LİYOFİLİZASYON. Prof. Dr. Erdal Cevher İstanbul Üniversitesi, Eczacılık Fakültesi Farmasötik Teknoloji Anabilim Dalı

Transkript

1 LİYOFİLİZASYON Prof. Dr. Erdal Cevher İstanbul Üniversitesi, Eczacılık Fakültesi Farmasötik Teknoloji Anabilim Dalı

2

3 Liyofilizasyon/Dondurarak Kurutma Liyofilizasyon çözelti veya süspansiyon haldeki ürünün dondurulması ve sonrasında süblimasyon ile oluşan gaz fazının uzaklaştırılması sonucu maddenin kurutulmasını sağlayan bir süreçtir. Bu süreçte madde katı fazdan sıvı faza geçmeden kısmi düşük basınca maruz kalarak kurutulmaktadır. Lyo = Solvent Philo = Dost Liyofilizasyon= solvent seven

4 Günümüzde ilaçlar Kimyasal ilaçlar Biyolojik ilaçlar Canlı organizmadan, parazitlerden, hayvan toksinlerinden veya onların ürünlerinden elde edilen biyoaktiviteye sahip ürünler olup kanser ve diğer hastalıkların önlenmesi, izlenmesi ve tedavisinde kullanılmaktadırlar.

5 İlaç Endüstrisinde Liyofilizasyon Uygulamaları Antibiyotikler Antitoksinler Mikroorganizmalar (Bakteri / Virüsler) Kan koagülasyon faktörleri Enzimler Hassas kimyasallar Hormonlar / Büyüme faktörleri Besiyeri Anorganik maddeler (seramik) Patolojik Numuneler Farmasötikler Isıya, hidrolize ve oksidasyona hassas Plazma Reaktifler ve ilaç standartları Dokular Aşılar Peptitler/Proteinler Nükleik asitler (DNA, RNA) Bitkisel materyaller, Bitki ekstreleri.

6 Liyofilizasyon Cihazı Chamber + Shelves Ice Condenser Shelf Cooling / Heating System Vacuum Pumpset Refrigerating System

7 Formülasyon geliştirme liyoprotektanlar? Tamponlayıcı ajanlar? Dolgu maddeleri/hacim arttırıcılar? Çözünürlük arttırıcılar? Dolum hacmi? primer ambalaj materyali? vial tipi, boyut, tıpa Liyofilizasyon döngüsü (siklüsü)? Yardımcı madde konsanstrasyonu? Kolaps noktası /ötektik nokta/camsı geçiş sıcaklığı modifiye edici ajanlar?

8 Dolgu maddeleri/hacim arttırıcılar Dolgu maddeleri, hacim artırarak liyofilize ürünün düzgün kek oluşturmasını sağlayan ajanlardır. Özellikle düşük doz (yüksek etkinlik) etkin madde içeren preparatlarda kullanılır. Çözelti içinde %2 den az katı madde içeren formülasyonlarda kullanımı önemlidir.

9 Liyoprotektanlar Liyoprotektanlar, liyofilizasyon esnasında etkin maddenin stabilizasyonunu sağlayan ve bu şekilde liyofilizasyon süresince ve sonrasında agregasyonu/degradasyonunu önleyen maddelerdir. Liyoprotektan içermeyen formülasyon (agrege miseller) Liyoprotektan içeren (düşük konsantrasyon) Liyoprotektan içeren (yüksek konsantrasyon)

10 Dolgu maddeleri ve Liyoprotektanlar Şekerler Mannitol Trehaloz Sukraloz Laktoz Sorbitol Glukoz Rafinoz Maltoz Sukroz (sakkaroz) Polimerler Dekstran Polietilen glikol Amino asitler Arjinin Glisin Histidin

11 Tamponlayıcı Ajanlar Liyofilize edilecek etkin maddenin stabilitesini sağlamak için kullanılır. Böylelikle liyofilizasyon öncesi, boyunca ve sonrasında etkin maddenin bozulması önlenmiş olur. Tamponlayıcı olarak: Sodyum sitrat Sodyum fosfat Potasyum fosfat Sodyum hidroksit Tris baz Tris asetat Tris HCl Histidin

