Введение
Биофармацевтический рынок продолжает расти (по прогнозам, к 2030 году он достигнет 769,45 миллиардов долларов США), что обусловлено такими факторами, как старение населения и растущая распространенность хронических заболеваний. Кроме того, благодаря способности биофармацевтических препаратов лечить заболевания, которые когда-то считались «неизлечимыми», эти методы лечения получили большее распространение в отрасли.
Однако биофармацевтические препараты по своей природе нестабильны и предрасположены к разложению, поэтому могут потребоваться процессы, которые могут поддерживать стабильность продукта во время хранения и транспортировки. Биологические препараты на основе белка подвержены различным стрессам, таким как колебания температуры, сдвиги pH, сдвиг, межфазная адсорбция, влага, органические растворители и так далее. Некоторые биологические препараты менее стабильны в жидком состоянии и могут подвергаться гидролизу, что приводит к агрегации и/или денатурации белков. Более того, хранение и транспортировка сыпучих продуктов в жидком или замороженном состоянии увеличивает потребность в требованиях к транспортировке и холодовой цепи.
Согласно исследованиям рынка, ожидается, что мировой рынок услуг по лиофилизации биофармацевтических препаратов будет расти совокупными годовыми темпами на 10,1% в период с 2022 по 2030 год . Этот рост, несомненно, отражает растущий спрос на биофармацевтические препараты, который наблюдается в промышленности в результате высокой специфичности методов лечения широко распространенных заболеваний, а также их улучшенного взаимодействия с клеточными рецепторами и другими биомолекулами.
Поскольку биофармацевтические препараты являются дорогостоящей продукцией, обеспечение высоких стандартов безопасности, качества и эффективности имеет первостепенное значение. Почти 34% биологических продуктов на европейском рынке представляют собой лиофилизированные составы. Двумя ключевыми движущими силами этого метода являются улучшение и увеличение срока хранения биологических лекарственных препаратов, а также уменьшение сложностей, связанных с требованиями холодовой цепи для жидких и/или замороженных нерасфасованных продуктов, хотя сам метод имеет свои собственные недостатки.
Что такое сублимационная сушка (лиофилизация)?
Сублимационная сушка или лиофилизация - это процесс удаления влаги из продукта путем прямого перехода из твердого состояния в газообразное состояние без предварительного перехода в жидкое состояние. Этот процесс используется для сохранения биологических, химических и фармацевтических продуктов, так как он позволяет сохранить их свойства и качество. Сублимационная сушка часто применяется для производства порошков и гранул, которые могут быть легко растворены в воде или других растворителях.
Есть разница между сублимационной сушкой и лиофилизацией?
Сублимационная сушка и лиофилизация - это разные методы сушки. Оба метода используют замораживание продукта для удаления воды, но процессы различаются по техническим деталям и условиям применения. В сублимационной сушке продукт замораживается и подвергается вакууму, что позволяет воде переходить из твердого состояния в газообразное, минуя жидкое состояние. В лиофилизации продукт также замораживается, но затем подвергается сушке при низком давлении и температуре, при которых вода сублимирует из твердого состояния в ледяной пар, а затем удаляется из системы. Оба метода широко применяются в фармацевтической, пищевой и других отраслях промышленности.
Обе технологии используются для сохранения качества и безопасности продуктов, но имеют различия в процессе и оборудовании.
Метод сублимационной сушки (лиофилизации)
Метод сублимационной сушки является процессом удаления влаги из продукта путем замораживания и последующего сублимирования льда.
Процесс сублимационной сушки (лиофилизации) состоит из трех основных этапов: замораживание, сублимация и дезорбция.
1. Замораживание: продукт помещается в специальную камеру, где он замораживается при очень низкой температуре (до -40° C или ниже). Замораживание происходит, чтобы вода в продукте превратилась в лед.
2. Сублимация: после замораживания камера подвергается вакууму, который приводит к сублимации льда. Вода превращается из твердого состояния в газообразное состояние, минуя жидкое состояние.
3. Дезорбция: после сублимации продукт остается в камере, пока не будет достигнута нужная степень сухости. Для этого камера нагревается, что приводит к дезорбции оставшейся влаги.
Метод сублимационной сушки используется для сохранения продуктов, таких как фармацевтические препараты, бактериальные культуры, пищевые продукты, косметические средства и т.д. Он позволяет сохранять продукты в течение длительного времени без потери качества и питательных свойств.
Основные проблемы при лиофилизации (сублимационной сушке).
Недостатки метода лиофилизации заключаются в том, что он является дорогостоящим процессом, требующим специального оборудования и высокой квалификации персонала. Кроме того, процесс занимает длительное время и может привести к потере некоторых свойств продукта в результате изменения его структуры.
- Во-первых, длительное время обработки, которое может варьироваться от нескольких дней до недель, с высокими капитальными затратами и высоким потреблением энергии, что приводит к снижению эффективности всего процесса и это является серьезной проблемой.
- Кроме того, существует вероятность того, что некоторые биологические препараты подвергнутся холодной денатурации. Требования к соответствующим компонентам рецептуры, включая криопротекторы и лиопротекторы, а также их влияние на общую температуру стеклования и температуру плавления очень важны на стадии разработки рецептуры перед лиофилизацией.
- Другие проблемы касаются тепло - и массопереноса, а также масштабирования процесса, что может зависеть от проектировщика сушилки, закрытия контейнера, состояния загрузки и рецептуры продукта. Например, флаконы, расположенные на краю полок, высыхают быстрее, чем флаконы, расположенные в центре, из-за излучения от стенок камеры, что вызывает проблемы неоднородности флаконов.
- Более того, будучи статическим процессом, лиофилизация увеличивает риск отбраковки всей партии в случае сбоя процесса. Пакетный процесс ограничивается обработкой небольших объемов единичных доз, что увеличивает потребность в большом количестве флаконов.
- Вмешательство человека во время процесса может увеличить риск загрязнения, несмотря на действующие надлежащие производственные нормы.
- Восстановление некоторых лиофилизированных протеиновых продуктов с высокой концентрацией может оказаться проблематичным и длительным по сравнению с сыпучими порошками, которые производятся альтернативными методами сушки.
Альтернативные подходы лиофилизации и новые разработки.
Для решения некоторых проблем, связанных с традиционной лиофилизацией, альтернативные технологии сушки постепенно набирают популярность для производства биофармацевтических препаратов. В качестве примера можно выделить некоторые непрерывные процессы и технологии, которые в настоящее время находятся в стадии разработки, такие как технология центробежной сушки единичных доз, разработанная компанией RheaVita и Гентским университетом.
Еще одним альтернативным подходом, вызвавшим некоторый интерес в промышленности, является электростатическая распылительная сушка, разработанная компанией Fluid Air, которая позволяет повысить эффективность сушки при снижении термического напряжения.
Более того, асептическая сушка вымораживанием распылением от компании IMA Life и Meridion Technologies и PRINT Technology от Liquidia Corporation также являются многообещающими технологиями, которые позволяют создавать частицы для производства продуктов на основе сухих порошков.
