Excelsus Structural Solutions, establecida en 2012 como una escisión del Instituto Paul Scherrer de Suiza, es una empresa de científicos altamente especializados en sincrotrones. Proporciona servicios de caracterización estructural basados en sincrotrón para la industria farmacéutica. Servicios innovadores, personalizables y rentables; en todas las etapas del ciclo de vida del producto, desde la selección y el desarrollo hasta los estudios de estabilidad, la fabricación y la protección de la propiedad intelectual.

Sus capacidades van mucho más allá de las técnicas de laboratorio convencionales, sin dejar de ser competitivas en cuanto a costes. A través de Excelsus, los clientes industriales obtienen acceso a una resolución angular excepcional y a una detección ultrasensible, lo que permite la cuantificación precisa de mezclas polimórficas complejas.

Dados los altos estándares requeridos para sus servicios analíticos basados en sincrotrón, Excelsus evalúa cuidadosamente y caracteriza completamente cualquier instalación antes de implementar proyectos industriales. Históricamente, la mayor parte de sus actividades se han llevado a cabo en el Swiss Light Source (SLS), con instalaciones adicionales utilizadas como respaldo. En preparación para el cierre prolongado de SLS previsto para septiembre de 2023, se evaluaron instalaciones alternativas con un rendimiento comparable. El Sincrotrón ALBA se identificó como la opción más adecuada para garantizar la continuidad del servicio.

Varios meses antes del cierre de SLS, Excelsus transfirió progresivamente proyectos industriales a ALBA. mientras se evaluaba simultáneamente el rendimiento de la línea de luz para aplicaciones avanzadas, incluida la cuantificación precisa mediante enfoques de control de masas. Con el apoyo de TamaTA-INNOV, un programa del proyecto LEAPS-INNOV de la UE, la empresa pudo llevar a cabo una evaluación integral y validar sus metodologías avanzadas en ALBA. El apoyo de la Oficina Industrial y del equipo de la línea de luz BL04-MSPD, de difracción de polvo para ciencia de materiales, fue fundamental para el éxito de este proceso.

Tras esta fase de validación, Excelsus llevó a cabo aproximadamente 450 horas de acceso industrial exclusivo a la línea de luz de difracción de polvos de ALBA, lo que ha dado lugar a múltiples proyectos exitosos. Como ejemplo representativo, vale la pena destacar una colaboración con Novartis (Arnaud Grandeury y su equipo, Basilea) centrada en la evaluación de la pureza de un compuesto altamente potente, tanto en su principio activo (API) como en su producto farmacéutico (DP). Se observó que el API existía en tres formas polimórficas cristalinas con picos de difracción intensos y muy próximos entre sí.

En tales casos, el nivel de detección —crítico para la evaluación de la pureza— está fuertemente influenciado por la superposición de picos. Más allá de una alta relación señal-ruido, que sigue siendo esencial, la resolución angular (es decir, la capacidad de resolver picos muy próximos) demostró ser el factor determinante y una limitación clave para la difracción de polvo de rayos X de laboratorio convencional (XRPD). Igualmente crítica fue la capacidad de calibrar la escala angular 2θ con una precisión de unas pocas centésimas de grado.

La Figura 1 presenta los patrones XRPD de sincrotrón registrados en la línea de luz de difracción de polvo MSPD de ALBA para las tres formas de referencia cristalinas (Formas I, II y III), siendo la Forma II la fase objetivo. Si bien cada forma presenta al menos un pico de Bragg característico, estos picos están tan próximos entre sí que no pueden resolverse mediante difracción de rayos X en polvo (XRPD) de laboratorio. Aunque las fases puras aún pueden distinguirse por características secundarias, esto resulta inviable en productos farmacéuticos con cargas de principio activo inferiores al 1 % en peso.

Usando difracción de rayos X de sincrotrón de alta resolución, estas fases se distinguieron claramente, como se ilustra en la Figura 2. Además, mediante un análisis cuidadoso de la relación señal-ruido, se estimó un límite de detección mejor que el 0,08 % en peso.

Este estudio proporciona una clara demostración del poder de la difracción de rayos X de sincrotrón para investigar el polimorfismo farmacéutico, combinando una alta estadística de conteo, resolución angular 2q y calibración precisa de la escala 2θ del instrumento con una precisión de unas pocas milésimas de grado.

Figura 1 – Patrones de difracción de rayos X de polvo (XRPD) de sincrotrón de tres formas polimórficas cristalinas de un principio activo farmacéutico (API) de Novartis: Formas I, II y III, siendo la Forma II la fase objetivo en el producto farmacéutico. Los picos de Bragg característicos de las tres formas están tan próximos entre sí que no pueden resolverse mediante XRPD de laboratorio, pero se distinguen claramente utilizando XRPD de sincrotrón de alta resolución combinada con una calibración angular precisa.

Figura 2 – Superposición de patrones de difracción de rayos X de sincrotrón (XRPD) de productos farmacéuticos de Novartis, formas de referencia cristalinas del principio activo y excipientes. La alta calidad de los datos permite una identificación directa de la forma cristalina del principio activo. El límite de detección se estimó en menos del 0,08 % en peso.