Die ballistische Anwendung von festen Pulverpartikeln bietet zahlreiche Vorteile, insbesondere bei der Applikation von Impfstoffen. Der Sprühgefriertrocknungsprozess ist eine geeignete Methode um Pulver herzustellen, welche die Anforderungen an diese Anwendung erfüllen. Eine sprühgefriergetrocknete Formulierung bestehend aus Trehalose, Mannitol und 10 kDa und 150 kDa Dextran im Verhältnis 3:3:3:1 (TMDD) wies geeignete Eigenschaften für eine ballistische Applikation auf und war daher Basis für die Untersuchungen 185, 244. Ziel dieser Arbeit war es, den Sprühgefriertrocknungsprozess für die TMDD-Formulierung zu etablieren. Zur Optimierung der Methode wurden dazu umfassend die Prozessparameter der Herstellung mit dem Fokus auf den daraus resultierenden Produkteigenschaften untersucht. Die Hauptkriterien zur Bewertung waren die Dichte und die Größe der sprühgefriergetrockneten Pulverpartikel gemäß der Penetrationsgleichung nach Kendall et al. 10. Diese konnten aus pharmazeutisch-technologischen Gesichtspunkten direkt durch den Herstellungsprozess beeinflusst werden. Zusätzlich wurde das optische Erscheinungsbild der Partikeloberflächen analysiert, da eine kompakte Morphologie mit gefalteter Oberflächenstruktur ein wichtiger Indikator für eine maximierte Dichte der Partikel war. Beim initialen Prozessschritt der Ultraschallvernebelung mit einer 25 kHz Düse ergaben eine Ultraschalleingangsleistung von 2 W und eine Förderungsgeschwindigkeit von 2 mL/min eine geeignete Partikelgrößenverteilung im Sprühnebel. Eine Erhöhung der Ultraschalleingangsleistung oder eine Variation der Fördergeschwindigkeit waren vernachlässigbar für eine Verbesserung der Partikelgrößenverteilung. Anschließend wurde der Einfluss der Parameter des Trocknungsprozesses auf die Produkteigenschaften der Pulver untersucht. Dabei wurden die Temperatur und Trocknungsdauer der Primär- und Sekundärtrocknung variiert. Die Kombination aus Primärtrocknung bei -10 °C für 4 Stunden und Sekundärtrocknung bei 20 °C für 12 Stunden (Programm 3) resultierte in den besten Ergebnissen. Die Partikel wiesen nach der Trocknung eine geschrumpfte und zusammengefallene Oberflächenstruktur auf. Diese optische Erscheinung ist gewünscht, da sie eine größere Massenverteilung pro Volumeneinheit ermöglicht. Die pyknometrische Dichte als auch die Stampfdichte spielten dabei eine wichtige Rolle zur Bewertung der Porosität der Pulver für eine ballistische Anwendung, wobei der Quotient der Beiden, als relative Partikeldichte bezeichnet, die Dichte eines Pulverkollektivs beschreibt. Die getrockneten Pulverpartikel nach Programm 3 zeigten den geringsten Porositätswert und waren für die weiteren Arbeiten geeignet. Dennoch lag eine breite Partikelgrößenverteilung in den Pulverkollektiven vor, so dass ein Siebprozess nach der Trocknung erforderlich war. Die Methode mittels Luftstrahlsieb erwies sich als ungeeignet, da Luft unter normalen Umgebungsbedingungen eine übermäßige Feuchtigkeitsaufnahme der Partikel verursachte, was in einem Verkleben am Siebboden resultierte. Mittels der dynamischen Wasserdampfsorptionstechnologie konnte die Wasseraufnahme der TMDD-Formulierung veranschaulicht werden. Bei steigender relativer Luftfeuchte wurde eine deutliche Massenzunahme des Pulvers durch Wasseradsorption nachgewiesen. Dieser Prozess erwies sich als reversibel. Bei