12 Çözünürlük arttırıcılar Kısıtlı çözünürlüğü olan etkin maddelerin çözünürlüğünü artırmak için, değişik yüzey etkin maddeler, yardımcı çözücüler ve kompleks oluşturucu ajanlar kullanılır. Polisorbat 80 Polisorbat 20 Siklodekstrinler (HPβCD, SBE-7-βCD) EDTA Etanol Ter butil alkol İzo-propanol Etanol

13 Tonisite Ajanları Parenteral yolla uygulanan ilaçların genellikle izotonik veya hafif hipertonik olması gerekir. Sodyum klorür Dekstroz Mannitol Sukroz

14 Antimikrobiyal Ajanlar Çok dozlu liyofilize formülasyonlara ilave edilmelidir. Benzil alkol Metil paraben Propil paraben Fenol

15 Liyofilizasyon Süreci Liyofilizasyon çözücünün (genellikle su) süblimasyon ile uzaklaştırılmasına dayanır. - Çözelti ötektik noktasının altında dondurulur - Çözücü buz kristalleri süblimasyon ile uçurulur

16 Yöntemin optimizasyonu optimal sonuçlar için gereklidir! Hangi sıcaklıkta dondurmalıdır? T EP (ötektik nokta) veya T g (camsı geçiş sıcaklığı) nın altında kurutmanın belirlenmesi Hangi hız ile dondurmalıdır? Ürün ne zaman tam dondurulmuş hale geliyor? Primer kurutma hangi basınçta ve hangi sıcaklıkta yapılmalıdır? Buz fazı ne zaman tamamen uzaklaşmaktadır? - Temel kurutmanın sonu Hedeflenen nem içeriği ( %1) ne zaman ulaşılmaktadır? - Liyofilizasyon işleminin sonu

17 Liyofilizasyon Sürecinin Aşamaları Dondurma Formülasyonun dondurulması Buz oluşumu Dondurma aşaması ürünün yapısını ve kuruma karekterini belirlemektedir. Primer Kurutma Dondurulmuş çözücünün süblimasyonu Dondurulmuş çözücünün %90 nına kadar olan kısmının uzaklaştırılması En uzun aşama Sekonder Kurutma Genellikle daha yüksek sıcaklık ve daha kuvvetli vakum altında gerçekleşmektedir Daha kuvvetli şekilde bağlanmış çözücünün uzaklaştırılması ( %0.5) Kalan nemi belirleyen aşamadır

18 Liyofilizasyon işleminin aşamaları Çözeltinin dondurulması Kabuk dondurma : Bu yöntem kan ürünleri gibi yüksek hacimdeki materyallere uygulanmaktadır. Şişeler in dönüş hızı yavaştır ve soğutma banyosunun içinde yatay konumda bulunur. Sıvı materyal şişenin içi yüzeyinin çevresinde ince kabuk şeklinde donmaktadır. Bu yöntemin dezavantajı dondurma işleminin yavaş olması ve büyük bu kristallerinin oluşmasıdır.

19 Liyofilizasyon işleminin aşamaları Çözeltinin dondurulması Dikey dondurma: Eğimli Dondurma Daha fazla yüzey alanı sağlayarak liyofilizasyon süresini kısaltmaktadır. Düz Dondurma Sınırlı yüzey alanı sağlar Farmasötik formların liyofilizasyonunda kullanılır

20 Ötektik nokta Dondurma işleminde bahsedilen ötektik nokta, buz ile maddenin etkileşip sıvılaşmasıyla ilgilidir. Belli konsantrasyonda katı madde içeren bir çözeltinin hangi konsantrasyonda ve sıcaklıkta tamamen katı form (Buz) da olduğunu göstermektedir. Grafikte, sodyum klorür-buz sisteminde ötektik nokta -21.1⁰C ve ötektik kompozisyon ise % 23.3 tür. Organik maddelerin ötektik noktaları ise genellikle -15⁰C nin üstündedir.

