MX2008009175A

MX2008009175A - Sistema y metodo de liofilizacion

Info

Publication number: MX2008009175A
Application number: MXMX/A/2008/009175A
Authority: MX
Inventors: Hall Gasteyer Theodore; Rex Sever Robert; Hunek Balazs; Grinter Nigel; Lee Verdone Melinda
Original assignee: Gasteyer Iii Theodore Hall; Grinter Nigel; Hunek Balazs; Praxair Technology Inc; Rex Sever Robert; Lee Verdone Melinda
Priority date: 2006-02-10
Filing date: 2008-07-17
Publication date: 2008-09-26

Abstract

Se proporciona un sistema y método para la liofilización o secado por congelamiento. Durante la etapa de congelamiento, el material o solución que se congelara se lleva inicialmente a una temperatura de aproximadamente o por debajo de su temperatura de congelamiento, después de lo cual la presión en la cámara del secador basado en congelamiento se reduce para inducir la nucleación del material.

Description

SISTEMA Y METODO DE LIOFILIZACION Campo de la Invención La presente invención se refiere a un proceso de liofilización, y más particularmente, a un método para inducir la nucleación de congelamiento en un material, en donde el material se enfría inicialmente a una temperatura por debajo de una temperatura de transición de fase y después se despresuriza a modo de inducir la nucleación de congelamiento en el material. Antecedentes de la Invención Controlando el proceso generalmente aleatorio de la nucleación en la etapa de congelamiento de un proceso de liofilización o secado por congelamiento, para ambos es necesario disminuir el tiempo de procesamiento para completar el secado por congelamiento, y sería muy deseable en la técnica aumentar la uniformidad del producto de recipiente-a-recipiente en el producto final. En un proceso de secado por congelamiento farmacéutico común, los recipientes múltiples que contienen una solución acuosa común se colocan en estantes que se enfrían, generalmente a una velocidad controlada, a bajas temperaturas. La solución acuosa en cada recipiente se enfría por debajo de la temperatura de congelamiento termodinámica de la solución y permanece en un estado líquido sub-enfriado con metastabilidad hasta que ocurra la nucleación. El intervalo de temperaturas de nucleación a través de los recipientes se distribuye aleatoriamente entre una temperatura cercana a la temperatura termodinámica de congelamiento y algún valor (por ejemplo, hasta por encima de 30°C) significativamente más bajo que la temperatura de congelamiento termodinámica. Esta distribución de las temperaturas de nucleación causa la variación de recipiente-a-recipiente en la estructura cristalina de hielo y finalmente en las propiedades físicas del producto liofilizado. Además, la etapa de secado del proceso de secado por congelamiento debe ser excesivamente larga para ajustar el intervalo de tamaños y estructuras del cristal de hielo producidos por el fenómeno de nucleación estocástica natural. Los aditivos se han utilizado para aumentar la temperatura de nucleación de las soluciones sub-enfriadas. Estos aditivos pueden tomar muchas formas. Es bien conocido que algunas bacterias (por ejemplo, Pseudomonas syringae) sintetizan proteínas que ayudan a la formación de hielo con núcleo .en soluciones acuosas sub-enfriadas. Las bacterias o sus proteínas aisladas se pueden agregar a las soluciones para aumentar la temperatura de nucleación. Varios aditivos inorgánicos también demuestran un efecto de nucleación; el aditivo más común es yoduro de plata, Agí. Generalmente cualquier aditivo o contaminante tiene el potencial se servir como agente de nucleación. Los recipientes de liofilización preparados en ambientes que contienen altos niveles de partículas generalmente llevan al estado de nucleación y se congelan en un grado más bajo de sub-enfriamiento que los recipientes preparados en ambientes con pocas partículas. Todos los agentes de nucleación descritos anteriormente se denominan como "aditivos," debido a que cambian la composición del medio en el cual someten a nucleación a una transición de fase. Estos aditivos no son comúnmente aceptables por la FDA que regula y aprueba los productos farmacéuticos I iof ilizad os . Estos aditivos tampoco proporcionan el control del tiempo y temperatura cuando los recipientes son sometidos a nucleación y están congelados. De hecho, los aditivos operan solamente para aumentar la temperatura de nucleación promedio de los recipientes. Los cristales de hielo por sí mismos pueden actuar como agentes de nucleación para la formación de hielo en soluciones acuosas sub-enfriadas. En el método de "vapor de hielo", un deshidratador basado en congelamiento húmedo se llena con un gas frío para producir una suspensión de vapor de partículas pequeñas de hielo. Las partículas de hielo se transportan a los recipientes y la nucleación inicia cuando entran en contacto con la interfaz fluida. El método de "vapor de hielo" no controla la nucleación de los recipientes múltiples simultáneamente a un tiempo y temperatura controlados. Es decir el acontecimiento de la nucleación no ocurre concurrente o instantáneamente dentro de todos los recipientes durante la introducción del vapor frío en el secador basado en congelamiento. Los cristales de hielo tardarán algún tiempo para tratar la manera en la cual cada uno de los recipientes iniciara la nucleación, y los tiempos de transporte son probablemente diferentes para los recipientes en diferentes ubicaciones dentro del secador basado en congelamiento. Para los secadores por congelamiento industriales de gran escala, la implementación del método de "vapor de hielo" requería cambios de diseño del sistema puesto que los dispositivos de convección interna se requieren para ayudar a una distribución más uniforme del "vapor de hielo" a través del secador basado en congelamiento. Cuando los estantes del secador basado en congelamiento se enfrían continuamente, la diferencia de tiempo entre cuando el primer recipiente se congela y el último recipiente se congela, creará una diferencia de temperatura entre los recipientes, que aumentarán la falta de uniformidad recipiente-a-recipiente en los productos liofilizados. El tratamiento previo del recipiente perforando, rasgado, o raspando, también se ha utilizado para disminuir el grado de sub-enfriamiento requerido para la nucleación. Ya que con los otros métodos de la técnica anterior, el tratamiento previo del recipiente tampoco imparte ningún grado de control al tiempo y temperatura cuando los recipientes individuales son sometidos a nucleación y congelamiento, en su lugar de hecho solo aumenta la temperatura de nucleación promedio de todos los recipientes. La vibración también se ha utilizado para someter, a nucleación una transición de fase en un material con metastabilidad. La vibración suficiente para inducir la nucleación ocurre en las frecuencias por encima de los 10 kHz y se puede producir usando una variedad de equipos. Frecuentemente las vibraciones en este intervalo de frecuencia se denominan "ultrasónicas," aunque las frecuencias en el intervalo de 10 kHz a 20 kHz estén comúnmente dentro del intervalo audible de los humanos. La vibración ultrasónica produce frecuentemente la cavitación, o la formación de burbujas pequeñas de gas, en una solución sub-enfriada. En el régimen de cavitación temporal o de inercia, las burbujas de gas crecen y colapsan rápidamente, causando fluctuaciones localizadas muy altas de presión y temperatura. La capacidad de vibración ultrasónica para inducir la nucleación en un material con metastabilidad se atribuye frecuentemente a las alteraciones causadas por la cavitación temporal. El otro régimen de cavitación, llamado estable o sin inercia, es caracterizado por las burbujas que exhiben oscilaciones estables de volumen o forma sin colapsar. La Solicitud de Patente Norteamericana No. 20020031577 A1 describe que la vibración ultrasónica puede inducir la nucleación incluso en el régimen de cavitación estable, pero no ofrece ninguna explicación del fenómeno. La Solicitud de Patente de Gran Bretaña 2400901A también describe que la probabilidad de causar la cavitación, y por lo tanto la nucleación, en una solución usando las vibraciones con frecuencias por encima de 10 kHz se puede aumentar reduciendo la presión ambiente alrededor de la solución o disolviendo un líquido volátil en la solución. Un método de congelamiento eléctrico también se ha utilizado anteriormente para inducir la nucleación en líquidos sub-enfriados. El congelamiento eléctrico es logrado generalmente suministrado campos eléctricos relativamente altos (~1 V/nm) de una manera continua o por pulsaciones entre los electrodos estrechamente separados sumergidos en un líquido o solución sub-enfriada. Las desventajas asociadas a un proceso de congelamiento eléctrico en aplicaciones comunes de liofilización, incluyen la complejidad y costo relativos para implementar y mantener, particularmente las aplicaciones de liofilización usando los recipientes o envases múltiples. Tampoco, el congelamiento eléctrico se puede aplicar directamente a las soluciones que contienen especies iónicas (por ejemplo, NaCI). Recientemente, se hicieron estudios que examinan el concepto de "congelamiento superficial inducido por vacío" (ver por ejemplo, la Patente Norteamericana No. 6,684,524). En tal "congelamiento superficial inducido por vacío", los recipientes que contienen una solución acuosa se cargan en un estante de temperatura controlada en un secador basado en congelamiento y se mantienen inicialmente a aproximadamente 10°C. La cámara de secado por congelamiento entonces se evacúa a casi presión de vacío (por ejemplo, 1 mbar), lo cual causa el congelamiento superficial de las soluciones acuosas a profundidades de algunos milímetros. La liberación subsecuente de vacío y la disminución de la temperatura del estante por debajo del punto de congelamiento de la solución, permite el desarrollo de los cristales de hielo de la capa superficial precongelada a través del resto de la solución. Una desventaja principal de ejecutar este proceso de 'congelamiento superficial inducido por vacío' en una aplicación de liofilización común, es el riesgo elevado de ebullición repentina o de desgasificación de la solución bajo condiciones indicadas. El control mejorado del proceso de nucleación puede permitir que el congelamiento de todos los recipientes de solución farmacéutica no congelados en un secador basado en congelamiento, ocurra dentro de un intervalo más estrecho de temperatura y tiempo, de tal modo se proporciona un producto liofilizado con mayor uniformidad de recipiente-a-recipiente. El control de la temperatura mínima de nucleación puede afectar la estructura de cristal del hielo formada dentro del recipiente, y I permitir un proceso de secado por congelamiento muy acelerado. Por lo tanto, existe una necesidad de controlar el proceso aleatorio de nucleación en varios sistemas de congelamiento incluyendo la etapa de congelamiento de un proceso de secado por congelamiento o liofilización para disminuir el tiempo de procesamiento para completar la secado por congelamiento y para mejorar la uniformidad del producto de recipiente-a-recipiente en el producto final. Por lo tanto sería deseable proporcionar un proceso que posea alguna, o preferiblemente todas las, características anteriores. Breve Descripción de la Invención La presente invención se puede caracterizar como un método para tiof i I iza r un material, que comprende las etapas de: (i) enfriamiento del material en una cámara a una velocidad de enfriamiento preestablecida; (ii) disminución de la presión en el secador de la cámara para inducir la nucleación del congelamiento en el material; (iii) enfriamiento adicional del material sin someter a nucleación o por debajo de una temperatura final para congelar el material; y (iv) secado del material para producir un producto secado que reduzca la humedad o el solvente. La invención también se puede caracterizar como un sistema secador basado en congelamiento que comprende: una cámara que tiene una atmósfera de gas controlada y uno o más estantes adaptados para sostener uno o más envases o recipientes de un material; un medios para controlar la temperatura de los estantes dentro de la cámara a modo de controlar la temperatura del material; un condensador acoplado a la cámara y adaptado para eliminar cualquier solvente o humedad de la cámara; y un medio para controlar la presión de la cámara a modo de despresurizar rápidamente la cámara para someter a nucleación un cambio de fase en el material durante el congelamiento, y para mantener una presión baja durante el secado.

