Felületi technológia és gyógyszertechnológia – mivel foglalkozik a Fraunhofer IST együtt a TU Braunschweig PVZ-vel?

Tablettastempel DLC-mentes bevonattal, SICON® antiadhéziós réteggel a szén-dioxid-készítmény nélküli gyártáshoz: a préselt anyag tapadásának elkerülése és kopásvédelem. © Fraunhofer IST, Rainer és Natalie Meier

Példa egy tablettapecsétre levehető heggyel. © Fraunhofer IST / Példa egy tablettapecsétre levehető heggyel. © Fraunhofer IST

Funktionalisierung von Wirk- und Hilfsstoffen mittels Plasmaverfahren für eine optimierte Herstellung individualisierter Arzneimittel. © Fraunhofer IST, Falko Oldenburg / Funktionalisierung von Wirkstoffen und Hilfsstoffen durch Plasmaverfahren für die optimierte Herstellung individualisierter Arzneimittel. © Fraunhofer IST, Falko Oldenburg

Az gyógyszergyártásban a részecskék felületi kölcsönhatásai döntő szerepet játszanak. Akár a hatóanyagként, akár granulátumként jelen lévő részecskék tapadnak vagy könnyen leválaszthatók, ez a részecskékhez érintkező felületek tulajdonságaitól függ. A terméktől és a folyamatoktól függően a gyártás és a későbbi alkalmazás különböző követelményei változhatnak: például egy erős adhézió fontos lehet stabil gyógyszerformák kialakításánál, míg más esetekben a lerakódások megelőzése döntő, hogy elkerüljük a drága tisztítási lépéseket.

Ma Dr. Kristina Lachmannnal, a Fraunhofer IST „Orvostechnika és gyógyszeres rendszerek” vezetőjével, valamint Dr. Jan Henrik Finke-vel, a Fraunhofer IST munkatársával és a TU Braunschweig Gyógyszergyártási Technológiai Központjában működő „Gyógyszer- és biopartikuláris technológia” részleg vezetőjével beszélgetünk az felületi technológiák alkalmazásáról a gyógyszergyártásban. Példákon keresztül betekintést nyújtanak abba, hogyan lehet a gyártási folyamatokat innovatív bevonatokkal optimalizálni.

Kedves Kristina, kedves Jan, mely területeken játszik szerepet a felületi technológia a gyógyszergyártási folyamatban?

Kristina: A felületi technológia szinte minden lépésben fontos a gyógyszerkészítés során – a hatóanyag szintézisétől a gyógyszerforma gyártásán át a csomagolásig és a betegek általi alkalmazásig. Ez azt jelenti, hogy a gyógyszerészeti részecskék felületi kölcsönhatásait pontosan jellemezni és beállítani kell felületi technológiával. A Fraunhofer IST-nél partnerinkkel együttműködve minden említett folyamatlánc pontján dolgozunk, és átfogó szolgáltatásokat nyújtunk: tanácsadástól a jellemzésen át a rétegfejlesztésig. Egy példa erre a tablettázási folyamatok: a tablettázó szerszámok bevonásának területén hosszú évek óta tapasztalatokkal és együttműködésekkel rendelkezünk a gyógyszeriparral.

Felületi technológiával tehát beállíthatók az adhéziós tulajdonságok. Tudnátok ezt például a tablettázó szerszámok esetében részletesebben elmagyarázni?

Jan: A tabletta gyártásánál a hatóanyag általában por formájában van, és például tablettázó szerszámok segítségével formára préselik. Különösen fontos, hogy ne forduljon elő nem kívánt tapadás, az ún. „stickiness”, mert ez nemcsak a tisztítási költségek és a termelési veszteségek növekedéséhez vezet, hanem – a beteg számára sokkal kritikusabb módon – akár a dózis pontatlanságához is. Különösen az új hatóanyagok esetében jelent kihívást a megfelelő dózis beállítása a végtermékben, azaz a tablettában. Jelenleg egy kutatócsoport a Fraunhofer IST-nél azon dolgozik, hogy mélyítse a részecske-felület kölcsönhatásának tudományos megértését. Célunk, hogy személyre szabott felületi bevonatokat kínáljunk a szerszámokra, amelyekkel a kölcsönhatási erőket célzottan lehet szabályozni, így közvetlenül javítva a gyártási folyamatok hatékonyságát és stabilitását.

A felületi tulajdonságok beállításán túl, amelyek a bevonat fizikai-kémiai tulajdonságaitól függenek, a terméktől és a folyamattól függően gyakran más felületi jellemzők is szükségesek, például egy bizonyos kopásállóság, amelyeket a Fraunhofer IST által elérhető rétegrendszerek, technológiák és szakértelem segítségével szintén célzottan lehet beállítani.

