Автореферат и диссертация по медицине (14.04.01) на тему:Совершенствование процесса сублимационного высушивания лекарственных препаратов

На правах рукописи

ШҐ

/

БАХТИН ИЛЬЯ АЛЕКСАНДРОВИЧ

Совершенствование процесса сублимационного высушивания лекарственных препаратов

14.04.01 - Технология получения лекарств

15 мдр ті

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата фармацевтических наук

Пермь-2012

005013718

Работа выполнена в Государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Пермская государственная фармацевтическая академия» Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации (г. Пермь).

Научный руководитель:

доктор медицинских наук Научный консультант: доктор фармацевтических наук, доцент

Официальные оппоненты:

доктор фармацевтических наук, профессор

Несчисляев Валерий Александрович

Орлова Екатерина Владимировна

Сульдин Александр Владимирович ГБОУ ВПО «Пермская государственная фармацевтическая академия» Минздравсоцразвития России, профессор кафедры фармацевтической технологии Пучнин Владимир Сергеевич «Обнинская химико-фармацевтическая компания», генеральный директор Ведущая организация: ГБОУ ВПО «Пятигорская государственная фармацевтическая академия» Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации.

кандидат фармацевтических наук

Защита состоится 10 апреля 2012 г. в 13-00 часов на заседании диссертационного совета Д 208.068.01 при ГБОУ ВПО «Пермская государственная фармацевтическая академия» Минздравсоцразвития России по адресу: 614990, г. Пермь, ул. Полевая, 2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГБОУ ВПО «Пермская государственная фармацевтическая академия» Минздравсоцразвития России по адресу: г. Пермь, ул. Крупской, 46.

Дата размещения объявления о защите на сайте Министерства образования и науки Российской Федерации 11йр//^толу.топ^оу.ги « » марта 2012 г. на сайте ПГФА: www.pfa.ru « Р? » марта 2012 г. Автореферат разослан « ¿У» марта 2012 г.

И.о. ученого секретаря диссертационного совета Д 208.068.01, доктор фармацевтических наук, доцент '

Вихарева Елена Владимировн

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Реалии фармацевтического рынка России свидетельствуют о существенном доминировании импортных лекарственных средств, которые, как правило, превосходят отечественную продукцию по совокупности потребительских характеристик. Создание современных конкурентоспособных препаратов и технологий является важной задачей для фармацевтической промышленности страны.

Анализ ситуации позволяет обосновать актуальность проблемы и наметить пути решения задач по обеспечению практического здравоохранения конкурентоспособными, высокоэффективными и доступными отечественными лекарственными средствами. Необходимые мероприятия должны включать проведение прикладных научно-исследовательских разработок, в т.ч. в сфере способов получения известных лекарственных препаратов.

К основным направлениям прикладных исследований по решению данной проблемы можно отнести интенсификацию поиска и внедрения новых технологических приемов, позволяющих повысить эффективность процесса производства за счет снижения себестоимости, увеличения объема выпуска, улучшения качественных свойств отечественных препаратов. Для лекарственных средств, выпускаемых в виде лиофилизатов, важной стадией технологического процесса является сублимация (Нежута А. А.). Указанный способ стабилизации является, как правило, заключительным этапом производства и относится к лимитирующим факторам, ограничивающим выпуск данной продукции и существенно влияющим на её качественные характеристики и себестоимость.

В связи с вышеизложенным поиск и внедрение технологических инноваций в сфере сублимационного высушивания, представляются актуальными при решении задач по увеличению доли отечественной продукции на фармацевтическом рынке.

Цель работы. Цель настоящего исследования - повышение эффективности процесса стабилизации в производстве лекарственных препаратов, выпускаемых в виде лиофилизатов во флаконах и ампулах.

Задачи исследования.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

• Разработать универсальный вариант защитной среды (ксеропротектора) для лиофилизации иммунобиологических препаратов на основе пробиотических бактериальных культур.

• Унифицировать режимы замораживания и сублимационного высушивания в производстве пробиотиков.

• Оптимизировать условия замораживания лекарственных средств на основе активных фармацевтических субстанций.

• Сократить продолжительность процессов сублимации в производстве лекарственных препаратов, выпускаемых в виде лиофилизатов.

• Оценить изменение технико-экономических показателей производства лиофилизированных лекарственных препаратов после внедрения новых режимов стабилизации.

Научная новизна. Получена новая совокупность данных, расширяющая наши представления о процессе лиофилизации в технологии лекарственных средств. Использованы оригинальные методические подходы, направленные на унификацию, интенсификацию и оптимизацию режимов замораживания и сублимационного высушивания лекарственных средств, включая иммунобиологические препараты (лакто-, бифидумбактерин, ацилакт, колибактерин, бификол) и препараты на основе активных фармацевтических субстанций (лидаза, даларгин, проспидин, кокарбоксилаза).

Определены особенности процесса замораживания для каждого препарата с учетом его эвтектических параметров и влияния на структурные характеристики получаемых лиофилизатов. Исследовано влияние различных компонентов защитных сред на технологические свойства бактериальных суспензий. Впервые реализован интегральный подход к процессу сублимации бактериальных суспензий с учетом объемно-поверхностного заполнения флаконов и интенсивности их нагрева. Показано, что интенсификация процесса лиофилизации не оказывает негативного воздействия на специфическую активность препаратов.

Практическая значимость работы определяется предложенными апробированными в производственных условиях технологическими приемами позволяющими осуществлять подбор адекватных защитных сред совершенствовать и разрабатывать режимы сублимационного высушивани лекарственных средств, как выпускаемых, так и новых, а также, унифицироват процессы стабилизации препаратов в условиях массового производства.