21 Ötektik nokta Ötektik noktanın tayini için; - Diferansiyel taramalı kalorimetri - Elektriksel iletkenlik yöntemi - Kriyomikroskopi yöntemleri kullanılmaktadır.

22 Kristal yapı Amorf yapı Ötektik nokta ( C) Camsı Geçiş Sıcaklığı Tg ( C) Manitol -1.0 Sodyum asetat Sodyum klorür Kalsiyum klorür Dekstran -9.0 Jelatin Trehaloz Sakkaroz Glukoz -43.0

23 Dondurma hızı Hızlı dondurma (sıvı azotta (dondurma hızı yaklaşık 50 C/dk) Yavaş dondurma (dondurma hızı yaklaşık 0.14 C/ dk) Orta hız ile dondurma (dondurma (dondurma hızı yaklaşık 1.5 C/ dk) Termal işlem (örnek: dondurma hızı yaklaşık 1.5 C/ dk, -10 C de 5 saat bırakma

24 Dondurma hızı Ürünün morfolojisi üzerinde dondurma hızının etkisi SEM- trehaloz 7.5% (amorf), kek yüzeyi, Dondurma hızı 1.67 C/dk, 250x Sınıflandırma: - Yavaş (0.5 C/dk) - Orta (0.5 C/dk dan 2.0 C/dk ya) - Hızlı (100 C/dk): sıvı azot SEM- trehaloz 7.5% (amorf), kek yüzeyi, Dondurma hızı 108 C/dk (Sıvı azot), 200x Daha hızlı dondurma değiştirilmiş kurutma oranına yol açmaktadır. (daha küçük gözenek çapı, yüzey yapısı çatlaksız) => Daha uzun primer kurutma

25 Tabaka kalınlığı.yöntemin süresi için parametre olarak değerlendirilmelidir! 10 mm yaklaşık 24 saat kurutma süresi 20 mm yaklaşık saat kurutma süresi Dondurma öncesi süreçinin gerçekleştiği yerler Viallerde, (statik dondurma öncesi ) soğuk hava ile (derin dondurucu) ya da soğuk yüzey ile doğrudan temas (doğrudan dondurarak kurutma cihazının raflarında) Dönen flaskların duvarlarında (dinamik dondurma öncesi ), sıvı kabın iç duvarında sürekli dönerek donmaktadır (kabuk dondurma)

26 Liyofilizasyon işleminin aşamaları Birincil (Primer )Kurutma Dondurma işlemi ile birlikte kondansatör soğutulur. Kondansatör sıcaklığı -60 C nin altında olmalıdır. Vakum pompası açılarak sistemin basıncı düşürülür (en az 0.2 mm.hg). Ancak kondansatör istenen sıcaklığa gelemden pompa çalıştırılmamalıdır Vakum uygulaması ile ortamda kondanse olmayan hava dışarı alınır ve sistem içinde sadece kondanse olabilen su buharının bulunması sağlanır. Vakumlama liyofilizasyon işlemi süresince devam eder. Liyofilizasyonun en uzun sürecidir.

27 Liyofilizasyon işleminin aşamaları Birincil (Primer ) kurutma G G Q G Q G Q (a) (b) (c) Q Q G G Q G Q G G G Q (d) (e) (f) Q heat transfer plate frozen layer G mass transfer

28 Suyun Faz Diyagramı Liyofilize ürünün çözücüsünün süblimasyon ile düşük basınçta buhar halinde uzaklaştırılması ve bu buharın soğuk kondansatör yüzeyinde buz halinde katı halde tutlmasının mekanizması, suyun faz diyagramındaki süblimasyon eğirisi üzerinde kolaylıkla açıklanabilir. Diyagram suyun fazlarını gösteren üç ayrı bölgeden (katı, sıvı ve gaz) oluşmaktadır. O noktası üç fazın aynı anda mevcut olduğu tek noktadır ve üçlü nokta olarak bilinmektedir. Atmosferik basınçta sıcaklık 0 C ye yükseltildiğinde buz eriyerek suyu meydana getirecektir. Isı uygulanmaya devam edilerek su 100 C ye getirildiğinde ve eğer ısıtma devam ederse sıvı fazdaki su, su buharına dönüşecektir.

