły na wskazanie kluczowych zależności występujących między parametrami technologicznymi a wartością współczynnika kształtu peletek. Na kształt peletek najistotniejszy wpływ miała szybkość obrotów sferonizatora, czas trwania sferonizacji, liczba otworów w matrycy ekstrudera oraz ilość wody w masie ekstrudacyjnej. Analiza struktury wygenerowanego drzewa pozwala zauważyć, że peletki o niższych wartościach współczynnika kształtu uzyskiwano przy wysokich obrotach sferonizatora. Dostarczana wówczas energia prowadzi do uplastycznienia granulatu i nadania cząstkom odpowiedniego kształtu. Istotnym czynnikiem wpływającym na kształt peletek była liczba otworów w ekstruderze. Zastosowanie podczas ekstruzji większej liczby otworów było korzystniejsze, gdyż zmniejszało naprężenia ścinające oddziaływujące na masę przeciskaną przez matrycę ekstrudera. Przeprowadzona chemometryczna analiza danych procesowych wykazała, że parametry technologiczne procesów jednostkowych (ekstruzji oraz sferonizacji) miały kluczowy wpływ na kształt peletek. Nie zaobserwowano znaczącego wpływu rodzaju użytych substancji czynnych, substancji pomocniczych oraz ich proporcji ilościowych w formulacji na wartość współczynnika kształtu peletek. Drzewa decyzyjne stanowią wartościowe narzędzie w poszukiwaniu optymalnych wartości parametrów procesowych, pozwalających na uzyskanie kulistych peletek. Wygenerowany przejrzysty zestaw łatwo interpretowalnych reguł decyzyjnych pozwala na dogłębne zrozumienie, a w rezultacie skuteczną optymalizację procesu wytwarzania peletek metodą ekstruzji i sferonizacji, w aspekcie ich kształtu. Tym samym zaproponowana metoda chemometrycznej analizy danych procesowych wpisuje się w nowoczesne, innowacyjne podejście do technologii farmaceutycznej, określane jako Quality by Design. 62 Copyright StatSoft Polska 2016, info@danewiedzasukces.pl

Szczegółowa analiza, interpretacja oraz dyskusja uzyskanych wyników badań wraz z ilustracją graficzną opublikowana została w artykule: A data mining approach to optimize pellets manufacturing process based on a decision tree algorithm, Ronowicz et al., Eur. J. Pharm. Sci. 2015 (73) 44-48. Zastosowanie metod chemometrycznych w ocenie jakościowej produktów pochodzenia roślinnego Wieloskładnikowa kompozycja związków aktywnych biologicznie (głównie polifenoli) obecnych w liściach miłorzębu dwuklapowego (Ginkgo biloba) czy zielonej herbaty (Camellia sinensis) odpowiada za narastające zainteresowanie tymi surowcami roślinnymi. Surowce roślinne, będące bogatym źródłem polifenoli, chronią komórki przed uszkodzeniami wywołanymi przez wolne rodniki oraz reaktywne formy tlenu. Tym samym zmniejszają ryzyko chorób sercowo-naczyniowych oraz zmian neurodegeneracyjnych. Wyznacznikiem jakości surowca roślinnego jest zawartość związków czynnych, co z kolei uwarunkowane jest m.in. porą zbioru, sposobem suszenia, rozdrabniania i przechowywania surowca. Jakość produktów pochodzenia roślinnego nie zawsze poddana jest wystarczającej ocenie. Poważnym problemem staje się świadome stosowanie do produkcji suplementów diety surowców roślinnych gorszej jakości, niestandaryzowanych na zawartość substancji czynnych, zanieczyszczonych metalami ciężkimi, bakteriami, pleśniami bądź pestycydami. Istotnym problemem jest fałszowanie suplementów diety dodatkiem silnie działających leków syntetycznych lub używek. Narastające problemy związane z nieodpowiednią jakością produktów pochodzenia roślinnego wskazują na potrzebę poszukiwania efektywnych narzędzi wspomagających ocenę jakościową dostępnych na rynku produktów. Celem pracy było zaproponowanie technik chemometrycznych przydatnych w ocenie jakościowej produktów leczniczych i suplementów diety zawierających wyciąg z liści Ginkgo biloba oraz produktów zawierających liście lub wyciąg z liści Camellia sinensis. Copyright StatSoft Polska 2016, info@danewiedzasukces.pl 63

