Técnicas de superficie y procesos farmacéuticos: ¿en qué trabaja conjuntamente el Fraunhofer IST con el PVZ de la TU Braunschweig?

Estampilla de tableta recubierta con una capa antiadherente DLC SICON® para la fabricación sin agentes liberadores de tabletas efervescentes: Prevención de adherencias del material prensado y protección contra el desgaste. © Fraunhofer IST, Rainer y Natalie Meier

Ejemplo de un sello de pastillas con punta extraíble. © Fraunhofer IST / Example of a tablet stamp with removable tip. © Fraunhofer IST

Funcionalización de ingredientes activos y excipientes mediante procesos de plasma para la producción optimizada de productos farmacéuticos individualizados. © Fraunhofer IST, Falko Oldenburg

En la producción de medicamentos, la interacción de partículas con superficies desempeña un papel fundamental. Ya sea que estas partículas — ya sean principios activos o granulados — se adhieran o se desprendan fácilmente, depende de las propiedades de las superficies involucradas. Según el producto y el proceso, los requisitos específicos en la fabricación y en el uso posterior de diferentes medicamentos pueden variar: una adhesión fuerte puede ser importante, por ejemplo, en la formulación de formas farmacéuticas estables, mientras que en otros casos, prevenir las acumulaciones es crucial para evitar costosos pasos de limpieza.

Hoy hablamos con la Dra. Kristina Lachmann, jefa de «Tecnología médica y sistemas farmacéuticos» en el Fraunhofer IST, y con el Dr. Jan Henrik Finke, colaborador en el Fraunhofer IST y jefe del área «Tecnología de partículas farmacéuticas y biopartículas» en el Centro de Tecnología de Procesos Farmacéuticos de la TU Braunschweig, sobre el uso de tecnologías de superficie en la producción de medicamentos. A través de ejemplos, nos ofrecen una visión de cómo los procesos de fabricación pueden optimizarse mediante recubrimientos innovadores.

Querida Kristina, querido Jan, ¿en qué áreas del proceso de producción de medicamentos juega un papel la tecnología de superficies?

Kristina: La tecnología de superficies es importante en casi todos los pasos de la fabricación de medicamentos, desde la síntesis del principio activo, pasando por la producción de la forma farmacéutica, hasta el envasado y la aplicación por parte de los pacientes. Es decir, la interacción de partículas farmacéuticas con superficies con las que entran en contacto durante su síntesis, formulación o uso, debe caracterizarse con precisión y ajustarse mediante tecnología de superficies. En el Fraunhofer IST, trabajamos con nuestros socios en todos estos puntos de la cadena de proceso y ofrecemos servicios integrales: desde asesoramiento, caracterización hasta desarrollo de recubrimientos. Un ejemplo son los procesos de tableteado: en el área del recubrimiento de punzones de tabletas, contamos con una larga experiencia y colaboraciones con la industria farmacéutica.

Por medio de la tecnología de superficies, es posible ajustar las propiedades de adhesión. ¿Podrían explicarnos esto con más detalle en el ejemplo de los punzones de tabletas?

Jan: En la fabricación de tabletas, el principio activo suele presentarse inicialmente en forma de polvo y debe comprimirse, por ejemplo, con punzones de tabletas. Es especialmente importante que no se produzca una adhesión no deseada del polvo de la tableta al punzón, lo que se conoce como «stickiness», ya que esto, además de aumentar los costos de limpieza y las pérdidas en el rendimiento del producto, puede, en el caso de los pacientes, afectar la dosificación, que ya no será precisa. Los principios activos nuevos representan a menudo un desafío particular en cuanto a ajustar la dosis correcta en el producto final, es decir, en la tableta. Actualmente, un equipo del Fraunhofer IST trabaja en profundizar el entendimiento científico de la interacción entre partículas y superficies. El objetivo es ofrecer recubrimientos de superficies a medida para los punzones, que permitan controlar específicamente las fuerzas de interacción, mejorando así la eficiencia y estabilidad de los procesos de producción.

Además de controlar la adhesión, que se regula mediante las propiedades fisicoquímicas del recubrimiento, en función del producto y del proceso, a menudo se requieren otras propiedades de superficie, como cierta resistencia al desgaste, que también pueden ajustarse de manera específica mediante los sistemas de capas, tecnologías y conocimientos disponibles en el Fraunhofer IST.

