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Magnetresonanztomografie

Magnetresonanztomografie in der Pharmazeutik

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Die Benchtop-MRT eröffnet nun die Möglichkeit, wichtige Prozesse zerstörungsfrei und online zu untersuchen. Dadurch können Tabletten gezielt optimiert werden.

Bildliche Darstellung der Verläufe

Das NMR-Bild entsteht primär durch die Protonen des in die Tabletten eindringenden Wassers. Die Protonen der Tablettenbestandteile sind im trockenen Zustand zu unbeweglich, um zur Signalbildung direkt beizutragen. Wie erwähnt wächst die Signalintensität mit der Konzentration der Protonen. Es gibt aber auch einen zweiten Effekt, der das Signal beeinflusst. Viele Makromoleküle bilden Hydrathüllen aus. Die Relaxation der Wassermoleküle wird dadurch verkürzt. Dieser Prozess der Verkürzung der Relaxationszeiten des gebundenen Wassers und die Konzentrationsabhängigkeit sind häufig so stark miteinander verflochten, dass eine quantitative Analyse des NMR-Bildes erschwert ist. Die Fälle, in denen das Signal primär durch die Konzentration determiniert ist, und der Fall des Einflusses der Relaxation sind in Abbildung 1 dargestellt.

Um den Effekt des Wassereindringens zu analysieren, wurden 12 mm lange Zylinder aus Ethylcellulose und Eudragit hergestellt und von oben mit Wasser überschichtet. Anschließend wurden in unterschiedlichen Zeitabständen die MRT-Bilder aufgenommen und die Intensitätsprofile ausgewertet. Für Ethylcellulose ergeben sich die erwarteten diffusionsgesteuerten Intensitätsprofile, da die Relaxation der Wassermoleküle durch die Moleküle der Matrix kaum beeinflusst wird. Dahingegen wird durch die Eudragitmoleküle die Relaxation des Wassers so stark modifiziert, dass ein Intensitätsplateau entsteht und nur eine wandernde Diffusionsgrenze sichtbar ist.

In Abbildung 2 sind die MRT-Bilder von Tabletten dargestellt, die aus einem Material hergestellt sind, das eine Gelschicht ausbildet. Dabei handelt es sich um die modifizierten Cellulosen Hydroxyethylcellulose (HEC) und Hydroxypropylmethylcellulose (HPMC). Die Gelschichten steuern die Geschwindigkeit des von außen eindringenden Wassers und wirken gleichzeitig als Diffusionsbarriere für die gelösten Arzneistoffmoleküle. Diese Gelschichten bilden sich in etwa zehn Minuten nach dem Kontakt mit Wasser aus. In Abbildung 3 ist eine Zwei-Schicht-Tablette gezeigt. Eine Schicht soll für das Schwimmen der Tablette im Magen sorgen. Es ist sichtbar, dass das Wasser aber auch zwischen die beiden Schichten eindringt und die Funktion beeinträchtigt sein kann, falls sich die Auftriebsschicht komplett ablöst.

Wie auch in der klinischen Anwendung kann man Relaxationsreagenzien einsetzen, um den Kontrastunterschied zwischen krankem und gesundem Gewebe zu verstärken. Dazu werden meist paramagnetische Ionen oder superparamagnetische Teilchen eingesetzt. In Abbildung 4 ist ein Collagen-Scaffold dargestellt, der mit Zellen besiedelt ist, die mit Eisenpartikel gefüttert wurden, um sie deutlicher sichtbar zu machen.

Abbildung 5 zeigt die zeitabhängige Diffusion von Kupferionen in ein Chitosangel. Das Gel wurde mit einer Kupfersulfat-Lösung überschichtet.

Erweiterte Anwendungsmöglichkeiten

Die Palette der Anwendungsmöglichkeiten ist bei weitem noch nicht ausgeschöpft. Dieser Beitrag zeigt nur einen Querschnitt des Einsatzgebietes der Magnetresonanztomografie in der pharmazeutischen Technologie auf. Aufgrund des dynamischen Verhaltens der Systeme ist es aufwändiger, die optimalen experimentellen Parameter zu finden als in der klinischen MRT. Jedes neue System erfordert eine spezielle Optimierung der Messbedingungen, um möglichst aussagekräftige Bilder generieren zu können. Das Benchtop-Gerät ist auch mit einer Temperierung ausgestattet, die Messungen zwischen -50 und 200 °C erlaubt. Für die Untersuchungen an Tabletten steht eine Durchflusszelle zur Verfügung.

*Martin-Luther-Unversität Halle-Wittenberg, Institut für Pharmazie, 06120 Halle/Saale

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