Tecniche analitiche applicate al processo di liofilizzazione - Farmacia
Tecniche analitiche applicate al processo di liofilizzazione - Farmacia
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1 © 2009 PerkinElmer<br />
<strong>Tecniche</strong> <strong>an<strong>al</strong>itiche</strong><br />
<strong>applicate</strong> <strong>al</strong> <strong>processo</strong> <strong>di</strong><br />
<strong>liofilizzazione</strong><br />
Giuseppe Casassa<br />
Materi<strong>al</strong> Characterization Line Leader<br />
PerkinElmer It<strong>al</strong>ia Spa
2<br />
An<strong>al</strong>ytic<strong>al</strong> Sciences &<br />
Laboratory Services<br />
Markets Served<br />
Environment<strong>al</strong><br />
Energy & Industri<strong>al</strong><br />
Safety & Security
Applicazioni della Termoan<strong>al</strong>isi ai Farmaci<br />
3<br />
Stu<strong>di</strong> sul <strong>processo</strong> <strong>di</strong> <strong>liofilizzazione</strong><br />
Determinazione della Purezza assoluta<br />
Stu<strong>di</strong> su sistemi <strong>di</strong> drug delivery<br />
Stu<strong>di</strong> <strong>di</strong> Polimorfismo (bio<strong>di</strong>sponibilità)<br />
Tempo <strong>di</strong> vita<br />
Contenuto <strong>di</strong> Umi<strong>di</strong>tà<br />
Stabilità Termo-ossidativa<br />
Interazioni dei principi attivi<br />
Proprietà <strong>di</strong> rilascio del rivestimento delle compresse
4<br />
DSC - tipologie<br />
Single Furnace Double Furnace
Vantaggi dei C<strong>al</strong>orimetri DSC 8000/8500 in applicazioni pharma<br />
5<br />
Disegno esclusivo Power<br />
Compensation per permettere la<br />
misura <strong>di</strong>retta dell’energia della<br />
transizione<br />
Altissima sensibilità per il rilevamento<br />
<strong>di</strong> transizioni molto deboli<br />
StepScan DSC per identificare più<br />
chiaramente le Tg<br />
Risoluzione ineguagliabile per meglio<br />
identificare I fenomeni <strong>di</strong> metastabilità<br />
Possibilità <strong>di</strong> raffreddare velocemente<br />
per favorire la crescita della fase<br />
amorfa e simulare nell’an<strong>al</strong>izzatore il<br />
<strong>processo</strong> industri<strong>al</strong>e<br />
DSC 8000/8500
Proprietà subambient delle soluzioni<br />
6<br />
Molti prodotti farmaceutici sono liofilizzati per garantire un tempo <strong>di</strong> vita più lungo<br />
Il principio attivo viene dosato nella soluzione insieme ad <strong>al</strong>tri componenti inclusi I<br />
crioprotettori (es. saccarosio, mannitolo, destrano, lattosio)<br />
La presenza del crioprotettore <strong>al</strong>tera le <strong>di</strong>namiche della soluzione producendo<br />
piccole quantità <strong>di</strong> fasi amorfe<br />
A queste fasi amorfe sono associate Tg (multiple) ed <strong>al</strong>tre transizioni nella regione<br />
subambient<br />
Le transizioni sono correlate <strong>al</strong> ‘collasso’ della formulazione
Proprietà subambient delle soluzioni<br />
7<br />
Il rilevamento delle transizioni <strong>al</strong> <strong>di</strong> sotto della temperatura ambiente può essere<br />
<strong>di</strong>fficoltoso an<strong>al</strong>izzando soluzioni <strong>di</strong>luite (
8<br />
Stu<strong>di</strong> <strong>di</strong> <strong>liofilizzazione</strong> me<strong>di</strong>ante DSC<br />
I risultati DSC illustrati si<br />
riferiscono ad una soluzione <strong>al</strong> 5%<br />
<strong>di</strong> saccarosio<br />
La transizione princip<strong>al</strong>e<br />