Breve Descripción de los Dibujos Los anteriores y otros aspectos, características, y ventajas de la presente invención serán más evidentes a partir de la siguiente descripción, más detallada de las mismas, presentada en combinación con los siguientes dibujos, en donde: La figura 1 es una gráfica que representa la temperatura contra el diagrama de tiempo de una solución que experimenta un proceso de congelamiento estocástico y además muestra el intervalo de temperaturas de nucleación de la solución; La figura 2 es una gráfica que representa la temperatura contra el diagrama de tiempo de una solución que experimenta un sistema de congelamiento equilibrado con la nucleación despresurizada de acuerdo a los presentes métodos; La figura 3 es una gráfica que representa la temperatura contra el diagrama de tiempo de una solución que experimenta un proceso de congelamiento dinámico con la nucleación despresurizada de acuerdo con los presentes métodos; y La figura 4 es una representación esquemática de un sistema de liofilización de acuerdo con la presente invención. Descripción Detallada de la Invención La nucleación es el inicio de una transición de fase en una región pequeña de un material. Por ejemplo, la transición de fase puede ser la formación de un cristal de un líquido. El proceso de cristalización (es decir, formación de cristales sólidos de una solución) asociado frecuentemente al congelamiento de una solución comienza con un acontecimiento de nucleación seguido por el desarrollo de cristales. En el proceso de cristalización, la nucleación es la etapa en donde las moléculas seleccionadas dispersas en la solución u otro material comienzan a acumularse para crear grupos a escala nanométrica al volverse estable bajo las condiciones de operación actuales. Estos grupos estables constituyen los núcleos. Los grupos necesitan alcanzar un tamaño crítico para volverse núcleos estables. Tal tamaño crítico es especificado por las condiciones de operación tales como temperatura, contaminantes, grado de sobresaturación, etc. y generalmente puede variar de una muestra de solución a otra. Es durante el acontecimiento de la nucleación que los átomos en la solución organizar de una manera definida y periódica que define la estructura de los cristales. El desarrollo de cristales es el desarrollo subsecuente de los núcleos que logran alcanzar el tamaño crítico de grupo. Dependiendo de las condiciones, la nucleación o el desarrollo de cristales puede predominar sobre el otro, y por lo tanto, se obtienen cristales con diferentes tamaños y formas. El control del tamaño y forma de los cristales constituye uno de los desafíos principales en la fabricación industrial, tal como para los farmacéuticos. El presente método se relaciona a un proceso para controlar el tiempo y/o temperatura, en donde una transición de fase sometida a nucleación ocurre en un material. En las aplicaciones de congelamiento, la probabilidad de que un material se someta espontáneamente a nucleación y comience a cambiar la fase, se relaciona al grado de sub-enfriamiento del material y a la ausencia o presencia de contaminantes, aditivos, estructuras, o alteraciones que proporcionen un sitio o una superficie para la nucleación. La etapa de congelamiento o solidificación es particularmente importante en el proceso de secado por congelamiento, en donde las técnicas existentes dan lugar a diferencias de temperatura de nucleación a través de una multiplicidad de recipientes o envases. Las diferencias de temperatura de nucleación tienden a producir un producto no uniforme y un tiempo de secado ampliamente largo. Los presentes métodos, por una parte, proporcionan un grado más alto de control del proceso en los procesos de solidificación por lotes (por ejemplo, secado por congelamiento) y producen un producto con una estructura y las características más uniformes. Al contrario de algunas de las técnicas de la técnica anterior para inducir la nucleación, los presentes métodos cambios mínimos de equipo y operación para la implementación. Principalmente, los presentes métodos se pueden aplicar a cualquier etapa de tratamiento de materiales que implique una transición de fase sometida a nucleación. Los ejemplos de tales procesos incluyen el congelamiento de un líquido, cristalización de hielo a partir de una solución acuosa, cristalización de polímeros y metales a partir de fusiones, cristalización de materiales inorgánicos a partir de soluciones sobresaturadas, cristalización de proteínas, producción de nieve artificial, deposición de hielo a partir de vapor, congelamiento de alimentos, concentración por congelamiento, cristalización fraccionaria, crioconservación, o condensación de vapores a líquidos. A parir de un punto de vista conceptual, los presentes métodos también se pueden aplicar a las transiciones de fase tales como fusión y ebullición. El método descrito actualmente representa una mejora a los presentes procesos de liofilización farmacéuticos. Por ejemplo, dentro de un secador basado en congelamiento industrial grande puede haber más de 100,000 recipientes que contienen un producto farmacéutico que necesita congelarse y secarse. La práctica actual en la industria es para enfriar la solución a un grado muy alto para garantizar que sea congelada la solución en todos los recipientes o envases en el secador basado -en congelamiento. El contenido de cada recipiente o envase, sin embargo, se congela aleatoriamente a un intervalo de temperaturas por debajo del punto de congelamiento, debido a que el proceso de nucleación está sin controlar. Volviendo a las figuras, y particularmente a la figura 1, se presenta una temperatura contra el diagrama de tiempo de seis recipientes de una solución acuosa que experimenta un proceso de nucleación estocástico convencional, que muestra el intervalo común de temperaturas de nucleación de la solución dentro de los recipientes (11, 12, 13, 14, 15, y 16). Según lo considerado en la misma, el contenido del recipiente tiene una temperatura termodinámica de congelamiento de aproximadamente 0°C, aún la solución dentro de cada recipiente se somete a nucleación naturalmente a un intervalo de temperaturas amplio de aproximadamente -7°C a -20°C o más, según lo indicado por el área 18. El diagrama 19 representa la temperatura del estante dentro de la cámara de secado por congelamiento. Por el contrario, la figura 2 y la figura 3 representan la temperatura contra los diagramas de tiempo de una solución q.ue experimenta un proceso de congelamiento con la nucleación despresurizada de acuerdo con los presentes métodos. Particularmente, la figura 2 muestra la temperatura contra el diagrama de tiempo de seis recipientes de una solución acuosa que experimenta un proceso de enfriamiento equilibrado (ver el ejemplo 2) con la nucleación inducida vía la descompresión de la cámara (21, 22, 23, 24, 25, y 26). El contenido del recipiente tiene una temperatura termodinámica de congelamiento de aproximadamente 0°C, aún la solución dentro de recipiente se somete a nucleación al mismo tiempo que la descompresión y dentro de un intervalo de temperaturas muy estrechas (es decir, -4°C a -5°C) según lo visto en el área 28. El diagrama 29 representa la temperatura del estante dentro de la cámara de secado por congelamiento y representa un proceso de congelamiento equilibrado, en donde la temperatura de los estantes se mantiene más o menos constante antes de la descompresión. Similarmente, la figura 3 muestra la temperatura contra el diagrama de tiempo de tres recipientes de una solución acuosa que experimenta un proceso de enfriamiento dinámico (ver el ejemplo 7) con la nucleación inducida vía la descompresión de la cámara (31, 32, y 33). Una vez más el contenido del recipiente tiene una temperatura de congelamiento termodinámica de aproximadamente 0°C, aún la solución dentro de cada recipiente se somete a nucleación al mismo tiempo durante la descompresión a un intervalo de temperaturas de aproximadamente -7°C a -10°C según lo considerado en el área 38. El diagrama 39 representa la temperatura del estante dentro de la cámara de secado por congelamiento y representa generalmente un proceso de enfriamiento dinámico, en donde'la temperatura de los estantes se disminuye activamente durante o antes de la descompresión. Según lo ilustrado en las figuras, los presentes métodos proporcionan el control mejorado del proceso de nucleación permitiendo que el congelamiento de soluciones farmacéuticas en un secador basado en congelamiento ocurra dentro de un intervalo de temperaturas más estrecho (por ejemplo, por encima de 0°C a -10°C) y/o concurrentemente, de tal modo produce un producto liofilizado con mayor uniformidad de recipiente-a-recipiente. Aunque no está demostrado, es evidente previsible que el intervalo de temperaturas de nucleación inducida incluso se puede extender ligeramente sobre la temperatura de transición de fase y también puede extenderse a aproximadamente 40°C de sub-enfriamiento. Otro beneficio asociado a los presentes métodos es que controlando la temperatura de nucleación mínima y/o la duración exacta de nucleación se puede alterar la estructura de cristal de hielo formada dentro de los recipientes o envases congelados. La estructura de cristal de hielo es una variable que afecta el tiempo •que tarda que el hielo sea sublimado. Así, controlando la estructura de cristal de hielo, es posible acelerar ampliamente todo el proceso de secado por congelamiento. Volviendo ahora a la figura 4, la unidad del secador basado en congelamiento ilustrada (200) tiene varios componentes principales más ios sistemas auxiliares adicionales para realizar el ciclo de liofilización. Particularmente, la unidad del secador basado en congelamiento (200) incluye una cámara de liofilización (202) que contienen los estantes (204) adaptados para sostener los recipientes o envases de la solución que se liofilizará (no mostrada). La solución que se liofilizará se formula especialmente y contiene comúnmente el ingrediente activo, un sistema de solventes y varios agentes de estabilización u otros portadores o aditivos farmacéuticamente aceptables. La liofilización de esta formulación ocurre en los envases especializados situados en estantes huecos. Estos envases pueden incluir recipientes con tapones, ampollas, jeringas, o, en el caso de la liofilización a gran escala, cacerolas. La unidad del secador basado en congelamiento (200) ilustrada también incluye un condensador (206) que es adaptado para eliminar el solvente sublimado y desabsorberlo de la fase de vapor condensándolo o congelando como hielo para mantener el vacío adecuado dentro del secador basado en congelamiento. El condensador (206) se puede ubicar internamente en la cámara de liofilización (202) o como unidad externa separada en comunicación con la cámara de liofilización (202) a través de la llamada válvula de aislamiento. La unidad del secador basado en congelamiento (200) también incluye preferiblemente una bomba de vacío (208) acoplada operativamente al condensador (206) y adaptada para extraer el vacío de la cámara de liofilización (202) y del condensador (206). El sistema de refrigeración criogénico (210) proporciona los medios de control de temperatura para la unidad secador basado en congelamiento (200) enfriando un líquido de transferencia de calor preestablecido que se hace circular a los estantes (204) dentro de la cámara de liofilización (202) y del condensador (206). Según lo ilustrado, el sistema de refrigeración criogénico (210) comprende una fuente de criógeno (218), por ejemplo nitrógeno líquido, un intercambiador de calor criogénico (220), y un circuito de fluido de transferencia de calor (222), conducto de ventilación (224), calentador (226) y bombas (227.228). El intercambiador de calor criogénico (220) es preferiblemente un NCOOL™ Non-Freezing Cryogenic Heat Exchange System disponible de Praxair, Inc. un aspecto importante del intercambiador de calor criogénico (220) es la vaporización del nitrógeno líquido dentro o internamente en el intercambiador de calor aún de una forma que evita el contacto directo del nitrógeno líquido en las superficies de enfriamiento expuestas al líquido de transferencia de calor. Los detalles de la estructura y de la operación de tal intercambiador de calor se pueden encontrar en la Patente Norteamericana No. 5,937,656 (Cheng y col.) cuya descripción se incorpora por referencia en la presente. El circuito de fluido de transferencia de calor (222) preestablecido se adapta para hacer circular un fluido de transferencia de calor y se acopla operativamente a la cámara de liofilización (202) así como al condensador (206). Más específicamente, el fluido transferencia de calor circula dentro de los estantes huecos (204) dentro de la cámara de liofilización (202) para comunicar exactamente el enfriamiento o calentamiento a través de los estantes (204) a la solución según sea necesario. Además el fluido de transferencia de calor preestablecido también atraviesa el condensador (206) para proporcionar los medios de enfriamiento necesarios para sublimar el hielo y desabsorber adicionalmente el solvente. La bomba (227) y el calentador (226) se ubican a lo largo del circuito de fluido de transferencia de calor (222) ' a contracorriente desde el cámara de liofilización (202) y descendentemente desde el intercambiador de calor criogénico (220). La bomba (227) se dimensiona para mover el fluido de transferencia de calor a través del circuito de transferencia de calor (222) a los caudales requeridos. El calentador (226) es preferiblemente un calentador eléctrico adaptado para proporcionar calor complementario al fluido de transferencia de calor y a la cámara de liofilización (202) según se pueda requerir durante los procesos de secado. Según lo observado en la modalidad de la figura 4, el condensador (206) también es enfriado mediante la recirculación de un fluido de transferencia de calor de baja temperatura. La refrigeración del fluido de transferencia de calor a través del condensador (206) también es proporcionada por un intercambiador de calor criogénico (220). El intercambiador de calor criogénico (220) es capaz de enfriar el fluido de transferencia de calor continuamente sin congelamiento. Durante las fases de secado, se fija o se adapta el intercambiador de calor criogénico (220) para alcanzar la temperatura más baja requerida por el condensador (206). Según lo descrito anteriormente, el intercambiador de calor criogénico (220) pre-evapora el nitrógeno líquido a un gas frío criogénico para la transferencia de calor al fluido de transferencia de calor. A través de la pre-evaporación del nitrógeno líquido se asegura que el nitrógeno líquido evite hervir directamente sobre una superficie de intercambio de calor donde el fluido de transferencia de calor se ubica en el otro lado. Tal arreglo evita el congelamiento del intercambiador de calor criogénico (220) puesto que el nitrógeno líquido hierve a aproximadamente -195°C a presión atmosférica. La modalidad ilustrada de la figura 4 también incluye los medios para controlar la atmósfera de gas de la cámara de liofilización (250), y particularmente la composición y presión del gas dentro de la cámara (202). El control de la presión de la cámara (202) permite la presurización y descompresión rápida de la cámara para inducir la nucleación de la solución. La modalidad descrita utiliza preferiblemente una o más válvulas de control de flujo (252) adaptadas de manera controlable para facilitar la introducción de una atmósfera de gas presurizada a la cámara (202) desde una fuente de gas (no mostrada), y para despresurizar la cámara descargando la atmósfera de gas presurizada fuera de la cámara (202) en manera controlada y preferiblemente rápida de tal modo se induce la nucleación de la solución en varios envases o recipientes. Aunque no se muestre, la unidad del secador basado en congelamiento (200) también incluye varios sistemas de software y hardware de control adaptados para controlar y coordinar varias partes del equipo de secado por congelamiento, y realizar el ciclo de liofilización preprogramado. Varios sistemas de software, y hardware de control también pueden proporcionar la documentación, registro de datos, alarmas, y también las capacidades de seguridad del sistema. Además, los sistemas auxiliares de la unidad del secador basado en congelamiento (200) pueden incluir varios sub-sistemas para limpiar y esterilizar la cámara de liofilización (202), cargar automáticamente y descargar el producto en la cámara de liofilización (202); y accesorios del sistema criogénico asociados tal como deslizantes de refrigeración, tanques de nitrógeno líquido, tuberías, válvulas, sensores, etc.

