Ultraschall-gestützte Analyse von Substanzen und Wirkungsanalyse von Arzneimitteln

Die Ultraschallhomogenisierung und -extraktion ist eine gängige Probenvorbereitungstechnik vor der Arzneimittelanalyse, z.B. für Qualitätstests, für die quantitative und qualitative Rohstoffprüfung sowie für Wirksamkeitstests. Ultraschallhomogenisatoren werden häufig für die Freisetzung von Wirkstoffen wie APIs, bioaktiven Pflanzenstoffen, Stimulanzien und anderen Substanzen eingesetzt.

Präanalytische Probenvorbereitung von Substanzen mittels Ultraschall

Substanz-und Drogenanalysen sind notwendig, um festzustellen, ob und wie viel von einem Wirkstoff in einer Arzneimittel- oder Drogenprobe enthalten ist. Auch für die Qualitätsprüfung von Arzneimitteln ist die Probenvorbereitung mittels Ultraschall eine häufig genutzte Methode. Drogenanalysen und Wirkstofftests werden vor allem in den Bereichen Pharmakologie, Toxikologie und Forensik, aber auch für Forschungszwecke eingesetzt. Nach der Probenvorbereitung werden die Proben mit einem Assay oder einem Anlyseverfahren identifiziert und/oder quantifiziert. Aufgrund ihrer Spezifität und Effizienz ist die Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC) die am häufigsten verwendete Methode für die Analyse von Wirkstoffen und deren Gehalt.
Der Hauptunterschied zwischen Assay und Wirkungsanalyse besteht darin, dass ein Assay eine Substanz nachweist, um dadurch Inhaltsstoffe und Qualität zu bestimmen. Die Wirkungsanalyse die Menge eines Arzneimittels bestimmt, die erforderlich ist, um eine maximal gewünschte Wirkung des Arzneimittels zu erzielen. Diese beiden Begriffe, Assay und Wirkungsanalyse, werden häufig in der Biochemie und Pharmakologie verwendet.
Die Ultraschallbehandlung wird als Probenvorbereitungsschritt vor Wirkstoffanalysen und Tests angewandt. Ultraschall wird für den Zellaufschluss und die Extraktion eingesetzt, um dadaurch bioaktive Inhaltsstoffe oder pharmazeutische Wirkstoffe (APIs) aus einer Zellmatrix freizusetzen. Durch Ultraschall können Zielsubstanzen aus Pflanzenmaterialien (z.B. Blättern, Wurzeln usw.) extrahiert oder eine pharmazeutische Darreichungsform wie Tabletten aufgelöst werden, um den Wirkstoff für die anschließende Analyse verfügbar zu machen.

Schritt-für-Schritt-Protokoll für die Substanzanalyse

Die Probenvorbereitung ist ein wichtiger Schritt bei der Substanzanalyse und der Prüfung der Arzneimittelswirksamkeit und umfasst mehrere Schritte. Um zuverlässige und reproduzierbare Ergebnisse zu gewährleisten, ist genaues Arbeiten erforderlich. Im Folgenden werden die allgemeinen Schritte der Probenvorbereitung vor der Analyse einer Substanz beschrieben:

1. Probenentnahme: Der erste Schritt besteht darin, eine geeignete Probe des Wirkstoffes oder Arzneimittels zu entnehmen, welche entweder in fester, flüssiger oder halbfester Form vorliegen kann. Es ist wichtig sicherzustellen, dass die Probe für die gesamte Charge repräsentativ ist. Ordnungsgemäße Lagerung und Handhabung sind wichtig, um ihre Qualität und Stabilität zu erhalten.
2. Homogenisierung der Probe: Die Probe sollte homogenisiert werden, um sicherzustellen, dass die zu analysierende Substanz gleichmäßig in der Probe verteilt ist. Dieser Schritt ist insbesonders für feste und halbfeste Proben entscheidend. Ultraschall ist eine hocheffiziente und zuverlässige Homogenisierungsmethode und wird daher sehr häufig bei der Probenvorbereitung eingesetzt. Lesen Sie mehr über die Anwendung von Ultraschallhomogenisatoren zur Probenvorbereitung!
3. Wenn die Zielsubstanz in einer zellulären Matrix (z.B. Pflanzenmaterial, Zellgewebe) eingeschlossen ist, muss die Substanz freigesetzt werden, bevor eine analytische Messung oder ein Assay durchgeführt werden kann. Die Ultraschallextraktion ist die beste Technik, um intrazelluläre Substanzen für eine Analyse aufzubereiten und verfügbar zu machen. Lesen Sie mehr über die Ultraschallextraktion bioaktiver Verbindungen!
4. Reduktion der Probe: Der nächste Schritt besteht darin, das Probenvolumen auf eine für die Analyse geeignete Menge zu reduzieren. Dies kann durch Wiegen eines Teils der Probe oder durch Verwendung eines Probenteilers erfolgen.
5. Verdünnung der Probe: Wenn die Probenkonzentration zu hoch ist, muss sie möglicherweise verdünnt werden, um sie in den linearen Bereich des Assays zu bringen. Das verwendete Verdünnungsmittel sollte für die Substanz und das verwendete Assay bzw. die Messmethode geeignet sein.
6. Aliquotierung der Probe: Bei der Aliquotierung wird eine Gesamtprobenmenge in ganzzahlige Teilprobenmengen augfgeteilt. Die verdünnte Probe sollte in einzelne Portionen aliquotiert werden, um sicherzustellen, dass für jeden Test die gleiche Menge an Probe verwendet wird. Dieser Schritt trägt dazu bei, die Variabilität zwischen den Assays zu verringern und die Reproduzierbarkeit zu verbessern.
7. Lagerung der Proben: Die aliquotierten Proben sollten unter geeigneten Bedingungen gelagert werden, z.B. im Kühlschrank oder in der Tiefkühltruhe, um ihre Stabilität zu gewährleisten.