El proyecto para controlar la adhesión en el proceso de tableteado es un ejemplo de la colaboración entre el Fraunhofer IST y el Centro de Tecnología de Procesos Farmacéuticos de la TU Braunschweig — ¿quién hace qué exactamente?

Kristina: En el Fraunhofer IST, contamos con una amplia experiencia en la deposición de recubrimientos delgados resistentes al desgaste y a la abrasión, y colaboramos desde hace muchos años con diversos fabricantes de la industria farmacéutica. La colaboración con el PVZ nos permite investigar y desarrollar sistemáticamente nuestros recubrimientos en infraestructura relevante para la industria, para ofrecer la mejor solución para cada problema específico. En el Fraunhofer IST, nos centramos en los recubrimientos, desarrollamos sistemas de capas existentes o utilizamos nuevos sistemas de materiales. También nos enfocamos en la aplicabilidad industrial del proceso y en la caracterización de las propiedades de las capas, tanto en función de las condiciones del proceso de deposición como en su uso dentro de la cadena de procesos farmacéuticos.

Jan: En el Centro de Tecnología de Procesos Farmacéuticos, contamos con la infraestructura y el conocimiento necesarios para analizar procesos farmacéuticos como la fabricación de principios activos y formas farmacéuticas, como indica claramente su nombre. Nuestra colaboración con el Fraunhofer IST complementa perfectamente, ya que podemos probar superficies recubiertas en condiciones de producción reales. Esto genera un intercambio cercano entre ciencia de materiales y desarrollo de procesos, que ofrece soluciones prácticas e innovadoras para la industria.

¿Qué resultados ya se han obtenido?

Jan: Nuestro conocimiento sobre el control de adhesión en el proceso de tableteado puede aplicarse a otros procesos. Actualmente, colaboramos con socios industriales en la molienda de partículas de principios activos y en tecnologías para el llenado de cápsulas. En otro proyecto sobre terapia inhalatoria, demostramos que nuestros recubrimientos pueden reducir la acumulación de partículas en la superficie de los inhaladores hasta en un 80 %, lo que aumenta la seguridad de uso de los dispositivos médicos y la eficiencia en el uso de las dosis de principio activo.

¿Qué desean para el éxito futuro de la colaboración?

Kristina: Tenemos muchas ideas para futuros proyectos o temas que queremos investigar y mejorar mediante tecnología de superficies. Desde una perspectiva estratégica, es importante para nosotros transferir los conocimientos adquiridos en la investigación básica a soluciones relevantes para la aplicación. La TU Braunschweig es un socio estratégico clave en este sentido.

En los pasos del proceso mencionados, principalmente se modifican herramientas de la cadena de proceso. Sin embargo, también es posible aplicar los recubrimientos directamente en diversos productos médicos, por ejemplo, en los inhaladores de plástico mencionados. Aquí también, las interacciones entre el medicamento y la superficie deben estar coordinadas para evitar pérdidas durante su uso por parte del paciente.

Otro campo de investigación es el estudio de las interacciones con el envase, o incluso la modificación de las partículas farmacéuticas mismas. Por ejemplo, en el proyecto colaborativo «RNApp» financiado por el Land de Baja Sajonia y en curso en el Fraunhofer IST, investigamos las interacciones entre nanopartículas lipídicas que contienen mRNA y el envase. El objetivo es reducir estas interacciones para aumentar la estabilidad en almacenamiento. Este proyecto nos permite fortalecer la colaboración con la TU Braunschweig y explorar nuevos ámbitos temáticos que complementan perfectamente la experiencia del PVZ.

Jan: Un tema que aún no hemos mencionado y que es muy interesante, es la impresión 3D de formas farmacéuticas. Aquí queremos combinar la experiencia del Instituto de Tecnología de Partículas iPAT de la TU Braunschweig en la fabricación y caracterización de intermediarios con principios activos, como filamentos, y el control de la liberación en formas farmacéuticas, con las competencias del Fraunhofer IST en mejorar la adhesión en combinaciones de materiales y en introducir capas funcionales para el control de la liberación. Esta es otra perspectiva emocionante para futuros proyectos.