ČASOPIS ČESKÉ FARMACEUTICKÉ SPOLEČNOSTI A SLOVENSKÉ FARMACEUTICKÉ SPOLEČNOSTI

Čes. slov. farm. 2014, 63(5):199-205 | DOI: 10.36290/csf.2014.038

Lyofilizácia liečiv na báze proteínov

Andrej Murányi1,*, Mária Vitková2
1 hameln rds a.s., Modra, SR
2 Univerzita Komenského v Bratislave, Farmaceutická fakulta, Katedra galenickej farmácie, SR

Lyofilizácia je plne priemyselne etablovaná metóda sušenia so širokými možnosťami použitia pri príprave liekov. Jej relevancia v ostatných rokoch rastie najmä vďaka veľkému počtu terapeuticky významných proteínov, zväčša obmedzene stabilných vo vodnom prostredí. Lyofilizácia proteínov prináša špecifické problémy, nakoľko počas procesu je molekula vystavená rôznym typom záťaže, ktoré môžu viesť k denaturácií a strate aktivity. Dôkladné pochopenie vlastností liečiva a fyzikálno-chemických základov a javov, ku ktorým dochádza počas jednotlivých fáz lyofilizácie, je preto základný predpoklad pre výrobu kvalitného, účinného a bezpečného lieku. Snaha minimalizovať náklady, rozšíriť možnosti použitia a zvýšiť kvalitu vedie výrobcov liekov a zariadení k rýchlemu zavádzaniu nových technológií, ako napr. technológie na analýzu procesov (PAT), metódy kontrolovanej nukleácie či špecifické typy primárnych obalov.

Klíčová slova: lyofilizácia; proteíny; sušenie; technológie na analýzu procesov

Lyophilisation of protein-based drugs

Lyophilisation is a well-established method for drying of various substances with a wide range of applications in the pharmaceutical area. During the last decade its relevance increases with a number of therapeutically used proteins. A sensitive protein drug may undergo several changes, like unfolding and loss of activity due to various stresses during the lyophilisation process. Understanding of these processes (freezing, primary drying, secondary drying) is fundamental for manufacturing of a drug product with desired properties, namely its safety and efficacy. In order to reduce costs and increase the quality, new technologies are being rapidly developed and established in industrial lyophilisation (e.g. process analytical technologies, control nucleation techniques).

Keywords: lyophilisation; freeze-drying; proteins; process analytical technologies
Grants and funding:

Táto práca vznikla s podporou projektu "Priemyselný výskum nových liečiv na báze rekombinantných proteínov", kód ITMS: 26240220034; "Podporujeme výskumné aktivity na Slovensku/Projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ."

Vloženo: 25. červenec 2014; Přijato: 2. září 2014; Zveřejněno: 1. květen 2014  Zobrazit citaci

ACS AIP APA ASA Harvard Chicago Chicago Notes IEEE ISO690 MLA NLM Turabian Vancouver
Murányi A, Vitková M. Lyofilizácia liečiv na báze proteínov. Čes. slov. farm. 2014;63(5):199-205. doi: 10.36290/csf.2014.038.
Sdílet...
Stáhnout citaci
  • BibTeX (.bib)
  • Bookends (.ris)
  • EasyBib (.ris)
  • EndNote (.enw)
  • EndNote 8 (.xml)
  • ISI WoS (.isi)
  • Medlars (.medlars)
  • Mendeley (.ris)
  • MODS (.xml)
  • Papers (.ris)
  • RefWorks (.txt)
  • RefManager (.ris)
  • RIS (.ris)
  • MS Word (.xml)
  • Zotero (.ris)
    • Zobrazit celý článek