En sentido amplio, los métodos actualmente descritos para inducir la nucleación de una transición de fase dentro de un material, comprenden las etapas de: (i) enfriar el material a una temperatura de aproximadamente o por debajo de una temperatura de transición de fase del material; y (ii) disminuir rápidamente la presión para inducir la nucleación de una transición de fase en el material. Cada una de estas etapas importantes será discutida más detalladamente abajo. Etapa 1 - Enfriamiento de material Los materiales ilustrativos útiles en el presente método incluyen sustancias, gases, suspensiones, geles, líquidos, soluciones, mezclas, o componentes puros dentro de una solución o mezcla. Los materiales convenientes para el uso en el presente método pueden incluir, por ejemplo, materiales farmacéuticos, materiales biofarmacéuticos, productos alimenticios, materiales químicos, y pueden incluir productos tal como productos de cuidado de heridas, cosméticos, productos veterinarios y productos relacionados a los diagnósticos in vivo/in vitro y similares. Cuando el material es un líquido, puede ser deseable disolver los gases en el líquido. Los líquidos en un ambiente de gas controlado tendrán generalmente gases disueltos en ellos. Otros materiales ilustrativos útiles en el presente método incluyen el material biológico o biofarmacéutico tal como tejidos, órganos y estructuras multicelulares. Para ciertas aplicaciones biológicas y farmacéuticas, el material puede ser una solución o una mezcla que incluyen: virus vivos o atenuados; ácidos nucleicos; anticuerpos monoclonales; anticuerpos policlonales; biomoléculas; análogos no-péptidos; péptidos, incluyendo polipéptidos, imitadores de péptido y péptidos modificados; proteínas, incluyendo proteínas de fusión y modificadas; ARN, ADN y subclases de los mismos; oligonucleótidos; partículas virales; y similares tal como materiales o componentes de los mismos. Las soluciones farmacéuticas o biofarmacéuticas contenidas en recipientes o envases para liofilizar serían un buen ejemplo de un material que se beneficiaría del presente método. Las soluciones son principalmente agua y son sustancialmente incomprimibles. Tales soluciones farmacéuticas o biofarmacéuticas también son altamente puras y generalmente libres de macropartículas que pueden formar sitios para la nucleación. La temperatura de nucleación uniforme es importante para crear una estructura de cristal de hielo constante y uniforme de recipiente-a-recipiente o envase-a-envase. La estructura de cristal de hielo convertido también afecta ampliamente el tiempo requerido para el secado. En relación a un proceso de secado por congelamiento, el material se coloca preferiblemente en una cámara, tal como una cámara de secado por congelamiento. Preferiblemente, la cámara se configura para permitir el control de la temperatura, presión, y atmósfera del gas dentro de la cámara. La atmósfera de gas puede incluir, pero sin limitarse: argón, nitrógeno, helio, aire, vapor de agua, oxígeno, dióxido de carbono, monóxido de carbono, óxido nitroso, óxido nítrico, neón, xenón, criptón, metano, hidrógeno, propano, butano, y similares, incluyendo mezclas permitidas de los mismos. La atmósfera de gas preferida comprende un gas inerte, tal como argón, a una presión entre aproximadamente 7 a aproximadamente 50 psig o más. Las temperaturas dentro de la cámara del secador basado en congelamiento son indicadas frecuentemente por el proceso de secado por congelamiento y son controladas fácilmente vía el uso de un fluido de transferencia de calor que enfría o calienta los estantes dentro de la cámara para controlar la temperatura de los recipientes o envases y el material dentro de cada recipiente o envase. De acuerdo con los presentes métodos, el material se enfría a una temperatura de aproximadamente o por debajo de su temperatura de transición de fase. En el caso de una solución basada en líquidos que experimenta un proceso de secado por congelamiento, la temperatura de transición de fase es el punto de congelamiento termodinámico de la solución. Donde la solución alcanza temperaturas por debajo del punto de congelamiento termodinámico de la solución, se le denomina comúnmente como sub-enfriada. Cuando se aplica a un proceso de congelamiento de una solución basada en líquidos, el presente método es efectivo cuando el grado de sub-enfriamiento oscila de aproximadamente o debajo de la temperatura de transición de fase hasta aproximadamente 40°C de sub-enfriamiento, y preferiblemente entre aproximadamente 3°C de sub-enfriamiento y 10°C de sub-enfriamiento. En algunos de los ejemplos descritos más abajo, el presente método para inducir la nucleación opera deseablemente incluso donde la solución tiene solamente aproximadamente 1°C de sub-enfriamiento por debajo de su punto de congelamiento termodinámico. Donde está el material está a una temperatura por debajo de su temperatura de transición de fase, es referido frecuentemente como en un estado con metastabilidad. Un estado con metastabilidad es un estado inestable y temporal, pero relativamente duradero de un sistema químico o biológico. Un material con metastabilidad existe en una fase o estado temporalmente que no sea su fase o estado de equilibrio. En ausencia de cualquier cambio del material o su ambiente, un material con metastabilidad eventualmente experimentará la transición de su estado de desequilibrio a su estado de equilibrio. Los materiales con metastabilidad ilustrativos incluyen las soluciones sobresaturadas y líquidos sub-enfriados. Un ejemplo común de un material con metastabilidad sería agua líquida a presión atmosférica y a una temperatura de -10°C. Con un punto de congelamiento normal de 0°C, el agua líquida no debe existir termodinámicamente a esta temperatura y presión, pero puede existir en ausencia, de un acontecimiento o estructura de nucleación para comenzar el proceso de cristalización de hielo. El agua extremadamente pura se puede enfriar a las temperaturas muy bajas (-30°C a -40°C) a presión atmosférica y aún permanecer en estado líquido. Tal agua sub-enfriada está en un estado con metastabilidad termodinámicamente no equilibrado. Carece solamente de un acontecimiento de nucleación para provocar el comienzo de la transición de fase por lo cual vuelve al equilibrio. Según lo discutido anteriormente, los presentes métodos para inducir la nucleación de una transición de fase dentro de un material, o para congelar un material se pueden utilizar con varios perfiles de enfriamiento, incluyendo, por ejemplo, un ambiente enfriamiento equilibrado o un ambiente de enfriamiento dinámico (ver las figs. 2 y 3). Etapa 2 - Disminuir rápidamente la presión Cuando el material ha alcanzado la temperatura deseada de aproximadamente o por debajo de la temperatura de transición de fase, la cámara se despresuriza acelerada o rápidamente. Esta descompresión acciona la nucleación y la transición de fase de la solución dentro de los recipientes o envases. En la modalidad preferida, la despresurización de la cámara es lograda abriendo o abriendo parcialmente una válvula de control grande que separa la cámara de alta presión del ambiente circundante o una cámara de baja presión o ambiente. La presión elevada es diminuida rápidamente por el flujo total de la atmósfera de gas de la cámara. La despresurización necesita ser lo suficientemente rápida para inducir la nucleación. La despresurización se debe finalizar en varios segundos o menos, preferiblemente 40 segundos o menos, preferiblemente 20 segundos o menos, y más preferiblemente 10 segundos o menos. Comúnmente las aplicaciones de secado por congelamiento, la diferencia de presión entre la presión inicial de la cámara y la presión final de la cámara, después de la despresurización, debe ser mayor de aproximadamente 7 psi, aunque pequeñas disminuciones de presión puedan inducir la nucleación en algunas situaciones. La mayoría de los secadores basados en congelamiento comerciales pueden adaptar fácilmente el intervalo de disminuciones de presión necesarias para controlar la nucleación. Muchos secadores basados en congelamiento se diseñan con niveles de presión superiores a 25 psig para soportar los procedimientos de esterilización convencionales que utilizan el vapor saturado a 121°C. Tales niveles del equipo proporcionan una ventana amplia para inducir la nucleación siguiendo los protocolos que despresurizan a partir de las presiones iniciales sobre la presión ambiente o la presión en el actual ambiente circundante. La presión elevada y la despresurización subsecuente se pueden alcanzar a través de cualquier medio conocido (por ejemplo, neumático, hidráulico, o mecánico). En las modalidades preferidas, las presiones de operación para los presentes métodos deben permanecer por debajo de la presión supercrítica de cualquier gas aplicado, y el sometimiento del material a presiones bajas extremas (es decir, aproximadamente 10 mTorr o menos) se debe evitar durante la nucleación del material. Aunque no se desea estar limitado a cualquier mecanismo particular, un mecanismo posible que explica la nucleación controlada observada en la práctica del presente método es en donde los gases en la solución en el material salen de la solución durante la despresurización y forman burbujas que someten a nucleación al material. Una presión elevada inicial aumenta la concentración de gas disuelto en la solución. La disminución rápida de la presión después del enfriamiento reduce la solubilidad de gas, y la liberación subsecuente del gas de la solución sub-enfriada acciona la nucleación de la transición de fase. Otro mecanismo posible es aquel en donde la disminución de la temperatura del gas próximo al material durante la despresurización causa un punto frío en la superficie del material que inicia la nucleación. Otro mecanismo posible es que la despresurización causas la evaporación de algún líquido en el material y el enfriamiento resultante del proceso de evaporación endotérmica puede iniciar la nucleación. Otro mecanismo posible es que el gas frío despresurizado próximo al material congela un poco de vapor en equilibrio con el material antes de -la despresurización o liberado del material por la evaporación durante la despresurización; las partículas sólidas resultantes entran nuevamente en el material y actúan como semillas o superficies para iniciar la nucleación. Uno o más de estos mecanismos pueden contribuir a la iniciación de la nucleación del congelamiento o solidificación a diferentes grados dependiendo de la naturaleza del material, de su ambiente y de la transición de fase que se somete a nucleación. El proceso se puede realizar enteramente a una presión mayor que presión ambiente o sobre un intervalo de presiones que superan la presión ambiente. Por ejemplo, la presión inicial de la cámara puede estar por encima de la presión ambiente y la presión final de la cámara, después de la despresurización, puede estar por encima de la presión ambiente pero por debajo de la presión inicial de la cámara; la presión inicial de la cámara puede estar por encima de la presión ambiente y la presión final de la cámara, después de la despresurización, puede estar por encima de la presión ambiente o ligeramente por debajo de la presión ambiente. El índice y la magnitud de la disminución de presión también se cree que es un aspecto importante de los presentes métodos. ¿Los experimentos han demostrado que la nucleación será inducida donde la disminución de presión (?P) es mayor que aproximadamente 7 psi. Alternativamente, la magnitud de la disminución de presión se puede expresar como una relación de presión absoluta, - R = PJPf, donde P, es la presión .absoluta inicial y Pf es la presión absoluta final. Se cree que la nucleación se puede inducir durante la despresurización la relación de presión absoluta, R, es mayor de aproximadamente 1.2 en muchas aplicaciones prácticas de los presentes métodos. El índice de disminución de presión también desempeña una función importante en los presentes métodos. Un método para caracterizar el índice de disminución de presión está a través del uso de un parámetro, A, donde A = ?P/?t. Una vez más se cree que la nucleación será inducida para los valores A mayores que un valor preestablecido, tal como aproximadamente 0.2 psi/seg. Los datos empíricos a través de la experimentación deben ayudar a comprobar la disminución de presión y el índice preferido de disminución de presión.