Практическое использование разработок позволило сократит продолжительность процесса сублимационного высушивания и его себестоимост при производстве флаконных и ампульных форм пробиотических препаратов лекарственных препаратов на основе активных фармацевтических субстанций получать лиофилизаты, соответствующие по всем показателям специфическо активности требованиям нормативных документов и при этом обладающи улучшенными физическими свойствами.

Результаты представленной работы отражены в НД: ПР № 04802997-32006 на производство лидазы, лиофилизата для приготовления раствора для инъекций и местного применения 64 УЕ, ПР № 04862997-10-06 на производство кокарбоксилазы, лиофилизата для приготовления раствора для внутривенного и внутримышечного введения 50 мг, ПР № 04862997-06-07 на производство даларгина, лиофилизата для приготовления раствора для внутривенного и внутримышечного введения 1 мг, ПР № 04862997-45-05 на производство проспидина лиофилизированного 0,1 г для инъекций, ПР № 04862997-48-2010 на производство бифидумбактерина сухого, лиофилизата для приготовления суспензии для приема внутрь и местного применения, ПР № 04862997-56-2010 на производство лактобактерина сухого, лиофилизата для приготовления суспензии для приема внутрь и местного применения.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы представлены на Всероссийской научно-практической конференции в Пятигорской фармацевтической академии в 2010 г, а также на XVII Российском национальном конгрессе «Человек и лекарство», г. Москва, 2010. Диссертация апробирована и рекомендована к защите на межкафедральном заседании ГБОУ ВПО «Пермской государственной фармацевтической академии» Минздравсоцразвития России и научно-технического совета филиала ФГУП «НПО «Микроген» Минздравсоцразвития России в г. Пермь «Пермское НПО «Биомед» 2 декабря 2011 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ, в том числе 2 в изданиях списка ВАК. Получен 1 Патент РФ на изобретение.

Связь задач исследования с проблемным планом фармацевтических наук. Диссертационная работа выполнена в соответствии с планами научно-исследовательских работ ГБОУ ВПО «Пермская государственная фармацевтическая академия» Минздравсоцразвития России кафедры промышленной технологии лекарственных средств с курсом биотехнологии. Номер государственной регистрации 01.9.50 007426.

Конкретное участие автора в получении научных результатов. Основные экспериментальные результаты, приведенные в работе, получены самим автором или при непосредственном его участии. Отработка варианта методики определения эвтектической температуры растворов лекарственных средств, проведение экспериментальных работ по определению их эвтектических параметров, сокращение продолжительности процесса стабилизации лекарственных препаратов на основе активных фармацевтических субстанций, выпускаемых в виде лиофилизатов, выполнены лично автором. Разработка универсального варианта защитной среды и режима замораживания и сублимации пробиотических препаратов проведены

совместно с сотрудниками отделения препаратов бактериотерапии. Контроль показателей качества экспериментальных и производственных серий препаратов, полученных на основе предложенных режимов замораживания и сублимационного высушивания проводился на базе лабораторий объединенного цеха (начальник цеха к.ф.н. Е.Б. Кулакова) и ОКК НПО «Биомед» (начальник ОКК к.м.н. А.Б. Перевозчиков).

Объем и структура диссертации. Работа изложена на 123 страницах машинописного текста, содержит 18 таблиц и 14 рисунков. Состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, трех глав экспериментальных исследований, выводов, списка цитируемой литературы, включающего 161 литературных источника, из них 119 отечественных и 42 зарубежных авторов, приложения.

Положения, выносимые на защиту:

• Разработка состава и соотношения компонентов защитной среды для бактериальных культур, используемых в производстве пробиотических лекарственных препаратов.

• Усовершенствование способа стабилизации пробиотических бактериальных культур, включающее применение универсального ксеропротектора и унифицированного режима сублимационного высушивания.

• Оптимизация условий замораживания лекарственных средств на основе активных фармацевтических субстанций.

• Сокращение продолжительности процесса сублимационного высушивания препаратов, выпускаемых в виде лиофилизатов (лидаза, кокарбоксилаза, даларгин, проспидин).

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Первая глава представляет собой анализ данных литературы, касающихся использования процессов высушивания в фармацевтическом производстве в качестве методов стабилизации лабильных лекарственных средств, а также способов консервации культур микроорганизмов, и свидетельствует о том, что метод сублимационного высушивания в настоящее время является наиболее применяемым и удобным для практических целей.

В обзоре изложены современные сведения теоретического, технологического и технического характера об осуществлении процесса лиофилизации, способах определения эвтектических температур растворов лекарственных препаратов, подвергаемых сублимационному высушиванию. Освещены технологические аспекты производства лекарственных препаратов, выпускаемых в виде лиофилизатов.

Отражена важность процесса сублимационного высушивания в технологии лабильных лекарственных препаратов, как биологической природы, так и на основе активных фармацевтических субстанций, который оказывает огромное влияние на качество выпускаемой продукции и в неадекватном варианте может привести к существенному снижению специфической активности лекарственного препарата и значительным потерям по физическим свойствам. Кроме того, являясь энергоемкой и экономически затратной стадией, требующей дорогостоящего аппаратурного оформления, лиофилизация в значительной степени определяет экономическую составляющую технологического процесса.

Во второй главе представлены материалы и методы, использованные при проведении работы. В исследованиях по стабилизации пробиотических культур применяли бактериальные взвеси производственных штаммов Lactobacillus plantarum 8Р-АЗ, Bifidobacterium bifidum 1, Escherichia coli M-17, Lactobacillus acidophilus К3Ш24, Lactobacillus acidophilus NKi, Lactobacillus acidophilus 100 аш, коммерческие и экпериментальные образцы препаратов на их основе: «Лактобактерин сухой», «Бифидумбактерин сухой», «Ацилакт сухой», «Бификол сухой», «Колибактерин сухой», полученные в отделении препаратов бактериотерапии филиала ФГУП «НПО «Микроген» Минздравсоцразвития России в г. Пермь «Пермское НПО «Биомед» при отработке состава защитных сред и режимов лиофилизации.

