Мне кажется, наконец пришло время сформулировать пост о том, как создавать готовые формы на основе белков и пептидов. Для этого я расскажу вам о двух излюбленных методах дегидратации белков: распылительной сушке и лиофильной сушке. И я сфокусируюсь на прямом сравнении этих методов и на реальных примерах создания образцов белковых лекарственных форм с использованием распылительной сушки и лиофильной сушки.

Ни для кого не секрет, что я фанат спорта. Я уже писал о том, что смотрел чемпионат мира и Евро-2020 и веду споры о хоккее. Теперь, когда я на пенсии, я могу уделять спорту еще больше времени. А недавно, к моему величайшему удовольствию, я вместе с друзьями смотрел захватывающую гонку Формулы-1.

Но я ничего не могу с собой поделать, ведь кроме спорта, я также люблю науку. И как-то само собой получилось, что название «Формула-1» заставило меня задуматься о химических формулах! А потом о получении готовых лекарственных форм. И тогда я понял, что пора мне закончить серию статей о белках и пептидах, написав пост о том, как создавать лекарственные формы белков и пептидов.

Мы уже обсуждали, как очищать белки и как их концентрировать. Следующим и последним шагом в этом процессе будет создание готовой белковой формы:

Одна из наиболее распространенных причин, по которой нам необходимо создавать готовые формы для белков и пептидов – это их фармацевтическое применение. В лекарственных препаратах несколько веществ комбинируются с активным ингредиентом. Этот активный ингредиент, однако, может не быть непосредственно включен в рецептуру, поскольку он может быть нестабильным или проявлять нежелательные свойства. Одним из способов облегчения хранения перед включением в окончательную лекарственную форму является предварительное приготовление ингредиента либо в жидкой, либо в твердой форме.

Тип метода, который вы выбрали для сушки биофармацевтического препарата, обычно зависит от конечного использования соединения, характеристик соединения, финансовых аспектов, производственных мощностей и других требований.

Наиболее часто используемыми методами для приготовления белковых и пептидных лекарственных форм служат распылительная сушка и лиофильная сушка. Давайте сначала сравним оба метода в общих чертах:

Теперь давайте разберем каждый метод немного более подробно.

Применение распылительной сушки при создании готовых форм белков

Распылительная сушка является предпочтительным решением для сушки многих малых молекул и аморфных твердых дисперсий. Преимущества метода, в том числе низкая стоимость и возможности инженерии частиц, делают его привлекательным выбором для сушки лекарственных форм биофармацевтических препаратов. Этот метод является высокопроизводительным, непрерывным, легко масштабируемым и экономичным.

С точки зрения финансов, капиталовложений и эксплуатационных затрат, распылительная сушка при приготовлении белков обходится примерно в 4-7 раз дешевле, чем лиофильная сушка, даже несмотря на то что используется горячий газ, а сам процесс потребляет большое количество энергии.

Как я только что упомянул, возможность контролировать характеристики частиц высушенного порошка путем изменения параметров процесса делает этот метод идеально подходящим для таких применений, как ингаляционная и назальная доставка, когда характеристики частиц имеют особое значение. Использование распылительной сушки для приготовления белковых лекарственных форм позволяет эффективно превращать порошок в таблетки или капсулы после смешивания с наполнителями.

Как работает распылительная сушка при приготовлении белковых готовых форм?

Распылительную сушку осуществляют растворением, эмульгированием или диспергированием основного вещества в растворителе или в растворе материала-носителя. Затем материал тонко измельчается и распыляется в сушильной камере, где поток горячего осушающего газа испаряет растворитель с образованием сухих твердых частиц. Эти твердые частицы затем отделяются от газового потока и собираются.

Поскольку превращение жидкого продукта в сухой порошок достигается за одну стадию, распылительная сушка выгодна всякий раз, когда вы разрабатываете белковые формы, благодаря низкой стоимости, возможности масштабирования и простоте процесса. Вы можете легко производить таблетки или капсулы без измельчения или последующих этапов обработки. Поскольку распылительная сушка подвергает биомолекулы воздействию сдвиговых, воздушно-жидкостных, межфазных и дегидратационных воздействий, большинство чувствительных к температуре веществ, включая ферменты, белки и антибиотики, можно сушить распылением без существенной потери активности.

Одним из недостатков использования распылительной сушки для приготовления белковых лекарственных форм является выход в пределах лабораторного масштаба. Поскольку продукт оседает на стенках сушильной камеры и теряется с отработанным воздухом, выход обычно лежит в диапазоне от 20 до 70%.