A tablettázási folyamat adhéziószabályozási projektje például a Fraunhofer IST és a TU Braunschweig Gyógyszergyártási Technológiai Központ közötti együttműködés példája – ki mit csinál valójában?

Kristina: A Fraunhofer IST-nél hosszú évek óta szakértelemmel rendelkezünk vékony kopásálló bevonatok leválasztásában, és már évek óta működünk együtt különböző gyártókkal a gyógyszeriparban. A PVZ-vel való együttműködés lehetővé teszi számunkra, hogy ipari relevanciájú infrastruktúrában vizsgáljuk és folyamatosan fejlesszük bevonatainkat, hogy a legjobb megoldást kínáljuk az adott kérdésre. A Fraunhofer IST-nél a bevonatokra összpontosítunk, fejlesztjük a meglévő rétegrendszereket vagy teljesen új anyagrendszereket alkalmazunk. Emellett kiemelten figyelünk a folyamat ipari alkalmazhatóságára és a rétegek tulajdonságainak jellemzésére – mind a bevonatolási feltételek, mind a gyógyszeripari folyamatlánc alkalmazásának szempontjából.

Jan: A Gyógyszergyártási Technológiai Központban, ahogy a neve is mutatja, rendelkezünk az infrastruktúrával és a tudással, hogy gyógyszerészeti folyamatokat, például a hatóanyag- és gyógyszerforma-gyártást elemezzünk. Együttműködésünk a Fraunhofer IST-vel tökéletes kiegészítés, mivel képesek vagyunk bevont felületeket tesztelni valós gyártási körülmények között. Ez szoros kapcsolatot teremt az anyagtudomány és a folyamatfejlesztés között, ami új, gyakorlatias megoldásokat kínál az ipar számára.

Milyen eredmények születtek eddig?

Jan: Tudásunk a tablettázási adhéziószabályozásról más folyamatokra is átültethető. Jelenleg ipari partnerekkel együtt dolgozunk a hatóanyag-részecskék őrlésén és a kapszula töltés technológiáin is. Egy másik projektben az inhalációs terápiában kimutattuk, hogy bevonataink akár 80%-kal csökkenthetik a részecskék felületi lerakódását az inhalátorokon, ezáltal növelve a gyógyszerek alkalmazási biztonságát és a hatóanyag-dózisok hatékony felhasználását.

Mire kívánnak még fókuszálni a sikeres együttműködés érdekében?

Kristina: Még sok ötletünk van a jövőbeni projektekhez vagy témákhoz, amelyeket kutatni szeretnénk, és felületi technológiával fejlesztenénk. Stratégiai szempontból fontosnak tartjuk, hogy az alapkutatás során szerzett ismereteket releváns megoldásokra tudjuk átültetni az alkalmazásban. A TU Braunschweig ebben egy fontos stratégiai partner számunkra.

A folyamatlépések során elsősorban a folyamatlánc eszközeit módosítjuk. Ugyanakkor a bevonatokat közvetlenül is alkalmazhatjuk különböző orvostechnikai eszközökön, például a fent említett műanyag inhalátorokon. Itt is fontos, hogy a gyógyszer és a felület közötti kölcsönhatás úgy legyen kialakítva, hogy elkerüljük a felhasználás során keletkező veszteségeket.

Egy másik kutatási terület a csomagolással való kölcsönhatások vizsgálata vagy a gyógyszerészeti részecskék módosítása. Például a Fraunhofer IST-nél jelenleg a Niedersachsen tartomány által támogatott „RNApp” nevű szövetségi projektben vizsgáljuk az mRNS-tartalmú lipid nanorészecskék és a csomagolás közötti kölcsönhatásokat. Célunk ezek csökkentése a tárolási stabilitás növelése érdekében. A projekt lehetőséget ad arra, hogy bővítsük a TU Braunschweig-kel való együttműködést, és egy új témakört fedezzünk fel, amely kiválóan kiegészíti a PVZ szakértelmét.

Jan: Egy olyan téma, amiről eddig még nem beszéltünk, a gyógyszerforma 3D nyomtatása. Itt az a célunk, hogy a TU Braunschweig Partikeltechnikai Intézetének szakértelmét a hatóanyag-tartalmú közbenső termékek, például filamentumok gyártásában és jellemzésében, valamint a felszabadulás szabályozásában ötvözzük a Fraunhofer IST képességeivel, különösen a tapadási problémák javításában anyag-kombinációk esetén, valamint funkciós rétegek beépítésében a felszabadulás szabályozására. Ez egy újabb izgalmas perspektíva a jövőbeli projektek számára.