При разработке режимов сублимационного высушивания в качестве объектов исследования использовали коммерческие препараты: «Лидаза лиофилизат для приготовления раствора для инъекций и местного применения 64 УЕ», «Кокарбоксилаза лиофилизат для приготовления раствора для внутривенного и внутримышечного введения 50 мг», «Даларгин лиофилизат для приготовления раствора для внутривенного и внутримышечного введения 1 мг», «Проспидин лиофилизированный 0,1 г для инъекций».

Эвтектическая температура (температура полного затвердевания раствора) определялась с помощью прибора мегомметр при удельном сопротивлении раствора равном 20 мОм.

Оценка качества полученных лиофилизатов и экспериментальных серий осуществлялась по всем показателям, предусмотренным частными ФС и ФСП, а также в соответствии с ГФ XI, в. 1,2.

Полученные результаты обработаны методами вариационной статистики (Гланц, 1999). Статистическую значимость различий между группами оценивали с использованием непарного t-критерия Стъюдента. Различия считали статистически значимыми при р<0,05. Результаты в таблицах и на рисунках представлены в виде средней арифметической, ее стандартной ошибки (М±ш) и коэффициента корреляции (г).

Третья глава посвящена исследованиям и новым адекватным технологическим приемам, направленным на совершенствование способа стабилизации и улучшения биологических и физических свойств препаратов нормофлоры на основе штаммов лакто-, коли-, бифидо- и других бактерий, выпускаемых в виде лиофилизатов во флаконах.

На эффективность использования сублимационной техники влияет продолжительность цикла высушивания. Сокращение длительности технологического процесса является обязательной составляющей исследований, направленных на оптимизацию и интенсификацию его этапов. Для сублимационного высушивания оно предполагает «ужесточение» условий сублимации, связанное с интенсивным подогревом биомассы. При этом повышаются требования к защитным средам для лиофилизации, которые должны гарантированно обеспечить при получении сухого препарата сохранение жизнеспособности клеток и приемлемую структуру (внешний вид) лиофилизированного препарата.

В ходе исследований по подбору адекватных ксеропротекторов была проведена разработка универсального варианта защитной среды, которая могла бы быть использована при получении наиболее массовых отечественных пробиотических препаратов медицинского назначения на основе лакто-, бифидобактерий, а также других клеток в виде сухой биомассы во флаконах. В то же время предполагалось ее применение для получения лиофилизатов, отвечающих по технологическим параметрам требованиям изготовления различных лекарственных форм пробиотических препаратов.

Защитная среда (крио- и ксеропротектор) для каждого штамма бактерий должна включать качественно и количественно сбалансированный набор компонентов для снижения негативного влияния процессов замораживания и сублимационного высушивания и уменьшения гибели клеток и отходов продукции по физическим свойствам. При выборе компонентов были учтены концентрация клеток в бактериальной суспензии, ее эвтектические характеристики, а также параметры температурного воздействия при замораживании и удалении воды из биоматериала.

Добиваясь унификации защитных сред, применяемых в производстве пробиотиков, приходилось ориентироваться на ограничение номенклатуры используемых компонентов, представленных в составе ксеропротекторов для «жестких» режимов сублимации. При таких режимах высушивания для снижения негативного биологического и структуродеформирующего эффекта необходимо, как правило, увеличение концентрации ксеропротектора в бактериальной суспензии. Нужно отметить, что добиться улучшения структуры лиофилизата во флаконе значительно сложнее, чем получить при этом необходимое количество живых клеток в препарате.

При определении температуры замерзания бактериальных взвесей лактобактерий и бифидобактерий, лактобактерин был выбран в роли базовой экспериментальной модели для отработки оптимального унифицированного состава защитной среды. Выбор был обусловлен тем, что бактериальная взвесь штамма Ь. р1атагит 8Р-АЗ отличается значительной концентрацией клеток (до 10ш КОЕ/мл) и низкой эвтектической температурой (ниже минус 55 °С), что определяет повышенные технические требования к аппаратурному оформлению при проведении процессов замораживания и высушивания образцов данного препарата.

При конструировании состава защитных сред были учтены результаты предварительных исследований, свидетельствующие о возможности использования традиционных компонентов: обезжиренного молока и сахарозы, которые обеспечивали приемлемый уровень сохранения живых бактерий при различных вариантах лиофилизации препарата во флаконе. Основная задача заключалась в выборе высокомолекулярного структурообразующего компонента, который, обеспечивая биологический эффект, способствовал бы получению лиофилизата с удовлетворительными физическими свойствами, соответствующими описанию: кристаллическая или пористая масса в виде сформированной «таблетки». Известно, что получаемый внешний вид высушенного препарата во многом зависит от эвтектических параметров подготовленного к розливу и сублимации раствора. Чем ниже его эвтектическая температура, тем он более требователен к температуре замораживания. В свою очередь конечная температура полностью зависит от возможностей оборудования, которое не всегда способно обеспечить необходимые параметры. Структурообразующий компонент, нивелируя низкие эвтектические характеристики бактериальных суспензий, за счет своих физических свойств, должен способствовать получению по окончании процесса сублимации качественно сформированной структуры препарата. Поэтому перед проведением сравнительных испытаний следующих веществ: желатина, крахмала картофельного, натрий карбоксиметилцеллюлозы (Ыа-КМЦ) и поливинилпирролидона (ПВП), известных своим применением в составе комплексных ксеропротекторов, были исследованы температуры их полного затвердевания. Полученные значения позволили предположить, что наиболее пригодными для применения в составе защитной среды являются желатин и ПВП. (табл. 1).

