【アプリケーションノート】FT-ラマンによる医薬品のハイスループットスクリーニング MultiRAM

3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 Wavenumber cm-1 Application Note FT-ラマンによる医薬品の ハイスループットスクリーニング はじめに FT-ラマンシステム 近年、製薬産業では創薬プロセスと同様に、製剤開発プロ FT-ラマン分光計 セスにおけるハイスループットスクリーニング技術が重要視 　ブルカー・オプティクスが提供するF T-ラマン分光計に されています。特に、固体形状での識別および分類には、高 は、FT-ラマン専用機のMultiRAMと、FT-IR分光計にFT-ラ 水準のオートメーションが同時に要求されます。これは、固体 マンモジュールのRAM IIを接続したハイブリッドタイプがあ 形状での挙動を理解することは、医薬品の有効性や安全性 ります（図1、2）。 の開発へつながると考えられるためです。例えば、医薬品有 効成分（API）の結晶構造が、長期安定性や体内での溶解性、 効能などに大きく影響するということがわかっています。 ラマン分光法は、医薬品の分野では幅広く利用されており、 固体構造を分子レベルで解析することができる有用な分析 手法です。特に、非接触、非破壊分析法であることから、製 剤原料の判別分析をはじめ、最終形状における結晶多形の 判別や、各種成分の均一性および定量分析、さらには温度や 湿度の変動に対する安定性評価など、その用途は多岐にわた ります。また、ガラス越しにも測定できることから、ガラス容 器内の溶液成分の判別や、溶質成分の定量分析、塩の形成 挙動解析などにも適しています。 ここでは、ブルカー・オプティクスが提供するFT-ラマン分光 計とハイスループットスクリーニング（HTS）アクセサリを用い 図 1．FT - ラマン分光計 MultiRAM た、医薬品の定性、定量分析への応用例について紹介します。 Raman Intensity 0 1 2 3 4 5 6

図 2．FT - IR  / ラマンハイブリッドシステム（   VERTEX 70 + RAM II ）  図 3．HTS - ラマンアクセサリ 　FT-ラマンは分散型ラマンと比較して、高い波数分解能（最 高0.5cm-1）でスペクトルを取得することができます。フーリエ 変換型分光法で得られるスペクトルの波数精度は、分散型と 比較して1~2桁程度高く、正確にピーク位置を捉えることがで きます。その結果、より細かくピークが分離されたスペクトル を得ることができ、わずかなピークシフトも再現性良く捉える ことが可能です。また、測定時間はスペクトルの波数範囲に影 響を受けないため、スペクトル全体を数回に分けて測定しな ければならない分散型ラマン分光計（特に高分解能測定時） よりも時間を短縮することができます。 　一般的にラマン測定では、ラマン散乱光を覆い隠してしま う蛍光が問題となることが多く、この場合には蛍光の影響を 抑制するために、波長の長い励起レーザーが使用されます。 本システムでは、1064nmおよび785nmの近赤外レーザーを 図 4．OPUS/LAB 測定ポジション設定 使用することで蛍光の影響を抑制することができ、更にゲル マニウム検出器との組み合わせで、高感度、低ノイズでスペク 判別分析 トルを取得することができます。例えば、医薬品原料の判別で 　ハイスループットスクリーニングにおいて典型的なア あれば、1検体あたり数秒程度の測定で分析することが可能 プリケーションは、医薬品有効成分（API）の結晶形や原 です。 材料の判別分析です。測定で得られた試料のスペクトルは、 事前に測定した既知試料の標準スペクトルと比較され判別 HTS- ラマンアクセサリ されます。ここでは、APIとその他の賦形剤をリファレン 　図 3に示す HTS-ラマンアクセサリは、96穴のマイク ロプレートフォーマットを標準とし、MultiRAMおよび RAM IIの試料室に装着して使用されます（図 3）。測定 対象試料の紛体をウェルの中に入れるだけで、特別な調 整を必要としません。このアクセサリでは、レーザー光 は、ウェルの底面から照射されるため、試料の量に関係な く測定位置が常に一定に保たれます。レーザー光を上面か ら照射するシステムの場合は、レーザーの焦点に合わせて 試料の高さを一定にする必要があり、調整に時間を要しま すが、HTS-ラマンアクセサリは、底面から照射すること で無駄な調整時間を省き、常に安定した測定を可能にしま す。さらには、バイアル瓶仕様のプレートを装着することで、 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 バイアル瓶の底面からの測定も連続で行うことができます。 Wavenumber cm-1 これらの測定は、OPUS/LABの洗練されたユーザインター フェースを用いてシンプルな操作で行われます（図 4）。 図 5．アセチルサリチル酸、フルクトース、デンプンの FT- ラマンスペクトル Raman Intensity 0 1 2 3 4 5 6