Los siguientes ejemplos destacan varios aspectos y características de los métodos descritos actualmente para inducir la nucleación en un material y no deben considerar en un sentido limitantes. De hecho, estos ejemplos son solamente ilustrativos y el alcance de la invención se debe determinar solamente con respecto a las reivindicaciones anexas en la presente.

Ejemplos Todos los ejemplos descritos en la presente se realizaron en un secador basado en congelamiento VirTis 51-SRC de escala experimental que tiene cuatro estantes con aproximadamente 1.0 m2 de espacio de estante total y un condensador interno. Esta unidad fue adaptada para" soportar presiones positivas de hasta aproximadamente 15 psig. Un diámetro de 1.5" de abertura circular también fue agregado a la pared posterior de la cámara de secado por congelamiento con una tubería de acero inoxidable de diámetro de 1.5" que se extiende desde el orificio a través del aislamiento de la pared posterior para emerger de la parte posterior del secador basado en congelamiento. El puerto completo de dos 1.5", las válvulas de bola accionadas por aire, fueron unidos a esta tubería vía accesorios sanitarios. Una válvula de bola permite que un gas fluya dentro de la cámara de secado por congelamiento y de tal modo proporcione presiones positivas de hasta 15 psig. La segunda válvula de bola permite que el gas fluya fuera de la cámara de secado por congelamiento y de tal modo reduzca la presión de la cámara a las condiciones atmosféricas (0 psig). Toda la refrigeración de los estantes y el condensador del secador por congelamiento fue realizada vía la circulación del fluido de transferencia de calor Dynalene MV enfriado por nitrógeno líquido usando el sistema Praxair NCool™-HX.

Todas las soluciones fueron preparadas en un lugar limpio clase 100. El secador basado en congelamiento fue colocado con la puerta, estantes, y controles todo accesibles desde el espacio limpio mientras que . los otros componentes (bombas, calentadores, . etc.) fueron colocados en un ambiente de lugar no limpio. Todas las soluciones fueron preparadas con agua de grado CLAR (Fisher Scientific, filtrado a través -de membranas de 0.10 µm). Las soluciones finales fueron filtradas a través de membranas de 0.22 µm antes de llenar los recipientes o envases de liofilización. Todos los gases fueron suministrados vía cilindros y filtrados a través de filtros de 0.22 µm para eliminar las macropartículas. Los envases de cristal (recipientes de 5 ml y botellas de 60 ml) fueron obtenidos pre-limpiados para las macropartículas de Wheaton Science Products. Los portadores farmacéuticamente aceptables fueron utilizados cuando fue apropiado. Las etapas anteriores fueron consideradas para asegurar que los materiales y métodos cumplieron los estándares de fabricación farmacéutica convencional para las macropartículas, que actúan como agentes de nucleación. Según lo utilizado en la presente, el "portador farmacéuticamente aceptable" incluye cualquiera y todos los solventes, medios de dispersión, antioxidantes, sales, recubrimientos, tensioactivos, conservadores (por ejemplo, metilo o p-hidroxibenzoato de propilo, ácido sórbico, agentes antibacterianos, agentes anti-hongos), agentes isotónicos, agentes retardantes de solución (por ejemplo, parafina), absorbentes (por ejemplo, arcilla de caolina, arcilla de bentonita), estabilizadores de fármaco (por ejemplo, sulfato de laurilo de sodio), geles, aglutinantes (por ejemplo, jarabe, acacia, gelatina, sorbitol, tragacanto, pirrolidona polivinilo, carboxmetilcelulosa alginatos), excipientes (por ejemplo, lactosa, azúcar de leche, polietilenglicol), agentes de desintegración (por ejemplo, agar-agar, almidón, lactosa, fosfato de calcio, carbonato de calcio, ácido algínico, sorbitol, glicina), agentes humectantes (por ejemplo, alcohol de cetilo, monoestearato de glicerol), lubricantes, aceleradores de absorción (por ejemplo, sales de amonio de cuaternario), aceites comestibles (por ejemplo, aceite de almendra, aceite de coco, esteres aceitosos o propilenglicol), edulcorantes, agentes endulzantes, agentes saborizantes, agentes colorantes, rellenos, (por ejemplo, almidón, lactosa, sucrosa, glucosa, manitol), lubricantes de formación de tableta (por ejemplo, estearato de magnesio, almidón, glucosa, lactosa, flor de arroz, yeso), portadores para la inhalación (por ejemplo, propulsores de hidrocarburo), agentes amortiguadores, o tal como materiales y combinaciones de los mismos, como sería conocido por un experto en la técnica. Para las condiciones experimentales descritas en la presente y todas las formulaciones de liofilización estudiadas, se observó que la nucleación estocástica comúnmente ocurrió a temperaturas del envase entre aproximadamente -8°C y -20°C y ocasionalmente tal caliente como -5°C. Los envases se podrían mantener generalmente a temperaturas superiores a -8°C durante largos periodos de tiempo sin nucleación. El inicio de la nucleación y del desarrollo subsecuente de cristales (es decir, congelamiento), fue determinado por la medición de Ja temperatura como el punto en el cual la temperatura del envase aumentó rápidamente en respuesta al calor exotérmico latente de fusión. La iniciación del congelamiento también podría determinarse visualmente a través de un cristal transparente en la puerta de la cámara del secador basado en congelamiento.