Таблица 1

Эвтектические параметры различных компонентов защитных сред

№ п/п Структурообразующий компонент (рабочий раствор) Эвтектическая температура, "С

1 Желатин (8 %) минус 20

2 Ыа-КМЦ(1 %) минус 33

3 Крахмал (10 %) минус 27

4 ПВП(10%) минус 22

Полученные результаты показали, что все варианты защитных сред оказывали практически аналогичное протективное действие, обеспечивая достаточно высокий уровень выживаемости клеток, что подтвердило целесообразность использования сахарозы и обезжиренного молока. По внешнему виду сухой биомассы лактобактерина наиболее выраженный положительный результат обнаружен у защитной среды, в составе которой использовали желатин. Альтернативные составы, особенно контрольный вариант ксеропротектора, значительно уступали ему по этому параметру (табл. 2).

Таблица 2

Характеристика и эффективность защитных сред для лиофилизации

Состав защитной среды Эффект

№ Структурообразующий компонент (рабочий раствор) Сахароза Молоко Эвтект. точка суспензии, °С Биопротективный, % сохранения жизнеспособных клеток Структурообразующий, % некондиционных образцов

1 Желатин (8 %) + + минус 39 50,2±2,9 5,7+0,3***

2 Иа-КМЦ (1 %) + + минус 45 50,6+2,3 43,1+1,2

3 Крахмал (10%) + + минус 43 51,0+3,1* 67,4+1,3

4 ПВП(10%) + + минус 42 50,4+2,7* 32,5+0,7

5 - (контроль) + + минус 49 49,9+2,7* 83,2+1,2

Примечание: *** - р<0,001 по 1-критерию Стьюдента по отношению к другим защитным средам.

На основе комплексной оценки защитного действия предложенный вариант сахарозо-желатино-молочной (СЖМ) среды был выбран в качестве наиболее подходящего ксеропротектора для изготовления лактобактерина и внедрен в производство этого препарата.

С учетом полученного результата следующий этап исследований был направлен на создание универсального варианта данной защитной среды для

пробиотических культур.

Отработка оптимального количественного соотношения компонентов ее состава проводилась также на модели суспензии лактобактерина. Апробированы компоненты защитной среды в разных пропорциях с учетом эвтектических характеристик и объема наполнения флакона, оказывающих влияние на физические свойства лиофилизированного препарата. При этом учитывали возможность оборудования обеспечить конечную температуру замораживания на уровне минус (45-50) °С и требования по необходимому количеству живых бактерий в препарате, а также экономические факторы, связанные с продолжительностью высушивания и стоимостью препарата (табл.

3).

Таблица 3

Влияние соотношения компонентов защитной среды на эвтектические свойства бактериальной суспензии

№ п/п Состав бакте риальной суспензии для розлива Объем препарата для розлива во флакон с учетом дозировки по жизнеспособным клеткам, мл

Бактериальная взвесь, частей Защитная среда Эвтект. точка, °С

СЖ, частей Молоко, частей

1 9 0,5 0,5 минус 51 1,8

2 9 1 1 минус 48 2,0

3 9 2 2 минус 42 2,2

4 9 2,5 3 минус 39 2,5

Результаты апробации выявили оптимальным, с учетом всех перечисленных факторов, следующий состав защитной среды: 9 частей бактериальной взвеси на 4 части СЖМ. Увеличение удельного веса защитной среды в составе препарата приводит к увеличению объема наполнения флакона, и как следствие длительности процесса сублимации. Уменьшение количества защитной среды ведет к ухудшению технологических свойств бактериальной суспензии.

Универсальный вариант позволил в целом уменьшить количественное содержание защитной среды в бактериальной суспензии при сохранении всех качественных характеристик получаемой продукции, что весьма значимо в условиях массового производства данного препарата.

Результаты апробации разработанного варианта универсальной защитной среды в производстве флаконной формы пробиотических препаратов лактобактерин, бифидумбактерин, колибактерин, бификол, ацилакт свидетельствуют о хороших защитных свойствах и целесообразности ее

применения в производстве флаконной формы пробиотических препаратов (табл. 4).

Таблица 4

Состав и эффективность протективного действия универсальной

защитной среды

Препарат Состав бактериальной суспензии для розлива Объем разлитого препарата во флаконе, мл Соответствие серии лиофилизированного препарата требованиям НД

Бактериальная взвесь, частей Защитная среда Эвтект. точка, °С

СЖ, частей Молоко, частей Биологические параметры Физические параметры (отсутствие выраженных дефектов структуры, % образцов)

Лакто-бактерин 9 2 2 минус 42 2 ±0,2 соотв. не менее 92

Бифидум-бактерин 8-9 1-2 2 минус 36 2 ±0,2 соотв. не менее 96

Ацилакт* 9 2 2 минус 35 2 ±0,2 соотв. не менее 94

Бификол 9 2 2 минус 35 2 ±0,2 соотв. не менее 96

Коли-бактерин 9 2 2 минус 33 2 ±0,2 соотв. не менее 94

* - экспериментальные серии

Развитие элементов унификации в способе получения пробиотиков применительно к процессу стабилизации бактериальных культур не могло не затронуть операции замораживания и собственно сублимационного высушивания. Предпосылки к разработке единообразных режимов замораживания и удаления воды (льда) для разных препаратов базировались на применении аналогичных защитных сред (СЖМ) и объемов наполнения флаконов по (2,0±0,2) мл. Кроме того, использование унифицированных питательных сред (казеиново-дрожжевые) для накопления биомассы пробиотических микроорганизмов, а также близкий по метаболитному спектру состав их культуральных жидкостей способствовали реализации данного направления исследований. Наиболее низкие эвтектические параметры суспензий лактобактерина из всей группы массовых пробиотиков, создающие значительные технологические проблемы при лиофилизации, позволили

считать режимы его замораживания и высушивания в качестве базовых вариантов в ходе унификации процесса стабилизации.