    Reference

    1. Ho R. J. Y. Biotechnology and Biopharmaceuticals: Transforming protein and Genes into Drugs. 2. vyd. Hoboken, NJ: John Wiley & Sons 2003. Přejít k původnímu zdroji...
    2. Global Protein Therapeutics Market Outlook 2018. Dublin: Research and Markets 2014.
    3. Hasset K. J., Cousins M. C., Rabia L. A., Chadwick C. M., O'Hara J. M., Nandi P., Brey R. N., Mantis N. J., Carpnter J. F., Randolph T. W. Stabilization of a recombinant ricin toxin A subunit vaccine through lyophilization. Eur J. Pharm. Biopharm. 2013; 85(2), 279-286. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    4. Borde A., Larsson A., Holmgren J., Nygren E. Preparation and evaluation of a freeze-dried oral killed cholera vaccine formulation. Eur. J. Pharm. Biopharm. 2011; 79(3), 505-518. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    5. Mohammed-Saeid W., Michel D., El-Anned A., Verrall R. E., Low N. H., Badea I. Development of lyophilized gemini surfactant-based gene delivery systems: influence of lyophilization on the structure, activity and stability of the lipoplexes. J. Pharm. Pharm. Sci. 2012; 15(4), 548-567. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    6. Kasper J. C., Schaffert D., Ogris M., Wagner E., Friess W. Development of a lyophilized plasmid/LPEI polyplex formulation with long-term stability-a step closer from promising technology to application. J. Controlled Release 2011; 151, 246-255. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    7. Abdelwahed W., Degobert G., Stainmasse S., Fessi H. Freeze-drying of nanoparticles: formulation, process and storage considerations. Adv. Drug. Delivery Rev. 2006; 58, 1688-1713. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    8. Kaialy W., Nokhodchi A. Freeze-dried mannitol for superior pulmonary drug delivery via dry powder inhaler. Pharm. Res. 2013; 30(2), 458-477. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    9. Oliveira J. M., Rodrigues M. T., Silva S. S., Malafaya P. B., Gomes M. E. Viegas C. A., Dias I. R., Azevedo J. T., Mano J. F., Reis, R. L. Novel hydroxyapatite/chitosan bilayered scaffold for osteochondral tissue-engineering applications: Scaffold design and its performance when seeded with goat bone marrow stromal cells. Biomaterials 2006; 27, 6123-6137. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    10. Labovitiadi O., Lamb A. J., Matthews K. H. In vitro efficacy of antimicrobial wafers against methicillin-resistant Staphylococcus aureus. Ther. Deliv. 2012; 3(4), 443-455. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    11. Ayensu I., Mitchell J. C., Boateng J. S. Development and physico-mechanical characterisation of lyophilised chitosan wafers as potential protein drug delivery systems via the buccal mucosa. Colloids Surf. B. Biointerfaces 2012; 1(91), 258-265. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    12. Vasconcelos T., Sarmento B., Costa P. Solid dispersions as strategy to improve oral bioavailability of poor water soluble drugs. Drug. Discov. Today 2007; 12(23-24), 1068-1075. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    13. De Waard H., Hinrichs W. L. J., Frijlink H. W. A novel bottom-up process to produce drug nanocrystals: Controlled crystallization during freeze-drying. J. Control. Release 2008; 128(2), 179-183. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    14. Franks F. Freeze-drying of Pharmaceuticals and Biopharmaceuticals. Cambridge: RSC Publishning 2007. Přejít k původnímu zdroji...
    15. Milton N., Pikal M. J., Roy M. L., Nail S. T. Evaluation of manometric temperature measurement as a method of monitoring product temperature during lyophilization. PDA J. Pharm. Sci. Technol. 1997; 51(1), 7-16.
    16. Pikal M. J., Roy M. L., Shah S. Mass and heat transfer in vial freeze-drying of pharmaceuticals: role of the vial. J. Pharm. Sci. 1984; 73(9), 1224-1237. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    17. Pikal M. J. Freeze Drying. In Encyclopedia of Pharmaceutical Technology. 2nd ed. Ed Swabrick, J. Boylan, J.C. New York: Marcel Dekker 2002.
    18. Searles J. A., Carpenter J. F., Randolph T. W. The ice nucleation temperature determines the primary drying rate of lyophilization for samples frozen on a temperature-controlled shelf. J. Pharm. Sci. 2001; 90(7), 860-871. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    19. Patapoff T. W., Overcashler D. E. The importance of freezing on lyophilization cycle development. BioPharm. 2002; 15(3), 16-21.
    20. Bursac R., Sever R., Hunek B. A practical method for resolving the nucleation problem in lyophilization. BioProcess Int. 2009; 7(9), 66-72.
    21. Franks F. Freeze-drying: from empiricism to predictability. The significance of glass transitions. Dev. Biol. Stand. 1992; 74, 9-18; disccusion 19.
    22. Gatlin L. A., Nail S. L. Protein purification process engineering. Freeze drying: A practical overview. Bioprocess Technol. 1994; 18, 317-367. Přejít k původnímu zdroji...
    23. Chang B. S., Kedrick B. S., Carpenter J. F. Surface-induced denaturation of proteins during freezing and its inhibition by surfactants. J. Pharm. Sci. 1996; 85(12), 1325-1330. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    24. Pikal M. J., Shah S., Roy M. L., Putman R. The secondary drying stage of freeze-drying: drying kinetics as a function of temperature and chamber pressure. Int. J. Pharm. 1990; 60(3), 203-207. Přejít k původnímu zdroji...