Ejemplo 1: Control de la temperatura de nucleación Cuatro recipientes separados fueron llenados con 2.5 ml de % en peso de solución de manitol. El punto de congelamiento termodinámico previsto de 5% en peso de solución de manitol es de aproximadamente -0.5°C. Los cuatro recipientes fueron colocados en un estante del secador basado en congelamiento en gran proximidad entre sí. Las temperaturas de los cuatro recipientes fueron monitoreadas usando los termoacoplamientos montados superficialmente. El secador basado en congelamiento fue presurizado con argón a 14 psig.

El estante del secador basado en congelamiento fue enfriado para obtener temperaturas de recipiente entre aproximadamente -1.3°C y aproximadamente -2.3°C ( + /-1°C exactitud de medición de los termoacoplamientos). El secador basado en congelamiento entonces fue despresurizado de aproximadamente 14 psig a aproximadamente presión atmosférica en menos de cinco segundos para inducir la nucleación de la solución dentro de los recipientes. Los cuatro recipientes se sometieron a nucleación y comenzaron a congelarse inmediatamente después de la despresurización. Los resultados se presentan brevemente en la siguiente tabla 1.

Según lo observado en la tabla 1, las temperaturas de nucleación controladas en este ejemplo (es decir, temperaturas iniciales del recipiente) son muy aproximadas al punto de congelamiento termodinámico previsto de la solución. Así el presente método permite que el control de la nucleación ocurra en las soluciones que tienen un grado muy bajo de sub-enfriamiento o a temperaturas de nucleación de aproximadamente o solo ligeramente más frías que sus puntos de congelamiento.

Tabla 1. Control de la temperatura de nucleación.

Ejemplo 2 - Control de la temperatura de nucleación En este ejemplo, noventa y cinco recipientes fueron llenados con 2.5 ml de 5% de solución de manitol. El punto de congelamiento termodinámico de 5% de solución de manitol es de aproximadamente -0.5°C. Los noventa y cinco recipientes fueron colocados en un estante del secador basado en congelamiento en gran proximidad entres sí. La temperatura de seis recipientes colocados en diferentes localizaciones en el estante del secador basado en congelamiento, fue monitoreada continuamente usando los termoacoplamientos montados superficialmente. El secador basado en congelamiento fue presurizado en una atmósfera de argón a aproximadamente 14 psig. El estante del secador basado en congelamiento entonces fue enfriado para obtener temperaturas de recipiente de casi -5°C. El secador basado en congelamiento entonces fue despresurizado de aproximadamente 14 psig a aproximadamente presión atmosférica en menos de cinco segundos para inducir la nucleación de la solución dentro de los recipientes. Se observo visualmente que los noventa, y cinco recipientes fueron sometidos a nucleación y comenzaron a congelarse inmediatamente después de la despresurización. Los datos del termoacoplamiento para los seis recipientes monitoreados confirmaron la observación visual. Los resultados se presentan brevemente en la tabla 2. Según lo considerado en la tabla, las temperaturas de nucleación controladas en este ejemplo (es decir, temperaturas iniciales del recipiente) están parcialmente por debajo del punto de congelamiento termodinámico previsto de la solución. Así el presente método permite que el control de la nucleación ocurra en las sol uciones que tiene n un grado moderado de sub-enfriamiento. Este ejemplo también demuestra la capacidad de ampliación del presente método en una aplicación de múltiples recipientes .

Tabla 2. Control de la temperatura de nucleación Ejemplo 3 - Control de la magnitud de despresurización En este ejemplo, los múltiples recipientes fueron llenados co 2.5 ml de 5% de solución de manitol. Una vez más el punto de congelamiento termodinámico previsto de 5% de solución de manitol fue de aproximadamente -0.5°C. Para cada ejecución de prueba, los recipientes fueron colocados en un estante del secador basado en congelamiento en gran proximidad entre sí. Al igual que con los ejemplos descritos anteriormente, las temperaturas de los recipientes fueron monitoreadas usando los termoacoplamientos montados superficialmente. La atmósfera de argón en el secador basado en congelamiento fue presurizada a diferentes presiones y el estante del secador basado en congelamiento fue enfriado para obtener temperaturas del recipiente de aproximadamente -5°C. En cada ejecución de prueba, el secador basado en congelamiento entonces se despresuriza rápidamente (es decir, en menos de cinco segundos) a partir de la presión seleccionada a presión atmosférica en un esfuerzo por inducir la nucleación de la solución dentro de los recipientes. Los resultados se presentan brevemente en la tabla 3. Según lo observado en la tabla 3, la nucleación controlada ocurrió donde la presión disminuyó aproximadamente 7 psi o m.ás y la temperatura de nucleación (es decir, temperatura inicial del recipiente) fue de entre aproximadamente -4.7°C y -5.8°C. Tabla 3. Efecto de la magnitud de despresurización Ejemplo 4 - Control de los índices de despresurización Para este ejemplo, los múltiples recipientes fueron llenados con aproximadamente 2.5 ml de 5% de solución de manitol que tiene un punto de congelamiento termodinámico previsto de aproximadamente -0.5°C. Para cada ejecución de tiempos variantes de despresurización, los recipientes fueron colocados en un estante del secador basado en congelamiento en gran proximidad entre sí. Al igual que en los ejemplos descritos anteriormente, las temperaturas de los recipientes fueron monitoreadas usando los termoacoplamientos montados superficialmente como los ejemplos descritos anteriormente, la atmósfera de argón en el secador basado en congelamiento fue presurizada a aproximadamente 14 psig y el estante fue enfriado para obtener las temperaturas del recipiente de aproximadamente -5°C. En cada ejecución de prueba, el secador basado en congelamiento entonces fue despresurizado a diferentes índices de despresurización de 14 psig a presión atmosférica en un esfuerzo por inducir la nucleación de la solución dentro de los recipientes. Para estudiar el efecto del índice de despresurización o tiempo de despresurización, una válvula de bola de restricción fue colocada en la salida de la válvula de control de despresurización en la parte posterior del secador basado en congelamiento. Cuando la válvula de restricción está totalmente abierta, la despresurización de aproximadamente 14 psig a aproximadamente 0 psig se logra en aproximadamente 2.5 segundos. Cerrando solo parcialmente la válvula de restricción, es posible aumentar variablemente el tiempo de despresurización de la cámara. Usando la válvula de bola de restricción, varias ejecuciones -de prueba fueron realizadas con la cámara del secador basado en congelamiento despresurizado a diferentes índices para comprobar o determinar el efecto del índice de despresurización en la nucleación. Los resultados se presentan brevemente en la tabla 4. Tabla 4. Efecto del tiempo de despresurización Según lo observado en la tabla 4, la nucleación solo ocurrió donde el tiempo de despresurización fue de menos de 42 segundos, la disminución de presión fue de aproximadamente 14 psi o más y la temperatura de nucleación. (es decir, la temperatura inicial del recipiente) fue de entre aproximadamente -4.6°C y aproximadamente -5.8°C. Estos resultados indican que la despresurización necesita ser lograda relativamente de manera rápida para que el método sea efectivo.

Ejemplo 5 - Control de la atmósfera de gas Nuevamente, cada uno de los múltiples recipientes fue llenado con aproximadamente 2.5 ml de 5% de solución de manitol y fueron colocados en un estante del secador basado en congelamiento en gran proximidad entre sí. Al igual que los ejemplos descritos anteriormente, la temperatura de los recipientes de prueba fue monitoreada usando los termoacoplamientos montados superficialmente. Para las diferentes ejecuciones de prueba, la atmósfera de gas en el secador basado en congelamiento fue variada manteniendo siempre una presión positiva de aproximadamente 14 psig. En este ejemplo, el estante del secador basado en congelamiento fue enfriado para obtener temperaturas de recipiente de aproximadamente -5°C a -7°C. En cada funcionamiento de prueba, el secador basado en congelamiento entonces fue despresurizado rápidamente de aproximadamente 14 psig a presión atmosférica en un esfuerzo por inducir la nucleación de la solución dentro de los recipientes. Los resultados se presentan brevemente en la tabla 5.

Según lo observado en la tabla, la nucleación controlada ocurrió en todas las atmósferas de gas, excepto en la atmósfera de gas helio donde fue de aproximadamente 14 psi y la temperatura nucleación (es decir; la temperatura inicial de recipiente) fue de entre aproximadamente -4.7°C y aproximadamente -7.4°C. Aunque no se mostró en los ejemplos, se cree que las condiciones alternas probablemente permitirán la nucleación controlada en una atmósfera de helio.

Tabla 5. Efecto de la composición de la atmósfera de gas Ejemplo 6 - Soluciones de gran volumen En este ejemplo, seis botellas de liofilización (60 ml de capacidad) fueron llenadas con aproximadamente 30 ml de 5% en peso de solución de manitol que tiene un punto de congelamiento termodinámico previsto de aproximadamente -0.5°C. Las seis botellas de liofilización fueron colocadas en un estante del secador basado en congelamiento en gran proximidad entre sí. La temperatura de las seis botellas colocadas en diferentes ubicaciones en el estante del secador basado en congelamiento, fue monitoreada usando los termoacoplamientos montados superficie. El secador basado en congelamiento fue presurizado en una atmósfera de argón a aproximadamente 14 psig. El estante del secador basado en congelamiento entonces fue enfriado para obtener las temperaturas de la botella de casi -5°C. El secador basado en congelamiento entonces fue despresurizado de 14 psig a presión de aproximadamente atmosférica en menos de cinco segundos para inducir la nucleación de la solución dentro de las botellas. Los resultados se presentan brevemente en la tabla 6.