При отработке единого режима замораживания препаратов (рис. 1) не возникло каких-либо затруднений, так как общепринятый процесс сверхмедленного охлаждения (менее 1 °С/мин) обеспечивает первичную и вторичную кристаллизацию влаги в бактериальных суспензиях без существенного негативного влияния на жизнеспособность клеток. В низкотемпературных камерах Холодовым воздействием на уровне минус 50 °С в течение (15±1) ч гарантированно достигается полное замораживание всех пробиотических культур. Практически этот режим, первоначально связанный с замораживанием лактобактерина, может быть использован в производстве всех других пробиотических и бактерийных препаратов.

Рис.1. Режим замораживания пробиотиков

Известно, что длительность следующего этапа сублимации пропорциональна объему наполнения флакона и зависит от толщины (высоты) замороженного слоя. При розливе во флакон вместимостью 5 мл препарата в объеме 2 мл (5 доз) высота (толщина) вертикального столба составляет 13 мм. При этом невозможно исключить проявления неравномерного высушивания и повреждения бактерий. Уменьшение объема наполнения флакона за счет снижения дозировки препарата экономически нецелесообразно, так как вызывает существенное увеличение себестоимости единицы готовой продукции. Решение данной проблемы базировалось на использовании технологического приема, связанного с увеличением площади свободной

я.

поверхности замороженного препарата и, соответственно, ускорением процесса сублимации. Замороженный в наклонном положении под углом не менее (45) 0 флакон позволяет до двух и более раз увеличить площадь десорбции (рис. 2).

Позитивные моменты связаны также с возможностью интенсивной подачи тепла на полки сублиматора, сокращением

продолжительности этапа и уменьшением дефектов макроструктуры сухой биомассы бактерий при ее быстром нагреве.

При отработке этапа сублимации предложен режим, отличительной

особенностью которого является интенсивный нагрев полок со скоростью (15±5) °С/ч до максимальной температуры 35 °С при определенных параметрах температуры конденсатора и величины вакуума (рис. 3).

Рис. 2. Способ увеличения площади десорбции

-температура полок ■температура препарата ^—температура полок

режим до

усовершенствования ^—температура препарата

Температура конденсатора не выше минус 50 С

Рис. 3. Режим сублимации пробиотиков

Продолжительность завершающего этапа досушивания определена в ходе многочисленных экспериментов. Выдерживание продукта на плюсовых температурах в течение 18 ч обеспечивает остаточную влажность готового препарата в диапазоне (1,5±0,5) %.

Был проведен сравнительный анализ параллельно высушенных в одном сублиматоре образцов лакто-, бифидумбактерина и ацилакта с вертикальной и наклонной заморозкой флаконов (табл. 5).

Таблица 5

Влияние способа замораживания на параметры лиофилизированных

препаратов

Препарат Способ замораживания Кол-во образцов Биологические показатели

с дефектом макроструктуры КОЕ/доза Активность кислотообразо- От, вания, Т

Лактобак-терин наклонно 8,14±0,27*** 2,26±0,08х109 252,15±5,29

вертикально 41,60±1,01 2,20±0,07х109 252,70±5,72

Бифидум-бактерин наклонно 4,21±0,31*** 7,05±0,48х107 118,30±4,73

вертикально 12,18±0,67 6,25±0,54х107 111,69±2,83

Ацилакт наклонно 7,32±0,29*** 13,25±4,52х107 244,69±4,73

вертикально 29,16±0,73 14,07±4,53х107 246,10±5,86

Примечание: *** - р<0,001 по ^критерию Стьюдента по отношению к вертикальному способу замораживания.

Установлено, что биологические параметры тех и других образцов не имеют отличий. При этом наклонная заморозка позволяет существенно снизить количество некондиционных по макроструктуре образцов бифидумбактерина (в 3 раза), лактобактерина (в 5 раз), ацилакта (в 4 раза) по сравнению с вертикальным вариантом.

Разработанный и апробированный режим лиофилизации обеспечивает высокую стабильность биологических и физических показателей лакто-, бифидумбактерина, ацилакта, бификола и колибактерина на протяжении регламентированного срока хранения при температуре (6±2) °С.

Предложенный универсальный режим лиофилизации пробиотиков, включающий наклонное замораживание препаратов во флаконах (ампулах) и интенсивный нагрев полок на этапе сублимации, при определенных значениях показателей вакуума и температуры конденсатора в настоящее время используется при изготовлении лакто- и бифидумбактерина в Пермском филиале ФГУП «НПО «Микроген», а его особенности отражены в новых редакциях производственных регламентов на данные пробиотические препараты.

Представленные в настоящей главе результаты исследований в сфере технологии флаконных форм пробиотиков послужили основой для

совершенствования производственного процесса стабилизации лакто- и бифидумбактерина и позволили в 1,5 раза увеличить эффективность использования парка сублимационного оборудования, а также снизить расходы сырья и электроэнергии на единицу готовой продукции.

В четвертой главе представлены результаты исследований по усовершенствованию процесса лиофилизации ряда препаратов: лидазы, кокарбоксилазы, даларгина, проспидина.

В технологической сфере, охватывающей лиофильное высушивание различных по составу и спектру действия лекарственных средств, основная проблема была обусловлена разнообразием объемной дозировки, вариантов стеклянной тары и исходных физических параметров лиофилизируемых препаратов (процентное содержание основного вещества, эвтектические характеристики) (табл. 6).

