Tecnologia delle superfici e tecnologia dei processi farmaceutici – a cosa lavora insieme il Fraunhofer IST con il PVZ dell'Università di Braunschweig?

Stampo per compresse rivestito con uno strato antiaderente DLC SICON® per la produzione senza agenti distaccanti di compresse effervescenti: prevenzione dell'adesione del materiale pressato e protezione dall'usura. © Fraunhofer IST, Rainer e Natalie Meier

Esempio di un timbro per compresse con punta rimovibile. © Fraunhofer IST

Funzionalizzazione di principi attivi e eccipienti mediante processi plasma per la produzione ottimizzata di farmaci personalizzati. © Fraunhofer IST, Falko Oldenburg

Nell'ambito della produzione di medicinali, l'interazione tra particelle e superfici gioca un ruolo fondamentale. Se queste particelle – siano esse principi attivi o granulati – aderiscano o si stacchino facilmente, dipende dalle proprietà delle superfici coinvolte. In base al prodotto e al processo, i requisiti specifici nella produzione e nell'applicazione successiva di diversi medicinali possono variare: un'adesione forte può essere importante, ad esempio, nella formulazione di forme farmaceutiche stabili, mentre in altri casi è cruciale prevenire l'adesione per evitare costosi passaggi di pulizia.

Oggi parliamo con la Dott.ssa Kristina Lachmann, responsabile di «Tecnologia medica e sistemi farmaceutici» presso il Fraunhofer IST, e con il Dott. Jan Henrik Finke, collaboratore presso il Fraunhofer IST e responsabile della sezione «Tecnologia di farmaci e bioparticelle» del Centro per la tecnologia dei processi farmaceutici dell'Università di Braunschweig, dell'Istituto di tecnologia dei particelle iPAT, sul ruolo delle tecnologie di superficie nella produzione di medicinali. Attraverso esempi, ci offriranno uno sguardo su come i processi di produzione possano essere ottimizzati mediante rivestimenti innovativi.

Cara Kristina, caro Jan, in quali aree del processo di produzione dei medicinali la tecnologia delle superfici svolge un ruolo?

Kristina: La tecnologia delle superfici è importante in quasi tutti i passaggi della produzione di medicinali – dalla sintesi del principio attivo, alla produzione della forma farmaceutica, fino all'imballaggio e all'uso da parte dei pazienti. Ciò significa che l'interazione tra particelle farmaceutiche e superfici, con cui inevitabilmente vengono a contatto durante la sintesi, la formulazione o l'applicazione, deve essere accuratamente caratterizzata e controllata tramite tecnologia delle superfici. Al Fraunhofer IST collaboriamo con i nostri partner su tutti i punti della catena di processo e offriamo servizi completi: dalla consulenza, alla caratterizzazione, allo sviluppo di rivestimenti. Un esempio sono i processi di compressione: nel settore del rivestimento degli stampi per compresse, vantiamo un'esperienza pluriennale e collaborazioni con l'industria farmaceutica.

Attraverso la tecnologia delle superfici, è possibile regolare le proprietà di adesione. Potete spiegarci più nel dettaglio, usando come esempio gli stampi per compresse?

Jan: Nella produzione di compresse, il principio attivo si presenta inizialmente come polvere e deve essere compresso in forma, ad esempio, usando gli stampi. È particolarmente importante che non si verifichi un'adesione indesiderata della polvere di compressa allo stampo, chiamata «sticking», poiché ciò comporta costi di pulizia più elevati e perdite di resa del prodotto – e, in modo più critico per il paziente, può portare a una dose errata. I principi attivi nuovi rappresentano spesso una sfida particolare, soprattutto nel garantire la corretta dose nel prodotto finale, cioè nella compressa. Attualmente, un team del Fraunhofer IST lavora per approfondire la comprensione scientifica dell'interazione tra particelle e superfici. L'obiettivo è offrire rivestimenti su misura per gli stampi, che permettano di controllare miratamente le forze di interazione, migliorando così l'efficienza e la stabilità dei processi produttivi.

Oltre al controllo dell'adesione, regolato dalle proprietà chimico-fisiche del rivestimento, in base al prodotto e al processo spesso sono richieste altre caratteristiche di superficie, ad esempio una certa resistenza all'usura, che possono essere regolate anche attraverso i sistemi di rivestimento, le tecnologie e l'expertise disponibili presso il Fraunhofer IST.