    25. Rambhatla S., Ramot R., Bhugra C., Pikal M. J. Heat and mass transfer scale-up issues during freeze-drying: II. Control of characterization of the degree of supercooling. AAPS Pharm. Sci. Tech. 2004; 5(4), 1-8. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    26. Franks F. Freeze-drying of bioproducts: putting principles into practice. Eur. J. Pharm. Biopharm. 1998; 45, 221-229. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    27. Konstantinidis A. K., Kuu W., Otten L., Nail S. L., Sever R. R. Controlled nucleation in freeze-drying: Effects on pore size in the dried product layer, mass transfer resistance, and primary drying rate. J. Pharm. Sci. 2011; 100(8), 3453-3470. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    28. Geidobler R., Konrad I., Winter G. Can controlled ice nucleation improve freeze-drying of highly-concentrated protein formulations? J. Pharm. Sci. 2013; 102(11), 3915-3919. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    29. Geidobler R., Mannschedel S., Winter G. A new approach to achieve controlled ice nucleation of supercooled solution during the freezing step in freeze-drying. 2012; 101(12), 4409-4413. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    30. Searles J. A., Carpenter J. F., Randolph T. W. Annealing to optimize the primary drying rate, reduce freeze-induced drying rate heterogenity, and determine T(g)' in pharmaceutical lyophilization. J. Pharm. Sci. 2001; 90(7), 872-887. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    31. Tang X., Pikal M. J. Design of freeze-drying processes for pharmaceuticals: Practical advice. Pharm. Res. 2004; 21(2), 191-200. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    32. Pikal M. J. Freeze-drying of proteins. Part I.: Process Design. Bio.Pharm. 1990; 3, 18-27.
    33. Pikal M. J., Shah S. The collapse temperature in freeze-drying: dependence on measurement methodology and rate of water removal from the glassy phase. In. J. Pharm. 1990; 62, 165-186. Přejít k původnímu zdroji...
    34. Schersch K., Betz O., Garidel P., Muehlau S., Bassarab S., Winter G. Systematic investigation of the effect of lyophilizate collapse on the pharmaceutically relevant proteins I: Stability after freeze-drying. J. Pharm. Sci. 2010; 99(5), 2256-2277. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    35. Schersch K., Betz O., Garidel P., Muehlau S., Bassarab S., Winter G. Systematic investigation of the effect of lyophilizate collapse on the pharmaceutically relevant proteins, part 2: Stability during storage at elevated temperatures. J. Pharm. Sci. 2012; 101(7), 2288-2306. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    36. Kasraian K., Spitznagel T. M., Juneau J. A., Yim K. Characterization of the sucrose/glycine/water system by differential scanning calorimetry and freeze-drying microscopy. Pharm. Dev. Technol. 1998; 3(2): 233-239. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    37. Beirowski J., Geiseler H. Application of DSC and MDSC in the development of freeze dried pharmaceuticals. Eur. Pharm. Rev. 2008; 6, 63-70.
    38. Hajare A. A., More H. N., Walekar P. S., Hajare D. A. Optimization of Freeze Drying Cycle Protocol Using Real Time Microscopy and Integrated Differential Thermal Analysis-Electrical Impedance. Res. J. Pharm. Tech. 2012; 5(7), 985-991.
    39. Nail S. L., Her L. M. Proffitt C. P. Nail L. L. An inproved microscope stage for direct observation of freezing and freeze drying. Pharm. Res. 1994; 11(8), 1098-1100. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    40. Pikal M. J., Lang J. E. Rubber closures as a source of haze in freeze dried parenterals: Test methodology for closure evaluation. J. Parent. Drug. Assoc. 1978; 32, 162-173.
    41. Wang W. Lyophilisation and development of solid protein pharmaceuticals. Int. J. Pharm. 2000; 203, 1-60. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    42. Patel S. M., Doen T., Pikal M. J. Determination of end point of primary drying in freeze-drying process control. AAPS Pharm. Sci.Tech. 2009; 11(1), 73-84. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    43. Hsu C. C., Ward C. A., Pearlman R., Nguyen H. M., Yeung D. A., Curley J. G. Determining the optimum residual moisture in lyophilized protein pharmaceuticals. Dev. Biol. Stand. 1992; 74, 255-270, discussion 271.
    44. Pikal M. J., Dellerman K. M., Roy M. L., Riggin R. M. The effects of formulation variables on the stability of freeze-dried human growth hormone. Pharm Res. 1991; 8(4), 427-436. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    45. Breen E. D., Curley J. G., Overcashier D. E., Hsu C. C., Shire S. J. Effect of moisture on the stability of a lyophilized humanized monoclonal antibody formulation. Pharm Res. 2001; 18(9), 1345-1353. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    46. Sarciaux J. M., Hageman M. J. Effects of bovine somatotropin (rbSt) concentration at different moisture levels on the physical stability of sucrose in freeze-dried rbSt/sucrose mixtures. J Pharm Sci. 1997; 86(3), 365-371. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    47. Pikal M. J., Shah S. Moisture transfer from stopper to product and resulting stability implications. Dev. Biol. Stand. 1992; 74, 165-177.
