Charakterisierung von Lyophilisaten Wahlpflichtfach SS07 Xenia Riegger Betreuer: Stefan Schneid.

Charakterisierung von Lyophilisaten

Wahlpflichtfach SS07

Xenia Riegger

Betreuer: Stefan Schneid

Xenia Riegger, Charakterisierung von Lyophilisaten, Wahlpflichtfach SS07

Übersicht

Herstellung von Lyophilisaten: Herstellung verschiedener

Mannitolformulierungen Gefriertrocknung

Analytik: Restwassergehalt mittels Karl Fischer Röntgendiffraktometrie (XRPD) Differential Scanning Calorimetry (DSC)


Hintergrund des Themas

Variabilität von Mannitol

Problem für Produktion

Untersuchung gebräuchlicher Hilfsstoffe

Einfluss auf physikalischen Zustand von

Mannitol

Herstellung von Lyophilisaten

Herstellung verschiedener Mannitol-

formulierungen Gefriertrocknung


Hilfsstoffe

MannitolFüllstoff: kristallin, nicht stabilisierend

Saccharoseamorph, stabilisierend

Trehaloseamorph, stabilisierend

PolysorbatTensid: zur Benetzung des Wirkstoffes, zur Stabilisierung

von Proteinen Citronensäure

pH-Einstellung


Mannitol

sechswertiger Zuckeralkohol Schmelzpunkt 165-168°C Polymorphie: Alpha, Beta, Delta, Hydrat Verwendung: Füllmittel, Zuckeraustauschstoff,

Trockenbindemittel in üblicher Konzentration eingesetzt (dreifache

Menge der Summe der anderen gelösten Stoffe)


Formulierungen

Formulierung 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Mannitol (%) 5 4.5 4 4.5 4.95 4.9 5 5 4.45 4.45 4.45

Saccharose (%) 0.5 1 0.5 0.5

Trehalose (%) 0.5 0.5

Polysorbat (%) 0.05 0.1 0.05 0.05 0.05

Citronensäure (pH) 4 5 4 5 4 1% 5%

Natriumchlorid (%) 4


Gefriertrocknung

Phasen:

1. EinfrierenAbkühlen bis zur vollständigen

Verfestigung der Lösung

2. PrimärtrocknungEntfernung des Eises durch Sublimation

3. SekundärtrocknungEntfernung von stärker gebundenem Wasser bei erhöhter Temperatur

109 Vials mit je 3ml 11 Thermoelemente Dauer: 39h 24min

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00

Drying Time [h]

Te

mp

era

ture

[°C

]

80

90

100

110

120

130

140

Pre

ss

ure

[m

To

rr]

T shelf T condTC edge TC C 1TC C 2 Chamber CMPirani

Analytik

Restwassergehalt mittels Karl Fischer Röntgendiffraktometrie (XRPD) Differential Scanning Calorimetry (DSC)


Karl Fischer

Bestimmung des Restwassergehalts je ein Center Vial aller Formulierungen


Karl Fischer - Ergebnisse

Restwasser des reinen Mannitol: 0.2% je höher amorpher Anteil, desto größer

Wassergehalt höchster Wassergehalt: 2.4%

Formulierung 3: Mannitol 4% + Saccharose 1%

Niedrigster Wassergehalt: 0.03% Formulierung 5:

Mannitol 4.95% + Polysorbat 0.05% Formulierungen mit Mannitol Hydrat: >1% Formulierungen ohne Mannitol Hydrat: <1%


Röntgendiffraktometrie - allgemein

XRPD = X-Ray Powder Diffractometry zur Strukturaufklärung in der Kristallographie Messung der Beugungseigenschaften von

Feststoffen: Beugung verursacht durch Kristallgitter Abstände zwischen den Kristallebenen führen zu

bestimmten Beugungsmustern


Röntgendiffraktometer


Röntgendiffraktometrie - Methode Methode:

= 0.5° bis 40° 0.02° pro Sekunde je 1 Center- und 1 Edge-Vial aller Formulierungen Reinsubstanzen: Mannitol, Natriumchlorid und

Citronensäure

Untersuchung auf Kristallinität und Mannitol-

Modifikation

0 10 20 30 40-200

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

Inte

nsi

tät

Einstrahlungswinkel 2 Theta [°]

XR SCS Formulierung 1 Center

0 10 20 30 40-100

0

100

200

300

400

500

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700

Inte

nsi

tät



0 10 20 30 40-100

0

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Inte

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0 10 20 30 40-200

0

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1400

Inte

nsi

tät




Röntgendiffraktometrie - Ergebnisse

Mannitol Ausgangssubstanz: v.a. Delta gefriergetrocknete Formulierungen mit Saccharose,