Il progetto di controllo dell'adesione nel processo di compressione è un esempio di collaborazione tra il Fraunhofer IST e il Centro per la tecnologia dei processi farmaceutici dell'Università di Braunschweig – chi fa cosa, esattamente?

Kristina: Presso il Fraunhofer IST abbiamo una lunga esperienza nell'applicazione di rivestimenti sottili e resistenti all'usura, e collaboriamo da molti anni con diversi produttori dell'industria farmaceutica. La collaborazione con il PVZ ci permette di studiare e sviluppare sistematicamente i nostri rivestimenti in infrastrutture industriali pertinenti, per offrire la soluzione migliore per ogni problema specifico. Al Fraunhofer IST ci concentriamo sui rivestimenti, sviluppiamo sistemi di rivestimento esistenti o utilizziamo nuovi sistemi di materiali. Ci focalizziamo anche sulla fattibilità industriale del processo e sulla caratterizzazione delle proprietà dei rivestimenti – sia in relazione alle condizioni di processo di deposizione, sia nell'applicazione all'interno della catena di processo farmaceutica.

Jan: Al Centro per la tecnologia dei processi farmaceutici abbiamo, come suggerisce il nome, le infrastrutture e le competenze per analizzare processi farmaceutici come la produzione di principi attivi e forme farmaceutiche. La nostra collaborazione con il Fraunhofer IST rappresenta un complemento perfetto, poiché possiamo testare superfici rivestite in condizioni di produzione reale. Si crea così uno stretto scambio tra scienza dei materiali e sviluppo dei processi, che porta a soluzioni pratiche e innovative per l'industria.

Quali risultati sono già stati ottenuti?

Jan: La nostra conoscenza sulla regolazione dell'adesione nel processo di compressione può essere applicata ad altri processi. Attualmente collaboriamo con partner industriali anche sulla frantumazione delle particelle di principio attivo e sulle tecnologie di riempimento delle capsule. In un altro progetto di terapia inalatoria, abbiamo dimostrato che i nostri rivestimenti riducono l'adesione delle particelle sulla superficie degli inalatori fino all'80%. Ciò aumenta la sicurezza d'uso dei dispositivi medici e l'efficacia nell'utilizzo delle dosi di principio attivo.

Quali sono le vostre aspettative per il successo della collaborazione futura?

Kristina: Abbiamo molte idee per progetti futuri o temi da esplorare e migliorare tramite la tecnologia delle superfici. Da un punto di vista strategico, è importante per noi trasferire le conoscenze acquisite nella ricerca di base a soluzioni pratiche applicabili. La TU Braunschweig è un partner strategico fondamentale in questo percorso.

Per i passaggi di processo finora menzionati, si modificano principalmente strumenti della catena di processo. Tuttavia, le superfici rivestite possono essere applicate anche direttamente su diversi dispositivi medici, ad esempio sugli inalatori di plastica menzionati. Anche in questo caso, le interazioni tra farmaco e superficie devono essere ottimizzate per evitare perdite durante l'uso da parte del paziente.

Un altro campo di ricerca riguarda l'analisi delle interazioni con l'imballaggio o anche una modifica delle particelle farmaceutiche stesse. Ad esempio, al Fraunhofer IST, nell'ambito del progetto con finanziamento del Land Niedersachsen «RNApp», studiamo le interazioni tra nanoparticelle lipidiche contenenti mRNA e l'imballaggio. L'obiettivo è ridurne le interazioni per aumentare la stabilità nel tempo. Il progetto ci permette di rafforzare la collaborazione con la TU Braunschweig e di esplorare ulteriori ambiti di ricerca, che integrano perfettamente le competenze del PVZ.

Jan: Un tema di cui finora non si è parlato è la stampa 3D di forme farmaceutiche. Qui vogliamo combinare l'expertise dell'Istituto di tecnologia dei particelle iPAT dell'Università di Braunschweig, specializzato nella produzione e caratterizzazione di intermedi contenenti principi attivi, come i filamenti, e nel controllo del rilascio nelle forme farmaceutiche, con le competenze del Fraunhofer IST nel miglioramento dell'adesione tra materiali e nell'integrazione di strati funzionali per il controllo del rilascio. Questa rappresenta un'altra prospettiva interessante per progetti futuri.