Использование высокоэффективных циклов может увеличить выход более чем до 80%.

Однако имейте в виду, что недостаточно сильное распыление жидкости и неспособность циклона эффективно отделять мелкие частицы диаметром менее 2 мкм затрудняют получение и извлечение субмикронных частиц. Распылительная сушка в лабораторных масштабах также не подходит для получения частиц размером более 50 мкм, подобных тем, которые образуются при сушке в больших сушилках.

Использование лиофильной сушки для получения белковых лекарственных форм.

Лиофильная сушка, также известная как лиофилизация, является эффективным способом высушивания материала. В основе метода лежит физический принцип сублимации, заключающийся в прямом переходе между твердой и газообразной фазами, минуя жидкую фазу. Замороженный образец сушат в вакууме без промежуточного оттаивания. Лиофильная сушка особенно подходит для таких применений, как защита деликатных материалов от деградации или разложения, сохранение характеристик продукта и их первоначальной формы, консервация продуктов, требующих быстрой регидрации, или кондиционирование продукта для дальнейшего использования.

Ключевые параметры, которые необходимо контролировать при приготовлении белковых лекарственных форм с помощью лиофильной сушки, включают давление и температуру. От того, как вы установите эти параметры, будут зависеть характеристики образца.

Типичный процесс лиофильной сушки состоит из двух стадий: замораживания и первичной сушки. В некоторых случаях может потребоваться третья стадия, называемая вторичной сушкой, для удаления молекул растворителя, прочно связанных с образцом, и для дальнейшего снижения содержания влаги.

Большая часть воды удаляется из образца к концу фазы первичной сушки.

Независимо от того, формулируете ли вы лекарственную форму белков или других образцов, остаточное содержание влаги в продукте обычно составляет около 5-10% из-за воды, связанной с матрицей.

После фазы первичной сушки в образце больше не должно быть льда. На этапе вторичной сушки адсорбированные молекулы воды удаляются путем десорбции. Для достижения идеальных условий для десорбции требуются минимально возможное давление и высокие температуры полки. При выборе температуры полки также следует учитывать ее влияние на стабильность продукта. Стадия вторичной сушки обычно проходит быстрее, чем стадия первичной сушки.

В конце вторичной сушки при приготовлении белковой лекарственной формы влажность продукта должна быть в пределах 1-5%.

С точки зрения применения в фармацевтике лиофилизация обычно является предпочтительным методом для сохранения широкого спектра лекарственных соединений, особенно когда стабильность в жидком состоянии недостаточна и когда лекарственная форма не требует дальнейшей обработки, поскольку она разливается непосредственно в виалы, которые запечатываются в процессе сушки после прохождения всего цикла для предотвращения возможного загрязнения.

Во время лиофильной сушки все процессы протекают при низких температурах, что приводит к высоким выходам, отличной однородности продукта, высокому качеству с точки зрения активности, содержания воды и стабильности. Вы получаете продукт очень высокого качества, так как сублимационная сушка снижает риск нарушения присущих продукту свойств, в том числе риск коллапса, эвтектического расплавления или превышения температур стеклования.

А теперь я хотел бы показать, как вы можете использовать эти два метода, если хотите приготовить белковые лекарственные формы. Вот несколько примеров реальных белковых лекарственных форм, приготовленных распылительной сушкой и лиофильной сушкой:

Теперь, если вы хотите отвлечься и оценить все методы в целом, я рекомендую вам просмотреть бесплатное руководство Распылительная сушка: теория и области применения и Справочное руководство по лиофильной сушке, том 1: Теория и области применения. Также, вам мог бы быть полезным вебинар от моих коллег на тему Все об очистке, концентрации и включении в готовую форму белков и пептидов.

На этом, я думаю, пришло время прерваться, так как я и так довольно много болтаю. Если вы еще не решили, какая техника вам подходит, не бойтесь. Это ещё не все знания, которыми я могу с вами поделиться по этой теме. Настройтесь, я обещаю продолжить писать сообщения с советами и рекомендациями о том, как приготавливать лекарственные формы для белков и пептидов с использованием распылительной сушки и лиофильной сушки. Это, безусловно, должно помочь вам сделать более осознанный выбор при поиске идеальной техники для тех приложений, для которых вы делаете белковые лекарственные формы.

До новых встреч,