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制粒工藝從小試到中試放大的一般考量因素

嘉峪檢測網(wǎng)        2022-02-22 15:09

藥品從研發(fā)到生產(chǎn)過程一般需要經(jīng)歷從小試處方研究及工藝研究、到中試放大、穩(wěn)定性研究、工藝驗證、放大生產(chǎn)等一系列項目。小試處方研究即:根據(jù)藥物的理化性質(zhì)和所選劑型特點,選擇適宜輔料種類、規(guī)格、不同規(guī)格處方或比例是否一致等,初步確定制劑處方組成;小試工藝研究即根據(jù)劑型特點和藥物穩(wěn)定性等情況、基于現(xiàn)有的生產(chǎn)條件及設備,進行處方工藝研究,研究包括API是否微粉化、制粒是干法、濕法還是粉末直壓等,初步確定處方工藝。而中試放大是對小試的循序漸進和不斷完善的過程,會根據(jù)生產(chǎn)過程的主要環(huán)節(jié),進一步優(yōu)化工藝條件,確定適合工業(yè)化生產(chǎn)的設備及生產(chǎn)方法,保證工藝放大的穩(wěn)健性和重現(xiàn)性,最終的目的還是要確保產(chǎn)品的質(zhì)量。最理想的狀態(tài)就是在小試階段,可以做到充分熟悉小試和生產(chǎn)設備,小試和生產(chǎn)設備的原理最好保持一致,在該階段把處方篩選和工藝參數(shù)篩選工作做到充分研究,例如濕法制粒階段關鍵輔料---粘合劑加入量從少到多對制粒潤濕度的影響;流化床干燥階段關鍵工藝參數(shù)如干燥溫度、時間的可行性范圍,超過上下限會對顆粒造成什么影響等,只有做到充分研究,才能在中試放大或生產(chǎn)階段,在出現(xiàn)問題的時候可以快速準確判斷出問題解決的方向,及時優(yōu)化工藝,確保產(chǎn)品的質(zhì)量。接下來本人就以高剪切濕法制粒工藝為例,來簡單描述一些關鍵工藝參數(shù)從小試到中試放大的一般考量,經(jīng)驗尚淺,如有語言描述不當之處,還請見諒。

高剪切濕法制粒工藝適用于那些對濕熱不敏感的藥物,該工藝可以防止各成分的離析,防止粉塵飛揚及器壁粘附,可以調(diào)整顆粒的堆密度,改善物料的溶解性和流動性等。該工藝的關鍵工藝參數(shù)有:批量/填充量、粘合劑的加入方式/加入量、攪拌槳/切割刀轉(zhuǎn)速、制粒時間、制粒終點扭矩/功率判斷等。

首先填充量,它會影響預混階段物料的混合狀態(tài)和混合均勻度。在小試階段,我們就要注意觀察物料的批量需要多大,以及在攪拌機中的容積占比是多少的時候,可以做到物料在制粒機內(nèi)轉(zhuǎn)動的過程中除向一個方向轉(zhuǎn)之外,還要上下翻滾,這種混合狀態(tài)是比較理想的,可以最大程度上保證物料混合均勻。在小試階段通過對轉(zhuǎn)速、時間等參數(shù)的積累驗證,那在相同原理的大設備上,均要保持同樣的物料混合狀態(tài),保持裝量在設備的合理區(qū)間,有利于規(guī)避放大過程中的風險。

其次粘合劑的加入方式及加入量,粘合劑有兩種加入方式:干粉和溶液,粘合劑以溶液形式加入時,可以規(guī)避粘合劑沒有充分潤濕的風險,所以基于處方的可操作性,一般還是選擇溶液加入,可以盡可能降低后期放大風險;加漿量的多少會直接影響顆粒的大小和物料狀態(tài),加漿量的用量在中試放大和小試階段不是單純的加倍關系,這個用量需要結(jié)合制?,F(xiàn)場去適當摸索,加入量太少會導致細粉太多,流動性欠佳;加太多又會導致制備的顆粒太硬影響壓片、溶出;此外,加漿的速度和時間會影響粘合劑在物料中的分散,從而影響顆粒的大小和緊實程度;攪拌和切割刀的轉(zhuǎn)速也會影響顆粒的大小和緊實程度,這些關鍵參數(shù)需要在小試階段去積累摸索,并在中試放大階段去做驗證、調(diào)整和優(yōu)化,從而確保顆粒的質(zhì)量。

基于質(zhì)量源于設計指南要求,其實最好的狀態(tài)就是通過受控的DOE設計研究去指導中試放大參數(shù)的設定,通過DOE設計證實在相關設備上該工藝的穩(wěn)健性。例如以下處方中,主要從三個工藝參數(shù):葉輪線速度(4.0、4.75、5.5m/s)、濕法制粒時間(30、60、90s)、加水量(20%、30%、40%,w/w),以1L制粒機規(guī)模進行全因子DoE研究??疾鞂傩园椒植?、孔隙率。

 

制粒工藝從小試到中試放大的一般考量因素

 

