Innopharma Labs bietet kosteneffiziente und zuverlässige PAT-Analysetools, die stabile Fertigungsverfahren unterstützen. Die Produkte von Innopharma Labs helfen den Kunden dabei, ihre Fertigungsprozesse besser zu verstehen, wodurch diese ihre Scale-up-Zeiten und Produktverluste verringern und ihre Erträge erhöhen können. Der Eyecon™ 3D Partikelcharakterisierer liefert Informationen über Oberflächenmorphologien, Formen und Größen für Granulations-, Vermahlungs- und Rondierungsprozesse in Echtzeit.

Extrusion und Rondierung

Extrusions- und Rondierungsprozesse, bei denen kleine wirkstoffhaltige Kügelchen bzw. Pellets hergestellt werden, finden in der Pharmaindustrie weite Anwendung. Die während des Rondierungsprozesses hergestellten Pellets werden in der Regel anschließend verkapselt. Zu den verschiedenen Stufen der Fertigung gehören das Trockenmischen, Nassmischen, Extrudieren, Rondieren und Trocknen/Coaten. Zur Optimierung des Verteilungsspektrums der Partikelgrößen kann vor dem Verkapseln auch ein Siebprozess zwischengeschaltet werden.

Die Wirk- und Hilfsstoffe werden anfangs in einem Granulator zusammengemischt und anschließend wird ihnen eine Granulationsflüssigkeit zugefügt. Die daraus entstehende Nassmasse wird durch ein Sieb gegeben, wodurch ein weiches, geschmeidiges Extrudat entsteht. Die Größe der endgültigen Pellets (Kugeln) wird hauptsächlich durch den Lochdurchmesser des im Extrusionsschritt verwendeten Siebs bestimmt.

Das Extrudat wird dem Rondierer zugeführt, der aus einer Platte/Scheibe besteht, die in einem Rondierungskessel mit einer Drehzahl von ca. 400-500 UpM rotiert. Das Extrudat wird in zylinderförmige Teile von ungefähr gleicher Länge zerteilt, die in direktem Verhältnis zum Durchmesser des Extrudats steht. Diese zylinderförmigen Segmente werden durch die Kollisionen mit der Behälterwand, mit der Platte und miteinander graduell abgerundet. Wenn die Partikel die gewünschte Rundheit erreicht haben, werden sie aus dem Rondierer ausgestoßen. Die feuchten Pellets werden aufgefangen und getrocknet – üblicherweise in einem Wirbelschichttrockner (WST). Der WST kann bei Bedarf auch zum Coaten der Pellets verwendet werden.

Herausforderungen des Rondierungsprozesses

Obwohl es sich bei der Rondierung um einen bewährten Fertigungsprozess der Pharmaindustrie handelt, wird die effektive Pelletbildung aus dem Extrudat nicht immer für alle Herstellungsverfahren vollkommen verstanden. Auch die Auswirkungen von Rohmaterialvariablen werden nicht immer gänzlich begriffen, obwohl es durch diese Veränderlichkeit zu Qualitätsproblemen beim Produkt kommen kann. Eine einheitliche Korngrößenverteilung, eine gute Spherizität sowie gute Form- und Oberflächeneigenschaften haben sich als kritische Qualitätsparameter (auf Englisch Critical Quality Attributes = CQA) für Pellets herausgestellt. Diese CQA sind besonders wichtig, wenn die Pellets für eine kontrollierte Wirkstofffreisetzung beschichtet werden müssen. Zu verstehen, wie Pellets gebildet werden und welche Auswirkungen die Rohmaterialvariabilität für jeden einzelnen Ihrer Rondierungsprozesse hat, kann von entscheidender Wichtigkeit für die Wirksamkeit und Konsistenz Ihrer Produkte sein. Dementsprechend kann das Bestimmen von Korngrößenverteilungen und Partikelformen kritisch für Ihren Geschäftserfolg sein.

Partikelgrößenanalyse: Siebanalyse

Historisch gesehen ist die Siebanalyse die beliebteste Methode zur Bestimmung von Partikelgrößen. Bei ihr werden eine Reihe von Sieben mit nach unten absteigender Maschenweite verwendet, um die Partikelgrößenverteilung der Probe zu bestimmen. Für diese Bestimmung Partikelgrößenverteilungen wird in der Regel eine mechanische Siebmaschine verwendet, durch deren Vibration die Probe getrennt und durch die verschiedengroßen Siebe geschüttelt wird, bis die Maschenweite erreicht wird, durch die die jeweiligen Partikel nicht passieren können. Obwohl die Siebanalyse relativ einfach durchzuführen ist, ist der Umfang der durch sie erhaltenen Informationen gering und die Analyse selbst ist verhältnismäßig zeitaufwendig.

