Lyophilization in de farmaceutische industrie

It’s all about Cryogenius.

lyophilized

Lyophilization in de farmaceutische industrie

Lyophilization, ook wel freeze drying of vriesdrogen genoemd, speelt een belangrijke rol binnen de farmaceutische industrie. Deze industrie gebruikt al jarenlang vriesdroogtechnieken voor het verlengen van de houdbaarheid van diverse geneesmiddelen.

Hoe werkt lyophilization precies? Wat doet een vriesdroger en waarom is deze cryogene toepassing zo waardevol binnen de farmaceutische industrie? Lees snel verder voor uitgebreid antwoord op deze vragen.

Wat is lyophilization?

Lyophilization vindt plaats in een vriesdroger. In deze (vaak) cryogenic freezer wordt een product eerst op een lage temperatuur gebracht, waarna bijna al het vocht hieruit wordt verwijderd.

In de meeste gevallen bestaat dit proces uit drie stappen:

1. Invriezen van het product

Lyophilization begint met het invriezen van een product, bij een temperatuur van zo’n -40°C tot -50°C en bij atmosferische druk. Vaak wordt tijdens deze fase gebruik gemaakt van vloeibare stikstof, als snel, milieuvriendelijk en betaalbaar koelmiddel. Snel invriezen kan namelijk zeer belangrijk zijn bij het vriesdrogen van materialen die extra gevoelig zijn voor kristalvorming.

Tijdens deze eerste fase wordt het product tot onder het tripelpunt gekoeld. Zo wordt gezorgd dat in de primaire droogfase sublimatie plaatsvindt, in plaats van smelting.

water phase diagram

Bron: Na Eye
Het tripelpunt van water

2. Primaire droogfase (sublimatie).

Vervolgens wordt het gekoelde product bij een verlaagde druk enigszins opgewarmd, waardoor de eerder genoemde sublimatie plaatsvindt. In de vriesdroger wordt bovendien een vacuüm gecreëerd, die dit sublimatieproces nog eens versneld.

De gevormde waterdampen worden tijdens deze fase aangetrokken door een condensator, die zorgt dat deze een vaste vorm krijgen.

Tijdens de primaire droogfase wordt het overgrote deel van het vocht uit het product verwijderd, terwijl de structuur hiervan optimaal in tact blijft.

3. Secundaire droogfase (absorptie)

In de laatste fase vindt secundaire droging, ofwel absorptie plaatst. Tijdens deze fase worden de ionisch verbonden watermoleculen uit het product verwijderd.

De temperatuur gaat tijdens deze fase nog iets omhoog, soms zelfs tot boven de 0 °C. Het vacuüm wordt vervolgens verbroken met behulp van een inert gas, zoals stikstof, en het product wordt geseald verpakt.

Na afloop van deze drie stappen heeft het product een poreuze vorm en bevat dit vaak niet meer dan 1-4% water.

Lyofilisation in de farmaceutische industrie

Lyophilization wordt voornamelijk gebruikt in de food industry voor het bewaren van voedingsmiddelen en in de farmaceutische industrie voor de productie en het behoud van (voornamelijk biofarmaceutische) geneesmiddelen.

Veel van deze geneesmiddelen bevatten complexe moleculenstructuren, die in vloeibare vorm instabiel zijn. Worden deze middelen dan ook ongedroogd bewaard, dan is de houdbaarheid zeer beperkt.

Wanneer het vocht echter uit de structuren wordt verwijderd, dan stabiliseren deze aanzienlijk. Het geneesmiddel kan hierdoor langdurig worden bewaard en op een later moment weer worden gereconstitueerd, door opnieuw vocht toe te voegen.

Enkele voorbeelden van farmaceutische materialen die met behulp van lyophilization worden behandeld zijn antibiotica, vaccins, bacteriën en diagnostische medicatie.

diagram of a lyophilizer

Het bovenstaande diagram van Lubrizol CDMO laat het proces van lyophilization in de farmaceutische industrie nog eens duidelijk zien. De flesjes met het geneesmiddel worden gekoeld en gedroogd door middel van een condensator. Ook wordt in de toepassing een vacuüm gecreëerd, om het sublimatieproces te versnellen.