Un experimento separado, una bandeja de secado por congelamiento a granel plástica (Gore LYOGUARD, 1800 ml de capacidad), fue llenada con aproximadamente 1000 ml de 5% en peso de solución de manitol. La bandeja fue obtenida limpiada previamente para cumplir los requisitos de bajo contenido de partículas de USP. La bandeja fue colocada en un estante del secador basado en congelamiento, y la temperatura de la bandeja fue monitoreada por un termoacoplamiento montado en la superficie exterior de la bandeja casi en el centro de un lado. El estante del secador basado en congelamiento entonces fue enfriado para obtener una temperatura de bandeja de aproximadamente -7°C. El secador basado en congelamiento entonces fue despresurizado de 14 psig a aproximadamente presión atmosférica en menos de cinco segundos para inducir la nucleación de la solución dentro de la bandeja. Los resultados también se presentan brevemente en la tabla 6.

Al igual- que el los ejemplos descritos anteriormente, todos los envases se sometieron a nucleación y comenzaron a congelarse inmediatamente después de la despresurización. Al igual que los ejemplos descritos anteriormente, las temperaturas de nucleación (es decir, temperaturas del envase) en este ejemplo fueron mucho controlables que las que fueron de aproximadamente la temperatura de congelamiento termodinámica de la solución. De manera muy importante, este ejemplo ilustra que el presente método permite que el control de la nucleación ocurra en soluciones de volumen más grande y varios formatos de envase. Se debe observar que se esperaría que la eficacia del método de despresurización mejorara mientras el volumen de formulación aumenta, debido a que el acontecimiento de la nucleación es más probable que ocurra cuando están presentes más moléculas para agregarse y formar núcleos críticos.

Tabla 6. Efecto de volumen de solución y tipo de envase Ejemplo 7 - Enfriamiento dinámico contra enfriamiento equilibrado Los presentes métodos para controlar la nucleación se pueden utilizar en varios modos. Los ejemplos 1-6, descritos anteriormente, demuestran cada uno el aspecto de control de la temperatura de nucleación de una solución de liofilización que esencialmente se equilibra a una temperatura por debajo de su punto de congelamiento termodinámico (es decir, temperatura muy lentamente cambiante). Este ejemplo demuestra que la nucleación también puede ocurrir a una temperatura por debajo del punto de congelamiento termodinámico en un ambiente de enfriamiento dinámico (es decir, la solución experimenta cambios rápidos de temperatura). En este ejemplo, los recipientes 1 a 6 representan las muestras descritas anteriormente con referencia al ejemplo 2. Además, tres recipientes separados (recipientes 7-9) también fueron llenados con 2.5 ml de 5% de solución de manitol. En una ejecución de prueba separada, los tres recipientes adicionales fueron colocados en un estante del secador basado en congelamiento en gran proximidad entre sí. El estante del secador basado en congelamiento fue enfriado rápidamente hacia una temperatura final de estante de -45°C. Cuando uno de ios recipientes alcanzó una temperatura de aproximadamente -5°C, según lo medido por los termoacoplamientos montados superficiales, el secador basado en congelamiento fue despresurizado rápidamente de aproximadamente 14 psig a 0 psig en un esfuerzo por inducir la nucleación. Los tres recipientes se sometieron a nucleación y comenzaron a congelarse inmediatamente después de la despresurización. Las temperaturas del recipiente disminuyeron significativamente entre -6.8°C y a -9.9°C antes de la nucleación como resultado del ambiente de enfriamiento dinámico. Los resultados comparativos se presentan brevemente en la siguiente tabla 7. Tabla 7. Efecto del enfriamiento dinámico sobre la nucleación La eficacia de los presentes métodos para controlar la nucleación en las soluciones de liofilización equilibradas en una intervalo de temperaturas especificado o soluciones de liofilización que son enfriadas dinámicamente, proporciona al usuario final dos modos potenciales de aplicación con diferentes ventajas y desventajas. Permitiendo que las soluciones de liofilización se equilibren, el intervalo de temperaturas de nucleación será estrecho o minimizado a los límites de funcionamiento del secador basado en congelamiento por sí mismo. La etapa de equilibrio puede requerir tiempo adicional para alcanzar relativamente los protocolos de congelamiento convencionales o dinámicos donde las temperaturas de la cámara y del recipiente se disminuyen a menos de aproximadamente -40°C en una etapa. Sin embargo, el uso de la etapa de equilibrio debe producir una uniformidad de nucleación muy mejorada a través de todos los recipientes o envases así como la realización de otros beneficios asociados exactamente al control de la temperatura de nucleación del material. Alternativamente, si el equilibrio de las temperaturas de la solución de material o liofilización es indeseable, se puede implementar simplemente la etapa de despresurización en un momento apropiado durante el protocolo de congelamiento normal o de enfriamiento dinámico. La despresurización durante un enfriamiento dinámico producirá una extensión más amplia en las temperaturas de nucleación para el material dentro de los envases de liofilización, pero agregará muy poco tiempo al protocolo de congelamiento y aún permitirá que se disminuyan los problemas de sub-enfriamiento extremo. Ejemplo 8 - Efecto de diferentes excipientes El presente método para controlar o inducir la nucleación en un material, se puede utilizar para controlar la temperatura de nucleación de las soluciones sub-enfriadas que contienen diferentes excipientes de liofilización. Este ejemplo demuestra el uso de los presentes métodos con los siguientes excipientes: manitol; almidón hidroxietilo (HES); polietilenglicol (PEG); polivinilpirrolidona (PVP); dextrano; glicina; sorbitol; sucrosa; y trehalosa. Para cada excipiente, dos recipientes fueron llenados con 2.5 ml de una solución que contuvo 5% en peso de excipiente. Los recipientes fueron colocados en un estante del secador basado en congelamiento en gran proximidad entre sí. El secador basado en congelamiento fue presurizado en una atmósfera de argón a aproximadamente 14 psig. El estante del secador basado en congelamiento fue enfriado para obtener temperaturas del recipiente de aproximadamente -3°C y después fue despresurizado rápidamente para inducir la nucleación. Los resultados se presentan brevemente en la tabla 8.

Tabla 8. Efecto de diferentes excipientes de liofilización Ejemplo 9 - Control de nucleación de las soluciones de proteína Los presentes métodos y sistemas descritos en la presente se pueden utilizar para controlar la temperatura de nucleación de las soluciones de proteína sub-enfriadas sin efectos negativos o nocivos sobre la solubilidad de proteína o actividad enzimática. Fueron utilizada en este ejemplo dos proteínas, albúmina de suero bovino (BSA, por sus siglas en inglés) y deshidrogenasa de lactato (LDH, por sus siglas en inglés). BSA fue disuelto en 5% en peso de manitol a una concentración de 10 mg/ml. Tres recipientes de liofilización fueron llenados con 2.5 ml de solución de BSA-manitol y fueron colocados en un estante del secador basado en congelamiento en gran proximidad entre sí. El secador basado en congelamiento fue presurizado en una atmósfera de argón a. aproximadamente 14 psig. El estante del secador basado en congelamiento fue enfriado para obtener temperaturas de recipiente de aproximadamente -5°C. El secador basado en congelamiento fue despresurizado rápidamente para inducir la nucleación. Todos los recipientes de solución de BSA fueron sometidos a nucleación y comenzaron a congelarse inmediatamente después de la despresurización. No se observó ninguna precipitación de la proteína durante el descongelamiento. Las proteínas de LDH fueron obtenidas de dos diferentes proveedores y con objeto de claridad se designan como LDH-1 o LDH-2 para distinguir los dos lotes distintos. LDH-1 fue disuelto en 5% en peso de manitol a una concentración de 1 mg/ml. Seis recipientes de liofilización fueron llenados con 2.5 ml de solución de LDH-1/manitol y fueron colocados en un estante del secador basado en congelamiento en gran proximidad entre sí. El secador basado en congelamiento fue presurizado en una atmósfera de argón a aproximadamente 14 psig. El estante del secador basado en congelamiento fue enfriado a partir de temperatura ambiente para obtener temperaturas de recipiente de aproximadamente -4°C. El secador basado en congelamiento entonces fue despresurizado rápidamente para inducir la nucleación. Todos los recipientes se sometieron a nucleación y comenzaron a congelarse inmediatamente después de la despresurización. Los recipientes fueron mantenidos en este estado durante aproximadamente 15 minutos. El estante del secador basado en congelamiento después fue enfriado a un índice de aproximadamente 1°C/min para obtener temperaturas de recipiente de aproximadamente -45°C y se mantuvo durante 15 minutos adicionales para asegurar la finalización del proceso de congelamiento. Después de la etapa de congelamiento, el estante del secador basado en congelamiento entonces fue calentado a un índice de aproximadamente 1°C/min para elevar las temperaturas de recipiente a aproximadamente 5°C. No se observó ninguna precipitación de la proteína durante el descongelamiento. El contenido del recipiente fue probado para determinar actividad enzimática, y los resultados fueron comparados con una muestra de control de solución no congelada de LDH-1/manitol.