Podjęto próbę budowy modelu regresyjnego przewidującego aktywność antyoksydacyjną ekstraktu w oparciu o chromatogram fingerprint. Uzyskany chromatogram będący swoistym odciskiem palca (ang. fingerprinting) badanego produktu jest tym w jego identyfikacji, czym linie papilarne w identyfikacji ludzi. Chemometryczną analizę podobieństwa między badanymi produktami przeprowadzono z wykorzystaniem różnych algorytmów segmentacji bezwzorcowej (hierarchiczne oraz niehierarchiczne metody grupowania, analiza głównych składowych). W analizie skupień zastosowano aglomeracyjne grupowanie metodą Warda, co pozwoliło uzyskać skupienia o minimalnym zróżnicowaniu wewnętrznym. Skupienia zostały zdefiniowane w oparciu o wartości zmiennych opisujących badane ekstrakty. Sugerując się wykresem przebiegu aglomeracji, przeprowadzono obiektywny podział dendrogramu, w oparciu o odległość, przy której nastąpił wyraźny skok wartości. Segmentacja niehierarchiczna uogólnioną metodą k-średnich z wykorzystaniem v-krotnego sprawdzianu krzyżowego pozwoliła na iteracyjne wyznaczenie optymalnej liczby klastrów. Zaletą tej metody jest charakterystyka utworzonych klastrów oraz możliwość wskazania predyktorów najsilniej różnicujących wyodrębnione skupienia. Analiza głównych składowych umożliwiła kompresję danych poprzez odrzucenie zmiennych niosących informację redundantną. Istotne składowe główne wyznaczono na podstawie kryterium Kaisera, opartego na analizie wartości własnych oraz z zastosowaniem graficznego testu osypiska Cattella. Przyjęto rozwiązanie dwuczynnikowe, wyjaśniające przeważającą część zmienności w zbiorze danych oraz umożliwiające graficzne zobrazowanie relacji między badanymi ekstraktami. Zastosowanie różnych algorytmów obliczeniowych doprowadziło do zbieżnych wyników segmentacji, co pozwala wnioskować o dobrej jakości i stabilności zbudowanych modeli deskryptywnych. Należy zaznaczyć, że uzyskane modele wskazały na wyraźne różnice między produktami leczniczymi a suplementami diety, w aspekcie ich właściwości przeciwutleniających oraz składu chemicznego. Ponadto analiza regresji wykazała istotną 64 Copyright StatSoft Polska 2016, info@danewiedzasukces.pl

statystycznie korelację (p < 0,01) między zawartością frakcji polifenolowej w badanych ekstraktach a ich zdolnością do dezaktywacji wolnych rodników. Ekstrakty o wyższej zawartości polifenoli wykazywały silniejsze właściwości przeciwutleniające. Zastosowanie drzew regresyjnych jako techniki predykcyjnej dało rozwiązania obarczone niewielkim błędem predykcji, możliwe było oszacowanie aktywności antyoksydacyjnej ekstraktu na podstawie uzyskanego chromatogramu fingerprint. Zaletą algorytmu CART jest znany mechanizm budowy drzewa binarnego oraz łatwa interpretacja modelu ze względu na uzyskany zbiór reguł decyzyjnych, wskazujących na wartość predyktorów decydujących o wartości prognozowanej zmiennej zależnej (aktywność antyoksydacyjna wyrażona jako IC 50 ). Szczegółowa analiza, interpretacja oraz dyskusja uzyskanych wyników badań wraz z ilustracją graficzną opublikowana została w artykułach: Chemometric analysis of antioxidant properties of herbal products containing Ginkgo biloba extract, Ronowicz et al., Cent. Eur. J. Biol. 2013 (8) 374-385 oraz Implementation of chemometric techniques for evaluation of antioxidant properties of Camellia sinensis extracts, Ronowicz et al., Cent. Eur. J. Chem. 2014 (12) 700-710. Wyniki przeprowadzonych prac badawczych wskazują na przydatność zaproponowanych metod chemometrycznych w ocenie jakościowej produktów pochodzenia roślinnego. Zaletą chemometrycznej analizy danych pochodzących z chromatografii fingerprint mogłaby być szybka weryfikacja autentyczności produktów, na przykład w badaniach skriningowych mających na celu wyeliminowanie z rynku produktów sfałszowanych (poprzez porównanie z produktem oryginalnym lub materiałem referencyjnym ekstraktu). Ponadto w przypadku produktów leczniczych prognozowana na podstawie chromatogramu fingerprint aktywność antyoksydacyjna mogłaby być jedną z miar jakości produktu, a tym samym jego skuteczności terapeutycznej w schorzeniach związanych z zaburzeniami oksydacyjnymi w komórkach, jak np. zmiany arteriosklerotyczne czy neurodegeneracyjne. Copyright StatSoft Polska 2016, info@danewiedzasukces.pl 65