Таблица 6

Исходные параметры лиофилизируемых препаратов

Препарат Содержание Вид Объем Высота Эвтект.

сухого первичной наполнения, столба температура,

остатка, % упаковки мл жидкости, мм °С

Лидаза 3 АШП-2 0,5 9 29

Кокарбоксилаза 10 АШП-3 0,5 7 33

Даларгин 0,1 АШП-2 0,5 9 10

Проспидин 10 АШП-5 1,0 10 34

Вышеуказанное требовало максимального учета специфики и сводило к минимуму возможность унификации процесса стабилизации. В данных обстоятельствах были использованы адекватные по каждому препарату методические подходы, направленные на оптимизацию выполнения этапов замораживания и высушивания. При этом отсутствие в составе препаратов защитной среды, незначительное содержание сухого остатка (до 0,1 %) не упрощало задачи, а создавало дополнительные технологические затруднения для процесса формирования «таблеток» - визуально воспринимаемых объемноструктурированных лиофилизатов в ампулах.

Важным фактором при отработке режима замораживания является эвтектическая характеристика раствора, или температура его полного перехода в твердую фазу, т.к. при наличии жидкой фазы, даже во внешне замороженном материале, в начале процесса сублимации могут произойти необратимые явления, такие как нарушение целостности слоя препарата и его физической структуры.

Учитывая то, что замерзание всех растворов исследованных препаратов происходит при температуре не выше минус 34 МС, а технические возможности сублимационных установок позволяют достигать конечную температуру полок минус 35 °С, было принято считать рациональным выполнение замораживания в сублимационном аппарате. Такой подход открывает возможность осуществлять выполнение всех этапов лиофилизации без привлечения дополнительного низкотемпературного оборудования, исключив неизбежно происходящее отепление препарата и опасность микробной контаминации при его перегрузке и из одного типа оборудования в другое, а также использовать конечную температуру замораживания продукции всего на 1-2 градуса ниже эвтектической.

Кроме того, установлено, что специфика заморозки в сублиматоре способствует снижению проявлений цветовой неоднородности образцов лиофилизата препарата лидаза и исключить негативное влияние очень низкой концентрациии основного вещества в растворе препарата даларгин, которые подвергались лиофилыюму высушиванию, по сравнению с замораживанием в низкотемпературной камере с принудительным движением охлаждающего воздуха. Это обусловлено возможностью более равномерного понижения температуры препарата во всех образцах одной серии.

Для лидазы и даларгина установлена важная роль температурного градиента, лимитирующего величину разности температур загруженного препарата и полок, а также полок в начале и конце замораживания.

Разработанный двустадийный процесс сверхмедленного замораживания (менее 1 °С/мин), отличающийся тем, что начальную температуру полок устанавливали на уровне не ниже минус 15 °С с постепенным ее понижением до минус (35±5) "С со скоростью порядка (7,5±2,5) "С/ч после загрузки ампул с разлитым препаратом. При таком режиме замораживания (см. рис. 4) раствор даларгина и лидазы переходит в минусовую зону не позднее 1,5 ч от начала процесса, а к 6 часу достигает температуры полок. Учет указанных температурных факторов позволил значительно снизить цветовую неоднородность и количество продукции несоответствующей по внешнему виду.

Реализация указанных методических подходов позволила оптимизировать процесс замораживания, в частности, его минимальная продолжительность была сокращена до 8 ч, на 33,3 % для препарата лидаза и на 50 % для препарата даларгин, без негативных последствий для качества продукции.

25

I

20

-О- температура полок —температура препарата

-температура полок

температура препарата

9

10 11

" Й х

3

в.

о

-40

Рис. 4. Режим замораживания препарата лидаза и даларгин

При разработке режима замораживания препаратов кокарбоксилазы и проспидина были учтены все факторы, которые могли оказать влияние на особенности проведения процесса лиофилизации, а именно содержание основного вещества в растворе, предназначенного для высушивания, которое являлось оптимальным (10 %), эвтектическая температура растворов - не ниже минус 34 °С, отсутствие вариантов по цветности в готовом лиофилизате (пористая масса белого цвета). Таким образом, особых требований к условиям замораживания, а именно начальной температуре и скорости охлаждения, препараты не предъявляли. Предложенный режим замораживания в целях сокращения его продолжительности было решено осуществлять на максимально охлажденных полках сублиматора (не выше минус 35 °С), при этом не исключалась возможность применения низкотемпературной камеры для осуществления этого этапа.

При данном режиме температура полок (камеры) достигала конечной уже через 1 ч от начала процесса, а температура продукта к 4-му часу. Последующая выдержка (закаливание) при конечной температуре полок сублиматора (камеры) на уровне не выше минус 35 °С, 2-часовая для кокарбоксилазы и 4-часовая для проспидина, учитывая высоту столба растворов в ампуле 7 мм и 9 мм соответственно, позволила обеспечить полный переход растворов препаратов в твердую фазу во всех единицах первичной упаковки (см. рис.5).

12 13 14 15 16 17 18

•в- температура полок

А температура препарата — температура полок

температура препарата

"40"" "~-о-5-о-о-5-5-5-о-о--о^

-45 -

Рис. 5. Режим замораживания препарата кокарбоксилаза и проспидин

Такой подход определил возможность сократить продолжительность процесса замораживания кокарбоксилазы на 67 % - с 18 ч до 6 ч, проспидина на 37,5 %-с 16 ч до 10 ч.

При апробации вариантов высушивания целенаправленно пытались максимально сократить продолжительность этапов сублимации и досушивания адекватно техническим возможностям оборудования и требованиям к физическим параметрам лиофилизата. Во всех случаях апробирован технологический прием, основанный на интенсивном нагреве замороженного продукта на этапе сублимации.

