Questo articolo presenta un esempio di utilizzo di JMP per eseguire la progettazione di esperimenti (DOE) nello sviluppo di un metodo analitico per un prodotto farmaceutico.
Negli ultimi anni è stata elaborata la linea guida ICH-Q14 per lo sviluppo di metodi analitici e stanno attirando l'attenzione i "metodi analitici che utilizzano tecniche più avanzate".
Il metodo di esame della qualità basato sulle prove scientifiche nello sviluppo di metodi analitici è denominato AQbD (Analytical Quality by Design) e l'uso della progettazione degli esperimenti (DOE) è proposto come uno dei modi per raggiungerlo.
Ad esempio, la determinazione delle condizioni operative ottimali per la seguente configurazione HPLC è un esempio di sviluppo di un metodo analitico.
Esempio di analisi: ottimizzazione delle condizioni operative dell'HPLC
Obiettivo: sviluppare un metodo analitico che consenta la separazione completa dei picchi (risoluzione ≧ 1,5) come specificato dalla Farmacopea giapponese.
Per raggiungere questo obiettivo, condurremo esperimenti basati sul concetto di progettazione sperimentale e utilizzeremo i dati ottenuti per determinare i parametri operativi e le condizioni che consentiranno di ottenere una separazione completa.
Nella progettazione sperimentale, il valore caratteristico ottimizzato o modellato è chiamato " risposta " e nello sviluppo del metodo questo includerebbe la risoluzione o il numero di picchi. D'altro canto, i parametri manipolabili che si ritiene influenzino la risposta sono chiamati " fattori " e nell'HPLC questi includono la temperatura della colonna e la portata della fase mobile.
In questo esempio, lo studio è condotto in due fasi: "Un esperimento (esperimento di screening) per restringere il campo dei fattori importanti tra molti fattori" e "Un esperimento (esperimento di ottimizzazione) per trovare le condizioni ottimali adattando un modello più accurato (modello di superficie di risposta) utilizzando i fattori restringuti tramite screening".
- Esperimento di screening : estrazione di fattori efficaci da un gran numero di fattori che si ritiene influenzino la risposta
- Esperimenti di ottimizzazione (superfici di risposta) : ricerca di impostazioni dei fattori che soddisfano un obiettivo di risposta (massimizzazione, minimizzazione, ecc.)
In JMP utilizziamo il metodo tipico per la creazione di progetti, il cosiddetto " Custom Design ", e procediamo con l'analisi seguendo i passaggi seguenti. 
1. Esperimento di screening
Obiettivo: individuare i fattori che influiscono sulla risoluzione.
In seguito alla valutazione dei rischi, sono stati selezionati cinque fattori che si ritiene possano influenzare le prestazioni di separazione (mostrati in giallo nella figura sottostante).
Le condizioni per i fattori sono le seguenti:
| fattore |
ruolo |
Limite inferiore |
Limite superiore |
| pH |
continuo |
7 |
9 |
| Temperatura della colonna (℃) |
continuo |
35 |
45 |
| ACN（%） |
continuo |
30 |
50 |
| Portata (mL/min) |
continuo |
1.4 |
1.6 |
| Tipo di colonna |
Categorico |
C1, C2, C3, C4 |
pH: pH del tampone della fase mobile;Temperatura della colonna: temperatura della colonna.ACN(%): Percentuale di solvente organico (acetonitrile) nella fase mobile
Portata: Portata della fase mobile.Tipo di colonna: Tipo di colonna (4 tipi: da C1 a C4)
*Questo è un esempio di eluizione isocratica (la composizione della fase mobile è costante).
Crea un piano
- Avvia "Progettazione personalizzata" e imposta "Risposta", "Fattori" e "Modello".
- Qui, il modello (fattori da esaminare) include gli effetti principali e le interazioni ("pH*Temperatura colonna", "pH*ACN", "pH*Portata", "Temperatura colonna*ACN", "Temperatura colonna*Portata" e "ACN*Portata").
- In Crea progetto, accetta il numero predefinito di esecuzioni (24).
Inserimento dei valori di risposta e adattamento del modello
- Ti verranno presentati 24 esperimenti basati su un progetto ottimale, quindi dovrai condurre gli esperimenti e inserire i valori di risposta (grado di separazione).
- Dopo aver inserito i valori di risposta, eseguire lo script "Modello" in alto a sinistra della tabella dati (fare clic sul pulsante verde ▷). Verrà quindi montato il modello specificato nel progetto personalizzato.