Podsumowanie Przedstawione przykłady wskazują na duży potencjał praktyczny i istotne korzyści, wynikające ze stosowania chemometrii w analizie zależności przyczynowo-skutkowych w zakresie projektowania postaci leku, optymalizacji procesów technologicznych oraz usprawniania metod oceny jakościowej produktów leczniczych i suplementów diety. Opublikowane w ostatnich latach prace naukowe sygnalizują rosnące zainteresowanie przemysłu farmaceutycznego technikami chemometrycznymi [Kristan et al. (2012), Lourenço et al. (2012), Sochon et al. (2010)]. Nawiązując do pytania postawionego w tytule artykułu, duża ilość danych gromadzonych na etapie projektowania oraz wytwarzania produktów leczniczych wskazuje na potrzebę zastosowania efektywnych narzędzi analizy danych, jakimi bez wątpienia są metody chemometryczne. Z kolei, z uwagi na aktualne zalecenia organów regulacyjnych oraz podjęcie przez Komisję Farmakopei Europejskiej oraz Europejską Agencję ds. Produktów Leczniczych opracowania zasad tzw. Dobrej Praktyki Chemometrycznej (ang. Good Chemometric Practice), wydaje się, że wykorzystanie metod chemometrycznych w technologii oraz analizie farmaceutycznej przestaje być już tylko potrzebą, ale powoli staje się wręcz koniecznością. Literatura 1. Bornhӧft M., Thommes M., Kleinebudde P., Preliminary assessment of carrageenan as excipient for extrusion/spheronisation, European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics 59 (2005) 127-139. 2. European Medicines Agency, Annex 15: Qualification and Validation, Ref. Ares(2015)1380025 30/03/2015. 3. FDA Guidance for Industry PAT A framework for Innovative Pharmaceutical Development, Manufacturing and Quality Assurance, September 2004. 66 Copyright StatSoft Polska 2016, info@danewiedzasukces.pl

4. FDA Pharmaceutical cgmps for the 21 st Century A Risk-Based Approach, Final Report 2004. 5. FDA, Quality by Design for ANDAs: An Example for Immediate-Release Dosage Forms, April 2012. 6. ICH Harmonized Tripartite Guideline: Q8 (R2) Pharmaceutical Development, August 2009. 7. ICH Quality IWG: Points to consider for ICH Q8/Q9/Q10 guidelines, February 2012. 8. Kristan K., Horvat M., Rapid exploration of curing process design space for production of controlled-release pellets, Journal of Pharmaceutical Sciences 101 (2012) 3924-3935. 9. Lionberger R.A., Lee S.L., Lee L.M., Raw A., Yu L.X., Quality by Design: Concepts for ANDAs, AAPS Journal 10 (2008) 268-276. 10. Lourenço V., Lochmann D., Reich G., Menezes J.C., Herdling T., Schewitz J., A quality by design study applied to an industrial pharmaceutical fluid bed granulation, European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics 81 (2012) 438-447. 11. Pharmeuropa 26.2, 5.21.Chemometric methods applied to analytical data, PA/PH/Exp. NIR/T (11) 2 ANP, draft. 12. Ronowicz J., Kupcewicz B., Budzisz E., Chemometric analysis of antioxidant properties of herbal products containing Ginkgo biloba extract, Central European Journal of Biology 8 (2013) 374-385. 13. Ronowicz J., Kupcewicz B., Budzisz E., Implementation of chemometric techniques for evaluation of antioxidant properties of Camellia sinensis extracts, Central European Journal of Chemistry 12 (2014) 700-710. 14. Ronowicz J., Kupcewicz B., Pałkowski Ł., Krysiński J., Development and optimization of the activated charcoal suspension composition based on a mixture design approach, Acta Pharmaceutica 65 (2015) 83-90. Copyright StatSoft Polska 2016, info@danewiedzasukces.pl 67

15. Ronowicz J., Thommes M., Kleinebudde P., Krysiński J., A data mining approach to optimize pellets manufacturing process based on a decision tree algorithm, European Journal of Pharmaceutical Sciences 73 (2015) 44-48. 16. Ronowicz J., Wykorzystanie metod chemometrycznych w analizie produktów pochodzenia roślinnego oraz realizacji koncepcji Quality by Design w technologii farmaceutycznej rozprawa doktorska, Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu, Collegium Medicum im. Ludwika Rydygiera w Bydgoszczy, 2015. 17. Rosencrance, S.: QbD Status Update for Generic Drugs, GPhA Fall Technical Conference 2011, www.fda.gov. 18. Sochon R.P.J., Zomer S., Cartwright J., Hounslow M.J., Salman A.D., The variability of pharmaceutical granulation, Chemical Engineering Journal 164 (2010) 285-291. 19. Thommes M., Baert L., van t Klooster G., Geldof M., Schueller L., Rosier J., Kleinebudde P., Improved bioavailability of darunavir by use of carrageenan versus microcrystalline cellulose as pelletisation aid, European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics 72 (2009) 614-620. 20. Thommes M., Kleinebudde P., Properties of pellets manufactured by wet extrusion/spheronization process using kappa-carrageenan: effect of process parameters, AAPS Pharm. Sci. Technol. 8 (2007) E95. 68 Copyright StatSoft Polska 2016, info@danewiedzasukces.pl