Development of a PAT-controlled process for the production of pharmaceutical polymers with low drug concentration

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

Abstract

Motivation dieser Masterarbeit war die Entwicklung eines kontinuierlichen compoundier- Prozesses, bestehend aus einem Microfeeder und einem Doppelschneckenextruder. Ziel dieses innovativen Prozesses war die Herstellung von Extrudaten mit einem Wirkstoffgehalt (API) von bis zu 0,1 ω/ω%. Eine Anwendungsmöglichkeit für diesen Prozess wäre die kontinuierliche Herstellung von „drug eluting polymers“ mit hoch wirksamen APIs. Die geringen Wirkstoffkonzentrationen in den Extrudaten wurden durch die Einbindung des neuen Microfeeders in den Prozess ermöglicht. Primäres Ziel war die Überprüfung des Prozesses, um dessen Charakteristiken, Grenze und Möglichkeiten zur Herstellung von Extrudaten mit Wirkstoffkonzentrationen zwischen 0,1 und 0,5 ω/ω% zu ermitteln. Zusätzlich wurde die Implementierung einer in-line Prozessüberwachung zur Kontrolle der API-Konzentration im Extrudat (PAT) geprüft. Weiteres wurde eine Prozessfähigkeitsanalyse von allen Technologien mit zentraler Bedeutung, mit besonderem Augenmerkt auf den Microfeeder, für den Prozess durchgeführt. Schlussendlich wurde der neu entwickelte Compoundier-Prozess mit dem derzeit üblichen „pre-blend“ Herstellungsverfahren verglichen. Die getestete Formulierung besteht aus dem Wirkstoff Fenofibrat und Polyvinyl- pyrrolidon-Vinylacetat (Kollidon® VA64) als Matrixpolymer. Für den Extrusionsprozess wurde ein Pharma-Doppelschneckenextruder mit einer für die Prozessanforderungen optimierten Schneckengeometrie eingesetzt. Des Weiteren wurde ein neues „powder guiding system“ entwickelt, um die Integration des Microfeeders in den Prozess zu ermöglichen. Zur in-line Überwachung des Wirkstoffgehalts im Extrudat wurde ein UV/Vis Spektrometer als „process analytical tool“ (PAT) integriert. Zusätzlich wurden die Extrudate mittels Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC) analysiert. Eine Prozessfähigkeitsanalyse des Microfeeders zeigte reproduzierbare Förderraten mit einer Genauigkeit zwischen 85 % (für 1 g/h) und 97 % (für 5 g/h) für unterschiedliche Förderraten in einem Zeitraum von zwei Stunden. Das Konzept der Implementierung des auf UV/Vis basierenden PAT erwies sich als machbar, unterlag jedoch Problemen bei der Umsetzung aufgrund von nicht ausreichender Intensität der gemessenen Signale. Eine off-line Analyse des API-Gehalts der Extrudate mittels HPLC verifizierte erfolgreich die Fähigkeit des compounding-Prozesses. In mehreren Versuchen wurden die Machbarkeit sowie die Reproduzierbarkeit des Prozesses bewiesen. Zusätzlich wurde die Möglichkeit zu Änderung der API-Konzentration im Extrudat während des laufenden Prozesses gezeigt. Die geplante API-Konzentration in den Extrudaten wurde mit einer durchschnittlichen Genauigkeit von über 90 % erreicht. Ein Vergleich zwischen diesem Experiment und einem Extrusionsversuch basierend auf der „pre-blend“- Herstellungsmethode zeigte die überlegene Genauigkeit des neuen Microfeeder basierenden Compoundier-Prozesses für höhere Wirkstoffkonzentrationen. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass das zentrale Ziel dieser Masterarbeit, die Entwicklung eines kontinuierlichen Compoundier-Prozesses für die Herstellung von Extrudaten mit einem API-Gehalt von bis zu 0,1 ω/ω% im Rahmen der gegebenen Möglichkeiten erfolgreich erreicht wurde.

Details

Titel in ÜbersetzungEntwicklung eines PAT-kontrollierten Prozesses für die Herstellung von pharmazeutischen Polymeren mit geringer Wirkstoffkonzentration
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
StatusVeröffentlicht - 2020