Como parte del ejemplo 9, las muestras sometidas a nucleación despresurizadas de solución de LDH-1/manitol fueron comparadas a las muestras sometidas a nucleación de manera estocástica. En las muestras sometidas a nucleación de manera estocástica de LDH-1, el procedimiento de congelamiento fue repetido sin presurización y despresurización y sin atmósfera de argón. Específicamente, LDH-1 fue disuelto en 5% en peso de manitol a una concentración de 1 mg/ml. Seis recipientes de liofilización fueron llenados con 2.5 ml de solución de LDH-1/manitol y fueron colocados en un estante del secador basado en congelamiento en gran proximidad entre sí. El estante del secador basado en congelamiento fue enfriado de temperatura ambiente a un índice de aproximadamente 1°C/min para obtener temperaturas de recipiente de aproximadamente -45°C y se mantuvieron durante 15 minutos para asegurar la finalización del proceso de congelamiento. Después de la etapa de congelamiento, el estante del secador basado en congelamiento fue calentado a un índice de aproximadamente 1°C/min para elevar las temperaturas de recipiente a aproximadamente 5°C. No se observó ninguna precipitación de la proteína durante el descongelamiento. El contenido del recipiente fue probado para determinar la actividad enzimática, y los resultados fueron comparados con la misma muestra de control de solución de LDH-1/manitol no congelada. También como parte del ejemplo 9, los experimentos descritos anteriormente para LDH-1 fueron repetidos usando LDH-2. La única diferencia fue u na nucleación controlada de aproximadamente -3°C para LDH-2 en lugar de -4 °C pa ra LDH-1 . Tabla 9. Control de la temperatura de nucleación de las soluciones de proteína sub-enfriadas Según lo observado en la tabla 9, la nucleación y el proceso de congelamiento controlados logrados vía la despresurización, no disminuyen claramente la actividad enzimática relacionada a una nucleación estocástica comparable y a un protocolo de congelamiento. De hecho, el proceso de nucleación controlado logrado vía la despresurización parece conservar mejorar la actividad enzimática con una pérdida de actividad promedio de solamente 17.8% para LDH-1 y 26.5% para LDH-2 comparada a la pérdida de actividad promedio de 35.9% para LDH-1 y 41.3% para LDH-2 después de la nucleación estocástica. Se debe observar que las temperaturas estocásticas de nucleación observadas para LDH-2 fueron sustancialmente más calientes que las temperaturas estocásticas de nucleación para LDH-1. Esta diferencia puede ser debido a un poco de contaminante que actúa como agente de nucleación en LDH-2. Las temperaturas de nucleación estocástica son mucha más aproximadas a las temperaturas controladas de nucleación para LDH-2 comparadas a LDH-1, aún con las mejoras de la retención de la actividad enzimática obtenida vía la nucleación controlada para LDH-1 y LDH-2, son similares en 18.1% y 14.8%, respectivamente. Este resultado sugiere que las mejoras en la I retención de la actividad enzimática se puedan atribuir parcialmente a las características del proceso controlado de nucleación por sí mismo, no solo a las temperaturas preestablecidas de nucleación del calentador obtenidas vía la despresurización. Ejemplo 10 - Reducción del tiempo de secado primario Una solución de 5% en peso manitol fue preparada i mezclando aproximadamente 10.01 gramos de manitol con aproximadamente 190.07 gramos de agua. Los recipientes fueron llenados con 2.5 ml de 5% una solución de manitol. Los recipientes fueron pesados vacíos y con la solución para determinar la masa del agua agregada a los recipientes. Los veinte recipientes fueron colocados en un bastidor sobre un estante del secador basado en congelamiento en gran proximidad entre sí. Las temperaturas de los seis recipientes fueron monitoreadas usando los termoacoplamientos montados superficiales; todos los recipientes monitoreados fueron rodeados por otros recipientes para mejorar la uniformidad del comportamiento del recipiente. El secador basado en congelamiento fue presurizado a aproximadamente 14 psig en una atmósfera gaseosa controlada de gas de argón. El estante del secador basado en congelamiento fue enfriado de temperatura ambiente a aproximadamente -6°C para obtener temperaturas de recipiente entre aproximadamente -1°C y -2°C. El secador basado en congelamiento entonces fue despresurizado de aproximadamente 14 psig a aproximadamente presión atmosférica en menos de cinco segundos para inducir la nucleación de la solución dentro de los recipientes. Todos los recipientes observados o monitoreados visualmente vía los i termoacoplamientos se sometieron a nucleación y comenzaron a congelarse inmediatamente después de la despresurizacíón. La temperatura del estante entonces fue disminuida rápidamente a aproximadamente -45°C para finalizar el proceso de congelamiento. Una vez que todas las temperaturas de recipiente fueron de aproximadamente -40°C o menos, la cámara de secado por congelamiento fue evacuada y ei proceso de secado primario (es decir, sublimación) fue iniciado. Durante este proceso de secado, el estante del secador basado en congelamiento fue calentado a aproximadamente -14°C vía una rampa de una hora y se mantuvo a esa temperatura durante 16 horas. El condensador se mantuvo a aproximadamente -60°C a través del proceso de secado. El secado primario fue detenido apagando la bomba de vacío y rellenando la cámara con argón" a presión atmosférica. Los recipientes fueron retirados rápidamente del secador basado en congelamiento y se pesaron para determinar cuánta agua fue perdida durante el proceso de secado primario. En un experimento separado como parte del ejemplo 10, otros recipientes fueron llenados con 2.5 ml de la misma solución % en peso manitol. Los recipientes se pesaron vacíos y con la solución para determinar la masa del agua agregada a los recipientes. Los recipientes fueron cargados en el secador basado en congelamiento de la misma manera descrita anteriormente, y las temperaturas de los seis recipientes fueron monitoreadas nuevamente usando los termoacoplamientos montados superficialmente. El estante del secador basado en congelamiento fue enfriado rápidamente de temperatura ambiente a aproximadamente -45°C para congelar los recipientes. La nucleación ocurrió de manera estocástica entre aproximadamente -15°C y aproximadamente -18°C durante a etapa de enfriamiento. Una vez que todas las temperaturas de los recipientes fueron se aproximadamente -40°C o menos, los recipientes se secaron de una manera idéntica al método descrito anteriormente. Durante la conclusión del secado primario, las muestras fueron retiradas rápidamente del secador basado en congelamiento y se pesaron para determinar cuánta agua se perdió durante el. proceso -de secado primario. Tabla 10. Aumentando la temperatura de nucleación se mejora el secado primario Los resultados del proceso de secado por congelamiento con nucleación controlada y nucleación estocástica1 se presentan i brevemente en la siguiente tabla 10. Se debe observar que estos dos experimentos se diferencian solamente en la adición de la nucleación controlada vía la etapa de despresurización a un experimento. Según lo considerado en la tabla 10, el proceso controlado de nucleación alcanzado vía la despresurización, en este ejemplo permite la nucleación a grados muy bajos de sub-enfriamiento, entre aproximadamente -1.1°C y -2.3°C. Las temperaturas de nucleación mucho más calientes para el caso de la nucleación controlada comparadas al caso nucleación estocástica producen una estructura de hielo y una torta liofilizada resultante con propiedades de secado dramáticamente mejoradas. Para la misma cantidad de tiempo de secado, los recipientes sometidos a nucleación usando los métodos descritos de despresurización entre aproximadamente -1.1°C y -2.3°C perdieron un promedio de 86.1% de su agua mientras que los recipientes sometidos a nucleación estocástica entre I aproximadamente -14.5°C y -17.9°C perdieron solamente un promedio de 65.3%. Por lo tanto, los recipientes sometidos a nucleación estocástica requerirían mucho más tiempo de secado primario para alcanzar el mismo grado de pérdida de agua que los recipientes sometidos a nucleación de una manera controlada de acuerdo con los métodos descritos actualmente. La mejora en el tiempo de secado se atribuye probablemente a la formación de cristales de hielo más grandes a temperaturas de nucleación más calientes. Estos cristales de hielo más grandes producen poros más grandes durante la sublimación, y los poros más grandes ofrecen menos resistencia al flujo de vapor de agua durante la sublimación adicional.

Aplicabilidad Industrial El presente método proporciona un método mejorado para controlar la temperatura y/o el tiempo en donde los materiales sub-enfriados, es decir líquidos o soluciones, se someten' a nucleación y después se congelan. Aunque esta aplicación se centra parcialmente en el secado por congelamiento, un problema similar ocurre para cualquier etapa de tratamiento de materiales que implique una transición de fase sometida a nucleación. Los ejemplos de tales procesos incluyen la cristalización de polímeros y metales de fusiones, cristalización de materiales de soluciones sobresaturadas, cristalización de proteínas, producción artificial de nieve, congelamiento de alimentos, concentración por congelamiento, cristalización fraccionaria, conservación criogénica, o condensación de vapores a los líquidos. La ventaja más inmediata de controlar la temperatura de nucleación de un líquido o solución, es la capacidad de controlar el número y tamaño de dominios sólidos producidos por la transición de fase. En agua de congelamiento, por ejemplo, la temperatura de nucleación controla directamente el tamaño y número de cristales de hielo formados. Hablando en términos generales, los cristales de hielo son pocos en número y de gran tamaño cuando la temperatura de nucleación es más caliente. La capacidad de controlar el número y tamaño de los l? dominios sólidos producidos por una transición de fase puede proporcionar ventajas adicionales. En un proceso de secado por congelamiento, por ejemplo, el número y tamaño de los cristales de hielo afecta fuertemente las propiedades de secado de la torta liofilizada. Los cristales de hielo más grandes producidos por temperaturas de nucleación más calientes dejan poros más grandes durante la sublimación, y los poros más grandes ofrecen menos resistencia al flujo de vapor de agua durante la sublimación subsecuente. Por lo tanto, el proceso y métodos descritos proporcionan los medios para aumentar los índices de secado primario (es decir, sublimación) en procesos de secado por congelamiento aumentando la temperatura de nucleación. Otra ventaja posible se puede realizar en las aplicaciones donde los materiales sensibles se conservan vía procesos de congelamiento (es decir, se conservan de manera criogénica). Por ejemplo, un material biológico que incluye pero no se limita a, muestras de tejido mamífero (por ejemplo, sangre de médula, biopsia de tejido, células madre y esperma, etc.), líneas celulares (por ejemplo, mamíferas, de levadura, procaríóticas, fúngicas, etc.) y moléculas biológicas (por ejemplo, proteínas, ADN, ARN y subclases de las mismas), congelados en una solución acuosa pueden experimentar varias problemas durante el proceso de congelamiento, los cuales pueden deteriorar la función o actividad del material. La formación de hielo puede perjudicar físicamente el material o crear cambios severos en la unión interfacial, fuerzas osmóticas, concentraciones de soluto, etc. experimentados por el material. Puesto que la nucleación controla la estructura y cinética de la formación de hielo, puede alterar significativamente estos problemas. El proceso y métodos actuales por lo tanto proporcionan medios únicos para diminuir los problemas asociados a los procesos de conservación criogénica y de mejorar la recuperación de la función o actividad de los materiales conservador de manera criogénica. Esto representa una mejora en los métodos convencionales de control de nucleación (por ejemplo, sembrado o contacto con las superficies frías) usados para iniciar la formación de hielo extracelular en algoritmos de dos etapas de conservación criogénica diseñados para las células vivas. i : Los presentes métodos también se pueden aplicar a las soluciones o mezclas complejas que contienen varios componentes en usos en la conservación criogénica y en la liofilización. Estas formulaciones son frecuentemente soluciones con un solvente acuoso, orgánico, orgánico, u orgánico acuoso mezclado que contiene un ingrediente farmacéuticamente activo (por ejemplo, un químico sintético, proteína, péptido, o vacuna) y opcionalmente, uno o más componentes de disminución, incluyendo los agentes de volumen que ayudan a prevenir la pérdida física de ingrediente activo durante el secado (por ejemplo, dextrosa, glucosa, glicina, lactosa, maltosa, manitol, polivinilpirrolidona, cloruro sódico, y sorbitol), los agentes amortiguadores o modificadores de toxicidad que ayudan a mantener el pH o toxicidad ambiental apropiados para el componente activo (por ejemplo, ácido acético, ácido benzoico, ácido cítrico, ácido hidroclórico, ácido láctico, ácido maleico, ácido fosfórico, ácido tartárico, y sales de sodio de los ácidos ya mencionados); agentes estabilizadores que ayudan a conservar la estructura y función del componente activo durante el proceso o en su forma final líquida o secada (por ejemplo, alanina, dimetilsulfóxido, glicerol, glicina, albúmina de suero humano, polietilenglicol, lisina, polisorbato, sorbitol, sucrosa, y trehalosa); agentes que modifican el comportamiento de la transición vitrea de la formulación (por ejemplo, polietilenglicol y azúcares), y antioxidantes que protegen el componente activo contra la degradación (por ejemplo, ascorbato, bisulfito de sodio, formaldehído de sodio, metabisulfito de sodio, sulfito de sodio, sulfoxilato, y tioglicerol). Puesto que la nucleación es comúnmente un proceso aleatorio, una pluralidad del mismo material sometido a condiciones de proceso idénticas se puede someter a nucleación a diferentes temperaturas. Por lo tanto, las propiedades de los materiales que dependen del comportamiento de nucleación, serán diferentes probablemente a pesar de las condiciones de proceso idénticas. El proceso y métodos descritos proporcionan los medios para controlar las temperaturas de nucleaci?n de una pluralidad de materiales simultáneamente y de tal modo ofrecen una manera de aumentar la uniformidad de esas propiedades del producto que dependen del comportamiento de nucleación. En un proceso de secado por congelamiento común, por ejemplo, la misma solución en recipientes separados puede someterse a nucleación estocástica a un intervalo amplio de temperaturas, y por lo tanto, los productos liofi I izados finales pueden poseer una variabilidad significativa en las propiedades críticas como la humedad residual, actividad y tiempo de reconstitución. Controlando la temperatura de nucleación vía el proceso actualmente descrito, la uniformidad recipiente-a-recipiente de las propiedades del producto de un proceso de secado por congelamiento, puede mejorar ampliamente. La capacidad de controlar el comportamiento de nucleación de un material también puede proporcionar la ventaja sustancial en la reducción del tiempo necesario para desarrollar un proceso industrial que se relacione a un acontecimiento de nucleación normalmente sin control. Por ejemplo, frecuentemente tarda muchos meses desarrollar un ciclo de secado por congelamiento acertado que se pueda lograr en una cantidad de tiempo razonable, que produzca propiedades de producto deseadas dentro de la uniformidad especificada, y que conserve suficiente actividad del ingrediente farmacéuticamente activo (API). Proporcionando los medios para controlar la nucleación y de tal modo mejorar potencialmente el tiempo de secado, la uniformidad del producto, y la actividad primaria del API, se debe reducir dramáticamente el tiempo necesario para desarrollar protocolos de secado por congelamiento acertados.

