Charakterisierung von Lyophilisaten Wahlpflichtfach SS07 Xenia Riegger Betreuer: Stefan Schneid

Übersicht Herstellung von Lyophilisaten: Analytik: Herstellung verschiedener Mannitolformulierungen Gefriertrocknung Analytik: Restwassergehalt mittels Karl Fischer Röntgendiffraktometrie (XRPD) Differential Scanning Calorimetry (DSC) Xenia Riegger, Charakterisierung von Lyophilisaten, Wahlpflichtfach SS07

Hintergrund des Themas Variabilität von Mannitol a Problem für Produktion Untersuchung gebräuchlicher Hilfsstoffe a Einfluss auf physikalischen Zustand von Mannitol Xenia Riegger, Charakterisierung von Lyophilisaten, Wahlpflichtfach SS07

Herstellung von Lyophilisaten Herstellung verschiedener Mannitol- formulierungen Gefriertrocknung

Hilfsstoffe Mannitol Saccharose Trehalose Polysorbat Citronensäure a Füllstoff: kristallin, nicht stabilisierend Saccharose a amorph, stabilisierend Trehalose Polysorbat a Tensid: zur Benetzung des Wirkstoffes, zur Stabilisierung von Proteinen Citronensäure a pH-Einstellung Xenia Riegger, Charakterisierung von Lyophilisaten, Wahlpflichtfach SS07

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) Xenia Riegger, Charakterisierung von Lyophilisaten, Wahlpflichtfach SS07

Formulierungen Formulierung 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Mannitol (%) 4.5 4.95 4.9 4.45 Saccharose (%) 0.5 Trehalose (%) Polysorbat (%) 0.05 0.1 Citronensäure (pH) 1% 5% Natriumchlorid (%) Xenia Riegger, Charakterisierung von Lyophilisaten, Wahlpflichtfach SS07

Gefriertrocknung Phasen: 1. Einfrieren a Abkühlen bis zur vollständigen Verfestigung der Lösung 2. Primärtrocknung a Entfernung des Eises durch Sublimation 3. Sekundärtrocknung a Entfernung von stärker gebundenem Wasser bei erhöhter Temperatur 109 Vials mit je 3ml 11 Thermoelemente Dauer: 39h 24min Xenia Riegger, Charakterisierung von Lyophilisaten, Wahlpflichtfach SS07

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

Karl Fischer Bestimmung des Restwassergehalts je ein Center Vial aller Formulierungen Xenia Riegger, Charakterisierung von Lyophilisaten, Wahlpflichtfach SS07

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% Xenia Riegger, Charakterisierung von Lyophilisaten, Wahlpflichtfach SS07

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 Xenia Riegger, Charakterisierung von Lyophilisaten, Wahlpflichtfach SS07

Röntgendiffraktometer Xenia Riegger, Charakterisierung von Lyophilisaten, Wahlpflichtfach SS07

Röntgendiffraktometrie - Methode 2q = 0.5° bis 40° 0.02° pro Sekunde je 1 Center- und 1 Edge-Vial aller Formulierungen Reinsubstanzen: Mannitol, Natriumchlorid und Citronensäure aUntersuchung auf Kristallinität und Mannitol- Modifikation Xenia Riegger, Charakterisierung von Lyophilisaten, Wahlpflichtfach SS07

Röntgendiffraktometrie - Ergebnisse Mannitol Ausgangssubstanz: v.a. Delta gefriergetrocknete Formulierungen mit Saccharose, Trehalose oder Polysorbat: v.a. Delta a Kristallisation zu Delta durch Hilfsstoffe erleichtert gefriergetrocknete Formulierungen ohne Zusätze (höchstens Citronensäure) : v.a. Beta a während Gefriertrocknung findet Kristallisation zu Beta statt Xenia Riegger, Charakterisierung von Lyophilisaten, Wahlpflichtfach SS07

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 zur Detektion Mannitol Hydrat nur in Formulierungen mit Saccharose Xenia Riegger, Charakterisierung von Lyophilisaten, Wahlpflichtfach SS07

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 a wenig Heterogenität im Prozess, Ergebnisse der verschiedenen Formulierungen vergleichbar Xenia Riegger, Charakterisierung von Lyophilisaten, Wahlpflichtfach SS07

DSC - allgemein Differential Scanning Calorimetry Thermoanalytisches Verfahren zur Beobachtung endothermer und exothermer Phasentransformationen Probentiegel und leerer Referenztiegel a Messung der Wärmestromdifferenzen beim Durchlaufen eines Temperaturprofils Xenia Riegger, Charakterisierung von Lyophilisaten, Wahlpflichtfach SS07

DSC - Phasentransformationen Beispiele: Endotherm: Schmelzpunkt, Glasübergang Exotherm: Kristallisation Xenia Riegger, Charakterisierung von Lyophilisaten, Wahlpflichtfach SS07

DSC - Methoden Methode 1: Methode 2/3: 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 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 Xenia Riegger, Charakterisierung von Lyophilisaten, Wahlpflichtfach SS07

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 Xenia Riegger, Charakterisierung von Lyophilisaten, Wahlpflichtfach SS07

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 Xenia Riegger, Charakterisierung von Lyophilisaten, Wahlpflichtfach SS07

Fazit gefriergetrocknete Mannitolformulierungen werden beeinflusst in: Kristallstruktur Restwassergehalt Schmelzverhalten Hilfsstoffe, die die Eigenschaften von Mannitol wesentlich verändern: Saccharose Trehalose Xenia Riegger, Charakterisierung von Lyophilisaten, Wahlpflichtfach SS07

Vielen Dank für die Aufmerksamkeit! Besonderer Dank gilt meinem Betreuer Stefan Schneid!

Quellen http://www.pharmazie.uni-duesseldorf.de 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 Xenia Riegger, Charakterisierung von Lyophilisaten, Wahlpflichtfach SS07