При отработке интенсивности нагрева полок сублиматора было установлено, что для лидазы, даларгина и проспидина вполне подходит универсальный режим лиофилизации пробиотиков, включая показатели вакуума и температуру конденсатора (не более 16,0 Па, не выше минус 50 °С соответственно).

Высокая скорость нагрева полок (до 20 °С/ч) до конечной температуры (35 °С) при таком варианте процесса сублимации не вызывала деструктивных эффектов, т.е. соответствовала уровню резистентности замороженной массы препарата к термодесорбции влаги (см. рис. 6).

— температура препарата

режим до усовершенствован йа",ер"тура "'" "

темепратура препарата

Температура конденсатора не выше минус 50 °С

Рис. 6. Режим сублимации препарата лидаза, даларгин, проспидин

Особенностью препарата кокарбоксилаза, с точки зрения второго этапа сублимационного высушивания, является достаточно большая площадь десорбции с относительно небольшой высотой замороженного слоя, что не позволило использовать максимально быстрый нагрев полок, применимый для других препаратов, в связи с тем, что интенсивное испарение вызывало разрушение сформированной в процессе замораживания «таблетки» и ее трансформацию в порошок.

Для снижения влияния этого негативного фактора, собственно этап сублимации, ранее осуществлялся без подогрева препарата в течение 20 часов, что существенно сказывалось на общей продолжительности процесса (более 40 часов).

Предложенный вариант режима сублимационного высушивания заключался в проведении основного его этапа при температуре полок (0±5) С в течение (10±2) ч, что позволило максимально сократить процесс удаления воды без негативного влияния на физические свойства препарата, его внешний вид (см. рис. 7).

В ходе отработки условий и продолжительности этапа досушивания было необходимо получать препараты с различной остаточной влажностью: от 3 до 11 %. Для гарантированного достижения требуемой величины остаточной влажности (в абсолютном большинстве образцов серии), препараты выдерживали в плюсовом диапазоне температур в течение (8-15) ч в

зависимости от объема наполнения, высоты столба, нормативного уровня содержания влаги.

Температура конденсатора не выше минус 50 °С

разработанный режи режим до

усовершенствования

■ температура пилок температура препарата " Температура полок ""™ температура препарата

продолжительность, ч

Рис. 7. Режим сублимации препарата кокарбоксилаза

Все указанные особенности разработанных режимов позволили сократить продолжительность процесса высушивания лидазы, кокарбоксилазы, даларгина и проспидина на 15 %, 30 %, 25 %, 25 % соответственно. При этом удалось значительно улучшить физические характеристики препаратов: получить стабильную и однородную макроструктуру лиофилизата в виде сформированной «таблетки» в ампуле во всех образцах одной серии препарата. Последнее способствовало значительному снижению потерь препарата (отходы при браковке) на стадии сублимационного высушивания по показателю «Описание». Следует отметить также существенное снижение энергозатрат на стадии лиофилизации препаратов. При этом остались без изменения все показатели, предусмотренные частными ФС, как при получении, так на протяжении регламентированного срока годности всех препаратов.

В пятой главе приведены экономические аспекты технологических новаций, представленных в предыдущих главах.

Отработанные варианты защитных сред позволили применить интенсивный нагрев полок в процессе сублимации для всех препаратов нормофлоры, что в совокупности с уменьшенным объемом розлива и наклонным замораживанием дали возможность сократить продолжительность процесса лиофилизация на 16 % - с 76 до 62 ч. На основе полученных экспериментальных данных по определению эвтектических характеристик

растворов препаратов на основе активных фармацевтических субстанций режимы замораживания и сублимационного высушивания были существенно усовершенствованы и продолжительность их сокращена (рис. 8).

76

о 10 20 30 40 60 60 70 80

□ режим до усовершенствования Я предложенный режим

Рис. 8. Продолжительность процесса сублимации

Благодаря внедрению новых режимов были улучшены технико-экономические показатели, характеризующие производство препаратов. В первую очередь, это увеличение выхода продукции с единицы оборудования и уменьшение количества некондиционного препарата, выявляемого на стадии высушивания (рис. 9).

даларгин

18,5 I проспидин

лидаза кокарбоксилаза I |l6,5

12,06 13'-3--

Н I I лактобактсрин

■ 8,6 I q

I И-ти 17 3 бифидумбактерин

III Ml

■ до применения новых режимов ■ после применения новых режимов

Рис. 9. Потери препаратов на стадии сублимационного высушивания

Кроме того, усовершенствование процесса лиофильного высушивания позволило рационально использовать имеющееся оборудование и значительно (в 1,8 раза) увеличить выпуск препаратов на основе активных фармацевтических субстанций без увеличения единиц дорогостоящей сублимационной техники (рис. 10).

11388

Рис. Ю. Динамика роста производства лиофилизированных препаратов на основе активных фармацевтических субстанций

В конечном итоге была снижена себестоимость продукции за счет значительной экономии потребляемой электроэнергии на единицу выпускаемой продукции - от 20 до 38 % (рис. 11).

% снижения 23,0 23,8 36,0 33,6 19,8 19,8

1Шдо оптимизации режимов 9 после оптимизации режимов

Рис. 11. Расход электроэнергии кВт/т.а.

ВЫВОДЫ

1. Разработан и адаптирован к условиям массового производства пробиотиков способ стабилизации бактериальных культур, предусматривающий применение универсальных режимов замораживания и сублимационного высушивания препаратов, отличающихся по эвтектическим характеристикам. Сочетанное использование увеличенной свободной поверхности замороженного препарата и интенсивного нагрева позволяет значительно сократить продолжительность процесса лиофилизации пробиотиков без негативного влияния на их специфическую активность.