corrisponde <strong>al</strong>la fusione del<br />
ghiaccio<br />
Un ingran<strong>di</strong>mendo del<br />
termogramma <strong>al</strong> <strong>di</strong> sotto <strong>di</strong> 0°C<br />
mostra un fenomeno <strong>di</strong><br />
crist<strong>al</strong>lizzazione<br />
L’identificazione <strong>di</strong> <strong>al</strong>tri eventi<br />
subambient (Tg) richiede l’uso<br />
della tecnica StepScan
Vantaggi della tecnica StepScan DSC<br />
9<br />
StepScan DSC è un approccio <strong>al</strong>la DSC Modulata offerto da<br />
PerkinElmer<br />
StepScan DSC applica una sequenza ripetuta <strong>di</strong> gra<strong>di</strong>ni <strong>di</strong><br />
risc<strong>al</strong>damento-isoterma nel range <strong>di</strong> temperature <strong>di</strong> interesse<br />
StepScan DSC sud<strong>di</strong>vide le informazioni sul comportamento dei<br />
campioni in componenti Termo<strong>di</strong>namiche (il Cp) e in componenti<br />
cinetiche<br />
Il segn<strong>al</strong>e <strong>di</strong> Cp Termo<strong>di</strong>namico è sgombro da effetti cinetici, qu<strong>al</strong>i<br />
evaporazioni <strong>di</strong> solventi o acqua, crist<strong>al</strong>lizzazioni, rilassamenti, etc<br />
Garantisce una interpretazione più lineare <strong>di</strong> quei campioni con<br />
transizioni ambigue o confuse
StepScan DSC – equazione basilare<br />
10<br />
L’Equazione basilare è lineare e semplice<br />
Heat flow = Cp(dT/dt) + f(T,t)<br />
Il primo termine definisce la capacità termica del campione ed il<br />
secondo la risposta cinetica<br />
StepScan DSC è un approccio non ambiguo -- risc<strong>al</strong>damento a<br />
velocità costante o mantenimento in con<strong>di</strong>zioni isoterme pure
Benefici dello StepScan nelle an<strong>al</strong>isi farmaceutiche<br />
11<br />
Si può utilizzare sia per le formulazioni pre <strong>liofilizzazione</strong> sia per le<br />
polveri o i cakes essiccati<br />
StepScan DSC è privo <strong>di</strong> problemi speriment<strong>al</strong>i qu<strong>al</strong>i sinusoi<strong>di</strong><br />
<strong>di</strong>storte o ritar<strong>di</strong> <strong>di</strong> fase, tipici degli <strong>al</strong>tri approcci<br />
StepScan DSC è possibile solo con con un c<strong>al</strong>orimetro a risposta<br />
molto rapida qu<strong>al</strong>e il Power Compensated DSC PerkinElmer
12<br />
StepScan DSC<br />
StepScan DSC applica sequenze<br />
ripetute <strong>di</strong> cicli risc<strong>al</strong>damentoisoterma<br />
Utilizza l’approccio DSC<br />
tra<strong>di</strong>zion<strong>al</strong>e per misurare la<br />
capacità termica ma utilizza<br />
gra<strong>di</strong>ni <strong>di</strong> temperatura più piccoli<br />
Gra<strong>di</strong>ni <strong>di</strong> temperatura <strong>di</strong> 2°C,<br />
velocità <strong>di</strong> scansione da 5 a<br />
10°C/min e perio<strong>di</strong> <strong>di</strong><br />
mantenimento variabili da 20 a 30<br />
secon<strong>di</strong>
StepScan DSC <strong>di</strong> Formulazioni da Liofilizzazione<br />
Soluzione Concentrata (40%) <strong>di</strong> Saccarosio<br />
13<br />
StepScan DSC fornisce il dato <strong>di</strong><br />
capacità termica Termo<strong>di</strong>namica<br />
Il Cp Termo<strong>di</strong>namico fornisce<br />
identificazioni più nette delle Tg in<br />
presenza <strong>di</strong> fenomeni cinetici (per<strong>di</strong>ta<br />
<strong>di</strong> acqua, rilassamento ent<strong>al</strong>pico,<br />