der anschließenden Reduktion der relativen Luftfeuchte konnte eine Massenabnahme durch Desorption gezeigt werden, sogar bis unter den Ausgangsfeuchtewert. Aufgrund dieser Beobachtung wurde der Siebvorgang mittels Ultraschallverfahren im Siebturm in einem Handschuhkasten bei geringer Luftfeuchte durchgeführt. Nichtsdestotrotz war der Feuchtewert der gesiebten Pulverfraktionen ungefähr verdoppelt, der jedoch durch den Einsatz einer anschließenden Vakuumtrockung zu einem akzeptablen Restfeuchtewert verringert werden konnte. Eine Überprüfung der Partikeldurchmesser mittels statischer Lichtstreuung zeigte eine adäquate Partikelgrößenverteilung der gesiebten Pulverfraktionen. Die Prozessentwicklung führte somit erfolgreich zu einem adäquaten Produkt. Der Prozess kann an den einzelnen Schritten weiter optimiert werden. Die Lyophilisation erfolgte in Einzeldosen in 10R Glasvials welche in einer definierten Anordnung auf der Stellfläche des Gefriertrockners positioniert wurden. Für diesen Zweck wurden die schockgefrorenen Partikel nach der Atomisierung in vorgekühlte 10R Glasvials überführt. Verschiedene Positionen der Vials in der Anordnung auf der Stellfläche verursachten unterschiedliche Wärmeübertragungskoeffizienten was für den finalen Prozess berücksichtigt werden musste, da dies in einem unterschiedlichen Trocknungsverhalten während der Lyophilisation resultierte. Darüber hinaus konnte mittels des Gefriertrocknungswaagensystems CWS-40 die Kinetik der schockgefrorenen Partikel eines Vials während der Trocknung genauer bestimmt werden. Diese Untersuchung führte zu der Erkenntnis, dass die Primärtrocknungsphase einer nicht beendeten Phase nach kinetischer Betrachtung entspricht. Vergleichend wurde die Trocknungsrate nach regulärem Einfrierschritt der Lösung untersucht, die eine erhöhte Trocknungsrate aufwies. Jedoch waren die Eigenschaften der entstehenden rigiden Lyophilisatkuchenstruktur nicht geeignet für eine ballistische Anwendung, so dass ein zusätzlicher manueller Vermahlungsschritt eingeführt wurde, um ein freifließendes Pulver zu erhalten. Dieser resultierte in aufgebrochenen Partikelfragmenten mit einem uneinheitlichen optischen Erscheinungsbild sowie in einem verringerten Dichtewert. Die Einführung eines zusätzlichen Annealingschrittes und die raschen Einfrierverfahren, Quench Cooling und Ice Fog-Technik, wurden als alternative Einfrierverfahren getestet mit dem Ziel, kompaktere Partikel zu generieren. Allerdings wiesen die Morphologie und die Dichteergebnisse dieser Produktpartikel denselben Trend wie die sprühgefriergetrockneten Partikel auf und wurden daher als ungeeignet bewertet. Nach der grundlegenden Prozessentwicklung wurde die TMDD-Formulierung auf weitere Optimierungsmöglichkeit bei gleichbleibenden Trocknungsbedingungen untersucht. Die Auswahl des Puffers für die TMDD-Hilfsstoffe spielt aufgrund möglicher Veränderung des pH-Wertes während des Einfriervorgangs eine wichtige Rolle für die Stabilität eines therapeutischen Agens. Der oft verwendete Phosphatpuffer R pH 6.8 machte durch Verwendung eines Farbindikators eine Veränderung des pH-Wertes in den sauren Bereich beim Einfriervorgang kenntlich. Der Histidinpuffer pH 6.8 hingegen unterlag einer weniger stark ausgeprägten Schwankung des pH-Werts in den alkalischen Bereich und wurde daher ausgewählt. Im nächsten Schritt