Biologiskt inspirerade kemometriska metoder för samtidig UV-spektrofotometrisk bestämning av molnupiravir, nirmatrelvir och favipiravir i läkemedelsberedningar och miljöprover

Varför testning av COVID-19-tabletter och vatten är viktigt

När behandlingar mot COVID-19 som molnupiravir, nirmatrelvir och favipiravir blivit vanligare har en ny utmaning uppstått: hur man snabbt, billigt och säkert kontrollerar att dessa läkemedel tillverkas korrekt och att kvarvarande läkemedelsrester inte förorenar vattenförsörjningen. Traditionella laboratoriemetoder kan vara exakta men är ofta långsamma, dyra och genererar stora mängder kemiskt avfall. Denna studie presenterar ett grönare, mer kostnadseffektivt sätt att mäta alla tre läkemedlen på en gång, med enkla ljusbaserade mätningar och smarta datoralgoritmer i stället för tung laboratorieutrustning.

Tre antivirala läkemedel, ett växande analytiskt problem

Molnupiravir, nirmatrelvir (nyckelkomponenten i Paxlovid) och favipiravir angriper coronaviruset på olika sätt och studeras ibland tillsammans som kombinationsterapier. De kan också förekomma tillsammans som föroreningar i sjukhusavlopp. Kvalitetskontrollaboratorier behöver testa flera produkter som delar samma tillverkningslinjer för att undvika kors-kontaminering, medan miljöforskare vill spåra hur mycket av dessa läkemedel som hamnar i vatten. Före denna studie fanns det dock ingen enkel ultraviolett (UV)-ljusbaserad metod som kunde bestämma alla tre läkemedlen samtidigt i ett enda körning. De flesta befintliga tillvägagångssätten förlitade sig på avancerad vätskekromatografi och masspektrometri, vilket kräver kostsam utrustning, utbildade specialister och stora mängder organiska lösningsmedel.

Att förvandla överlappande ljussignaler till klara svar

UV-spektrofotometri, som mäter hur mycket ljus ett prov absorberar, är billig, snabb och allmänt tillgänglig. Men de tre antiviralerna absorberar UV-ljus i mycket lika områden och deras spektrala kurvor överlappar kraftigt. Det gör det omöjligt att enkelt "läsa av" mängden av varje läkemedel från den råa signalen. Författarna löste detta genom att kombinera UV-mätningar med kemometri, en form av datadriven mönsterigenkänning. De jämförde två biologiskt inspirerade datoriserade sökstrategier — genetiska algoritmer, löst modellerade på evolution, och eldfluglealgoritmen, inspirerad av hur eldflugor rör sig mot ljusare blixtar — för att välja de mest informativa våglängderna. Dessa noggrant utvalda våglängder bearbetades sedan med partiell minsta kvadraters regression, som kan skilja åt bidragen från varje läkemedel även när deras signaler är sammanflätade.

Eldflugor kontra genetik: vilken algoritm vinner?

För att bygga och testa sina modeller förberedde forskarna dussintals blandningar med kända mängder av varje läkemedel, täckande realistiska koncentrationsintervall. De tränade både genetisk-algoritmbaserade modeller och eldfluglebaserade modeller, och kontrollerade sedan hur väl respektive modell kunde förutsäga läkemedelsnivåer i nya, osedda blandningar. Eldflugemetoden gav enklare modeller som använde färre våglängder, behövde färre interna parametrar och ändå uppnådde bättre prediktiv noggrannhet. För samtliga tre antiviraler nådde eldflugemodellerna mycket hög korrelation mellan förutsagda och verkliga värden (R² över 0,996) och låga prediktionsfel. Residualplottar — som visar hur långt förutsägelser avviker från sanningen — var snävare och mer slumpmässigt spridda för eldflugemetoden, vilket indikerar mer pålitligt beteende och färre dolda biaser.

Riktiga tabletter, riktigt vatten och ett grönare fotavtryck

När eldflugemetoden väl justerats och validerats enligt internationella riktlinjer tillämpade teamet den på verkliga prover. De analyserade kommersiella produkter som innehöll var och en av de tre antiviralerna och fann att deras resultat stämde överens med en publicerad metod med högpresterande vätskekromatografi, både vad gäller noggrannhet och precision. De tillsatte också kända mängder av läkemedlen till kranvatten och återvann mellan cirka 95 % och 104 % av det de adderat, vilket visar att metoden fungerar i en miljökontext efter ett enkelt extraktionssteg. För att bedöma dess miljöpåverkan använde författarna flera "gröna" poängsättningssystem som beaktar lösningsmedelsanvändning, energibehov, avfall, praktikabilitet och övergripande hållbarhet. I flera oberoende mått hamnade metoden i spannet "bra" till "utmärkt", huvudsakligen eftersom den undviker kontinuerliga flöden av organiska lösningsmedel och använder lågdriven, allmänt tillgänglig utrustning.

Vad detta betyder för laboratorier och miljön

Denna studie visar att en grundläggande UV-spektrofotometer, kombinerad med klokt valda våglängder och biologiskt inspirerad databehandling, kan mäta viktiga COVID-19-läkemedel i både läkemedel och vatten i nivåer som kan konkurrera med mer komplexa instrument. Eldflugemetoden ger exakta mätningar, håller kostnaderna nere och minskar kemiskt avfall, vilket gör den attraktiv för rutinmässig kvalitetskontroll och för resurssnåla miljöer där avancerad kromatografi och masspektrometri inte är tillgängligt. I vardagliga termer visar studien att med smarta algoritmer kan enkla ljusmätningar bidra till att säkerställa att antivirala tabletter tillverkas korrekt och att deras rester inte tyst byggs upp i vår miljö.

Citering: 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

Nyckelord: COVID-19-antiviraler, UV-spektrofotometri, kemometrisk analys, grön analytisk kemi, miljöövervakning