crist<strong>al</strong>lizzazione)<br />
Questo risultato StepScan DSC<br />
mostra due Tg subambient (a -52 e -<br />
40°C) per la formulazione <strong>di</strong><br />
saccarosio concentrato
StepScan DSC <strong>di</strong> Formulazioni da Liofilizzazione<br />
Soluzione Diluita (3%) <strong>di</strong> Saccarosio<br />
14<br />
Questo esempio illustra il risultato<br />
StepScan DSC su <strong>di</strong> una soluzione <strong>di</strong><br />
saccarosio <strong>di</strong>luita <strong>al</strong> 3%<br />
La maggior parte delle formulazioni<br />
per <strong>liofilizzazione</strong> hanno<br />
concentrazioni fra il 3 ed il 5%<br />
A mano a mano che la<br />
concentrazione del soluto <strong>di</strong>minuisce,<br />
l’ampieza delle Tg <strong>di</strong>minuisce<br />
proporzion<strong>al</strong>mente<br />
Le due transizioni vetrose sono<br />
ancora perfettamente rilevabili anche<br />
a queste elevate (ma congrue con la<br />
re<strong>al</strong>tà) <strong>di</strong>luizioni
StepScan DSC <strong>di</strong> Formulazioni da Liofilizzazione<br />
Confronto Concentrazioni 3 e 40%<br />
15<br />
Questa è una sovrapposizione del<br />
segn<strong>al</strong>e <strong>di</strong> Cp Termo<strong>di</strong>namico per<br />
le soluzioni <strong>di</strong> saccarosio 3% ed <strong>al</strong><br />
40%<br />
L’intensità delle transizioni<br />
subambient è proporzion<strong>al</strong>e <strong>al</strong>la<br />
concentrazione del soluto<br />
L’elevata sensibilità della tecnica<br />
StepScan DSC permette <strong>di</strong><br />
osservare le Tg anche in presenza<br />
<strong>di</strong> soluzioni molto <strong>di</strong>luite
StepScan DSC <strong>di</strong> Formulazioni da Liofilizzazione<br />
Confronto <strong>di</strong> varie Concentrazioni<br />
16<br />
Questa è una sovrapposizione del<br />
segn<strong>al</strong>e <strong>di</strong> Cp Termo<strong>di</strong>namico per<br />
le soluzioni <strong>di</strong> saccarosio <strong>al</strong> 40,<br />
20, 10 e 5%<br />
Si verifica che l’intensità delle<br />
transizioni subambient è<br />
proporzion<strong>al</strong>e <strong>al</strong>la concentrazione<br />
del soluto<br />
L’approccio StepScan DSC<br />
fornisce preziose informazioni<br />
sulle soluzioni da <strong>liofilizzazione</strong>
StepScan DSC Formulazioni da Liofilizzazione<br />
Soluzione <strong>di</strong> Mannitolo <strong>al</strong> 3%<br />
17<br />
Differenti crioprotettori mostrano<br />
<strong>di</strong>fferenti proprietà termiche<br />
subambient<br />
Questi sono I risultati StepScan<br />
DSC per una soluzione <strong>di</strong><br />
mannitolo <strong>di</strong>luita <strong>al</strong> 3%<br />
La formulazione mostra due Tg a -<br />
53 e -36°C<br />
Si osserva una crist<strong>al</strong>lizazione a -<br />
30°C
StepScan DSC Formulazioni da Liofilizzazione<br />
Soluzione <strong>di</strong> Lattosio <strong>al</strong> 3%<br />
18<br />
Differenti crioprotettori mostrano<br />
<strong>di</strong>fferenti proprietà termiche<br />
subambient<br />
Questi sono I risultati StepScan<br />
DSC per una soluzione <strong>di</strong> lattosio<br />
<strong>di</strong>luita <strong>al</strong> 3%<br />
Il Lattosio mostra una sola Tg a -<br />
36°C
Ulteriori possibilità <strong>di</strong> controllo<br />
19<br />
Operando in accordo <strong>al</strong>le informazioni ottenute con la StepScanDSC<br />
dovremmo aver ottenuto un prodotto della qu<strong>al</strong>ità desiderata<br />