2. Предложен вариант эффективного универсального ксеропротектора на основе желатина, сахарозы и обезжиренного молока, позволяющий улучшить эвтектические параметры бактериальных взвесей в производстве лакто-, бифидумбактерина, ацилакта, колибактерина и бификола. Практическое использование данного варианта защитной среды обеспечило улучшение макроструктуры лиофилизатов во флаконах и снижение количества некондиционных образцов в сериях выпускаемых пробиотических препаратов.

3. Определена специфика и подобраны оптимальные режимы замораживания, включающие начальные и конечные температуры низкотемпературных камер или полок сублимационных установок в соответствии с эвтектическими параметрами активных фармацевтических субстанций, а также с учетом макроструктуры получаемых лиофилизатов в производстве лидазы, кокарбоксилазы, даларгина, проспидина.

4. Апробированы и внедрены в производство варианты сокращенных по длительности процессов сублимационного высушивания и досушивания препаратов (лидаза, кокарбоксилаза, даларгин, проспидин), разработанные с учетом совокупности параметров объема наполнения первичной упаковки, ее вместимости, физических свойств субстанций и требований по остаточной влажности лиофилизатов.

5. Усовершенствованные режимы лиофилизации лекарственных препаратов позволили существенно снизить затраты, связанные с энергопотреблением низкотемпературного и сублимационного оборудования (на 20-36 %), за счет сокращения продолжительности процесса. Более интенсивное использование оборудования позволило значительно улучшить технико-экономические показатели продукции и увеличить выпуск препаратов без увеличения парка дорогостоящей техники.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Бахтин, И. А. Технологические аспекты оптимизации процесса лиофилизации в производстве лекарственных препаратов / И. А. Бахтин, Е.

B. Орлова, В. А. Несчисляев // Технологии лекарственных препаратов и БАД : поиски и решения. Научн.-практ. конф. в Пятигорской фарм. акад. 2010. -

C. 170-171.

2. Несчисляев, В. А. Универсальная защитная среда для лиофилизации пробиотических препаратов / В. А. Несчисляев, Е. В. Орлова, И. А. Бахтин //Казан, мед. журн. -2010. - Т. 91, № 1.-С. 122-124.

3. Несчисляев, В. А. Универсальный режим сублимационного высушивания пробиотиков / В. А. Несчисляев, Е. В. Орлова, И. А. Бахтин // Сиб. мед. журн. - 2009. -№ 4. - С. 74-75.

4. Орлова, Е. В. Оптимизация процесса лиофилизации в производстве лекарственных средств / Е. В. Орлова, В. А. Несчисляев, И. А. Бахтин // Человек и лекарство : тез. докладов на XVII Рос. нац. конгр., г. Москва, 1216 апр. 2010 г. - М„ 2010. - С. 694.

5. Орлова, Е. В. Сравнительная оценка стабильности показателей специфической активности лекарственных средств на основе штамма L. plantarum 8Р-АЗ / Е. В.Орлова, Е. Г. Арчакова, В. А. Несчисляев, И. А. Бахтин // Технологии лекарственных препаратов и БАД : поиски и решения. Научн.-практ. конф. в Пятигорской фарм. акад. 2010. - С. 484-485.

6. Патент № 2322161 Российская Федерация, A23L 3/44, C12N 1/04 Способ получения бактерийного препарата / В. А. Несчисляев, А. П. Лядов, А. В. Семченко, A.B. Казьянин, Е. Б. Кулакова, И. А. Бахтин, А. В. Пахомов. - № 2006121989/13 ; заявл. 21.06.06 ; опубл. 20.04.08. Бюл. № 11. - 4 с.

Автор выражает благодарность за помощь в работе директору филиала ФГУП «НПО «Микроген» Минздравсоцразвития России в г. Пермь «Пермское НПО «Биомед», д.м.н., профессору Казьянину A.B., а также сотрудникам филиала: начальнику объединенного цеха, к.ф.н. Кулаковой Е.Б., технологам отделения бактериотерапии, к.м.н. Чистохиной Л.П., к.м.н. Арчаковой Е.Г., начальнику отделения сушки Лядову А.П.

Бахтин Илья Александрович (Россия)

Совершенствование процесса сублимационного высушивания лекарственных препаратов

Предложены и апробированы в производственных условиях технологические приемы, позволяющие осуществлять подбор адекватных защитных сред, совершенствовать и разрабатывать режимы сублимационного высушивания лекарственных средств. Разработан универсальный вариант защитной среды для лиофилизации иммунобиологических препаратов на основе пробиотических бактериальных культур. Сокращена продолжительность процесса сублимационного высушивания при производстве флаконных и ампульных форм пробиотических препаратов, лекарственных препаратов на основе активных фармацевтических субстанций. Получены лиофилизаты с улучшенными физическими свойствами, соответствующие по всем показателям требованиям нормативных документов. Проведена оценка технико-экономических показателей производства лиофилизированных лекарственных препаратов после внедрения новых режимов стабилизации.

Bakhtin Ilya (Russia)

Operations improvement of medical preparations' freeze-drying.

Process technologies which enable to select adequate protective environments, to improve and develop modes of medical preparations' freeze-drying were offered and tested under manufacturing environment. Universal variant of protective environment for immunobilogical preparations' lyophilization on the basis of probiotic bacterial cultures was developed. Duration of freeze-drying process in the manufacture of vial and ampoule forms of probiotics and medical preparations on the basis of active pharmaceutical substances was shortened. The lyophilizated substances with improved physical qualities satisfying all the normative documents were developed. Evaluation of technical and economic performance of lyophilizated medical preparations after implementation of new stabilization modes was held.