Particularmente, las ventajas potenciales del proceso de nucleación controlada proporcionarán flexibilidad creciente al especificar la composición de la formulación que se liofilizará. Puesto que la nucleación controlada puede conservar mejor la API durante la etapa de congelamiento, los usuarios deben poder minimizar la adición de componentes de atenuación (por ejemplo, agentes estabilizadores) a la formulación, o elegir combinaciones más simples de componentes de formulación para lograr la estabilidad combinada y los objetivos del proceso. Las ventajas sinérgícas pueden presentarse en caso de que la nucleación controlada minimice el uso de agentes estabilizantes u otros componentes de atenuación que alarguen intrínsecamente los tiempos de secado primario (por ejemplo, disminuyendo las temperaturas de transición vitrea de las soluciones acuosas). Los métodos descritos están particularmente bien adaptados para las operaciones de producción o fabricación a gran escala, puesto que se pueden conducir usando el mismo equipo y parámetros de proceso que se pueden ampliar o adaptar fácilmente para fabricar una amplia gama de productos. El proceso se proporciona para la nucleación de materiales usando un proceso donde todas las manipulaciones se pueden realizar en una sola cámara (por ejemplo, un secador basado en congelamiento) y donde el proceso no requiere el uso de vacío, el uso de aditivos, vibración, congelamiento eléctrico o similares para inducir la nucleación.

En contraste a la técnica anterior, el presente método no agrega nada al producto liofilizado. Requiere solamente que los materiales, (por ejemplo, líquidos en los recipientes), sean mantenidos inicialmente a una presión especificada bajo ambiente de gas y que la presión sea reducida rápidamente a una presión más baja. Cualquier gas aplicado será eliminado de los recipientes durante el ciclo de liofilización. Los recipientes o su contenido no entran en contacto con ni tocan ninguna otra cosa que no sea el gas. La manipulación simple de la presión ambiente y del ambiente de gas es suficiente para lograr el objetivo. Basándose Confiando en el cambio de la presión ambiente para inducir la nucleación, el presente método descrito en la presente afecta uniforme y simultáneamente todos los recipientes dentro de un secador basado en congelamiento. La presente modalidad también es menos costosa y más fácil de ejecutar y mantener que los métodos de la técnica anterior para alterar la nucleación en materiales en aplicaciones de liofilización. El presente método permite un secado primario significativamente más rápido en los procesos de liofilización, de tal modo reduce los costos de procesamiento de los productos farmacéuticos liofilizados. El presente método produce productos liofilizados mucho más uniformes que los métodos de la técnica anterior, de tal modo reduce las pérdidas de producto, y creando barreras para el ingreso a los procesadores evita que se cumplan las especificaciones más rigorosas de uniformidad. Este método logra estas ventajas sin la contaminación del producto liofilizado. La mayoría de los procesos de control deben conducir a un producto mejorado y tiempo de proceso más cortos. A partir de lo anterior, se debe apreciar que la presente invención por lo tanto proporciona un proceso y un método de liofilización. Varias modificaciones, cambios, y variaciones de los presentes métodos serán evidentes al experto en la técnica. Por ejemplo, los medios para controlar la temperatura pueden ser sistemas de enfriamiento basados en la criogénica alternos o procesos de refrigeración mecánicos convencionales o avanzados. Asimismo, los medios para controlar la presión y la atmósfera de gas en la cámara se contemplan específicamente para incluir las técnicas de presurización y despresurización conocidas. Se debe entender que cualquier configuración, modificación, cambio, y variación alterna se debe incluir dentro del dominio de esta solicitud y de espíritu y alcance de las reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un método para I iof i fizar un material, que comprende las etapas de: enfriamiento del material en un cámara a un índice de enfriamiento preestablecido; disminución de la presión en la cámara para inducir la nucleación del congelamiento en el material; enfriamiento adicional del material sometido a nucleación a o por debajo de una temperatura final para congelar el material; secado del material congelado para producir un producto secado que tiene la humedad o el solvente reducidos.

2. El método de liofilización de conformidad con la reivindicación 1, en donde la etapa de enfriamiento del material adicionalmente comprende el enfriamiento del material a un estado con metastabilidad.

3. El método de liofilización de conformidad con la reivindicación 1, en donde la etapa de enfriamiento adicional del material sometido a nucleación adicionalmente comprende el enfriamiento de un material sometido a nucleación a o por debajo de una temperatura final asegurando que se complete el congelamiento del material.

4. El método de liofilización de conformidad con la reivindicación 1, en donde la etapa de disminución de la presión se inicia cuando el material alcanza una temperatura de nucleación deseada.

5. El método de liofilización de conformidad con la reivindicación 1, en donde la etapa de disminución de la presión se inicia al alcanzar el tiempo deseado después del inicio de la etapa de enfriamiento en donde el material está a o por debajo de una temperatura de transición de fase.

6. El método de liofilización de conformidad con la reivindicación 1, en donde el material adicionalmente comprende un material biofarmacéutico, material farmacéutico, material químico, material biológico, producto alimenticio o combinaciones de los mismos.

7. El método de liofilización de conformidad con la I reivindicación 1, en donde la etapa de disminución de la presión ocurre en una atmósfera de gas presurizada dentro de la cámara. . I

8. El método de liofilización de conformidad con la reivindicación 7, en donde la atmósfera de gas dentro de la cámara comprende argón, nitrógeno, helio, aire, vapor de agua, oxígeno, dióxido de carbono, neón, xenón, criptón, hidrógeno, o mezclas de los mismos.

9. El método de liofilización de conformidad con la reivindicación 7, en donde la atmósfera de gas se presuriza entre presión ambiente y 25 psi por encima de la presión ambiente.

10. El método de liofilización de conformidad con .la reivindicación 1, en donde el material se enfría inicialmente a una temperatura que oscila de la temperatura de transición de fase a 20°C por debajo de la temperatura de transición de fase antes de la despresurización.

11. El método de liofilización de conformidad con la reivindicación 1, en donde la presión es disminuida a aproximadamente 7 psi o más.

12. El método de liofilización de conformidad con la reivindicación 1, en donde la presión se disminuye tal que una relación de presión absoluta, PJPf, es de aproximadamente 1.2 o mayor.

13. El método de liofilización de conformidad con la reivindicación 1, en donde la presión es disminuida a una disminución de índice- de presión, ?P/?t, mayor que aproximadamente 0.2 psi por segundo.

14. El método de liofilización de conformidad con la reivindicación 1, en donde la presión se disminuye en 40 segundos o menos.

15. El método de la reivindicación 6, en donde el material adicionalmente comprende uno o más componentes que comprenden un virus vivo o atenuado; ácido nucleico; anticuerpo monoclonal; anticuerpo policlonal; proteína; péptido; o polipéptido.

16. El método de la reivindicación 15, en donde los componentes de material reconstituido exhiben una función o una actividad mejorada mayor que la función o actividad asociada a los componentes de material reconstituido de un material estocástico sometido a nucleación.

17. El método de liofilización de conformidad con la reivindicación 1 , en donde el material se mantiene en una pluralidad de envases o recipientes y el producto secado se obtiene de la pluralidad envases o recipientes relativamente exhibe un tiempo de reconstitución relativamente uniforme.

18. El método de liofilización de conformidad con la reivindicación 1 , en donde el material se mantiene en una pluralidad de envases o recipientes y el producto secado obtenido de la pluralidad de envases o recipientes exhibe una humedad residual o niveles de solvente relativamente uniformes.

19. El método de la reivindicación 1 , en donde el tiempo requerido para secar el material congelado es menor que el tiempo requerido para secar el material congelado que es sometido a nucleación de manera estocástica.

20. Un sistema de liofilización que comprende: una cámara que tiene una atmósfera de gas controlada y uno o más estantes adaptados para sostener uno o más envases o recipientes de un material; medios para controlar la temperatura de los estantes dentro de la cámara para controlar la temperatura del material; un condensador acoplado a la cámara y adaptado para eliminar cualquier solvente o humedad de la cámara; y medios para controlar la presión de la cámara para despresurizar rápidamente la cámara para someter a nucleación el material durante el congelamiento y mantener una presión baja durante el secado.