Technologie povrchů a farmaceutické procesní techniky – na čem společně s PVZ Technické univerzity Braunschweig pracuje Fraunhofer IST?

Tablettová razítka potažená antiadhezivním vrstvou DLC SICON® pro výrobu tabletek do vody bez použití uvolňovacího prostředku: prevence přilnavosti stlačeného materiálu a ochrana proti opotřebení. © Fraunhofer IST, Rainer a Natalie Meier

Příklad tabletového razítka s odnímatelným hrotem. © Fraunhofer IST / Příklad tabletového razítka s odnímatelným hrotem. © Fraunhofer IST

Funkcionalizace účinných a pomocných látek pomocí plazmových procesů pro optimalizovanou výrobu individualizovaných léčiv. © Fraunhofer IST, Falko Oldenburg / Funkcionalizace účinných látek a pomocných látek pomocí plazmových procesů pro optimalizovanou výrobu individualizovaných farmaceutických produktů. © Fraunhofer IST, Falko Oldenburg

V lékové výrobě hraje interakce částic s povrchy rozhodující roli. Ať už se jedná o přilnavost těchto částic – ať už ve formě účinných látek nebo granulátů – nebo jejich snadné oddělení, závisí na vlastnostech dotčených povrchů. V závislosti na produktu a procesu se mohou konkrétní požadavky při výrobě a následném použití různých léčiv lišit: silná adheze může být například důležitá při formulaci stabilních lékových forem, zatímco v jiných případech je klíčové zabránit usazování, aby se předešlo nákladným čisticím krokům.

Dnes hovoříme s Dr. Kristinou Lachmann, vedoucí oddělení „Medizintechnik und pharmazeutische Systeme“ ve Fraunhofer IST, a Dr. Janem Henriki Finke, pracovníkem ve Fraunhofer IST a vedoucím oddělení „Pharma- und Biopartikeltechnik“ na Centru pro farmaceutické procesní inženýrství Technické univerzity Braunschweig, které je součástí Institutu pro částicovou techniku iPAT, o použití povrchových technologií ve výrobě léčiv. Na příkladech nám poskytnou pohled, jak lze výrobní procesy optimalizovat pomocí inovativních povlaků.

Milá Kristino, milý Jane, v jakých oblastech výrobního procesu léčiv hraje povrchová technologie roli?

Kristina: Povrchová technologie je důležitá téměř ve všech krocích výroby léčiv – od syntézy účinné látky přes výrobu lékové formy až po balení a použití pacienty. To znamená, že interakce farmaceutických částic s povrchy, se kterými přirozeně přicházejí do kontaktu během syntézy, formulace nebo použití, musí být přesně charakterizována a upravena pomocí povrchové technologie. Ve Fraunhofer IST spolupracujeme s našimi partnery na všech uvedených bodech výrobního řetězce a nabízíme komplexní služby: od poradenství přes charakterizaci až po vývoj vrstev. Příkladem jsou tabletařské procesy: v oblasti povrchové úpravy tabletových razníků máme dlouholeté zkušenosti a spolupráce s farmaceutickým průmyslem.

Pomocí povrchové technologie je možné upravit adhezní vlastnosti. Můžete nám to podrobněji vysvětlit na příkladu tabletových razníků?

Jan: Při výrobě tablet je účinná látka zprvu obvykle ve formě prášku a musí být například pomocí tabletových razníků stlačena do tvaru. Je zvlášť důležité, aby nedocházelo k nežádoucímu přilnutí prášku na razník, tzv. „sticking“, protože to nejen zvyšuje náklady na čištění a snižuje výtěžnost produktu, ale – což je pro pacienta podstatně kritičtější – může dojít k nesprávnému dávkování. Obzvlášť nové účinné látky často představují výzvu při nastavování správné dávky v konečném produktu, tj. v tabletě. V současnosti tým Fraunhofer IST pracuje na prohloubení vědeckého porozumění interakce částic s povrchy. Cílem je nabídnout na míru šité povrchové vrstvy razníků, které umožní cíleně řídit síly interakce a tím přímo zlepšit efektivitu a stabilitu výrobních procesů.