Adattamento del modello e screening dei fattori importanti
Controllare il "Riepilogo degli effetti" nel report visualizzato e identificare i fattori importanti tramite il "raggruppamento per errore", che rimuove in ordine i fattori con valori P elevati.
In questo esempio, i fattori importanti sono stati selezionati come "pH", "ACN", "Temperatura colonna" e "pH*Temperatura colonna".
Pertanto, negli esperimenti di ottimizzazione successivi, utilizziamo come fattori "pH", "ACN" e "Temperatura colonna".
*In questo caso abbiamo utilizzato il "pooling per errore" per identificare i fattori importanti, ma possono essere utilizzati anche altri metodi, come i metodi di selezione graduale delle variabili.
2. Esperimenti di ottimizzazione (superficie di risposta)
In questa fase, oltre alla risoluzione**, viene impostato anche N di picchi come risposta e viene creata e ottimizzata una superficie di risposta.
Le risposte e i fattori considerati sono:
| risposta |
specificazione |
| Risoluzione |
1,5 o superiore |
| N di Peaks |
6 o più |
| fattore |
ruolo |
Limite inferiore |
Limite superiore |
| pH |
continuo |
7 |
9 |
| Temperatura della colonna (℃) |
continuo |
35 |
45 |
| ACN(%) |
continuo |
30 |
50 |
Crea un piano
- Avvia "Design personalizzato" e imposta "Risposta" e "Fattori".
- Specificare il modello della superficie di risposta cliccando sul pulsante [RSM] come "Modello".
- In Crea progetto, accetta il numero predefinito di esecuzioni (16).
*Il modello della superficie di risposta è un modello che include effetti principali, interazioni di secondo ordine e termini al quadrato come effetti.
*Il progetto creato con 16 esperimenti è coerente con il "Central Composite Design (CCD)."
Inserimento dei valori di risposta e adattamento dei modelli di superficie di risposta
- Inserire i valori di risposta come nell'esperimento di screening ed eseguire lo script "Modello" per adattare il modello della superficie di risposta.
Ottimizzazione, progettazione dello spazio edilizio
- Il report "Prediction Profiler" consente di controllare visivamente la relazione tra fattori (asse orizzontale) e risposte (asse verticale) nell'equazione di previsione.
- Cerchiamo una combinazione di fattori che soddisfi i nostri obiettivi (Risoluzione ≧ 1,5, N di picchi ≧ 6) selezionando [Ottimizzazione e soddisfazione] > [Massimizza la soddisfazione] ( ottimizzazione ).
- L'immagine in basso a destra mostra le impostazioni ottimizzate. Quando pH=8,38, temperatura della colonna=40,98℃ e ACN=30%, il valore previsto della risoluzione è 2,45 e il valore previsto di N di picchi è 7,39, il che soddisfa le specifiche di risposta.
JMP Contour Profiler consente di identificare visivamente la regione dello spazio fattoriale che soddisfa le specifiche ( spazio di progettazione ).
La figura seguente mostra i contorni delle condizioni di ottimizzazione.Quando la temperatura della colonna è fissata a 40,98 °C, il pH si trova sull'asse orizzontale e l'ACN si trova sull'asse verticale, l'area del contorno bianco rappresenta l'intervallo che soddisfa le specifiche. Questa regione contiene anche il valore ottimale trovato da Maximize Desirability.
Durante la costruzione di uno spazio di progettazione, vengono condotti esperimenti di conferma in prossimità delle condizioni ottimali (gli esperimenti vengono condotti nelle condizioni ottimali per confermare se i valori di risposta ottenuti soddisfano le specifiche). Se l'esperimento di conferma si rivela privo di problemi, verrà presa in considerazione, tenendo conto dei requisiti tecnici specifici, un'area rettangolare all'interno dell'area bianca in basso a destra della mappa di contorno soprastante, da impostare come spazio di progettazione.
Informazioni di riferimento
■Nuovo caso utente: Ono Pharmaceutical Co., Ltd. (Esempio di utilizzo di JMP per lo sviluppo di metodi analitici)
Ono Pharmaceutical Co., Ltd. | JMP
■Fondamenti della progettazione degli esperimenti (DOE) utilizzando JMP ed esempi (YouTube)
di Naohiro Masukawa (JMP Giappone)
Naohiro Masukawa - Comunità degli utenti JMP