表2/3是DoE實驗設計的參數(shù)水平研究及全因子實驗設計方案。

 

制粒工藝從小試到中試放大的一般考量因素

制粒工藝從小試到中試放大的一般考量因素

 

從以下表4和表7可知,在制粒工藝參數(shù)相同即加水量30%、葉輪速度4.75rpm、濕法制粒時間60s時,重復四次實驗,各批次粒徑分布和孔隙率均與顯著性差異,重復性好;表5和表8設計因子的實驗結(jié)果表明,在該些制粒參數(shù)的改變下即在加水量20%固定時,改變?nèi)~輪速度或濕法制粒時間,對顆粒分布和孔隙率幾乎也沒有太大影響;表6和表9在加水量40%固定時,改變?nèi)~輪速度或制粒時間時,在較高粒度范圍(>400μm),粒徑分布和孔隙率批次之間差別較顯著。綜上說明在加水量40%時,其他參數(shù)的改變對顆粒性質(zhì)的影響較顯著。我們可以基于1L規(guī)模批次的參數(shù)結(jié)果,選擇30%水量表示為優(yōu)化且穩(wěn)健的濕法制粒工藝,選擇40%加水量作為對工藝變化具有相對高靈敏度的工藝參數(shù)去用以評估放大規(guī)則的設計考量。

 

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高剪切濕法制粒工藝在實際的工藝中試放大過程中,為確保工藝的穩(wěn)健性,從小試到中試放大的放大規(guī)則包括:

1)幾何相似原則:制粒設備的形狀和攪拌槳形狀相似,即不同尺寸的制粒設備使用相同的設計原理(鍋體高/直徑比、葉輪設計),則可以獲得幾何相似性。對于這類幾何結(jié)構(gòu)類似的設備根據(jù)放大規(guī)則,在裝載相同比例物料進行制粒時,可以采用縮放規(guī)則公式計算攪拌槳的攪拌速度:Na=Nb(Db/Da)C, 其中a,b代表不同尺寸的制粒鍋,N代表攪拌速度,D代表攪拌槳直徑,C是一個常數(shù),C=1的值對應于放大時維持恒定的葉輪尖端速度;而C=0.5的值對應于放大時維持恒定的弗勞德常數(shù);C=0.8的值是經(jīng)驗導出的指數(shù)參數(shù),其顯示出在不同規(guī)模上提供相似的剪切應力。由以上公式其實可以看出:對于給定的設備設計,粒子所受的力和粒子速度主要還是取決于葉輪速度。

2)確保不同尺寸大小的制粒鍋填充體積比相同,即裝載相同體積比例的物料,確保物料的混合均勻度和制粒狀態(tài)相似;

3)粘合劑的加漿時間相同,即制軟材的時間相同,可以參考:批量放大倍數(shù)=加漿速度放大倍數(shù),加漿時間過短可能使顆粒比較松散,而加漿時間過長,可能導致顆粒比較緊實。

4)粘合劑的液體量,即潤濕劑用量:在工藝放大過程中可能需要根據(jù)現(xiàn)場制粒狀態(tài)做適當變化調(diào)整。因為物料量對粘合劑用量影響還是比較大,不是所有的品種都能按照線性關系來確定粘合劑用量的。

5)后制粒時間(即粘合劑加液后):原則上與小試保持一致,對于耐用性好的處方即制粒終點窗口較寬的處方,可以在大生產(chǎn)階段固定制粒時間,而對于那些窗口較窄的處方,則需要根據(jù)扭矩或功率來確定制粒終點。

例如以下是基于不同放大規(guī)則,在不同攪拌槳速度下、固定制粒時間所得到的處方顆粒性質(zhì)和溶出度結(jié)果,由結(jié)果可知:在加水量32%時,不同放大規(guī)則取值后顆粒性質(zhì)變化較小,在該加水量下容易放大成功。

 

制粒工藝從小試到中試放大的一般考量因素

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綜上,一個新藥研發(fā)要從小試經(jīng)歷多次中試放大再到生產(chǎn),需要克服很多困難,如何確保工藝能夠穩(wěn)健、持續(xù)生產(chǎn)出質(zhì)量符合要求的藥品,是我們每一位藥學人員需要去為之努力的方向。關鍵核心還是要深入研究起始物料性質(zhì)的影響,每一個步驟都需要做到精益求精,選擇合適類型的設備并明確關鍵工藝、設備參數(shù),深入了解工藝參數(shù)對顆粒質(zhì)量的重要影響并建立完整的生產(chǎn)過程質(zhì)量標準體系。

 

參考文獻:

 

[1]李范珠,«藥物制粒技術(shù)»,化學工業(yè)出版社,2006

[2]孫亞洲老師談制劑工藝研究中小試的重要性

[3]為什么濕法制粒這么簡單的工藝,放大的時候卻那么難?

[4]高剪切濕法制粒工藝在小試和中試放大中應用,豆丁網(wǎng)

[5]高速剪切濕法制粒工藝放大原則評價

[6]孫亞洲,制劑處方工藝開發(fā)研究的流程和關鍵項目解讀

 

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來源:藥事縱橫

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