29 Liyofilizasyon işleminin aşamaları Birincil (Primer )Kurutmanın bitiş noktasının belirlenmesi Görsel inceleme. (kek veya toz) Vakum ölçüm aleti ile yoğunlaşan gazların ölçümü Ürünün sıcaklığı veya ağırlığı

30 Liyofilizasyon işleminin aşamaları İkincil (Sekonder) Kurutma Primer kurutma işlemi sonunda kalan nemin uzaklaştırılması için ürünün sıcaklığı yükseltilir. Sistemdeki basınç vakum ile daha da düşürülür. Nem içeriği %0.5 in altına indirilir.

31 Liyofilizasyon işleminin aşamaları Ambalajlama Dondurarak kurutulmuş ürünlerin nemden korunduğundan emin olabilmek için paketleme işlemine dikkat edilmesi gerekmektedir. Ürünü içeren kaplar atmosferle temas etmeden kapatılmalıdır.

32 Liyofilizasyon neden önemlidir? Uygun, kolay saklama İlaçların stabilitesi ve etkinliğini korumak Agregasyonu ve partikül oluşumunu engellemek Düşük nem oranı ve böylece kimyasal değişiklikleri engellemek (hidroliz gibi) Hava ile oksidasyonu engellemek Düzgün kekleşmiş yüzey Steril üretim imkanı Minimum düzeyde ürün zararı Doğru dozaj Tekrarlanabilirlik Ölçeklenebilme kolaylığı (scale-up)

33 Liyofilizasyon işleminin dezavantajları Dondurarak kurutma pahalı bir yöntemdir: Uzun kurutma süreleri (optimizasyon mümkündür) => yüksek enerjinin harcaması Etkin bileşenlerin olası kaybı (optimizasyon mümkündür) Porozite nedeniyle aşırı higroskopiktir ve kurutma işleminin bittiği anda cihaz içinde kapatılmalıdır.

34 Liyofilizasyon işleminin uygulanmasında kısıtlamalar Teoride basit olmasına rağmen, özellikle biyolojik ürünlerin dondurularak kurutulması bazı praktik sorunlar oluşturmaktadır. 1- Donma noktasının çözünen diğer maddeler nedeniyle azalması ve bu nedenle çözeltinin saf suyun normal soğutma sıcaklığının altında ( -10) soğutulması gerekliliği 2- Süblimasyon sadece dondurulmuş yüzeyde meydana geldiği için sürecin uzun olması (saatte buz kalınlığı için 1 mm). Bu yüzden yüzey alanının arttırılması gereği 3- Süblimasyon sürecinin kısaltılması için buz kalınlığının düşürülme zorunluğu 4- Düşük basınç nedeniyle, oluşan büyük hacimdeki su buharı oluşturduğu buhar basıncının üç nokta (triple point) basıncının üstüne çıkmasının engellenmesinin zorunluluğu 5-Son ambalajlamadan önce ürünün yeniden nem kapmasının engellenmesi

35 Yüksek kalitedeki dondurarak kurutulmuş materyalin özellikleri Başarılı sonuçlar mükemmel parametreleri gerektirmektedir Minimal aktivite kaybı (örn.,proteinler/farmasötikler, mikroorganizmalar) Uzun süre saklama ( soğuk hava zinciri olmadan) Çabuk rekonstitüsyon (su ilavesi ile) Farmasötik düzgünlük Donma noktasının bilinmesi (parametre ayarları için önemlidir.) Basit birim dizaynı ve kontrol sistemi Online olarak süreci izleme (ürün sıcaklığı, basınç, ağırlık kaybı)

36 DİNLEDİĞİNİZ İÇİN TEŞEKKÜRLER