Bei der Lyophilisierung, oder Gefriertrocknung, wird Wasser aus einer Probe entfernt, oft zum Zweck der Konservierung. Dabei wird unter anderem der Wassergehalt einer Probe sublimiert, gewöhnlich durch einen schnellen Gefrierprozess. Durch das rasche Einfrieren des Materials kann die Zerstörung der Zellwände der Probe durch die Bildung großer Eiskristalle verhindert werden.

Ein häufiges Einsatzgebiet der Lyophilisierung ist das Konservieren von Materialien, insbesondere für den Transport pharmazeutischer Produkte. Parenterale Arzneimittel könnten beim Transport in Flüssigform instabil werden oder an Wirksamkeit verlieren. Durch die Lyophilisierung entsteht ein Arzneimittelprodukt, das sich bis zur Verabreichung am Patienten leichter transportieren und rekonstituieren lässt.

Zudem haben viele neue therapeutische Behandlungen eine schlechte Löslichkeit und lassen sich nur schwer in konventionelle Abgabemethoden integrieren, ohne an Bioverfügbarkeit einzubüßen. Bei der Lyophilisierung wird eine amorphe feste Verteilung erzeugt, die als Festform verabreicht werden kann.¹

Obwohl die Lyophilisierung in der pharmazeutischen Industrie routinemäßig eingesetzt wird, ist der Prozess sehr spezifisch und erfordert ein sehr detailliertes Protokoll. Wird der Vorgang nicht richtig durchgeführt, kann es zu unzureichendem Gefrieren, Überladung oder Beschädigung von Geräten oder Proben kommen. Biologische Proben sind besonders empfindlich in Bezug auf gefrierbedingte Schäden, die die Wirksamkeit und Wirkstärke des Arzneimittelprodukts reduzieren. Daher ist eine detaillierte Charakterisierung unerlässlich für die Optimierung der Probenvorbereitung, Lyophilisierung und Produktverabreichung.

Um Prozesse und Produkte zu optimieren, müssen Forscher während des gesamten Lyophilisierungsprozesses kritische Parameter und Materialeigenschaften messen. Mittels Thermoanalyse wird gemessen, wie Temperaturänderungen die Materialeigenschaften einer Probe beeinflussen.

Glasübergang und dynamische Differenzkalorimetrie

Die Glasübergangstemperatur (Tg) ist der Punkt, an dem die Mobilität einer lyophilisierten Probe zunimmt, wenn sie vom gefrorenen spröden Zustand in einen viskoseren Zustand übergeht.³ Um den Rekonstitutionsprozess nach der Gefriertrocknung zu optimieren, müssen Forscher die Glasübergangstemperatur bestimmen.

Bei der dynamischen Differenzkalorimetrie (DSC) werden die mit den thermischen Übergängen assoziierten Temperaturen und Wärmeströme in einem Material, einschließlich der Glasübergang, gemessen. In komplexeren Fällen, bei denen die Kristallisationstemperatur ähnlich hoch wie die Glasübergangstemperatur ist, kann die temperaturmodulierte dynamische Differenzkalorimetrie dabei helfen, diese Materialeigenschaften zu bestimmen. Wird die Probentemperatur mit einem linearen Temperaturanstieg moduliert, können sowohl die Wärmekapazität der Probe als auch der Gesamtwärmestrom während des Tests gemessen werden.

TA Instruments bietet die einzigen modulierten dynamischen Differenzkalorimeter für die Thermoanalyse, darunter das Multi-Sample X3 DSC, das 3 Proben gleichzeitig messen kann und somit mehr Daten in weniger Zeit produziert. Das X3 DSC nutzt das patentierte Fusion Cell Design von TA Instruments und bietet höchstes Leistungsniveau für genaueste und stabilste Thermoanalyse-Messungen.

Um zu herauszufinden, ob sich Stabilität und Wirksamkeit des Produkts verändert haben, wird nach der Rekonstitution einer Probe zudem die dynamische Nano-Differenzkalorimetrie eingesetzt. Die dynamische Nano-Differenzkalorimetrie ermöglicht eine effiziente Charakterisierung der molekularen Stabilität, die Bestimmung hoch affiner Ligandenbindungen und die Aufschlüsselung von Multidomänen-Strukturen.

Trocknung und thermogravimetrische Analysegeräte

Wie können Sie nach dem Gefriertrocknen der Probe feststellen, ob die Probe komplett trocken ist? Thermogravimetrische Analysegeräte (TGA-Geräte) weisen selbst geringste Mengen an Restfeuchte zuverlässig nach. Diese Analyse wird zur Bewertung der Qualität des Lyophilisierungsprozesses eingesetzt, um vorherzusagen, wie stabil ein Produkt wahrscheinlich bleibt, und um die optimalen Parameter für die Lyophilisierung zu bestimmen.²

Die Karl-Fischer-Titration ist die am breitesten eingesetzte Methode zum Nachweis von Restfeuchte und kann auf einem TGA-Gerät durchgeführt werden. Alternativ können TGA-Geräte zum Testen von Chemikalien eingesetzt werden, die nicht mit der Karl-Fischer-Titration kompatibel sind.² TGA-Geräte liefern zudem Daten darüber, wie sich gefriergetrocknete Proben bei unterschiedlichen Temperaturen und Drücken verhalten.

TA Instruments verfügt über ein Sortiment von thermogravimetrischen Analysegeräten, die sich für die Bedürfnisse jedes Labors eignen. Das TGA 55 ist eine stabile, verlässliche und kostengünstige Option mit der firmeneigenen Tru-Mass Balance-Technologie und liefert unter den vergleichbaren Mitbewerbermodellen die genauesten Messungen. Das TGA 550 bietet eine bessere Leistung und Flexibilität mit zusätzlichen Funktionen und Erweiterungsoptionen. Das TGA 5500 bietet ultimative Leistung mit weniger Drift als alle vergleichbaren TGA-Mitbewerbermodelle sowie die schnellsten auf dem Markt verfügbaren Aufwärm- und Abkühlraten. Für jedes Labor und jeden Lyophilisierungsprozess gibt es ein TGA-Gerät für Ihren Bedarf, das Ihre Forschung voranbringt.

Da der Lyophilisierungsprozess engmaschig kontrolliert wird, benötigen führende Labore Thermoanalysegeräte, die genau und effizient arbeiten und die Verfahren verbessern, ohne dass wertvolle Zeit verloren geht. Thermogravimetrische Analysen und dynamische Differenzkalorimetrie sind die Standardmethoden für die Optimierung der Lyophilisierung. Wie zuvor dargestellt, stehen hierfür zahlreiche Geräte zur Auswahl.

Bei TA Instruments nehmen wir unsere Verantwortung als weltweiter Marktführer bei der Entwicklung und Produktion von Thermoanalysegeräten, einschließlich TGA- und DSC-Geräten ernst. TA Instruments arbeitet lösungsorientiert und hat mehr Kunden als jedes andere Unternehmen dabei unterstützt, TGA- und DSC-Geräte erfolgreich in das Labor zu integrieren.

Führende Labore vertrauen unseren DSC- und TGA-Geräten, um die Produktion und die Eignung des Lyophilisierungsprozesses zu verbessern. Unser breites Sortiment – von kostengünstigen Modellen bis zur höchsten auf dem Markt erhältlichen Leistungsfähigkeit – enthält sicher auch das passende Gerät für Ihr Labor.

Wenden Sie sich an TA Instruments und sprechen Sie mit unseren Experten darüber, wie unsere Thermoanalysegeräte Ihre Lyophilisierung verbessern können.