Trehalose oder Polysorbat: v.a. DeltaKristallisation zu Delta durch Hilfsstoffe erleichtert

gefriergetrocknete Formulierungen ohne Zusätze (höchstens Citronensäure) : v.a. Betawährend Gefriertrocknung findet Kristallisation zu Beta statt


Röntgendiffraktometrie - Ergebnisse Formulierungen mit Citronensäure:

keine charakteristischen Übereinstimmungen mit der Referenz

Citronensäure ist während Gefriertrocknung amorph geblieben oder nur in sehr geringen Mengen kristallisiert; evtl. Menge zu gering zurDetektion

Mannitol Hydrat nur in Formulierungen mit Saccharose


Röntgendiffraktometrie - Ergebnisse

alle Formulierungen besaßen einen ziemlich hohen

kristallinen Anteil Formulierungen Mannitol + Saccharose oder

Mannitol + Trehalose waren recht amorph Center- und Edge-Vials einer Formulierung zeigten

kaum Unterschiede

wenig Heterogenität im Prozess, Ergebnisse der

verschiedenen Formulierungen vergleichbar


DSC - allgemein

Differential Scanning Calorimetry Thermoanalytisches Verfahren zur Beobachtung endothermer und

exothermer Phasentransformationen Probentiegel und leerer Referenztiegel

Messung der Wärmestromdifferenzen

beim Durchlaufen eines Temperaturprofils


DSC - Phasentransformationen

Beispiele: Endotherm:

Schmelzpunkt, Glasübergang Exotherm:

Kristallisation


DSC - Methoden

Methode 1: je 1 Center- und 1 Edge-Vial aller Formulierungen Starttemperatur 25°C Abkühlen auf 0°C mit 10°C/Min 2 Min auf 0°C halten Erwärmen auf 180°C mit 10°C/Min

Methode 2/3: zusätzlich, nur für komplexere Formulierungen Starttemperatur 25°C Erwärmen auf 40/50°C mit 10°C/Min 2 Min auf 40/50°C halten Erwärmen auf 180°C mit 2.5°C/Min


DSC - Ergebnisse

Mannitol-Schmelzpunkte (nach Burger et al.): Alpha 166°C Beta 166.5°C Delta 150-158°C

endothermer Peak zwischen 130 und 140°C: nur wenn Delta vorhanden ist meist Saccharose oder Trehalose enthalten evtl. durch Schmelzen des Hydrats darauf folgend Umkristallisation zu Alpha oder Beta


DSC - Ergebnisse

Schmelzpunkterniedrigung bei Formulierungen mit Alpha und Beta Modifikation: nur wenn Saccharose enthalten ist aber nicht in allen Formulierungen mit Saccharose Bildung eines Eutektikums mit Saccharose, die während

der Messung kristallisiert

Diverse Kristallisationen und Glasübergänge Überlagerung von Kristallisationen und Glasübergängen

durch unterschiedliche Bestandteile keine sichere Zuordnung möglich würde modulierte Messungen erfordern


Fazit

gefriergetrocknete Mannitolformulierungen

werden beeinflusst in: Kristallstruktur Restwassergehalt Schmelzverhalten

Hilfsstoffe, die die Eigenschaften von Mannitol

wesentlich verändern: Saccharose Trehalose

Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!

Besonderer Dank gilt meinem Besonderer Dank gilt meinem

Betreuer Stefan Schneid!Betreuer Stefan Schneid!


Quellen

Yu, Milton, Groleau, Mishra, Vansickle: Existence of a Mannitol Hydrate during Freeze-Drying and Practical Implications

Liao, Krishnamurthy, Suryanarayanan: Influence of Processing Conditions on the Physical State of Mannitol – Implications in Freeze-Drying

Pikal: Freeze Drying Liu: Physikal Characterization of Pharmaceutical Formulations in Frozen

and Freeze-Dried Solid States: Techniques and Applications in Freeze-Drying Development

Burger, Henck, Hetz, Rollinger, Weissnicht, Stöttner: Energy/Temperature Diagram and Compression Behavior of the Polymers of D-Mannitol

Bauer, Frömming, Führer: Lehrbuch der Pharmazeutischen Technologie meyweb.physik.uni-giessen.de www.wikipedia.org www.menzl.com www3.sckcen.be http://giangarloscientific.com http://www.pharmazie.uni-duesseldorf.de

Date post:	06-Apr-2015
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