Obwohl alle Partikel dreidimensional sind, basieren die Ergebnisse der Siebanalyse auf nur einer Dimension. Durch die mechanischen Vibrationen während der Siebanalyse kann es passieren, dass die Partikel sich so ausrichten, dass sie aufgrund ihrer zweitkleinsten Abmessung durch das Sieb passieren. Aus diesem Grund kann die Siebanalyse niedrige Ergebnisse liefern, die nach unten hin verzerrt sind, wenn der Test nicht entsprechend kontrolliert durchgeführt wird. Bestimmte Materialien, wie hygroskopische oder elektrostatische Materialien können mit der Siebanalyse nur schwer untersucht werden, vor allem bei kleinen Maschenweiten. Die Siebanalyse ist nur als „At-Line“-Verfahren möglich und eignet sich nicht für Inline-Analysen.

Partikelgrößenanalyse: Eyecon 3D Partikelcharakterisierer

Der Eyecon (Partikelgrößen-/Partikelcharakterisierer) wurde von Innopharma Labs entwickelt, damit die Hersteller ihre Rondierungsprozesse vollständig verstehen können. Der Eyecon verwendet LED-Beleuchtungsquellen in Kombination mit einem Bildaufnahmegerät auf dem neuesten Stand der Technik und lizenzierten Algorithmen zur Partikelgrößenbestimmung, um Bilder der Probe und deren Größenverteilungsprofile in Echtzeit zu erfassen. 

In Verknüpfung mit den Nica™-Systemen von GEA können der Pelletbildungsprozess und die Partikelgrößenverteilung in Echtzeit überwacht werden. Zum Besseren Verständnis des Prozesses können Echtzeit-Direktaufnahmen gemacht werden. Dank der auf diese Weise gewonnenen Erkenntnisse über den Prozess sind die Hersteller in der Lage, ihre Rondierungsprozesse vollständig zu begreifen, die entsprechenden kritischen Prozessparameter zu identifizieren und die Auswirkung der Eingabevariabilität innerhalb ihrer Prozesse verstehen.

Mithilfe von fortschrittlichen Softwarefunktionen können Partikelgrößengrenzen für die Produkte eingestellt werden, basierend auf der Abweichung von einem vordefinierten Idealzustand bzw. Standard des Rondierungsprozesses. Da die Messungen in Echtzeit erfolgen, können Fertigungsprobleme, Abweichungen und Variationen über eine einzigartige Alarmfunktion in Echtzeit erkannt werden. Dies ermöglicht es den Herstellern, sofort Maßnahmen zu ergreifen, sobald ein Problem entsteht, wodurch Abfallprodukte minimiert, die insgesamte Produktqualität verbessert und die Patientensicherheit gewährleistet werden.

Der Eyecon ist einzigartig, weil er nicht in direktem Kontakt mit dem Produkt kommt (keine Kontaminationsrisiken), keine Probenvorbereitung nötig ist (was wiederum Schwankungen aufgrund von Veränderungen in der Probenpräparation reduziert) und bei ihm direkte Probemessungstechnologien zum Einsatz kommen (weniger Komplexität der Berechnungsalgorithmen). Das gleiche Gerät kann sowohl als Tischanalysegerät als auch als Inline-Prozessanalysegerät verwendet werden.

Fallstudie 1

Der Eyecon wurde zur Bestimmung der Größe von sphäroidischen Partikeln und der Form von Sphäroiden mit verzögerter Freisetzung (Abb. X) eingesetzt. Die Verwendung des Eyecon war maßgeblich bei der Identifizierung und daher Reduzierung von allgemeinen Ursachen für Schwankungen innerhalb des Herstellungsprozesses verantwortlich. Der Kunde konnte durch Optimierungsmaßnahmen am entsprechenden Fertigungsprozess Einsparungen in Höhe von 1 Mio. € pro Jahr erzielen.

Fallstudie 2

Der Eyecon kann sowohl inline als auch als Tischanalysegerät verwendet werden, um Partikelgrößen und -formen zu bestimmen. Neben der Kontrolle routinemäßiger Rondierungsprozesse sei auch ein alternatives Beispiel genannt, bei dem der Kunde den gleichen Prozess in verschiedenen Produktionsstätten miteinander vergleichen wollte. In diesem Rahmen hat sich der Eyecon als äußerst hilfreich darin erwiesen, die Produktqualität zu überwachen, die Produktionserträge zu erhöhen und die allgemeine Prozessstabilität zu verbessern.

Kontrolle und Verständnis der Prozesse

Die Eyecon-Technologie hat sich als besonders vorteilhaft für Kunden erwiesen, wenn es um die Entwicklung von Formulierungen, das Scale-up und den Transfer von Technologien geht, bei denen es von höchster Priorität ist, die Prozesspartikelgrößenmerkmale einzuhalten. Das System wurde auch erfolgreich von Kunden eingesetzt, die ein größeres Verständnis ihrer Prozesse erhalten möchten, um die Kontrolle über ihre Fertigungsverfahren zu erhalten. Innopharma Labs und GEA bieten gemeinsame schlüsselfertige Lösungen, die die Integration, Qualifikation und Schulungsunterstützung standardmäßig umfassen.

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