L’imagerie chimique Raman appliquée à l’analyse des produits pharmaceutiques falsifiés

Raman chemical imaging for the analysis of falsified pharmaceuticals

• Auteur / Autrice : Hervé Rebiere
• Direction : Pierre-Antoine Bonnet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie Santé
• Date : Soutenance le 28/11/2017
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences Chimiques et Biologiques pour la Santé (Montpellier ; Ecole Doctorale ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Biomolécules Max Mousseron (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Pierre Chaminade
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre-Antoine Bonnet, Myriam Martino, Michel Ulmschneider, Charlotte Brenier-Maurel, Éric Deconinck
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pierre Chaminade, Myriam Martino

Mots clés

Mots clés contrôlés

Imagerie par résonance magnétique

Chimiométrie

Imagerie hyperspectrale

Spectroscopie Raman

Mots clés libres

Spectroscopie raman

Hyperspectrale

Imagerie chimique

Chimiometrie

Falsification

Contrefaçon

Raman spectroscopy

Hyperspectral

Chemical imaging

Chemometrics

Falsification

Counterfeit

Résumé

La thèse propose une méthodologie d’analyse rapide basée sur l’étude de l’image hyperspectrale Raman d’un produit pharmaceutique falsifié sous forme solide afin, d’une part d’identifier les substances présentes, et d’autre part estimer la teneur du principe actif dans l’échantillon sans étalonnage préalable.La présence de produits pharmaceutiques falsifiés est un véritable enjeu de santé publique. Ce type de produits de santé est facilement disponible sur internet, et beaucoup d’exemples montrent leur dangerosité. De nombreuses techniques sont disponibles pour analyser ces produits et ainsi participer à la lutte contre la falsification de médicament. La combinaison de ces techniques analytiques permet une caractérisation approfondie de l’échantillon. Cependant, peu de techniques analytiques procurent l’ensemble des informations chimiques.L’imagerie chimique Raman est une technique qui répond aux exigences requises pour l’analyse de produits falsifiés sous forme solide. En effet, cette technique peu destructive permet de réutiliser l’échantillon pour des analyses complémentaires. L’imagerie chimique Raman combine les trois disciplines de spectroscopie Raman, microscopie et chimiométrie. Cette technique réalise des mesures successives de spectres Raman sur des zones adjacentes couvrant la surface de l’échantillon. Elle intègre donc des informations spatiales et spectrales. Les méthodes chimiométriques dites de résolution (MCR-ALS et DCLS) analysent le jeu de spectres pour extraire des informations qualitatives (détection des spectres purs du mélange) et des informations quantitatives (estimation de la concentration de la substance active). La méthodologie a été optimisée et validée avec des échantillons préparés en laboratoire, puis appliquée à des échantillons réels authentiques et falsifiés. La sensibilité de la méthode qualitative a été démontrée par la détection d’un principe actif antibiotique à la teneur de 0,3% m/m dans un comprimé à visée anabolisante. De plus la méthode a été capable de détecter les substances utilisées pour le traitement de dysfonctions sexuelles (sildénafil, tadalafil, vardénafil, dapoxétine). Malgré une forte émission de fluorescence, la méthode a réussi à discriminer les 3 sels de clopidogrel (hydrogénosulfate, bésilate et chlorhydrate). L’analyse quantitative directe sur des échantillons de Viagra® et de Plavix® a été jugée convenable avec une déviation de la teneur entre -15% et +24%. Cette déviation est considérée acceptable pour évaluer le risque sanitaire pour le patient et alerter les autorités de santé.Dans le cadre de l’analyse des produits falsifiés, il a été démontré que la micro-spectroscopie Raman associée aux méthodes chimiométriques permet de réaliser un « screening spectroscopique » des composants de l’échantillon, d’identifier les substances chimiques, de visualiser leur distribution sur la surface de l’échantillon et d’estimer leur teneur par « quantification directe ».

The thesis proposes a rapid methodology of analysis based on the Raman hyperspectral image study of a solid form falsified pharmaceutical product in order to identify the substances in the sample and to estimate the content of the active ingredient in the sample without prior calibration.The presence of falsified pharmaceuticals is a real public health issue. This type of products is easily available on the internet, and many examples show their dangerousness. Many techniques are available for the analysis of these products and thus participate in the fight against drug falsification. The combination of these analytical techniques allows a comprehensive characterization of the sample. However few analytical techniques provide all the chemical information. Raman chemical imaging is a technique that meets the requirements for the analysis of falsified products in solid form. Indeed, this non-destructive technique makes it possible the reuse of the sample for additional testing. Raman chemical imaging combines the three disciplines of Raman spectroscopy, microscopy and chemometrics. This technique performs successive measurements of Raman spectra on adjacent location covering the surface of the sample. It therefore collects spatial and spectral information. The so-called resolution chemometric methods analyse the set of spectra in order to extract qualitative information (detection of pure spectra in the mixture) and quantitative information (estimate of the concentration of the chemical substance). The methodology was optimized and validated with samples prepared in the laboratory, and then applied to genuine and falsified real samples. The sensitivity of the qualitative method was demonstrated with the detection of an antibiotic active ingredient at a content of 0.3% m/m in an anabolic tablet. Moreover, the method was able to distinguish substances used for the treatment of sexual dysfunctions (sildenafil, tadalafil, vardenafil, dapoxetine). Despite a high fluorescence emission, the method successfully discriminated the 3 salts of clopidogrel (hydrogen sulfate, besylate and hydrochloride). Direct quantitative analysis of samples of Viagra® and Plavix® was found to be appropriate with a deviation between -15% and +24%. This deviation is considered acceptable to assess the health risk to the patient and to alert health authorities.For the analysis of falsified products, it has been demonstrated that Raman micro-spectroscopy combined with chemometric methods allows to perform a "spectroscopic screening" of the components in the sample, to identify chemical substances, to visualize their distribution on the sample surface and to estimate their content by "direct quantification".