La lyophilisation, aussi appelée la cryodessiccation, consiste à retirer l’eau d’un échantillon, souvent à des fins de conservation. La lyophilisation implique la sublimation de l’eau contenue dans un échantillon, généralement par congélation rapide. La congélation rapide des matériaux permet d’éviter la destruction des parois cellulaires de l’échantillon causée par la formation de gros cristaux de glace.

Les applications courantes de la lyophilisation comprennent la conservation des matériaux, en particulier lors du transport de produits pharmaceutiques. Les produits pharmaceutiques administrés par voie parentérale peuvent devenir instables ou perdre de leur efficacité s’ils sont transportés sous forme liquide. La lyophilisation est utilisée pour créer un produit pharmaceutique plus facile à transporter et à reconstituer avant de l’administrer aux patients.

De plus, de nombreux nouveaux traitements thérapeutiques ont une mauvaise solubilité et sont difficiles à intégrer dans les méthodes conventionnelles d’administration des médicaments sans perdre de leur biodisponibilité. La lyophilisation est utilisée pour créer des dispersions solides amorphes qui peuvent être administrées à l’état solide¹.

Même si la lyophilisation est couramment utilisée dans l’industrie pharmaceutique, le procédé est hautement spécifique et nécessite un protocole très contrôlé. Un procédé inadéquat peut entraîner une congélation insuffisante ou une surcharge, ou encore endommager l’équipement ou l’échantillon. Les échantillons biologiques sont particulièrement vulnérables aux dommages induits par la congélation qui réduisent l’efficacité et la puissance du principe actif. Par conséquent, une caractérisation détaillée est capitale pour optimiser la préparation de l’échantillon, la lyophilisation et l’administration du produit.

Les chercheurs doivent mesurer les paramètres critiques et les propriétés des matériaux tout au long de la lyophilisation afin d’optimiser leur procédé et leurs produits. L’analyse thermique est utilisée pour mesurer l’influence des changements de température sur les propriétés des matériaux d’un échantillon.

Transition vitreuse et calorimétrie différentielle à balayage (DSC)

La température de transition vitreuse (Tg) est le point auquel la mobilité moléculaire d’un échantillon lyophilisé augmente lorsqu’il passe de son état congelé et cassant à un état plus visqueux³. Les chercheurs doivent identifier la température de transition vitreuse pour optimiser le processus de reconstitution des échantillons après lyophilisation.

La calorimétrie différentielle à balayage (DSC) mesure les températures et les flux de chaleur associés aux transitions thermiques d’un matériau, y compris la transition vitreuse. Pour les cas complexes où les températures de cristallisation sont similaires à la transition vitreuse de l’échantillon, la calorimétrie différentielle à balayage modulée en température peut aider à identifier ces propriétés du matériau. La modulation de la température de l’échantillon par une rampe de température linéaire permet de mesurer la capacité thermique de l’échantillon ainsi que le flux de chaleur total pendant l’essai.

TA Instruments propose les seuls calorimètres à balayage dynamique avec la technologie DSC modulée pour l’analyse thermique, notamment le Multi-Sample X3 DSC qui peut analyser 3 échantillons simultanément pour offrir plus de données en moins de temps. La DSC X3 utilise la technologie Fusion Cell, technologie brevetée de TA Instruments, afin de fournir le plus haut niveau de performance pour des mesures d’analyse thermique les plus précises et les plus fiables

La nanocalorimétrie différentielle à balayage est également utilisée après la reconstitution d’un échantillon pour voir si la stabilité ou l’efficacité du produit a changé. La nano-DSC permet de caractériser efficacement la stabilité moléculaire, de déterminer la liaison de ligands à grande affinité et de déconvoluer les structures multidomaines.

Séchage et analyse thermogravimétrique

Une fois que vous avez lyophilisé votre échantillon, comment pouvez-vous confirmer qu’il est totalement sec ? Les analyseurs thermogravimétriques (TGA) peuvent détecter de manière fiable les plus petites quantités d’humidité résiduelle. Cette analyse peut être utilisée pour évaluer la qualité du procédé de lyophilisation, prédire la stabilité d’un produit et déterminer les paramètres optimaux pour la lyophilisation².

Le titrage Karl Fischer est la méthode la plus largement utilisée pour détecter l’humidité résiduelle et peut être réalisé sur un instrument TGA ; l’analyse thermogravimétrique (ATG) peut également être utilisée pour tester les produits chimiques qui ne sont pas compatibles avec le titrage Karl Fischer². L’ATG fournit également des données sur le comportement des échantillons lyophilisés à différentes températures et pressions.

TA Instruments offre une gamme d’analyseurs thermogravimétriques conçus pour répondre aux besoins de chaque laboratoire. La TGA 55 est une option robuste, fiable et rentable, équipée de la balance exclusive Tru-Mass qui donne les mesures les plus précises en comparaison aux modèles concurrents. La TGA 550 offre des performances et une flexibilité accrues grâce aux fonctions additionnelles et aux modules d’extension optionnels. La TGA 5500 offre non seulement de meilleures performances avec moins de dérive que n’importe quel TGA concurrente, mais aussi des vitesses de chauffage et de refroidissement les plus rapides du marché. Pour chaque laboratoire et procédé de lyophilisation, il existe une TGA pour répondre à vos besoins et faire avancer votre recherche.

Le procédé de lyophilisation étant étroitement contrôlé, les laboratoires de pointe ont besoin d’instruments d’analyse thermique très précis et efficaces pour améliorer les procédés sans perdre de temps précieux. L’analyse thermogravimétrique et la calorimétrie différentielle à balayage sont les méthodes standard d’optimisation de la lyophilisation, mais il existe de nombreux instruments parmi lesquels choisir, comme décrit précédemment.

Chez TA Instruments, nous sommes à la hauteur de notre réputation en tant que leader mondial en matière de conception et de fabrication d’instruments d’analyse thermique, notamment la TGA et la DSC. TA Instruments est axée sur les solutions ; notre société a aidé plus de clients que tout autre fournisseur à intégrer avec succès des ATG et des DSC dans leur laboratoire.

Les principaux laboratoires font confiance à nos DSC et TGA pour améliorer la productivité et l’adéquation de leur procédé de lyophilisation. Parmi notre vaste gamme d’analyseurs disponibles sur le marché, du plus rentable au plus performant, votre laboratoire saura trouver celui ou ceux qui lui conviendront.

Prenez contact avec TA Instruments dès aujourd’hui pour discuter avec nos experts et voir comment nos instruments d’analyse thermique pourront améliorer votre procédé de lyophilisation.