Хемометрические методы, вдохновлённые природой, для одновременного УФ-спектрофотометрического определения молнупиравира, нирматрелвира и фавипиравира в фармацевтических препаратах и образцах окружающей среды

Почему важно проверять таблетки от COVID-19 и воду

По мере того как такие препараты против COVID-19, как молнупиравир, нирматрелвир и фавипиравир, становятся более распространёнными, возникла новая задача: как быстро, дешево и безопасно проверить, правильно ли изготовлены эти лекарства, и не загрязняют ли их остатки водные ресурсы. Традиционные лабораторные методы могут быть точными, но часто они медленные, дорогие и порождают большие объёмы химических отходов. В этой работе предложен более экологичный и доступный способ измерять все три препарата одновременно, используя простые методы измерения света и современные компьютерные алгоритмы вместо тяжёлого оборудования.

Три противовирусных препарата — одна растущая аналитическая проблема

Молнупиравир, нирматрелвир (ключевой компонент Paxlovid) и фавипиравир атакуют коронавирус разными путями и иногда исследуются вместе в комбинированных терапиях. Они также могут обнаруживаться совместно как загрязнители в сточных водах больниц. Лаборатории контроля качества должны проверять несколько продуктов, выпускаемых на одних и тех же производственных линиях, чтобы избежать перекрёстного загрязнения, а специалисты по охране окружающей среды хотят отслеживать, сколько этих препаратов попадает в воду. До настоящего исследования не существовало простого УФ-метода, позволяющего определить все три вещества одновременно за один прогон. Большинство существующих подходов опираются на передовую жидкостную хроматографию и масс-спектрометрию, которые требуют дорогостоящих приборов, обученного персонала и большого количества органических растворителей.

Преобразование перекрывающихся световых сигналов в чёткие ответы

УФ-спектрофотометрия, измеряющая, сколько света поглощает образец, недорогая, быстрая и широко доступная. Но три анттивируса поглощают УФ-свет в очень схожих областях, и их спектральные кривые сильно перекрываются. Это делает невозможным простое «снятие показаний» по сырым сигналам для каждого препарата. Авторы решили эту проблему, сочетая УФ-измерения с хемометрикой — типом алгоритмов распознавания закономерностей на основе данных. Они сравнили две био-вдохновлённые поисковые стратегии — генетические алгоритмы, условно смоделированные по принципам эволюции, и алгоритм светлячков, вдохновлённый тем, как светлячки устремляются к более ярким вспышкам — чтобы выбрать наиболее информативные длины волн. Эти тщательно отобранные длины волн затем обработали методом частичных наименьших квадратов, который умеет разделять вклад каждого препарата даже при сильном переплетении сигналов.

Светлячки против генетики: какой алгоритм выигрывает?

Для построения и тестирования моделей исследователи приготовили десятки смесей с известными количествами каждого препарата, охватывающих реалистичные концентрационные диапазоны. Они обучили модели на основе генетического алгоритма и на основе алгоритма светлячков, а затем проверили, насколько хорошо каждая модель предсказывает уровни препаратов в новых, невиданных смесях. Подход со светлячками дал более простые модели, использовавшие меньше длин волн, требовавшие меньше внутренних параметров и при этом обеспечившие лучшую прогностическую точность. По всем трём антивирусам модели светлячков показали очень высокую корреляцию между предсказанными и истинными значениями (R² выше 0,996) и низкие ошибки предсказания. Графики остатков — показывающие, насколько предсказания отклоняются от истины — были плотнее и случайнее распределены для метода светлячков, что указывает на более надёжное поведение и меньше скрытых смещений.

Настоящие таблетки, настоящая вода и более зелёный след

После настройки и валидации метода на основе светлячков в соответствии с международными руководствами команда применила его к реальным образцам. Они проанализировали коммерческие препараты, содержащие каждый из трёх антивирусов, и обнаружили, что результаты совпадают с опубликованным методом высокоэффективной жидкостной хроматографии как по точности, так и по прецизионности. Также учёные добавляли известные количества препаратов в водопроводную воду и восстанавливали примерно от 95% до 104% добавленного, показав, что метод работает в экологическом матриксе после простой стадии экстракции. Чтобы оценить экологическое воздействие, авторы использовали несколько «зелёных» шкал, учитывающих потребление растворителей, энергопотребление, образование отходов, практичность и общую устойчивость. По многим независимым показателям метод получил оценки от «хорошо» до «отлично», во многом потому, что он исключает постоянные потоки органических растворителей и использует маломощное, широко доступное оборудование.

Что это значит для лабораторий и окружающей среды

Эта работа демонстрирует, что базовый УФ-спектрофотометр, в сочетании с аккуратно подобранными длинами волн и био-вдохновлённой обработкой данных, может конкурировать с более сложными приборами при мониторинге важных препаратов против COVID-19 как в лекарствах, так и в воде. Подход на основе светлячков дает точные измерения, снижает затраты и уменьшает количество химических отходов, что делает его привлекательным для рутинного контроля качества и для условий с ограниченными ресурсами, где продвинутая хроматография и масс-спектрометрия недоступны. Проще говоря, исследование показывает, что с помощью умных алгоритмов простые световые измерения могут помочь гарантировать, что противовирусные таблетки изготовлены правильно и их остатки не накапливаются незаметно в нашей среде.

Цитирование: Abdelzaher, A.M., Al kamaly, O. & Rahman, M.A.A. Bio-inspired chemometric methods for simultaneous UV spectrophotometric determination of molnupiravir, nirmatrelvir, and favipiravir in pharmaceutical formulations and environmental samples. Sci Rep 16, 12590 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-49288-3

Ключевые слова: антивирусные препараты против COVID-19, УФ-спектрофотометрия, хемометрический анализ, зелёная аналитическая химия, мониторинг окружающей среды