Qualidade por Design Analítico (AQbD) aplicado no desenvolvimento e otimização de métodos cromatográficos / Analytical Quality by Design (AQbD) applied in the development and optimization of chromatographic methods

O guia Q8(R2) do guia ICH descreve Qualidade por Design (QbD) como "uma abordagem sistemática para desenvolvimento farmacêutico que começa com objetivos predefinidos e enfatiza produto, entendimento e controle dos processos, baseado em dados científicos sólidos e gestão do risco da qualidade". Os métodos analíticos são considerados parte integrante do desenvolvimento farmacêutico. Assim, a Qualidade por Design Analítico (AQbD) é justificável e recomendada para obter flexibilidade regulatória, reduzir os resultados fora de especificação, obter um alto grau de robustez e um método analítico econômico. O Planejamento de Experimentos (DoE) é um conjunto de ferramentas estatísticas que inclui delineamentos de triagem e otimização, no qual os fatores são sistematicamente variados para determinar seus efeitos nas respostas, o que permite a determinação de quais fatores são os mais significantes, a identificação de qual configuração de fatores resulta em respostas otimizadas e a identificação de interações entre os fatores. As abordagens QbD e AQbD permitem a melhoria contínua ao longo do ciclo de vida do produto farmacêutico e do método analítico, inclusive para reduzir a variabilidade do produto, melhorar o desempenho do processo, reduzir resultados fora da especificação, melhorar o desempenho analítico, entre outros. O Cloridrato de Verapamil foi escolhido como molécula teste para desenvolvimento do projeto. Na primeira etapa do estudo foi realizado uma triagem com 13 fatores e 20 experimentos, utilizando o delineamento Plackett-Burman, seguiu-se para a próxima etapa com 7 fatores e 16 experimentos através do delineamento fatorial fracionado (Res.: IV). A etapa de otimização foi realizada com 3 fatores e 20 experimentos utilizando o delineamento central composto. Após todas as etapas do estudo, as seguintes condições foram consideradas ideais: Fase móvel A - Tampão formiato de amônio 10 mM pH 3,0, Fase móvel B - Amoníaco 2,0% em acetonitrila, eluição do tipo gradiente, coluna cromatográfica XSelect CSH C18 (100mm x 4,6mm x 3,5 µm), fluxo de 0,7 mL/min, volume de injeção de 2 µL para teor e 10 µL para produtos de degradação. Os métodos desenvolvidos são robustos, validados e indicativos de estabilidade

The ICH guide Q8 (R2) describes Quality by Design as "a systematic approach to pharmaceutical development that begins with predefined goals and emphasizes product, understanding and control of processes, based on solid scientific data and Quality Risk Management ". Analytical methods are considered an integral part of pharmaceutical development. Thus, the application of QbD approach to analytical method development is justifiable and a recommended strategy to attain regulatory flexibility, to reduce out-of-specification results, to achieve a high degree of robustness and a cost-effective analytical method. DoE is a set of statistical tools which include screening designs and optimization designs. In DoE approach, the controlled input factors are systematically varied to determine their effects on the output responses, which allows the determination of the most important input factors, the identification of input factors setting leading to optimized output responses, and the identification of interactions between input factors. The QbD and AQbD approach allows the continuous improvement throughout the lifecycle of pharmaceutical product and analytical method, including to reduce product variability, to improve process performance, to reduce out-of-specification results, to improve analytical performance, among others. Verapamil Hydrochloride was chosen as a test molecule for the development of the project. In the first phase of the study, a 13-factor and 20-experiment screening was performed using the Plackett-Burman design, followed by the 7-factor and 16-experiment next stage through fractional factorial design (Res .: IV). The optimization step was performed with 3 factors and 20 experiments using the composite central design. After performing all the study steps, the following conditions were considered ideal: Mobile Phase A - 10 mM ammonium formate buffer pH 3.0, Mobile Phase B - 2.0% ammonia in acetonitrile, gradient elution, column chromatographic XSelect CSH C18 (100mm x 4.6mm x 3.5µm), flow rate of 0.7ml / min, injection volume of 2µL for assay and 10µL for degradation products. The methods developed are robust, validated and stability indicating

Desenvolvimento e otimização de sistemas conservantes empregando os conceitos de Qualidade por Design (QbD) e Tecnologia Analítica de Processos (PAT) / Development and optimization of preservative systems using Quality by Design (QbD) and Process Analytical Technology (PAT) concepts

