Technologie de surface et technologie des procédés pharmaceutiques – à quoi travaille le Fraunhofer IST en collaboration avec le PVZ de l'Université technique de Brunswick ?

Poinçon de comprimé recouvert d'une couche antiadhésive DLC SICON® pour la fabrication sans agent de démoulage de comprimés effervescents : prévention de l'adhérence du matériau pressé et protection contre l'usure. © Fraunhofer IST, Rainer et Natalie Meier

Exemple d'un tampon pour comprimé avec embout amovible. © Fraunhofer IST / Exemple d'un tampon pour comprimé avec embout amovible. © Fraunhofer IST

Funktionalisierung von Wirk- und Hilfsstoffen mittels Plasmaverfahren für eine optimierte Herstellung individualisierter Arzneimittel. © Fraunhofer IST, Falko Oldenburg / Fonctionnalisation des principes actifs et des excipients par des procédés plasma pour la fabrication optimisée de médicaments individualisés. © Fraunhofer IST, Falko Oldenburg

Dans la fabrication de médicaments, l'interaction des particules avec les surfaces joue un rôle déterminant. Que ces particules – qu'il s'agisse de principes actifs ou de granulés – adhèrent ou se détachent facilement dépend des propriétés des surfaces impliquées. En fonction du produit et du procédé, les exigences concrètes lors de la fabrication et de l'utilisation ultérieure de divers médicaments peuvent varier : une forte adhésion peut par exemple être importante dans la formulation de formes pharmaceutiques stables, tandis que dans d'autres cas, la prévention des agrégations est essentielle pour éviter des étapes de nettoyage coûteuses.

Nous discutons aujourd'hui avec le Dr Kristina Lachmann, responsable « Technologie médicale et systèmes pharmaceutiques » au Fraunhofer IST, et le Dr Jan Henrik Finke, collaborateur au Fraunhofer IST et responsable du secteur « Technologie des particules pharmaceutiques et biologiques » du Centre de technologie pharmaceutique de l'Université de Braunschweig, de l'utilisation des technologies de surface dans la fabrication de médicaments. À travers des exemples, ils nous donnent un aperçu de la façon dont les processus de fabrication peuvent être optimisés grâce à des revêtements innovants.

Chère Kristina, cher Jan, dans quels domaines du processus de production de médicaments la technologie de surface joue-t-elle un rôle ?

Kristina : La technologie de surface est importante à presque toutes les étapes de la fabrication de médicaments – de la synthèse du principe actif à la production de la forme pharmaceutique, jusqu'à l'emballage et l'utilisation par les patientes et patients. Cela signifie que l'interaction des particules pharmaceutiques avec les surfaces avec lesquelles elles entrent inévitablement en contact lors de leur synthèse, formulation ou application doit être précisément caractérisée et ajustée par la technologie de surface. Au Fraunhofer IST, nous travaillons avec nos partenaires à tous ces points de la chaîne de processus et proposons une approche globale : du conseil à la caractérisation, en passant par le développement de couches. Un exemple en est le processus de compression : dans le domaine du revêtement des poinçons de comprimés, nous disposons d'une expérience de longue date et de collaborations avec l'industrie pharmaceutique.

Grâce à la technologie de surface, il est donc possible de régler les propriétés d'adhésion. Pouvez-vous nous expliquer cela plus en détail à l'aide de l'exemple des poinçons de comprimés ?

Jan : Lors de la fabrication de comprimés, le principe actif est généralement sous forme de poudre et doit être pressé en forme, par exemple à l'aide de poinçons. Il est particulièrement important d'éviter une adhérence indésirable de la poudre de comprimé sur le poinçon, appelée « sticking », car cela entraîne non seulement des coûts de nettoyage plus élevés et des pertes de rendement, mais aussi, ce qui est beaucoup plus critique pour le patient, un risque que la dose ne soit plus correcte. Les nouveaux principes actifs représentent souvent un défi particulier lorsqu'il s'agit de régler la dose correcte dans le produit final, c'est-à-dire dans le comprimé. Actuellement, une équipe du Fraunhofer IST travaille à approfondir la compréhension scientifique de l'interaction entre particules et surfaces. L'objectif est de proposer des revêtements de poinçons sur mesure, permettant de contrôler précisément les forces d'interaction, afin d'améliorer directement l'efficacité et la stabilité des processus de production.

