Uso di un micro-liofilizzatore per lo sviluppo di un processo di liofilizzazione = Use of a micro-freeze dryer for the design of a freeze-drying process

Il processo di liofilizzazione implica la rimozione di acqua da un prodotto a bassa pressione e temperatura per prolungare la shelf life del materiale. Tra i principali problemi che sorgono nello sviluppo di questo processo ci sono: la disponibilità limitata dei principi attivi dei prodotti farmaceutici e l'elevato costo del processo, poiché la fase di essiccamento primario potrebbe richiedere alcune ore o giorni se non vengono utilizzati i parametri appropriati, quindi ogni lotto di prova rappresenta un grande investimento economico. Per superare queste difficoltà, sono state sviluppate apparecchiature su piccola scala per caratterizzare le prestazioni della formulazione, consentendo di ottenere condizioni che possano riflettere quelle che si otterranno nelle apparecchiature di scala maggiore usate per la produzione industriale. Due sfide che possono sorgere nello scale-up del processo sono: la differenza nei livelli di irraggiamento, dovuta alle differenti caratteristiche delle apparecchiature, e la differenza nella temperatura di nucleazione del ghiaccio tra le apparecchiature. Il Micro-FD sviluppato da Millrock è un'apparecchiatura su piccola scala progettata per facilitare il processo dello scale-up. Questo dispositivo consente di superare i problemi dell’irraggiamento poiché ha un anello, chiamato Lyosim, all'interno della camera e a contatto con le fiale esterne. Esso può fornire un controllo ottimale della temperatura oltre ad essere in grado di emulare le condizioni di processo desiderate rispetto alla posizione della fiala in lotti più grandi. Ciò offre la possibilità di simulare l’evoluzione del prodotto in fiale centrali, eliminando l'effetto di bordo. Nella prima fase dello studio, il funzionamento del liofilizzatore micro-FD è stato caratterizzato con l'uso dei flaconi 20R, dove l'omogeneità del lotto è stata valutata durante la fase di essiccamento primario. Le condizioni operative sono state: -20°C e 0°C per la temperatura del ripiano riscaldante, 60 e 90 mTorr per la pressione della camera. La temperatura dell'anello è stata determinata in base alla temperatura media del prodotto, in modo che la temperatura di questo dispositivo sia inferiore di 1°C, 3°C e 5°C rispetto a quella del prodotto. In ogni test sono stati analizzati i profili di temperatura del prodotto, il flusso di sublimazione e la deviazione standard della perdita di peso di ciascun flacone, informazioni importanti per determinare se tutti i flaconi si comportano allo stesso modo e stabilire quanto differiscono dal comportamento medio. Al fine di stabilire se è possibile replicare i cicli di liofilizzazione eseguiti nel Micro-FD in un'apparecchiatura su scala industriale, è stata eseguita una serie di test nel liofilizzatore REVO utilizzando alcune delle condizioni valutate nella prima fase della Tesi. I risultati ottenuti in entrambe le apparecchiature vengono confrontati attraverso un modello unidimensionale per la descrizione dei fenomeni di trasferimento di massa e calore che avvengono durante il processo. Il modello si basa sulla definizione del coefficiente di trasferimento di calore e della resistenza della matrice solida al flusso di vapore. I risultati rivelano che grazie all'implementazione del dispositivo LyoSim nel Micro-FD è possibile trovare le condizioni operative appropriate per ottenere profili di temperatura media del prodotto molto simili a quelle del liofilizzatore di scala maggiore.