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粒径分布計算にはPDIを使いますか?それともSPANを使いますか?もうバカにしないで
日付:2024-09-27読み:0

ナノテクノロジーと材料科学の研究では、粒子径分布はナノ材料の性能と応用に直接影響する非常に重要なパラメータである。一方、粒径分布を測定する方法は多くあり、その中でよく使われる2つの指標は多分散指数(PDI)と粒径分布幅(SPAN)である。では、それらにはどんな違いがあるのでしょうか。



粒径分布计算用PDI还是SPAN? 别再傻傻分不清了

01

多分散指数(PDI)





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多分散指数(Polydispersity Index、PDI)は粒子分布の均一性を特徴づける重要なパラメータの1つであり、それは実際の粒子径分布である理想的な単分散系(すなわちすべての粒子の大きさが同じ)との間の偏差尺度。PDIの数値は通常、粒子サイズ分布の幅と均一性を反映した動的光散乱(DLS)測定によって得られる。

PDIの計算式は次のとおりです。

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ここで、σは粒子の標準偏差であり、ZDは光加重平均粒子径を表す。PDIの数値範囲は一般的に0から1の間である:

PDI=0:表示単分散、すなわち全粒子のサイズ同じです。

PDI<0.1:より高い均一な分散系を表す。

PDI>0.5:系中の粒子サイズ分布が広く、大きな程度の多分散性が存在することを示す。





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02

粒径分布幅(SPAN)




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粒子径分布幅(SPAN)は、粒子分布幅を特徴づける別の指標である。SPANは通常非対称分布を特徴づけるための粒子系、特に粒子径分布が大きく傾斜している場合。

SPANの計算式は次のとおりです。

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ここで、d 10、d 50及びd 90は、それぞれ粒径積算分布が10%、50%、及び90%に達した粒径値を表す。SPAN値が大きいほど、粒子サイズ分布が広いことを示している。





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03

PDIとSPANの違い





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1、計算方法が違う:
PDIは粒子サイズによる標準偏差と平均直径計算されたものであり、SPANは積算分布における異なる百分位の粒径値から計算されたものである。
2、適用範囲が異なる:
PDIは粒子サイズの標準偏差と平均直径によって計算され、粒子サイズの分布が対称であると仮定すると、粒子のサイズの大部分は平均値の近くに集中している、わずかな粒子だけがこの平均値からずれている。したがって、それらの粒径分布が比較的対称な系に対して、PDIは粒子分布の均一性を効果的に反映することができる。例えば、いくつかの高度に均一な合成過程において、粒子サイズの分布は正規分布この場合、PDIを用いて粒子の均一性を評価することが適切である。逆に、粒子が多分散分布またはサイズの分布を呈することは正規分布に合致せず、PDIを使用することは適切ではない。
SPANは異なる百分位の粒径値を用いて計算し、粒径分布の幅と極値の影響により注目している。これによりSPANが特徴づけているひたいしょうぶんぷの粒子系を使用した場合、より直感的で効果的。非対称分布の状況は実際の応用において非常によく見られ、例えばいくつかの複雑な合成過程あるいは生物サンプル(例えば外分泌体、リポソーム及び各種ウイルス粒子など)では、大小の布が均一な粒子を生成する可能性があり、これらの粒子は平均値から著しく外れ、システム全体の分布が明らかな傾斜を呈する。この場合、SPANはこの分布の非対称性と幅をよりよく反映することができる。
3、薬物集団で生物学的同等性*(PBE)評価における意味の違い:

ナノ粒子の粒径分布評価において、従来のPBE分析はD 10、D 50、D 90及びSPANに基づく;ここで、D 50とSPANは主要BEパラメータとして、D 10とD 90はサポートパラメータとして、現在、オプションとしても要件としても、Z-averageとPDIはD 50とSpanの代替品としてのみ使用されており、DLSデバイスなどの製品がSPANを提供できない場合に使用される代替案として、SPANと比較して、PDIが増幅したT/R(被験薬と参照薬)の違い、SPANに比べてPBEで評価したい場合、PDIを使用するのは難しいかもしれません。

4、数値範囲と標準が異なる:

PDIの数値範囲は0〜1であり、主に粒子分布の均一性を評価するために用いられる。一方、SPANは一定の範囲を持たず、粒子分布の幅により注目している。

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04

結論



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科学的研究と工業的応用に対して、適切な指標を選択して特徴づけを行い、ナノ粒子の特性と挙動をよりよく理解し、制御するのに役立つ。総じて言えば、PDIとSPANはいずれもナノ粒子の粒径分布を評価する重要な指標であり、それらは異なる応用シーンにおいてそれぞれの利点と適用性を持っている。

現在の薬物開発におけるPBEの科学的評価の角度を採用するには、PDIは適切なパラメータではなく、SPANに代わる正しい選択でもない。PDIはDLS技術の広範な使用に伴って薬物粒子評価に応用されただけかもしれないが、薬物送達に用いられる中外分泌体、脂質ナノ粒子、ウイルス粒子などの生物粒子サンプルは多分散であることが多く、DLSなどは粒子に基づくブラウン運動の特徴付け方法は厳密には適用されない。そのため、国家薬品監督管理局(NMPA)薬品審査センターも発文の中で平均粒子径のほか、粒子累積分布D 10、D 50、D 90、SPAN及び総粒子数などの研究データを蓄積することを提案した。DLS法の原理は平均粒子径(Z-average)をフィッティングしたものであり、粒子累積分布D 10、D 50、D 90パラメータを与えることができないため、多種の検出方法を用いてナノ粒子に対して深い研究を行うことを提案する[1]。

本文の紹介を通じて、PDIとSPANに対してもっとはっきりした認識があって、今後の研究と応用の中で、もっと正確にこれらの指標を選択して使用することができることを望んでいます。




*生物学的同等性(bioequivalency,BE)とは、同じ試験条件下での試験製剤と対照標準製剤の薬物の吸収の程度と速度の統計学的差異を指す。吸収速度の差が臨床的意義がない場合、一部の医薬製剤は吸収程度が同じであり、速度が異なることも生物学的に同等であると考えられる。
米食品医薬品監督管理局(U.S.Food and Drug Administration,FDA)は原研薬および後発医薬品の生物学的同等性は、インビボデータおよびインビトロデータで評価することができ、インビトロデータの評価方法は、インビトロ集団生物学的同等性(PBE)に依存する。現在、FDAは複数のガイドラインを公布してPBE統計方法を解釈し、特定薬物のガイドラインに体外PBE統計分析の必要性を明記している。PBEの執行については米FDAが制定した関連法案で明確に要求されており、その運用はますます申告者から重視されている[2]。




参考文献


[1]楊丹、趙欣、李小静、李敏。予防用mRNAワクチン脂質ナノ粒子の品質研究及び品質制御薬学的評価の考慮。中国新薬雑誌2023年第32巻第24期

[2] Pathak SM, Ruby PK, Aggarwal D. In vitro and in vivo equivalence testing of nanoparticle intravenous formulations. ナノ粒子静脈内配方のin vitroおよびin vivo等価性試験。ドラッグ Res (Stuttg). 2014;64(4):169-176.ドイ:10.1055/s-0033-1357204