wurde der Einfluss von Dextran in der TMDD-Formulierung untersucht. Die Molekülmasse dieses Hilfsstoffes wurde dabei zwischen 6 kDa und 150 kDa in verschiedenen Verhältnissen variiert. Ein Anstieg der Viskosität der jeweiligen Lösung bei steigender Molekülmasse des Dextrans führte zu einem Einfluss auf die Dichte und die optische Struktur der Oberflächen der sprühgefriergetrockneten Partikel. Der wichtige Parameter Dichte nahm ein Optimum bei der Kombination 10 kDa und 150 kDa Dextran im Verhältnis 3:1 an. Die Betrachtung der elektronenmikroskopischen Bilder zeigte einen maximierten Anteil von gefalteten Oberflächen. Diese Partikel erwiesen damit gute Eigenschaften für eine ballistische Anwendung. Im Rahmen der Formulierungsentwicklung wurde Dextran auch durch eine alternative Komponente ersetzt. Dabei wurden Albumin, Cyclodextrin, Polyvinylpyrrolidon und Hydroxyethylstärke untersucht. Diese Formulierungen zeigten alle akzeptable Ergebnisse bezüglich der Restfeuchte, der Partikelgrößenverteilung und des optischen Aussehens für Pulver zur ballistischen Anwendung. Die Komponente Dextran erzielte dabei insgesamt das beste Dichteergebnis, lediglich Hydroxyethylstärke erreichte ein vergleichbares Dichteergebnis. Die Eigenschaften des Hilfsstoffs Dextran bieten verschiedene Vorteile für die geplante Art der Anwendung, wie beispielsweise kryo- beziehungsweise lyoprotektive Eigenschaften oder der Funktion als Antigenträger 320. Die aluminiumbasierten kolloidalen Dispersionen Alhydrogel® und Adju-Phos® sind als Adjuvanzien für Impfstoffe in flüssigen Darreichungsformen etabliert, jedoch wird ihr Verhalten nach Sprühgefriertrocknung nicht in der Literatur beschrieben. Daher wurden die beiden Adjuvanzien ausgewählt und das Verhalten nach Sprühgefriertrocknung analysiert. Die Morphologie der getrockneten Partikel offenbarte auseinandergebrochene und poröse Strukturen. Darüber hinaus wurde ihr Einfluss auf die Eigenschaften der TMDD-Formulierung in steigenden Konzentrationen untersucht, insbesondere bezüglich der Dichte. Die Bestimmung ergab verringerte Werte. Diese Beobachtungen führten zu der Schlussfolgerung, dass diese beiden Adjuvanzien für eine Sprühgefriertrocknungsformulierung ungeeignet sind. Als Alternative wurde der Einsatz von Goldnanopartikeln untersucht und zur TMDD-Formulierung hinzugefügt. Kompakte und glatte Partikeloberflächen wurden nach der Sprühgefriertrocknung mittels Elektronenmikroskopie visualisiert und erwiesen sich als geeignet für diesen Herstellprozess. Der wichtige Parameter Dichte zeigte einen Anstieg durch die pyknometrische Bestimmung, die Stampfdichte sowie die relative Partikeldichte zeigten jedoch eine Abnahme. Im folgenden Versuchsansatz wurde eine Modellsubstanz ausgewählt, das Enzym Alkalische Phosphatase, um den Einfluss des zusammengesetzten Trocknungsprozesses auf die Stabilität eines Wirkstoffes zu untersuchen. Die enzymatische Aktivität nach den einzelnen Prozessschritten wurde vorab getestet. Der Einfrierschritt sowie die Gefriertrocknung resultierten in einer Abnahme der enzymatischen Aktivität. Außerdem wurde ein mehrstufiger Ansatz durchgeführt um den Adsorptionsprozess eines therapeutischen Agens an einem Adjuvans zu simulieren. Das Enzym wurde zu diesem Zweck mit Alhydrogel® gemischt bevor eine Zugabe zur T
Lukas Pietsch (Thu,) studied this question.