Outre la régulation de l'adhésion, qui est contrôlée par les propriétés physico-chimiques du revêtement, d'autres propriétés de surface, par exemple une certaine résistance à l'usure, sont souvent requises en fonction du produit et du processus. Celles-ci peuvent également être ajustées de manière ciblée grâce aux systèmes de couches, technologies et expertises disponibles au Fraunhofer IST.

Le projet de contrôle de l'adhésion dans le processus de compression est un exemple de coopération entre le Fraunhofer IST et le Centre de technologie pharmaceutique de l'Université de Braunschweig – qui fait quoi exactement ?

Kristina : Au Fraunhofer IST, nous disposons d'une longue expertise dans le dépôt de revêtements minces résistants à l'usure et à la corrosion, et collaborons depuis de nombreuses années avec différents fabricants de l'industrie pharmaceutique. La coopération avec le PVZ nous permet d'étudier et de développer systématiquement nos revêtements dans une infrastructure adaptée à l'industrie, afin d'offrir la meilleure solution pour chaque problématique. Au Fraunhofer IST, nous nous concentrons sur les revêtements, en développant des systèmes de couches existants ou en utilisant de nouveaux matériaux. Nous mettons également l'accent sur la faisabilité industrielle du procédé et la caractérisation des propriétés des couches – à la fois en fonction des conditions du procédé de dépôt et dans leur application dans la chaîne de processus pharmaceutique.

Jan : Au Centre de technologie pharmaceutique, comme son nom l'indique, nous disposons de l'infrastructure et des connaissances nécessaires pour analyser des processus pharmaceutiques tels que la fabrication de principes actifs et de formes pharmaceutiques. Notre collaboration avec le Fraunhofer IST constitue un complément parfait, car nous pouvons tester des surfaces revêtues dans des conditions de production réelles. Cela favorise un échange étroit entre science des matériaux et développement de procédés, ce qui permet d'apporter des solutions concrètes et adaptées à l'industrie.

Quels résultats ont déjà été obtenus ?

Jan : Notre connaissance de la régulation de l'adhésion dans le processus de compression peut être transférée à d'autres procédés. Actuellement, nous collaborons également avec des partenaires industriels sur la fragmentation de particules de principes actifs et sur des technologies de remplissage de capsules. Dans un autre projet dédié à la thérapie par inhalation, nous avons montré que nos revêtements pouvaient réduire l'adhésion des particules à la surface des inhalateurs jusqu'à 80 %. Cela augmente la sécurité d'utilisation des dispositifs médicaux ainsi que l'efficacité de l'utilisation des doses de principes actifs.

Que souhaitez-vous pour la poursuite réussie de cette coopération ?

Kristina : Nous avons encore de nombreuses idées pour de futurs projets ou thèmes que nous souhaitons explorer et améliorer grâce à la technologie de surface. D'un point de vue stratégique, il est important pour nous de transférer les connaissances acquises en recherche fondamentale vers des solutions concrètes pour l'application. La TU Braunschweig est un partenaire stratégique clé dans cette démarche.

Les étapes de processus mentionnées jusqu'ici impliquent principalement la modification d'outils issus de la chaîne de processus. Mais il est tout aussi possible d'appliquer directement ces revêtements sur divers dispositifs médicaux, par exemple sur les inhalateurs en plastique évoqués. Ici aussi, les interactions entre médicament et surface doivent être optimisées pour éviter des pertes lors de l'utilisation par le patient.

Un autre domaine de recherche concerne l'étude des interactions avec l'emballage ou la modification des particules pharmaceutiques elles-mêmes. Par exemple, au Fraunhofer IST, dans le cadre du projet collaboratif « RNApp » financé par le Land de Basse-Saxe, nous étudions les interactions entre lipides nanoparticulaires contenant de l’ARNm et leur emballage. L'objectif est de réduire ces interactions pour augmenter la stabilité en stockage. Ce projet nous permet de renforcer notre collaboration avec la TU Braunschweig et d'explorer un nouveau champ thématique, qui complète parfaitement l'expertise du PVZ.

Jan : Un sujet dont nous n'avons pas encore parlé est l'impression 3D de formes pharmaceutiques. Nous souhaitons combiner l'expertise de l'Institut de technologie des particules iPAT de la TU Braunschweig, notamment dans la fabrication et la caractérisation d'intermédiaires contenant des principes actifs, comme les filaments, ainsi que dans la régulation de la libération dans les formes pharmaceutiques, avec les compétences du Fraunhofer IST dans l'amélioration de l'adhérence entre matériaux et l'intégration de couches fonctionnelles pour la régulation de la libération. C'est une perspective supplémentaire passionnante pour de futurs projets.