Recentemente, produtos farmacêuticos e cosméticos com concentrações mínimas de parabenos e outros conservantes ganharam e apelo comercial e de segurança, devido à controvérsia sobre a segurança dos conservantes. No entanto, o uso de conservantes é essencial para garantir a conservação microbiana de produtos cosméticos e farmacêuticos durante o seu uso. Neste trabalho, desenvolveu-se um método quimiométrico de espectroscopia no infravermelho com Fourier transform near-infrared (FTIR) para prever a eficácia de sistemas conservantes em produtos farmacêuticos e cosméticos tópicos usando os conceitos de Quality by design (QbD) e Process Analytical Technology (PAT). A abordagem de QbD foi usada para determinar a eficácia antimicrobiana frente aos microrganismos: Candida albicans (ATCC 10231), Escherichia coli (ATCC 8739) e Staphylococcus aureus (ATCC 6538), em funções das concentrações de parabenos, e determinar a região de Design Space, empregando o delineamento de compóstio central (CCD) Todas as 15 formulações preparadas foram analisadas utilizando um espectrofotômetro (FTIR) equipado com aparato de Attenuated Total Reflectance (ATR). Os modelos de regressão por Partial Least Squares (PLS) para predição dos "slopes" das curvas de morte microbiana em função dos espectros ATR/FTIR foram bem ajustados, com R2 e R2-predição de 0,9937 e 0,8921, 0,9947 e 0,8783, e 0,9957 e 0,9222 para Candida albicans (ATCC 10231), Escherichia coli (ATCC 8739) e Staphylococcus aureus (ATCC 6538), respectivamente. O método FTIR proposto aplicado em uma abordagem de PAT foi capaz de prever a eficácia do sistema conservante em tempo reduzido. Este método de predição de silício permitirá um controle lote-a-lote da eficácia do sistema conservante de produtos farmacêuticos e cosméticos

Recently, pharmaceuticals and cosmetics with minimal concentrations of parabens and other preservatives have gained and commercial and safety appeal due to controversy over the safety of preservatives. However, the use of preservatives is essential to ensure the microbial conservation of cosmetic and pharmaceutical products during use. In this work, a chemometric method of infrared spectroscopy with Fourier transform (FTIR) was developed to predict the effectiveness of preservative systems in pharmaceutical products and topical cosmetics using the concepts of Quality by design (QbD) and Process Analytical Technology (PAT). The QbD approach was used to determine antimicrobial efficacy against candida albicans (ATCC 10231), Escherichia coli (ATCC 8739) and Staphylococcus aureus (ATCC) microorganisms 6538), in functions of paraben concentrations, and determine the Design Space region, employing the design of central composite (CCD). All 15 prepared formulations were analyzed using a spectrophotometer (FTIR) equipped with Attenuated Total Reflectance (ATR). The Partial Least Squares (PLS) regression models for the prediction of the slopes of microbial death curves as a function of ATR /FTIR spectra were well adjusted, with R2 and R2-prediction 0.9937 and 0.8921, 0.9947 and 0.8783, and 0.9957 and 0.9222 for Candida albicans (ATCC 10231), Escherichia coli (ATCC 8739) and Staphylococcus aureus (ATCC 6538)respectively. The proposed FTIR method applied in a PAT approach was able to predict the effectiveness of the preservative system in reduced time. This method in silico prediction will allow a batch-to-lot control of the effectiveness of the preservative system of pharmaceuticals and cosmetics

Desenvolvimento de método colorimétrico para determinação de sulfato de neomicina empregando os conceitos de qualidade por design analítico (AQbD) / Development of a colorimetric method for determination of neomycin sulphate using the concepts of quality by analytical design (AQbD)