Uitdagingen bij lyophilization

Lyophilization is een complex proces, waarbij diverse uitdagingen komen kijken. Zo is de samenstelling van ieder materiaal of geneesmiddel anders, en moet per materiaal worden onderzocht hoe de lyophilization moet worden uitgevoerd. Alle aspecten en onderdelen van het proces moeten perfect worden afgestemd op het specifieke materiaal, om zo beschadiging te voorkomen. Dit onderzoek vergt veel tijd en expertise.

Ook worden producten tijdens de lyophilization een lange tijd aan de omgeving blootgesteld, waardoor er een kans op besmetting ontstaat. Steriele lyophilization is hierdoor extreem belangrijk, en vriesdrogers voor geneesmiddelen zijn aan zeer strenge veiligheidsvereisten gebonden. Het grootschalig gebruik van lyophilization is hierdoor niet goedkoop.

Lyophilization en de cryogenie

Wat is nu de rol van de cryogenie bij deze lyophilization?

Vriesdrogers bestaan in zeer veel diverse vormen. Klein, groot en met verschillende koelsystemen. Mechanisch, of cryogeen. In de farmaceutische industrie maken veel vriesdrogers echter gebruik van vloeibare stikstof voor de eerste fase van het vriesdroogproces: het bevriezen van het materiaal.

Cryogene vriesdrogers hebben diverse voordelen, zoals:

  • Het bereiken van lage temperaturen is makkelijker dan bij mechanische koeling. Vloeibare stikstof heeft immers een temperatuur van maar liefst − 196 °C.
  • Het koelen van de materialen gaat sneller. Dit is voor de lyophilization van bijvoorbeeld vaccins vaak een voorwaarde.
  • Het systeem heeft geen koelmiddelen nodig die schadelijk zijn voor het milieu.
  • Vergeleken met mechanische systemen zijn de kosten van koeling met behulp van vloeibare stikstof vaak lager.
  • Een cryogeen koelsysteem heeft weinig onderhoud nodig. Ook dit verlaagt de totale kosten van het systeem.
  • Een cryogeen koelsysteem is meestal stiller dan een mechanisch systeem.

Om deze redenen zijn cryogene vriesdrogers zeer populair binnen de farmaceutische industrie. Demaco werkt dan ook vaak én graag samen met deze industrie en levert de infrastructuren die nodig zijn om cryogene lyophilization mogelijk te maken.

lyophilized

Demaco’s infrastructuren voor de farmaceutische industrie

Voor het functioneren van een cryogene vriesdroger is cryogene vloeistof nodig. In de meeste gevallen, zoals hierboven beschreven, vloeibare stikstof.

Partijen in de farmaceutische industrie die gebruik maken van cryogene lyophilization, hebben dan ook één of meerdere cryogene tanks of dewars binnen of buiten het gebouw staan. Hierin wordt de benodigde vloeibare stikstof bewaard.

Als expert in cryogene infrastructuren, zorgt Demaco dat de vloeibare stikstof op de juiste druk en in de beste kwaliteit vanaf deze opslagtanks de vriesdroger bereikt.

In overleg met de klant evalueren onze experts de vereisten van een specifieke cryogene toepassing, en leveren we vacuüm geïsoleerde transferleidingen (VIP), de jusite koppelingen en eventuele kwaliteitsverbetere producten.

Met jarenlange ervaring in de farmaceutische industrie, weten wij precies wat een perfecte infrastructuur voor een cryogene vriesdroger nodig heeft.


Meer weten?

Heb je vragen over de aansluiting van een vriesdroger? Of wil je meer weten over de producten en diensten van Demaco? Neem gerust contact met ons op of neem een kijkje tussen onze producten en projecten.

 

Verwante berichten

Neem contact met ons op voor meer informatie

Subscribe to Demaco