    48. Donovan P. D., Corvari V., Burton M. D., Rajagopalan N. Effect of stopper processing conditions on moisture content and ramifications for lyophilized products: Comparison of "Low" and "High" moisture uptake stoppers. PDA J. Pharm. Sci. Tech. 2007; 61(1), 51-58.
    49. Schneid S., Geiseler H., Kessler W. J., Luthra S. A., Pikal M. J. Optimization of secondary drying step in freeze drying using TDLAS technology. AAPS PharmSciTech. 2011; 12(1), 379-387. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    50. Graziano G., Catanzano F., Riccio A., Barone G. A reassesment of the molecular origin of cold denaturation. J. Biochem. 1997; 122, 395-401. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    51. Koseki T., Kitabatake N., Doi E. Freezing denaturation of ovalbumin at acid pH. J. Biochem. 1990; 107, 389-394. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    52. Jaenicke R. Protein structure and function at low temperatures. Philos. Trans. R. Soc. Lond. B Biol. Sci. 1990; 326, 535-551. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    53. Pikal-Cleland K. A., Carpenter J. F. Lyophilization-induced protein denaturation in phosphate buffer systems: monomeric and tetrameric beta-galactosidase. J. Pharm. Sci. 2001; 90(9), 1255-1268. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    54. Sundaramurthi P., Suryanarayanan R. The effect of crystallizing and non-crystallizing cosolutes on succinate buffer crystallization and the consequent pH shift in frozen solutions. Pharm Res. 2011; 28(2), 374-385. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    55. Strambini G. B., Gabellieri E. Proteins in frozen solutions: evidence of ice-induced partial unfolding. Biophys. J. 1996; 70, 971-976. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    56. Chang B. S., Kendrick B. S., Carpenter J. F. Surface-induced denaturation of proteins during freezing and its inhibition by surfactants. J. Pharm. Sci. 1996; 85(12), 1325-1330. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    57. Rupley J. A., Careri G. Protein hydration and function. Adv. Protein. Chem. 1991; 41: 37-173. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    58. Prestrelski S. J., Tedeschi N., Arakawa T., Carpenter J. F. Dehydration-induced conformational transitions in proteins and their inhibition by stabilizers. Biophys. J. 1993; 65, 661-671. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    59. Franks F., Hatley H. M., Mathias S. F. Material science and production of shelf-stable biologicals. Biopharm. 1991; 4, 38-55.
    60. Cicerone M. T., Douglas J. F. ββ-relaxation governs protein stability in sugar-glass matrices. Soft Matter 2012; 8, 29831991. Přejít k původnímu zdroji...
    61. Bhatnagar B. S., Bogner R. H., Pikal M. J. Protein stability during freezing: separation of stresses and mechanisms of protein stabilization. Pharm. Dev. Technol. 2007; 12(5), 505-523. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    62. Remmele R. L., Krishnan S., Callahan W. J. Development of lyophilized protein drug products. Curr. Pharm. Biotechnol. 2012; 13(3), 471-496. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    63. Chang L., Pikal M. J. Mechanisms of protein stabilization in the solid state. J. Pharm. Sci. 2009; 98(9); 2886-2908. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    64. Mockus L., LeBlond D., Basu P. K., Shah R. B., Khan M. A. A QbD Case Study: Bayesian Prediction of Lyophilization Cycle Parameters. AAPS PharmSciTech. 2011; 12(1), 442-448. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    65. Patel S. M., Pikal M. J. Lyophilization Process Design Space. J. Pharm. Sci. 2013; 1052(11), 3883-3887. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    66. ICH Guideline Q8(R2) Pharmaceutical Development, http://www.ich.org/fileadmin/Public_Web_Site/ICH_Products/Guidelines/Quality/Q8_R1/Step4/Q8_R2_Guideline.pdf (10. 02. 2014).
    67. Schneid S., Geiseler H. Evaluation of a new wireless temperature remote interoggation system (TEMPRIS) to measure product temperature during freeze-drying. AAPS PharmSciTech. 2008; 9, 729-739. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    68. Kasper J. C., Wiggenhorn M., Resch M., Friess W. Implementation and evaluation of an optical fiber system as novel process monitoring tool during lyophilizaion. Eur. J. Pharm. Biopharm. 2013; 83, 449-459. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    69. De Beer T. R., Vercruysse P., Burgraevve A., Quinten T., Ouyang J., Zhang X., Vervaet C., Remon J. P., Baeyens W. R. In-line and real-time process monitoring of a freeze drying process using Raman and NIR spectroscopy as complementary process analytical technology (PAT) tools. J. Pharm. Sci. 2009; 98(9), 3430-3446. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    70. Hibler S., Wagner C., Geiseler H. Vial freeze-drying, part 1: new insights into heat transfer characteristics of tubing and moulded vials. J. Pharm. Sci. 2012; 101(3), 1189-1201. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...

