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Comment empêcher votre gâteau (cake) de s'effondrer ?

15/01/2019

 

Figure 1 Produit lyophilisé - 'cake'De nombreux médicaments sont instables en solution et se dégradent rapidement avec le temps. Ils doivent donc être lyophilisés pour obtenir un produit stable approprié, pouvant être expédié et ayant une durée de conservation acceptable. Le produit lyophilisé peut être reconstitué pour produire une solution contenant le médicament prêt à être administré. Différents médicaments peuvent être stabilisés par lyophilisation. Ils incluent de petites molécules mais également des traitements biologiques tels que des vaccins, des protéines, des enzymes et d’autres molécules plus grosses.

 

Les produits pharmaceutiques/médicaments, présentent leurs propres défis et problèmes de stabilité qu’il faut surmonter. De nombreux médicaments biologiques nécessitent des excipients supplémentaires pour les stabiliser pendant le processus de lyophilisation et pendant le stockage.

Ces excipients stabilisent généralement les molécules de médicament en piégeant les molécules de protéine dans une matrice amorphe qui réduit la mobilité de la molécule, ralentissant sa dégradation, et également en soutenant la structure de la molécule lorsqu'elle est lyophilisée en remplaçant les liaisons hydrogène, lesquelles maintiennent la structure de la molécule en solution, ce qui permet de maintenir sa structure une fois que l'eau a été éliminée. Le produit obtenu est généralement un « gâteau lyophilisé ».

 

Lyophilisation


ImageLe processus de lyophilisation permettant de produire un « gâteau » peut être décomposé en trois étapes principales ; congélation, séchage primaire et séchage secondaire.

Pendant la congélation, le médicament et les excipients présents sont concentrés à froid, tandis que l'eau se cristallise et se sépare en phases.

La deuxième étape est le séchage primaire au cours duquel la pression est réduite, entraînant la sublimation de la glace. Pour augmenter le taux de sublimation, la température peut être augmentée, ce qui permet de sublimer davantage de glace dans une période plus courte, réduisant le temps nécessaire à la lyophilisation. Cependant, si la température du produit est trop élevée, le "gâteau" peut s’effondrer.

La troisième étape est appelée séchage secondaire dans lequel la température du gâteau lyophilisé augmente lentement pour éliminer l'eau résiduelle présente dans la phase amorphe créée par la concentration des excipients et des molécules du médicament.

 

Effondrer

 

ImageL'effondrement du gâteau au cours de ces étapes se produit lorsque le matériau concentré congelé dépasse sa température d'affaissement. La température d'effondrement est généralement égale ou supérieure à la température de transition vitreuse du concentré de congélation. Il s’agit de la température à laquelle le matériau passe sa température de transition vitreuse et la viscosité du matériau commence à diminuer jusqu’à ce que le matériau ne puisse plus supporter son propre poids et s’effondre par conséquent.


Le dépassement de la température d'effondrement du produit peut entraîner des temps de séchage plus longs, augmenter la mobilité moléculaire, entraînant une dégradation accrue de la molécule, ainsi que l'effondrement de la structure physique des gâteaux, ce qui provoquerait un default cosmétique potentiellement non acceptable. La température de transition vitreuse et la température d’effondrement du produit pharmaceutique peuvent être déterminées par plusieurs techniques analytiques :

 

Calorimétrie à balayage différentiel (DSC)

Microscopie par lyophilisation (FDM)

Lyotherm
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Détermination des températures critiques

 

La calorimétrie différentielle à balayage (DSC) est traditionnellement utilisée pour déterminer la température maximale à laquelle un produit peut résister pendant le séchage primaire en détectant la température de transition vitreuse. Cependant, certains produits peuvent être lyophilisés au-dessus de cette température mais en dessous de sa température d'effondrement qui peut être mesurée par un microscope à lyophilisation. L'utilisation d'un instrument Lyotherm qui mesure les événements exothermiques et endothermiques similaires à la DSC, ainsi que les modifications de la mobilité moléculaire, peut également être utilisée pour déterminer la température maximale de viabilité.

 

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La microscopie à séchage par lyophilisation (FDM) fonctionne en observant le comportement structurel d'un échantillon tout en le séchant au microscope optique. Si la lyophilisation a pour but de produire un produit final stable, le FDM a au contraire le même objectif ; provoquer l’effondrement du produit et mesurer à quel le moment il se produit.

 

La FDM n’était traditionnellement utilisée que pour déterminer les températures d’effondrement, mais les équipements de dernière génération permettent également d’identifier les phénomènes de cristallisation, le potentiel de formation de peau / croûte et les effets du recuit sur la croissance des cristaux de glace et la structure du soluté.

 

Conclusion

 

La lyophilisation est un processus crucial pour diverses industries, en particulier pharmaceutique, car elle prolonge la durée de vie des produits et rend le matériau plus pratique pour le transport. Toutefois, afin de lyophiliser votre produit, vous devez développer la formule optimisée qui vous donne les meilleurs résultats. Dans le cadre de nos services de laboratoire, Biopharma Technology peut vous aider tout au long du processus de développement de la formulation. Avec notre équipement interne, nous pouvons effectuer des analyses DSC, une microscopie lyophilisée, une analyse de la robustesse d'un gâteau MicroPress et bien d'autres.

 

Contactez-nous dès aujourd'hui pour obtenir de l'aide sur la prévention de l'effondrement du gâteau dans vos produits lyophilisés.

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