Kromě řízení adheze, které je řízeno fyzikálně-chemickými vlastnostmi povlaku, jsou v závislosti na produktu a procesu často požadovány i další vlastnosti povrchu, například určitou odolnost vůči opotřebení, kterou lze cíleně upravit pomocí systémů vrstev, technologií a odbornosti dostupných ve Fraunhofer IST.

Projekt řízení adheze v tabletářském procesu je příkladem spolupráce mezi Fraunhofer IST a Centrem pro farmaceutické procesní inženýrství TU Braunschweig – kdo vlastně co dělá?

Kristina: Ve Fraunhofer IST máme dlouholetou expertízu v oblasti nanášení tenkých, odolných povlaků proti opotřebení a již řadu let spolupracujeme s různými výrobci z farmaceutického průmyslu. Spolupráce s PVZ nám umožňuje zkoumat naše povlaky v průmyslové infrastruktuře a systematicky je dále rozvíjet, abychom mohli nabídnout nejlepší řešení pro danou otázku. Ve Fraunhofer IST se zaměřujeme na povlaky, vyvíjíme stávající systémy vrstev nebo využíváme úplně nové materiálové systémy. Zároveň klademe důraz na průmyslovou realizovatelnost procesu a charakterizaci vlastností vrstev – jak v závislosti na podmínkách procesu nanášení, tak v použití v rámci farmaceutického výrobního řetězce.

Jan: V Centru pro farmaceutické procesní inženýrství máme, jak název napovídá, infrastrukturu a znalosti k analýze farmaceutických procesů, jako je výroba účinných látek a lékových forem. Naše spolupráce s Fraunhofer IST představuje dokonalé doplnění, protože můžeme testovat povrchové vrstvy za reálných výrobních podmínek. Tím vzniká úzká spolupráce mezi materiálovým vědami a vývojem procesů, která přináší nové praktické řešení pro průmysl.

Jaké již existují výsledky?

Jan: Naše znalosti o řízení adheze v tabletářském procesu lze přenést na jiné procesy. V současnosti spolupracujeme s průmyslovými partnery také na drcení účinných látek a technologiích plnění kapslí. V dalším projektu zaměřeném na inhalaci jsme ukázali, že naše povlaky dokážou snížit usazování částic na povrchu inhalátorů až o 80 %. To výrazně zvyšuje bezpečnost použití zdravotnických prostředků a efektivní využití dávek účinných látek.

Co si přejete pro úspěšné pokračování spolupráce?

Kristina: Máme ještě spoustu nápadů na budoucí projekty nebo témata, která bychom chtěli zkoumat a zlepšovat pomocí povrchové technologie. Z strategického hlediska je pro nás důležité přenést poznatky získané v základním výzkumu do relevantních řešení pro praxi. TU Braunschweig je v tomto ohledu důležitým strategickým partnerem.

U dosud zmíněných kroků procesu především upravujeme nástroje z výrobního řetězce. Stejně tak lze povlaky přímo aplikovat na různé zdravotnické prostředky, například na výše zmíněné inhalátory z plastu. I zde musí být vzájemné interakce mezi léčivem a povrchem sladěny tak, aby se předešlo ztrátám při použití pacientem.

Dalším výzkumným směrem je zkoumání interakcí s obalem nebo také modifikace samotných farmaceutických částic. Například ve Fraunhofer IST v rámci aktuálního společného projektu podporovaného spolkovým zemím Dolní Sasko s názvem „RNApp“ zkoumáme interakce lipidových nanočástic obsahujících mRNA s obalem. Cílem je tyto interakce snížit, aby se zvýšila skladovací stabilita. Projekt nám umožňuje rozšířit spolupráci s TU Braunschweig a dále rozvíjet další oblast, která nejlépe doplňuje odborné znalosti PVZ.

Jan: Jedním z témat, o kterém jsme dosud nemluvili, je 3D tisk lékových forem. Chceme zde spojit odborné znalosti Institutu pro částicovou techniku iPAT na TU Braunschweig v oblasti výroby a charakterizace účinných látek v intermediátech, například filamentů, a řízení uvolňování v lékových formách s kompetencemi Fraunhofer IST v oblasti zlepšení přilnavosti při kombinaci materiálů a zavádění funkčních vrstev pro řízení uvolňování. To představuje další vzrušující perspektivu pro budoucí projekty.