    Zpět na obsah


    Česká a slovenská farmacie

    Vážená paní, pane,
    upozorňujeme Vás, že webové stránky, na které hodláte vstoupit, nejsou určeny široké veřejnosti, neboť obsahují odborné informace o léčivých přípravcích, včetně reklamních sdělení, vztahující se k léčivým přípravkům. Tyto informace a sdělení jsou určena výhradně odborníkům dle §2a zákona č.40/1995 Sb., tedy osobám oprávněným léčivé přípravky předepisovat nebo vydávat (dále jen odborník).
    Vezměte v potaz, že nejste-li odborník, vystavujete se riziku ohrožení svého zdraví, popřípadě i zdraví dalších osob, pokud byste získané informace nesprávně pochopil(a) či interpretoval(a), a to zejména reklamní sdělení, která mohou být součástí těchto stránek, či je využil(a) pro stanovení vlastní diagnózy nebo léčebného postupu, ať už ve vztahu k sobě osobně nebo ve vztahu k dalším osobám.

    Prohlašuji:

    1. že jsem se s výše uvedeným poučením seznámil(a),
    2. že jsem odborníkem ve smyslu zákona č.40/1995 Sb. o regulaci reklamy v platném znění a jsem si vědom(a) rizik, kterým by se jiná osoba než odborník vstupem na tyto stránky vystavovala.

    Ne
    Ano

    Pokud vaše prohlášení není pravdivé, upozorňujeme Vás,
    že se vystavujete riziku ohrožení svého zdraví, popřípadě i zdraví dalších osob.