Busca
Optimización del proceso de liofilización para una molécula pequeña
Para la verdadera optimización del ciclo de secado por congelamiento (liofi-lización), se requiere información sobre la temperatura máxima permitida del producto durante el secado primario. Comúnmente se usan la calorimetría diferencial de barrido y la microscopía de secado por congelamiento para determinar la temperatura crítica de formulación, pero su medición se basa en diferentes principios y por lo tanto los resultados pueden diferir grande-mente dependiendo de la muestra. Los autores evalúan las propiedades tér-micas de sulfato de gentamicina como un modelo de molécula pequeña en la optimización del ciclo de secado por congelamiento.
Evaluación de la temperatura crítica de formulación
LIOFILIZACIÓN
Henning Gieseler y Susanne Hibler
Para la verdadera optimización del ciclo de secado por congelamiento (liofilización), se requiere información sobre la temperatura máxima permitida del producto durante el secado primario. Comúnmente se usan la calorimetría diferencial de barrido y la microscopía de secado por congelamiento para determinar la temperatura crítica de formulación, pero su medición se basa en diferentes principios y por lo tanto los resultados pueden diferir grande-mente dependiendo de la muestra. Los autores evalúan las propiedades tér-micas de sulfato de gentamicina como un modelo de molécula pequeña en la optimización del ciclo de secado por congelamiento.
En comparación con los biofarmacéuticos, la mayoría de los fármacos de molécula pequeña liofilizados son poco costosos relativamente. Para hacer rentable su manufactura es indispensable un alto rendimiento sin comprometer la calidad final. La mejor estrategia para un ciclo optimizado de secado por congelamiento es la reducción del tiempo de secado primario porque esta fase es la parte que comúnmente consume más tiempo (1, 2). Para seguir este esquema, se requiere una medición exacta y representativa de la temperatura crítica de formulación (CFT), la cual plantea el límite superior para la temperatura del producto en la interfase de sublimación (Tp) durante el secado primario (2, 3). Con respecto al tiempo de proceso y los atributos de calidad del producto, tales como la apariencia de torta elegante, baja humedad residual, reconstitución rápida y completa y actividad del fármaco, el perfil de temperatura del producto con el tiempo durante el secado primario debe ser cercano a, pero por debajo del CFT (2 – 4). En algunos casos, sin embargo, es posible el secado en el régimen de micro-colapso sin severa pérdida estructural como la reportada para formulaciones de proteína y podría ser también una estrategia prometedora para la optimización del proceso para fármacos de molécula pequeña (5 – 7). En este estudio, se caracterizaron las propiedades térmicas del sulfato de gentamicina como una sustancia modelo de molécula pequeña por medio de microscopía de secado por congelamiento (FDM) y calorimetría diferencial de barrido (DSC) para determinar el CFT en diferentes concentraciones y para investigar el potencial para la optimización del ciclo de secado por congelamiento.
Materiales y métodos
La sustancia pura de sulfato de gentamicina usada para la caracterización térmica fue proporcionada por Merck KGaA. Se prepararon soluciones de sulfato de gentamicina de 2, 5, 10, 20 y 30% (p/v) con agua deionizada.
DSC. La temperatura de transición vítrea del soluto máximamente concentrado por congelamiento (Tg´) para la solución al 5% (p/v) de sulfato de gentamicina fue determinada utilizando un calorímetro diferencial de barrido (DSC822e, Mettler Toledo). El análisis de los datos fue realizado con el software (STARe Software V 9.01, Mettler Toledo), y los valores se proporcionaron como “onset” (comienzo) y “midpoint” (punto medio) (es decir, mitad de la altura) de la transición. Se sellaron herméticamente 30 µL de la solución de la muestra en un platillo de aluminio de 40 µL, se enfrió a -80°C a una velocidad de enfria-miento de 5°C/min, se equilibró durante 10 min y se volvió a calentar a 10, 3 y 1°C/min, Para una muestra medida con una velocidad de calentamiento de 3°C/min, se implementó un paso de templado durante 90 min a -20°C. Se utilizó nitrógeno para purgar la celda de medición a lo largo del experimento.
FDM. Se investigaron directamente las temperaturas de colapso (Tc) para las soluciones de la muestra de 2, 5, 10, 20 y 30% (p/v) después de la preparación y después de una semana de almacenamiento a temperatura ambiente. La validación del sensor de temperatura y la clasificación de la conducta de colapso fueron realizadas de acuerdo a la literatura y reportadas como promedio de cuatro mediciones (8). El equipo de FDM consistió en un microscopio (microscopio Zeiss Imager.A1, Zeiss) con un polarizador, un disco lambda y una platina de secado por congelamiento (FDCS 196, Linkam Scientific Ins-truments). Para cada medición, se tomó con pipeta un volumen de 2 µL sobre una cubierta de vidrio apoyada en el horno en bloque de plata de la platina. Se colocó una cubierta de vidrio más pequeña sobre esta gota. Se aseguró el espesor constante de la capa utilizando pedazos de metal hechos a la medida (es decir, de 25 µm) como espaciadores. Para mejorar el contacto térmico entre la parte inferior de la cubierta de vidrio y el horno, se agregó una gota de aceite de silicón. La gota de muestra se congeló a una velocidad de 1.0°C/min y se equilibró en -45°C durante 10-13 min dependiendo de la velocidad de la interfase de sublimación. Después de 8 min de equilibrio, se encendió la bomba de vacío y posteriormente pudo observarse la sublimación. La muestra se calentó a una velocidad de 1.0°C/min después del paso de equilibrio. El aumento usado durante los experimentos fue de 200 veces. Se capturaron fotografías con el software a intervalos de 1 segundo utilizando una cámara digital (Pixelink, 1.3 MP) y se analizaron con el software LinkSys 32 (Linkam Scientific Instruments). La platina se purgó con nitrógeno seco durante el conge-lamiento y el enfriamiento. Se midió la presión utilizando un manómetro calibrado Pirani (Linkman Scientific Instruments). El vacío máximo alcanzable (< 0.03 mbar) se mantuvo constante a lo largo de la medición.
Resultados y discusión
DSC. Según se reporta en la literatura, Tg’ no cambia significativamente con la concentra-ción porque la composición del soluto máximamente concentrado por congelación es in-dependiente de la concentración inicial (9). Por esta razón, sólo se investigó la solución al 5% (p/v) por DSC. Primeramente, se escaneó la solución de la muestra con una velocidad de calentamiento de 10°C/min para detectar aproximadamente el rango de temperatura de Tg’. Una velocidad de calentamiento rápida aumenta la sensibilidad pero también puede deteriorar la representatividad de las mediciones cambiando la Tg’ a temperaturas más altas (9). Para obtener el resultado real, se aplicaron velocidades de calentamiento adicionales de 3 y 1°C/min. Los resultados se resumen en la Tabla I, donde los valores del comienzo y punto medio de la Tg’ se listan para ilustrar la magnitud de la transición. La implementación de un paso de templado reveló una transición vítrea que fue comparable al experimento sin templado con respecto a la ampliación y rango de temperatura. La cristalización del sulfato de gentamicina no se espera por lo tanto.
Más artículos SOBRE ESTE TEMA
Más artículos de este autor