Para efetivamente tratar uma infecção, é necessário que o antibiótico possua atividade antimicrobiana adequada e seja capaz de inibir o crescimento do microrganismo patogênico. O doseamento microbiológico é uma metodologia indicada para a análise do antimicrobiano de forma simples, quando comparado com outras metodologias. A Food and Drug Administration (FDA) tem encorajado uma abordagem proativa para introduzir inovações e benefícios associados ao processo de produção farmacêutica. A Qualidade por Design Analítico (AQbD) ajuda no desenvolvimento de métodos analíticos robustos e de baixo custo, que são aplicáveis durante todo ciclo de vida do produto. Os métodos microbiológicos tradicionais, de forma geral, apresentam baixa reprodutibilidade e alta incerteza. Desta forma, justifica-se o desenvolvimento de métodos microbiológicos alternativos para a análise de antimicrobianos empregando-se os conceitos de Qualidade por Design Analítico, com a finalidade de melhorar a reprodutibilidade e reduzir a incerteza final. O objetivo deste trabalho foi aplicar o conceito de Qualidade por Design Analítico (AQbD) no desenvolvimento de método colorimétrico para análise de sulfato de neomicina. O sulfato de neomicina é um antimicrobiano aminoglicosídeo amplamente empregado no tratamento de infecções cutâneas ou mucosas, tais como queimaduras, úlceras, e dermatites infecciosas. Métodos cromatográficos como a cromatografia líquida de alta eficiência em fase reversa, de pareamento iônico ou cromatografia iônica com derivatização (pré ou pós-coluna) são utilizados para a análise de aminoglicosídeos, inclusive sulfato de neomicina. Contudo, de acordo com as farmacopeias, o método microbiológico é o método analítico de escolha para a análise de sulfato de neomicina e outros aminoglicosídeos. A análise colorimétrica é um método amplamente utilizado para a detecção e quantificação de diferentes substâncias, incluindo o crescimento microbiano em estudos de eficácia terapêutica. Neste trabalho, propomos o uso de resazurina como marcador colorimétrico. O indicador sofre uma reação de oxido-redução na qual altera a coloração em resposta à redução química resultante do crescimento celular. O uso de microplacas para a análise colorimétrica é uma alternativa ao método realizado em tubos de ensaio. Uma alternativa ao uso de espectrofotômetros para a análise colorimétrica é o uso de aparelhos smartphones, pois são equipados com CPUs rápidas, câmeras de alta resolução e sensores de imagem. O processamento da imagem captada pela câmera do dispositivo é utilizado como um analisador colorimétrico. Portanto, a aplicação dos conceitos de Qualidade por Design Analítico (AQbD) possibilitou o desenvolvimento racional de método microbiológico colorimétrico para análise de sulfato de neomicina

o effectively treat an infection, the antibiotic must have adequate antimicrobial activity and be capable of inhibiting the growth of the pathogenic microorganism. The microbiological assay is an indicated methodology for the analysis of the antimicrobial in a simple way, when compared with other methodologies. The Food and Drug Administration (FDA) has encouraged a proactive approach to introducing innovations and benefits associated with the pharmaceutical production process. Analytical Design Quality (AQbD) assists in the development of robust, low cost analytical methods that are applicable throughout the product life cycle. Traditional microbiological methods, in general, have low reproducibility and high uncertainty. Thus, it is justified the development of alternative microbiological methods for the analysis of antimicrobials using the concepts of Quality by Analytical Design, in order to improve reproducibility and reduce final uncertainty. The objective of this work was to apply the concept of Quality by Analytical Design (AQbD) in the development of a colorimetric method for the analysis of neomycin sulfate. Neomycin Sulfate is an aminoglycoside antimicrobial widely used in the treatment of cutaneous or mucosal infections, such as burns, ulcers, and infectious dermatitis. Chromatographic methods such as reverse phase high performance liquid chromatography, ion-pairing or ion chromatography with derivatization (pre or post-column) are used for the analysis of aminoglycosides, including neomycin sulfate. However, according to pharmacopoeias, the microbiological method is the analytical method of choice for the analysis of neomycin sulphate and other aminoglycosides. Colorimetric analysis is a widely used method for the detection and quantification of different substances, including microbial growth in studies of therapeutic efficacy. In this work, we propose the use of resazurin as a colorimetric marker. The indicator undergoes an oxidation-reduction reaction in which it alters the coloration in response to the chemical reduction resulting from cell growth. The use of microplates for colorimetric analysis is an alternative to the method carried out in test tubes. An alternative to the use of spectrophotometers for colorimetric analysis is the use of smartphones because they are equipped with fast CPUs, high resolution cameras and image sensors. The image processing captured by the device's camera is used as a colorimetric analyzer. Therefore, the application of the concepts of Quality by Analytical Design (AQbD) allowed the rational development of a microbiological colorimetric method for analysis of neomycin sulfate

Otimização e padronização de processos para obtenção de quitosana purificada para uso farmacêutico e alimentício / Optimization and standardization of processes to obtain purified chitosan for pharmaceutical and food use

Quitosana é um biopolímero encontrado principalmente na parede celular de crustáceos e é obtida pela desacetilação da quitina. Como biopolímero a quitosana é utilizada como excipiente para medicamentos e composição de alimentos. No entanto a quitosana devidamente purificada para uso farmacêutico ou alimentício tem custo financeiro elevado. Outro fator que contribui para o uso limitado é a falta de procedimento padronizado para desacetilação, o que resulta em materiais com diferentes graus de qualidade, dificultando suas aplicações e controle de qualidade de matéria prima e produto. Este trabalho tem como principal objetivo estabelecer procedimento reprodutível para a extração da quitina e da quitosana, por meio da aplicação dos conceitos de Quality by Design e planejamento de experimentos. A quitosana foi obtida pela desacetilação da quitina de crustáceos pelas etapas de desmineralização, desproteinização e despigmentação. O procedimento técnico para purificação da quitosana foi definido a partir de planejamento fatorial com ponto central para as etapas otimizadas, por meio da aplicação dos conceitos de Quality by Design e planejamento de experimentos. O projeto definiu um procedimento padronizado para purificação da quitosana que pode ser empregado em escala industrial, e financeiramente vantajoso para produção de medicamentos ou alimentos