Come possiamo verificarlo?<br />
Ancora DSC<br />
….TGA<br />
….Spettroscopia Molecolare
Metastability by DSC<br />
20<br />
Se siamo in presenza <strong>di</strong> prodotti crist<strong>al</strong>lini, il DSC ci può dare<br />
informazioni sul punto <strong>di</strong> fusione e sulla esistenza <strong>di</strong> eventu<strong>al</strong>i<br />
polimorfi<br />
Il fenomeno del polimorfismo nei prodotti farmaceutici è riconosciuto<br />
e va tenuto sotto controllo per evitare la formazione <strong>di</strong> strutture a<br />
scarsa bio<strong>di</strong>sponibiltà<br />
L’elevata velocità <strong>di</strong> risc<strong>al</strong>damento propria della tecnologia Power<br />
Compensation permette <strong>di</strong> determinare correttamente l’esistenza <strong>di</strong><br />
polimorfi nei prodotti an<strong>al</strong>izzati
Polimorfismo della Carbamazepina<br />
21
Polimorfismo<br />
22<br />
An<strong>al</strong>isi <strong>di</strong> una miscela <strong>di</strong> polimorfi:
Polimorfismo<br />
23
Polimorfismo<br />
24
TGA<br />
25
26<br />
TGA – umi<strong>di</strong>tà residua<br />
L’umi<strong>di</strong>tà è tipicamente elemento<br />
indesiderato in un prodotto<br />
farmaceutico, per i processi<br />
fermentativi e degenerativi che può<br />
determinare<br />
È importante determinare la quantità<br />
<strong>di</strong> acqua residua su un prodotto<br />
liofilizzato<br />
In questo caso viene rilevata una<br />
percentu<strong>al</strong>e <strong>di</strong> umi<strong>di</strong>tà residua pari <strong>al</strong>lo<br />
0,85%
Spettroscopie Molecolari<br />
27<br />
Una volta ottenuto il nostro prodotto liofilizzato, possiamo verificare la sua congruità<br />
ad uno standard con tecniche spettroscopiche, nel me<strong>di</strong>o/vicino infrarosso,<br />
<strong>di</strong>rettamente nel vi<strong>al</strong>, oppure con la spettroscopia Raman
Spettroscopie Molecolari<br />
28<br />
Classificazione<br />
An<strong>al</strong>isi quantitativa (es, contenuto<br />
d’acqua residuo<br />
A<br />
Estimated<br />
48.7 50 55<br />
Specified<br />
59.9<br />
000 00. 00<br />
m -1<br />
60.0<br />
58<br />
56<br />
54<br />
52<br />
50<br />
48.7<br />
x<br />
UMIDITA’<br />
x<br />
x<br />
xx<br />
x<br />
xx x<br />
x x<br />
x<br />
x x<br />
x x<br />
x<br />
x<br />
x<br />
x<br />
x<br />
x<br />
xx<br />
x<br />
x x<br />
xx<br />
x x<br />
x x<br />
x x<br />
x<br />
x xx<br />
x<br />
x<br />
x<br />
xxx<br />
x<br />
x<br />
x<br />
x<br />
x<br />
x<br />
x<br />
x<br />
x<br />
x<br />
x<br />
x x<br />
x<br />
x x<br />
x<br />
x x<br />
x<br />
x<br />
x<br />
x<br />
x<br />
x<br />
x xx<br />
x<br />
x<br />
x<br />
x<br />
x<br />
x x<br />
x x<br />
x<br />
x x<br />
x<br />
x<br />
x<br />
x<br />
xx<br />
x<br />
x<br />
x<br />
x<br />
x<br />
x<br />
x
Conclusioni<br />
29<br />
Con la tecnica DSC possiamo ottenere informazioni utili ad un<br />
corretto <strong>processo</strong> <strong>di</strong> <strong>liofilizzazione</strong><br />
StepScan DSC ci viene in aiuto nel rilevare piccole transizioni<br />
vetrose<br />
La TGA misura accuratamente i livelli <strong>di</strong> umi<strong>di</strong>tà<br />
Le tecniche <strong>di</strong> spettroscopia molecolare ci permettono <strong>di</strong> verificare<br />
l’identità qu<strong>al</strong>i-quantitativa del nostro prodotto
30<br />
Grazie per l’attenzione!
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