スとし、HTS-ラマンアクセサリを用いて全自動測定を行っ 定量分析 た結果を示します。図 5に、アセチルサリチル酸、フルクトー 　ラマン分光法は、医薬品産業において、定性分析のみな ス、デンプンを各 3回測定したスペクトルを示します。非 らず、定量分析でも重要な役割を果たしています。OPUS 常に再現性の高いスペクトルが得られていることがわかり ソフトウェアでは、定量モデルの開発に一変量と多変量の ます。 二つの解析メソッドを使用できます。その機能の一つである、 　スペクトルの比較は、スペクトルの相違性や類似性を反 PLSアルゴリズムを用いた検量線作成メソッドでは、定量 映するユークリッド距離やマハラノビス距離などの値を計 に使用する波数領域とスペクトル前処理との最適な組み合 算することによって行われます。判別ライブラリ作成の重 わせを見つけ出す自動計算が行われ、短時間で高精度の検 要なポイントは、図 6に示すクラスター分析結果のように、 量線を作成することができます。ここでは、検量線作成の それぞれの物質を混同することなく的確に判別できること ため、デンプンやセルロースを含む 4種類の成分の混合比 にあります。F T -ラマン分光法では、最適なライブラリを作 率を変えた 15通りのリファレンス混合物を調製し測定し 成することで、例えば構造の類似した糖類でも、スクロー ました。得られた 15本のスペクトルについて、自動最適 ス、フルクトース、グルコースを的確に判別することがで 化計算機能を用いることで、各成分の検量線を作成しまし きます。また、とうもろこし、ポテト、米等の由来の異なる た。図 8、9には、デンプンとセルロースの各濃度につい デンプンも正確に判別することが可能です。図 7は、全 12 て、真値（縦軸）と検量線から求められた値（横軸）との 種類の主薬と賦形剤を登録したリファレンスライブラリを 相関を示します。各々の検量線について、平均予測誤差は 用いて行った、未知試料の判別分析の結果を示します。ラ 2.5%、1.4%と求められ、高い相関が得られることがわか イブラリ中の化合物の一種と判別できた場合は、その化合 ります。ここで作成した検量線を元に未知試料の定量分析 物名と類似性を示すヒットクオリティ値を確認することが を行うと、図 10のような分析結果画面が表示されます。こ できます。一方、測定した試料がライブラリ中の化合物で のとき、事前に複数の検量線を設定しておくことで、一度 あっても、スペクトルが部分的に異なり指定した閾値を外 に多項目の定量分析を行うことができ、その結果は一覧で れた場合は、その結果が警告として表示されます。 表示されます。 図 8．デンプン含有量の真値と多変量解析 PLS アルゴリズムで 図 6．クラスター分析による分類 求めた値との相関 図 7．OPUS/LAB 判別分析結果 図 9．セルロース含有量の真値と多変量解析 PLS アルゴリズムで 求めた値との相関

参考文献 - Morisette SL, Almarsson OE, Peterson ML, Remenar JF, 　Read MJ, Lemmo AV, Ellis S, Cima MJ, Gardner CR. J.　 　Raman Spectrosc. 2004; 56: 275 - Kachrimanis K, Braun D, Griesser UJ. J. Pharm. Biomed. 　Anal. 2007; 43/2: 407 - Schmidt AG, Wartewig S, Picker KM. J. Raman Spectrosc. 　2004; 35: 360 - Auer ME, Griesser UJ, Sawatzki. J. J. Mol Struct. 2003; 661- 　662: 307 図 10．OPUS/LAB 定量分析結果 まとめ 　FT-ラマンとHTS-ラマンアクセサリの組み合わせは、医 薬品試料の連続測定から、定性、定量分析までを自動的 に行うことが可能な、理想的なスクリーニングシステムです。 FT-ラマン分光計の特長である波数精度の高さや、近赤外 レーザーの使用による蛍光の抑制は、製剤のみならず、さま ざまな化合物に対して非常に有効です。また、直観的な操作 性と充実した解析機能を有するOPUSソフトウェアを用いる ことで、膨大な量のスペクトルデータも一括で処理でき、迅 速な定性、定量分析を可能とします。 ブルカー・オプティクス株式会社 本社： 〒104-0033 東京都中央区新川 1-4-1 住友不動産六甲ビル Phone: 03-3523-6870　Fax: 03-3523-6871 大阪営業所： 〒532-0004 大阪市淀川区西宮原 1-8-29 テラサキ第2ビル Phone: 06-6394-8118　Fax: 06-6394-9003 www.bruker.com Marketing.BOPT.JP@bruker.com Application.Note.AN-JP.12