Chitosan is a biopolymer found mainly in the cell wall of crustaceans and is obtained by the deacetylation of chitin. As biopolymer chitosan is used as excipient for medicaments and food composition. However, chitosan duly purified for pharmaceutical or food use has a high financial cost. Another factor that contributes to the limited use is the lack of standardized procedure for deacetylation, which results in materials with different grades of quality, hindering their applications and quality control of raw material and product. This work has as main objective to establish a reproducible procedure for the extraction of chitin and chitosan, through the application of the concepts of Quality by Design and planning of experiments. Chitosan was obtained by the deacetylation of chitin from crustaceans through the demineralization, deproteinization and depigmentation stages. The technical procedure for purification of chitosan was defined from a factorial planning with a central point for the optimized steps, through the application of the concepts of Quality by Design and planning of experiments. The project defined a standard procedure for the purification of chitosan that can be used on industrial scale and financially advantageous for the production of medicines or foods

Desenvolvimento e otimização de protetores solares empregando os conceitos de qualidade por design (QbD) e tecnologia analí­tica de processos (PAT) / Development and Optimization of sunscreen applying Quality by Design (QbD) and Process Analytical Technology (PAT), 2018. (Master Degree)

Os protetores solares (PS) são os grandes responsáveis pela proteção da pele quando exposta à radiação solar, por isso a importância sanitária de se otimizar o desenvolvimento deste cosmético tipo II e monitorar para que seja eficaz em seu propósito. O principal objetivo deste trabalho é aplicar os conceitos de Qualidade por Design (QbD), ferramentas estatísticas de desenho experimental (DoE - Design of Experiments) e o conceito de tecnologia analítica de processo (PAT - Process Analytical Technology) para desenvolver uma formulação e processo produtivo de um PS de modo a modernizar os processos da indústria cosmética, fazendo as análises durante o processo e eliminando o controle de qualidade final. Trata-se de um sistema de desenvolvimento sistematizado, onde se executa as ferramentas de QbD para avaliar os dados obtidos ao longo da fase experimental. Para a fase experimental, empregou-se o desenho fatorial e desenho do compósito central (CCD - Central Composite Design) como ferramenta estatística, para a execução do planejamento de experimentos (DoE - Design of Experiments). As respostas foram analisadas através da metodologia de superfície resposta (RSM - Response Surface Methodology). Tais ferramentas são fundamentais para a determinação do desenho de concepção (design space), para se obter o PS com as melhores características físico-químicas e de processo dentro do escopo delineado. Para o desenvolvimento da metodologia de análise in line, optou-se pela utilização da espectrometria UV, utilizando-se ferramentas como análise de regressão dos mínimos quadrados (PLS) devido a praticidade em transforma-la em uma ferramenta PAT, para isto, a quimiometria foi empregada para modelar sistemas que são desconhecidos e complexos, como um PS, e trazendo respostas diretas como a aprovação do produto antes de ser embalado, por exemplo. A abordagem apresentada baseia-se na construção da qualidade ao longo do desenvolvimento e otimização de PS e torna possível o monitoramento da qualidade em tempo real

The sunscreens are great responsible for the skin protection when it is exposed to direct sunlight, so it means a great importance of health to optimize the development of type II cosmetic and monitor for it to be effective in its purpose. The objective of this work is to apply the concepts of Quality by Design and statistical tools of experimental design (DoE - Design of experiments), as well as applying the process analytical technology (PAT - Process Analytical Technology) concept for formulation and manufacturing process development of a topical sunscreen being able to modernize the cosmetic industry processing, including real time analyses and eliminating quarantine step, which waits analysis approval performed by the quality assurance, and then release the product for sale. As it is a systematic development, where critical quality attributes and risk assessment were performed to evaluate over obtained data. During experimental phase, the factorial design was used as a statistical tool for design of experiments implementation, and the responses were analyzed by response surface methodology (RSM - Response Surface Methodology). This mapping is critical to determination of the product design (design space), i.e. get sunscreen with the best physical and chemical characteristics and processing within the outlined scope. For in line methodology development, UV spectrometry was opted to be used due to less effort in sample preparation and due to great easiness to turn it into a PAT tool. For this, chemometrics was used, which brings together chemical and statistical elements to obtain three main elements: empirical modeling, multivariate modeling and chemical data, making it able to model systems that are unknown and complex, as a sunscreen, getting direct answers as product release approval before being packed, for example. The presented approach was based on the construction of quality throughout the sunscreen development and optimization making possible the real time quality monitoring