Die oben genannten Schritte sind allgemeine Richtlinien für die Probenvorbereitung und können je nach Substanz und Testmethode variieren. Es ist wichtig, die Anweisungen des Assay- und Messgeräte-Herstellers zu befolgen, um genaue und zuverlässige Ergebnisse zu gewährleisten.

Wie funktioniert die Ultraschall-gestützte Isolierung von bioaktiven Substanzen aus Pflanzenmaterial?

Bioaktive Verbindungen wie Terpene, Cannabinoide, Flavonoide und andere pflanzliche Substanzen können schnell und effizient mittels eines ultraschall-basierten Verfahrens isoliert werden. Dieses Verfahren ist als Ultraschallextraktion bekannt. Dabei wird eine Slurry aus gemahlenem Pflanzenmaterial in einem Lösungsmittel (z.B. Alkohol, Wasser, wässriges Ethanol, Hexan usw.) mit Hochleistungsultraschall behandelt. Bei der Behandlung einer Flüssigkeit oder Slurry mit intensivem Ultraschall entsteht akustische Kavitation. Das Phänomen der akustischen Kavitation ist durch lokal auftretende, sehr energiedichte Bedingungen mit sehr hohen Druck- und Temperaturunterschieden sowie Flüssigkeitsstrahlen und Scherkräften gekennzeichnet. In diesem energiedichten Feld werden die Zellwände perforiert und aufgebrochen, so dass intrazelluläres Material in das umgebende Lösungsmittel freigesetzt wird. Nach dem Beschallungsprozess sind die Zielmoleküle vollständig aus der Zellmatrix gelöst und schwimmen im Lösungsmittel. Durch Isolierungstechniken wie Verdampfung oder Destillation kann die Zielsubstanz aufgereinigt und weiterverarbeitet werden.
Die Ultraschallextraktion wird bei der Herstellung bioaktiver Verbindungen (z. B. Adaptogene, ätherische Öle, Cannabis- & terpenreiche Produkte) für den Konsum als Nahrungsergänzungsmittel, Lebensmittelzusatzstoffe und Therapeutika sowie für die Analyse von Arzneimitteln eingesetzt.

Extraktionsaufbau für die botanische Isolierung: Ultraschallstabschwinger UP400StBüchi-Vakuumfilter und Rotor-Verdampfer für die Extraktion und Isolierung von Phytochemikalien.

Ultraschall-Laborhomogenisatoren für die Probenvorbereitung vor der Medikamentenanalyse

Hielscher Ultrasonics entwickelt, fertigt und liefert Hochleistungs-Ultraschallgeräte zum Homogenisieren und Extrahieren. Hielscher-Ultraschall-Homogenisatoren und -Extraktoren werden in der pharmazeutischen Industrie und bei der Herstellung von Nahrungsergänzungsmitteln in der Produktion und Qualitätskontrolle eingesetzt. Ultraschall-Homogenisatoren werden auch für die Probenvorbereitung in der Arzneimittelprüfung eingesetzt, einschließlich des Screenings auf illegale Substanzen in Arzneimitteln, gefälschte Arzneimittel und menschliche Proben.
Mit Funktionen wie präziser Amplitudenregelung, automatischer Datenprotokollierung und Browser-Fernsteuerung ermöglichen Hielscher-Ultraschallgeräte eine hoch standardisierte Probenvorbereitung.

Die nachstehende Tabelle gibt Ihnen einen Anhaltspunkt für die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallsysteme, von kompakten, handgehaltenen Homogenisatoren und MultiSample-Ultraschallgeräten bis hin zu industriellen Ultraschallprozessoren für kommerzielle Anwendungen: