MX2008009384A - Metodo para inducir nucleacion de un material - Google Patents

Abstract

Se proporcionan métodos para inducir la nucleación de un material. Los métodos descritos comprenden las etapas de mantener el material a una temperatura cercana o por debajo de una temperatura de transición de fase y alterar la presión para inducir la nucleación del material. Los métodos descritos sonútiles en los procesos de secado por congelamiento, particularmente procesos de secado por congelamiento farmacéuticos.

Description

METODO PARA INDUCIR NUCLEACION DE UN MATERIAL Campo de la Invención La presente invención se refiere a un proceso de nucleación, y más particularmente, a un método para inducir la nucleación de una transición de fase en un material en donde el material es inicialmente llevado a una temperatura cercana o por debajo de una temperatura de transición de fase y posteriormente despresurizado para inducir la nucleación del material. Antecedentes de la Invención Controlando el proceso generalmente aleatorio .de nucleación en la etapa de congelación de un proceso de liofilización o deshidratación por congelamiento a ambos tiempos de transformación de disminución necesarios para completar la deshidratación por congelamiento y para incrementar la uniformidad del producto de vial-a-vial en el producto terminado sería altamente deseable en la técnica. En un proceso de deshidratación por congelamiento farmacéutica normal, los frascos múltiples que contienen una solución acuosa común se colocan en anaquels que son enfriados, generalmente a una velocidad controlada, a temperaturas bajas. La solución acuosa en cada frasco es enfriada por debajo de la temperatura de congelación termodinámica de la solución y permanece en un estado líquido metastable sub-enfriado hasta que ocurra la nucleación.

El intervalo de temperaturas de nucleacion a través de los frascos se distribuye aleatoriamente entre una temperatura cerca de la temperatura de congelación termodinámica y cierto valor perceptiblemente (por ejemplo, hasta aproximadamente 30°C) inferior de la temperatura de congelación termodinámica. Esta distribución d las temperaturas de nucleacion causa la variación del frasco-a-frasco en la estructura del cristal de hielo y últimamente las propiedades físicas del producto I i of i I izad o . Además, la etapa de secado del proceso de deshidratación por congelamiento debe ser excesivamente larga para acomodar el intervalo de tamaños y estructuras de cristal de hielo producido por el fenómeno de nucleacion estocástica natural. Los aditivos se han utilizado para incrementar la temperatura de nucleacion de soluciones sub-enfriadas. Estos aditivos pueden tomar muchas formas. Es bien conocido que cierta bacteria (por ejemplo, Pseudomonas syringae) sintetizan las proteínas que ayudan a la formación de hielo nucleado en soluciones acuosas sub-enfriadas. Las bacterias o sus proteínas aisladas pueden agregarse a soluciones para incrementar la temperatura de nucleacion. Varios aditivos inorgánicos también demuestran un efecto de nucleacion; el aditivo más común es yoduro de plata, Agí. En general, cualquier aditivo o contaminante tiene el potencial de servir como un agente de nucleacion. Los frascos de liofilización preparados en ambientes que contienen altos niveles de partículas generalmente se nuclean y congelan en un grado inferior de sub-enfriamiento donde los frascos se preparan en ambientes de partículas bajos. Todos los agentes de nucleacion descritos antes son "aditivos" marcados, debido a que cambian la composición del medio en el cual nuclean una transición de fase. Estos aditivos no son normalmente aceptables para productos farmacéuticos secados por congelamiento regulados y aprobados de FDA. Estos aditivos también no proporcionan control sobre el tiempo y temperatura cuando los frascos de nuclean y enfrían. Preferiblemente, los aditivos operan solamente para incrementar la temperatura de nucleacion promedio de los frascos. Los cristales de hielo pueden por ellos mismos actuar. como agentes de nucleacion para la formación de hielo en soluciones acuosas sub-enfriadas. En el método de "niebla de hielo", un liofilizador húmedo se llena con un gas frío para producir una suspensión de vapor de partículas de hielo pequeñas. Las partículas de hielo se transportan, en los frascos e inicia la nucleacion cuando entran en contacto con la interfaz de fluido. El método de "niebla de hielo" no controla la nucleacion de frascos múltiples simultáneamente en un tiempo y temperatura controlados. Es decir, él acontecimiento de nucleacion no ocurre concurrente o instantáneamente dentro de todos los frascos durante la introducción del vapor frío en el liofilizador. Los cristales de hielo tomarán cierto tiempo para trabajar su dirección en cada uno de los frascos para iniciar la nucleacion, y los tiempos de transporte son probables a ser diferentes para los frascos en diferentes localizaciones dentro del liofilizador. Para liofilizadores industriales a escala grande, la implementación del método de "niebla de hielo" requerirá cambios del diseño de sistema como dispositivos de convección internos puede requerirse para asistir una distribución más uniforme de la "niebla de hielo" a través del liofilizador. Cuando los anaquels del liofilizador se enfrían continuamente, la diferencia de tiempo entre cuando el primer frasco se congela y el último se congela creará una diferencia de temperatura entre los frascos, que incrementará la no uniformidad de "frasco-a-frasco en productos secados por congelamiento. El pre-tratamiento del frasco por rayado, raspado o asperado también se ha utilizado para bajar el grado de sub-enfriamiento requerido para la nucleación. Como con los otros métodos de la técnica anterior, el pre-tratamiento del frasco también no imparte cualquier grado de control sobre el tiempo y temperatura cuando los frascos individuales son nucleados y congelados, pero en cambio aumenta sólo la temperatura de nucleación promedio de todos los frascos. La vibración también se ha utilizado para el nuclear una transición de fase en un material metastable. La vibración suficiente para inducir la nucleación ocurre a frecuencias sobre 10 kHz y puede producirse usando una variedad de equipos. A menudo las vibraciones en este intervalo de frecuencia se denominan "ultrasónicas", aunque las frecuencias en el intervalo de 10 kHz a 20 kHz están normalmente dentro del intervalo audible de los humanos. La vibración ultrasónica produce a menudo la cavitación, o la formación de burbujas de gas pequeñas, en una solución sub-enfriada. En el régimen de cavitación transitorio o inercial, las burbujas de gas crecen y colapsan rápidamente, causando fluctuaciones de presión y temperatura muy localizadas. La capacidad de la vibración ultrasónica de inducir la nucleación en un material metastable a menudo se atribuye a los disturbios causados por la cavitación transitoria. El otro régimen de cavitación, denomina estable o no-inercial, es caracterizado por las burbujas que exhiben oscilaciones de volumen o forma estables sin colapsarse. La Solicitud de Patente Norteamericana 20020031577 A1 describe que la vibración ultrasónica puede inducir a la nucleación incluso en el régimen de cavitación estable, . pero no se ofrece ninguna explicación del fenómeno. La solicitud de Patente GB 2400901A también describe que la probabilidad de causar la cavitación, y por lo tanto la nucleación, en una solución usando vibraciones con frecuencias sobre 10 kHz puede aumentarse reduciendo la presión ambiente alrededor de la solución o disolviendo un fluido volátil en la solución. Un método electrocongelación también se ha utilizado en el pasado para inducir la nucleación en líquidos sub-enfriados. La electrocongelación es lograda generalmente suministrando campos eléctricos relativamente altos (~ 1 V/nm) de una manera continua o pulsada entre los electrodos estrechamente espaciados sumergidos en un líquido o solución sub-enfriada. Las desventajas asociadas con un proceso de electrocongelación en aplicaciones de Iiofiiizacion normales incluyen la complejidad y costo relativos de implemento y mantenimiento, particularmente para aplicaciones de Iiofiiizacion usando frascos o envases múltiples. También, la electrocongelación no puede aplicarse directamente a las soluciones que contienen las especies iónicas (por ejemplo, NaCI). Recientemente, estos estudios que examinan el concepto de 'congelación de superficie inducida por vacío" (Ver por ejemplo, Patente Norteamericana No. 6,684,524). En tal 'congelación de superficie inducida por vacío', los frascos que contienen una solución acuosa se cargan en un anaquel de temperatura controlada en un y se lleva a cabo inicialmente a aproximadamente 10 grados centígrados. La cámara de deshidratación por congelamiento entonces se evacúa a cerca de la presión de vacío (por ejemplo, 1 mbar) que ocasiona el congelamiento superficial de las soluciones acuosas - a profundidades de algunos milímetros. La liberación subsiguiente de vacío y disminución de temperatura de anaquel por debajo del punto de congelación de la solución permite el crecimiento de cristales de hielo de la capa superficial precongelada con el resto de la solución. Una desventaja importante para implementar este proceso de 'congelar la superficie inducida a vacío' en una aplicación normal de liofilización es el alto riesgo de la ebullición violenta o gaseado de la solución bajo condiciones indicadas. El control mejorado del proceso de nucleación puede permitir la congelación de todos los frascos de solución farmacéuticos no congelados en un secador por congelamiento ocurrir dentro de un intervalo de temperatura y tiempo estrechos, de tal modo produciendo un producto liofilizado con mayor uniformidad de frasco-a-frasco. Controla la temperatura mínima de nucleación puede afectar la estructura cristalina del hielo formada dentro del frasco y permite un proceso de secado por congelamiento mayormente acelerado. Por lo tanto, existe una necesidad para controlar él 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 necesario para completar el secado por congelamiento y mejorar la uniformidad del producto del frasco-a-frasco en el producto terminado. Por lo tanto será deseable proporcionar un proceso que posee alguna, o preferiblemente todas las, características anteriores. Breve Descripción de la Invención La presente invención puede caracterizarse como un método para inducir la nucleación de una transición de fase en un material, el método comprende las etapas de llevar el material a una temperatura cercana o por debajo de una temperatura de transición de fase del material y de disminuir la presión para inducir la nucleacion de la transición de fase en el material. La invención puede también puede caracterizarse como un método para controlar el proceso de congelamiento de una solución que comprende las etapas de: enfriar la solución en una velocidad que enfriado prescrita; rápidamente disminuir la presión para inducir la nucleacion de la solución; y continuar el enfriado de la solución nucleada a una temperatura final prescrita para congelar la solución. Se inicia la descompresión cuando la solución logra una temperatura de nucleacion deseada o a un tiempo deseado después de la iniciación de la etapa de enfriado..

La invención puede caracterizarse adicionalmente como proceso de solidificación que comprende las etapas de: enfriar un material a una temperatura cercana o por debajo de una temperatura de transición de fase; rápidamente disminuir la presión próxima del material para inducir la nucleacion del material; y continuar el enfriamiento del material nucleado a una temperatura final prescrita para facilitar la solidificación del material. Finalmente, la invención puede caracterizarse como método para controlar el proceso de condensación de un gas que comprende las etapas de: enfriar el gas a una temperatura cercana o por debajo de una temperatura de transición de fase; rápidamente disminuir la presión para inducir la nucleacion dentro del gas, y continuar el enfriado del gas nucleado a una temperatura final prescrita para condensar el gas Breve Descripción de los Dibujos Lo anterior y otros aspectos, características y ventajas de la presente invención serán más evidentes de lo siguiente, la descripción más detallada de los mismos, presentada conjuntamente con los siguientes dibujos, en donde: La Fig. 1 es una gráfica que representa la temperatura contra un diagrama de tiempo de una solución que experimenta un proceso de nucleacion estocástica y además muestra el intervalo de temperaturas de nucleacion de la solución; La Fig. 2 es una gráfica que representa la temperatura contra el diagrama de tiempo de una solución que experimenta un proceso de enfriado equilibrado con nucleacion despresurizada de acuerdo con los presentes métodos; y La Fig. 3 es una gráfica que representa la temperatura contra el diagrama de tiempo de una solución que experimenta un proceso de enfriado dinámico con nucleacion despresurizada de acuerdo con los presentes métodos. Descripción Detallada de la Invención La nucleacion 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 a partir de un líquido. El proceso de cristalización (es decir, formación de cristales sólidos de una solución) asociado a menudo con congelamiento de una solución inicia con un evento de nucleación seguido por crecimiento cristalino. En el proceso de cristalización, la nucleación es la etapa donde las moléculas seleccionadas dispersadas en la solución u otro inicio de material para recolectar para crear agrupaciones en la escala de nanómetro en cuanto llegue a ser estable bajo condiciones de operación actuales. Estas agrupaciones estables constituyen los núcleos. Las agrupaciones necesitan alcanzar un tamaño crítico para convertirse en núcleos estables. Tal tamaño crítico es normalmente dictado por las condiciones de operación tal como temperatura, contaminantes, grado de sobresaturación, etc. y puede variar a partir de una muestra de la solución a otra. Está durante el evento de nucleación done los átomos en la solución se arregla de una manera definida y periódica que define la estructura cristalina. El crecimiento cristalino es el crecimiento subsiguiente de los núcleos que tienen éxito en la realización del tamaño crítico de la agrupación. Dependiendo de las condiciones la nucleación o crecimiento cristalino puede predominar sobre el otro, y como un resultado, los cristales con diferentes tamaños y formas "se obtienen. El control del tamaño y forma del cristal constituye uno de los desafíos principales en la fabricación industrial, tal como para productos farmacéuticos. El presente método se relaciona con un proceso para controlar el tiempo y/o temperatura en los cuales una transición de fase nucleada ocurre en un material. En aplicaciones de congelamiento, la probabilidad que un material sea espontáneamente nucleado y comiencen a cambiar de fase se relaciona con el grado de sub-enfriamiento del material y -la ausencia o presencia de contaminantes, aditivos, estructuras, o disturbios que proporcionen un sitio o superficie para la nucleación. La etapa de congelamiento o solidificación es particularmente importante en el proceso de secado por congelamiento donde las técnicas existentes dan lugar a diferencias de temperatura de nucleación a través de una multiplicidad de frascos o envases. Las diferencias de temperatura de nucleación tienden a producir un producto no uniforme y un tiempo de secado excesivamente largo. Los actuales métodos, por otra parte, proporcionan un grado mayor de control de proceso en los procesos de solidificación de lote (por ejemplo, secado por congelamiento) y producen un producto con una estructura y por ejemplo más uniformes. A diferencia de algunas de las técnicas de la técnica anterior para inducir la nucleación, los presentes métodos requieren equipo mínimo y cambios operacionales para implementación . En principio, los presentes métodos pueden aplicarse a cualquier etapa de proceso de material que implique una transición de fase nucleada. Los ejemplos de tales procesos incluyen el congelamiento de un líquido, cristalización del hielo de una solución acuosa, cristalización de polímeros y metales de fusión, cristalización de materiales inorgánicos de soluciones sobresaturadas, cristalización de proteínas, producción de nieve artificial, deposición del hielo de vapor, congelamiento de alimentos, concentración congelada, cristalización fraccional, criopreservación, o condensación de vapores a líquidos. De un punto de vista conceptual, los presentes métodos pueden también aplicarse a transiciones de fase tal como fusión y ebullición. El método actualmente descrito representa una mejora para procesos de liofilización farmacéuticos presentes. Por ejemplo, dentro de un secador por congelamiento industrial grande puede contener sobre 100,000 frascos que contienen un producto farmacéutico que necesitan congelarse y secarse. La práctica actual en la industria es enfriar la solución a un grado muy alto para que la solución en todos los frascos o envases en el secador por congelamiento se congelen. El contenido de cada frasco o envase, sin embargo, es congelado aleatoriamente durante un intervalo de temperaturas por debajo del punto de congelación, debido a que el proceso de nucleación es incontrolado. Regresando ahora a las figuras, y en particular la Fig. 1, se representa una temperatura contra el diagrama de tiempo de seis frascos de una solución acuosa que experimenta un proceso de nucleación estocástica convencional que muestra el intervalo normal de temperaturas de nucleación de la solución dentro de los frascos (11, 12, 13, 14, 15 y 16). Como se observa en la presente, el contenido del frasco tiene una temperatura de congelación termodinámica de aproximadamente 0°C sin embargo la solución dentro de cada frasco naturalmente nucleado durante el intervalo de temperaturas amplio de aproximadamente -7°C a -20°C o más, como se destacó por el área 18. El diagrama 19 representa la temperatura de anaquel dentro de la cámara del secado por congelamiento. Inversamente, la Fig. 2 y Fig. 3 representan la temperatura contra los diagramas de tiempo de una solución que experimenta un proceso de congelación con nucleacion despresurizada de acuerdo con los presentes métodos. En particular, la Fig. 2 muestra la temperatura . contra el diagrama de tiempo de seis frascos de una solución acuosa que experimenta un proceso de enfriado equilibrado (Ver Ejemplo 2) con nucleacion inducida vía despresurización de la cámara (21, 22, 23, 24, 25 y 26). -El contenido del frasco tiene una temperatura de congelación termodinámica de aproximadamente 0°C, sin embargo la solución dentro de cada frasco nucleado al mismo tiempo durante la despresurización y dentro de un intervalo de temperaturas muy estrecho (es decir, -4°C a -5°C) como se ve en. el área 28. El diagrama 29 representa la temperatura de anaquel dentro de la cámara de secado por congelamiento y representa un proceso de de congelación equilibreado, uno donde la temperatura de los anaquels se lleva a cabo más o menos constante antes de la despresurización.

Similarmente, la Fig. 3 muestra la temperatura contra el diagrama de tiempo de tres frascos de una solución acuosa que experimenta un proceso de enfriado dinámico (Ver Ejemplo 7) con nucleación inducida vía despresurización de la cámara (31, 32 y 33). De nuevo, el contenido del frasco tiene una temperatura de congelación termodinámica de aproximadamente 0°C sin embargo la solución dentro de cada frasco nucleado al mismo tiempo durante la despresurización en un intervalo de temperaturas de aproximadamente -7°C a -10°C como se ve en el área 38. El diagrama 39 representa la temperatura de anaquel dentro de la cámara de secado por congelamiento y generalmente representa un proceso de enfriado dinámico, uno donde la. temperatura del anaquel es activamente disminuida durante o antes de la despresurización . Como se ilustra en las Figuras, los presentes métodos proporcionan el control mejorado del proceso de nucleación permitiendo el congelamiento de soluciones farmacéuticas en un secador por congelamiento para ocurrir dentro de un intervalo de temperaturas más estrecho (por ejemplo, aproximadamente 0°C a -10°C) y/o concurrentemente, de tal modo produciendo "un producto liofilizado con mayor uniformidad de frasco-a-frasco. Mientras no se demuestre, es previsible que el intervalo de temperaturas de nucleación inducida puede incluso extender ligeramente sobre la temperatura de transición de fase y puede también extenderse de aproximadamente 40°C del sub- enfriamiento. Otro beneficio asociado con los presentes métodos es el que puede controlar la temperatura de nucleacion inferior y/o el tiempo exacto de nucleacion, uno puede afectar la estructura cristalina del hielo formada dentro de los frascos o envases congelados. La estructura cristalina del hielo es una variable que afecta el tiempo que toma para el hielo al sublimado. Así, controlando la estructura cristalina del hielo, es posible acelera mayormente el proceso de secado por congelamiento total. En un sentido amplio, los métodos actualmente descritos para inducir la nucleacion de una transición de fase dentro del material comprenden las etapas de: (i) enfriar el material a una temperatura cercana o por debajo de una temperatura de transición de fase del material; y (ii) rápidamente disminuir. la presión para inducir la nucleacion del material. Cada una de estas etapas importantes se discutirá más detalladamente a continuación. ETAPA 1 - ENFRIADO DEL 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 adecuados para uso en el presente método pueden incluir, por ejemplo, materiales farmacéuticos, materiales biofarmacéuticos, comestibles, materiales químicos, y pueden incluir productos tal como productos para el cuidado de heridas, cosméticos, productos veterinarios y en productos relacionados a diagnóstico in vivo/in vitro y similares. Cuando el material es un líquido, puede ser deseable disolver 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 material biológico o biofarmacéutico tal como tejidos, órganos y estructuras multicelulares. Para ciertas aplicaciones biológicas y farmacéuticas, el material puede ser una solución- o mezcla que incluye: un virus vivo o mitigante; ácidos nucleicos; anticuerpos monoclonales; anticuerpos policlonales; biomoléculas; análogos de no péptido; péptidos, incluyendo polipéptidos, miméticos 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 frascos o envases para secado por congelamiento serán un buen ejemplo de un material que beneficiará el presente método. Las soluciones son principalmente agua y son sustancialmente incompresibles. Tales soluciones farmacéuticas o biofarmacéuticas son también altamente puras y generalmente libres de particulados que pueden formar sitios para la nucleación. La temperatura de nucleación uniforme es importante para crear una estructura cristalina del hielo constante y uniforme de frasco a frasco o envase a envase. La estructura cristalina del hielo desarrollada también afecta grandemente el tiempo requerido para sequedad. Como se aplica 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 del gas puede incluir, pero no se limita a: 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 por congelamiento se dictan a menudo por el proceso de secado por congelamiento y controladas fácilmente vía el uso de un fluido de transferencia de calor que enfría o caliente los anaqueles dentro de la cámara para conducir la temperatura de los frascos o envases y el material dentro de cada frasco o envase. De acuerdo con los presentes métodos, el material es enfriado a una temperatura cercana o por debajo de su temperatura de transición de fase. En el caso de una solución basada acuosa que experimenta un proceso de secado por congelamiento, la temperatura de transición de fase es el punto de congelación termodinámica de la solución. Donde la solución alcanza temperaturas por debajo del punto de congelación termodinámica de la solución, esto es decir para sub-enfriarse. Cuando se aplica a un proceso de congelación de una solución basada acuosa, el presente método es efectivo cuando el grado de sub-enfriamiento va de cerca o por debajo de la temperatura de transición de fase hasta aproximadamente 40°C de sub-enfriamiento, y más preferiblemente entre aproximadamente 3°C de sub-enfriamiento y 10°C de sub-enfriamiento. En algunos de los ejemplos descritos más adelante, el presente método para inducir la nucleación trabaja deseablemente igual donde la solución tiene solamente de manera aproximad 1°C de sub-enfriamiento por debajo de su punto de congelación termodinámica. Donde el material está a una temperatura por debajo de su temperatura de transición de fase, se refiere a menudo como que está en un estado metastable. Un estado metastable es un estado inestable y transitorio, pero relativamente duradero, de un sistema químico o biológico. Un material metastable temporalmente existe en una fase o estado que no sea su fase o estado equilibrio. En ausencia de cualquier cambio en el material o su ambiente, un material metastable será eventualmente de transición de su estado de desequilibrio a su estado de equilibrio.

Los materiales metastable ilustrativos incluyen soluciones sobresaturadas y líquidos sub-e nfriados. Un ejemplo normal de un material metastable será agua líquida a presión atmosférica y una temperatura de -10°C. Con un punto de congelación normal de 0°C, el agua líquida no debe existir termodinámicamente a esta temperatura y presión, pero puede existir en ausencia de un evento o estructura de nucleación al inicio del proceso de cristalización del hielo. El agua extremadamente pura puede enfriarse a temperaturas muy bajas (-30°C a -40°C) a presión atmosférica y todavía permanecer en estado líquido. Tal agua sub-enfriada está en un estado metastable termodinámicamente no-equilibrado. La faltar de un sólo evento de nucleación ocasiona el inicio de la transición de fase para que vuelva a equilibrarse. Como se discute antes, los presentes métodos para inducir la nucleación de una transición de fase dentro de un material o congelación de un material pueden utilizarse con vario perfiles de enfriamiento, incluyendo, por ejemplo, un ambiente de enfriado equilibrado o un ambiente de enfriado dinámico (Ver Figuras. 2 y 3). ETAPA 2 - RAPIDA DISMINUCIÓN DE PRESIÓN Cuando el material ha se logró la temperatura deseada cerca o por debajo de la temperatura de transición de fase, la cámara es despresuriza veloz o rápidamente. Esta despresurización acciona la transición de nucleación y fase de-la solución dentro de los frascos o envases. En la modalidad preferida, la despresurizacion de la cámara es lograda abriendo o parcialmente abriendo una válvula de control grande que separa la cámara de presión alta del medio ambiente o una cámara o ambiente de presión bajá. La presión elevada es disminuida rápidamente por el flujo de masa de la atmósfera de gas de la cámara. La despresurizacion necesita ser bastante rápida para inducir la nucleación. La despresurizacion debe finalizarse en vari-os segundos o menos, preferiblemente 40 segundos o menos, más preferiblemente 20 segundos o menos, y más preferiblemente 10 segundos o menos. En aplicaciones de secado por congelamiento normales, la diferencia de presión entre la presión de la cámara inicial y la presión de la cámara final, después de la despresurizacion, debe ser mayor de aproximadamente 7 psi, aunque las gotas de presión pequeñas pueden inducir la nucleación en algunas situaciones. La mayoría de los secadores por congelamiento comerciales pueden acomodar fácilmente el intervalo de gotas de presión necesarias para controlar la nucleación. Muchos secadores por congelamiento se diseñan con evaluaciones de presión en exceso de 25 psig para soportar los procedimientos de esterilización convencionales utilizando vapor saturado a 121°C. Tales evaluaciones del equipo proporcionan una ventana amplia para inducir la nucleación seguido de los protocolos que despresurizan las presiones de inicio sobre la presión ambiente o la presión en el ambiente circundante. La presión elevada y despresurización subsiguiente pueden alcanzarse con 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 someter el material a presiones bajas extremas (es decir, aproximadamente 10 mTorr o menos) debiendo evitarse durante la nucleación del material. Mientras no se desee unir á cualquier mecanismo particular, un mecanismo posible para explicar la nucleación controlada observado en la práctica del presente método es que los gases en solución en el material salen de la solución durante la despresurización y forman burbujas que nuclean el material. Una presión elevada inicial aumenta la concentración del gas disuelto en la solución. La disminución rápida de la presión después del enfriado reduce la solubilidad del gas, y la liberación subsiguiente del gas de la solución sub-enfriada activa la nucleación de la transición de fase. Otro mecanismo posible es que la temperatura disminuya del gas próximo al material durante la despresurización causando un punto frío en la superficie del material que inicia la nucleación. Otro mecanismo posible es que la despresurización ocasiona la evaporación de algún líquido en el material y el enfriado resultante del proceso de evaporación endotérmica puede iniciar la nucleacion. Otro mecanismo posible es que el gas frío despresurizado próximo al material congele un poco de vapor en equilibrio con el material antes de la despresurizacion o se libere del material mediante evaporación durante la despresurizacion; las partículas sólidas resultantes re-incorporan el material y actúan como semillas o superficies para iniciar la nucleacion. Uno o más de estos mecanismos puede contribuir a la iniciación de la nucleacion del congelado o solidificación a diferentes grados que dependen de la naturaleza del material, su ambiente y transición de fase a nuclearse. El proceso puede realizarse completamente a una presión mayor que la presión ambiente o durante un intervalo de presiones que alcanzan la presión ambiente. Por ejemplo, la presión de la cámara inicial puede estar sobre la presión ambiente y la presión de la cámara final, después de la despresurizacion, puede, estar sobre la presión ambiente pero menor que la presión de la cámara inicial; la presión de la cámara inicial puede estar sobre la presión ambiente y la presión de la cámara final, después de la despresurizacion, puede estar sobre la presión ambiente o ligeramente por debajo de la presión ambiente. La velocidad y magnitud de la gota de presión también se creen puede ser un aspecto importante de los presentes métodos. Los experimentos han mostrado que la nucleacion será inducida donde la gota de presión (??) sea mayor de aproximadamente 7 psi. Alternativamente, la magnitud de la gota de presión puede expresarse como una proporción de la presión absoluta, R = P¡/Pf, en donde P¡ es la presión absoluta inicial y Pf es la presión absoluta final. Se cree que la nucleación puede inducirse sobre la despresurización en la proporción de presión absoluta, R, es mayor de aproximadamente 1.2 en muchas aplicaciones prácticas de los presentes métodos. La velocidad de la gota de presión también desempeña un papel importante en los presentes métodos. Un método para caracterizar al velocidad de la gota de presión es a través del uso de un parámetro, A, donde A = ??/??. Una vez más, se asume que la nucleación será inducida para los valores de A mayores que un valor prescrito, tal como aproximadamente 0.2 psi/sec. Los datos empíricos a través de'la experimentación deben ayudar a uno para comprobar la gota de presión y velocidad de la gota de presión preferidas. Los siguientes ejemplos destacan varios aspectos y características de los métodos descritos actualmente para inducir la nucleación en un material y no deben tomarse en un sentido limitante. Más bien, estos ejemplos son ilustrativos solamente y el alcance de la invención debe determinarse solamente con respecto a las reivindicaciones, anexas en la presente. EJEMPLOS Todos los ejemplos descritos en la presente se realizaron en un secador por congelamiento de escala piloto VirTis 51-SRC que tiene cuatro anaqueles con aproximado 1.0 m2 de espacio de anaquel total y un condensador interno. Esta unidad se acondicionado para mantener las presiones positivas de hasta aproximadamente 15 psig. Una abertura circular de 1.5" de diámetro también se agregó a la pared posterior de la cámara de secado por congelamiento con una tubería de acero inoxidable de 1.5" de diámetro que se extiende desde el orificio a través del aislamiento de la pared posterior para emerger desde la parte posterior del secador por congelamiento. Dos válvulas de bola activadas por aire de puerto completo de 1.5", se unieron a esta tubería vía ajustes sanitarios. Una válvula de bola permite al gas fluir en la cámara de secado por congelamiento y por consiguiente proporciona presiones positivas de hasta 15 psig. La segunda válvula de bola permite la gas fluir fuera de la cámara de secado por congelamiento y por consiguiente reduce la presión de la cámara a condiciones atmosféricas (0 psig). Toda la refrigeración de los anaqueles del secador por congelamiento y condensador se lograda vía la circulación del fluido de transferencia de calor Dynalene MV enfriado por nitrógeno líquido usando el sistema Praxair NCool™-HX. Todas las soluciones se prepararon en un cuarto limpio de clase 100. El secador por congelamiento se colocó con la puerta, anaqueles, y todos los controles accesibles del cuarto limpio mientras que los otros componentes (bombas, calentadores, etc.) se localizaron en un ambiente del cuarto no limpio. Todas las soluciones se prepararon con agua grado de CALR (Fisher Scientific, filtrado a través de una membrana de 0.10 ym). Las soluciones finales se filtraron a través de una membrana de 0.22 µ?t? antes de llenar los frascos o envases de liofilización . Todos los gases se suministraron vía cilindros y se filtraron a través de filtros de 0.22 ym para eliminar los particulados. Los envases de vidrio (frascos de 5 mi y botellas de 60 mi) se obtuvieron pre-limpiados para los particulados de Wheaton Science Products. Los portadores farmacéuticamente aceptables se utilizaron apropiadamente. Las etapas anteriores se tomaron para asegurar los materiales y los métodos cumplen con los estándares de fabricación farmacéuticos convencionales para particulados, que actúan como agentes de nucleación. . Como se utiliza en la presente, "portador farmacéuticamente aceptable" incluye cualquiera y todos los solventes, medio de dispersión, antioxidantes, sales, revestimientos, tensioactivos, preservativos (por ejemplo, p-hidroxibenzoato metílico o propílico, ácido sórbico, agentes anti-bacterianos, agentes antifúngicos), agentes isotónicos, agentes retardadores de solución (por ejemplo, parafina), absorbentes (por ejemplo, arcilla de caolín, arcilla de bentonita), estabilizadores de fármaco (por ejemplo, laurilsulfato de sodio), geles, aglutinantes (por ejemplo, jarabe, acacia, gelatina, sorbitol, tragacanto, polivinilpirrolidona, carboximetilcelulosa, alginatos), excipientes (por ejemplo, lactosa, azúcar de leche, polietilenglicol), agente de desintegración (por ejemplo agar-agar, almidón, lactosa, fosfato de calcio, carbonato de calcio, ácido algínico, sorbitol, glicina), agentes humectantes (por ejemplo, alcohol cetílico, monoestearato de glicerol), lubricantes, aceleradores de absorción (por ejemplo, sales de amonio cuaternarias), aceites comestibles (por ejemplo, aceite de almendra, aceite de coco, ésteres oleosos o propilenglicol), agentes dulcificantes, agentes saborizantes, agentes colorantes, rellenos, (por ejemplo, almidón, lactosa, sucrosa, glucosa, manitol), lubricantes de tableteado (por ejemplo, estearato de magnesio, almidón, glucosa, lactosa, flor de arroz, tiza), portadores para inhalación (por ejemplo, propulsores de hidrocarburo), agentes de amortiguación, o materiales similares y combinaciones de los mismos, como se conoce por un experto en la técnica. Para las condiciones experimentales descritas en la presente y todas las formulaciones de liofilización estudiadas, la nucleación estocástica se observó normalmente por . ocurrir a temperaturas de envase entre aproximadamente -8°C y -20°C y ocasionalmente tan caliente como -5°C. Los envases 'se mantienen generalmente a temperaturas calientes de -8°C por períodos de tiempo largos sin nucleación. El inicio de la nucleación y crecimiento cristalino subsiguiente (es decir, congelamiento) se determinó por medir la temperatura como el punto en el cual la temperatura del envase rápidamente se incrementa en respuesta al calor latente exotérmico de la fusión. La iniciación del congelamiento también podrá determinar visualmente a través de un vidrio de visión en la puerta de la cámara del secador por congelamiento. Ejemplo 1 - Control de la Temperatura de Nucleación Cuatro frascos separados se llenaros con 2,5 mi de 5% en peso de solución de manitol. El punto de congelación termodinámica predicho de 5% en peso de solución de manitol es aproximadamente -0;5°C. Los cuatro frascos se colocaron en un anaquel del secador por congelamiento en proximidad cerca entre sí. Las temperaturas de los cuatro frascos se supervisaron usando los termopares montados en superficie. El secador por congelamiento se presurizó con argón a 14 psig. El anaquel del secador por congelamiento se enfrió para obtener las temperaturas del frasco de entre aproximadamente -1.3°C y aproximadamente -2.3°C (+/-1°C exactitud de medida de los termopares). El secador por congelamiento después se despresurizó de aproximadamente 14 psig a aproximadamente la presión atmosférica en menos de cinco segundos para inducir la nucleación de la solución dentro de los frascos. Todos los cuatro frascos se nuclearon e inició él congelamiento inmediatamente después de la despresurizaron. Los resultados se resumen en la Tabla 1 más adelante. Como se ve en la Tabla 1, las temperaturas de nucleación controladas en este ejemplo (es decir, Temperaturas Iniciales del Frasco) son bastante cercanas al punto de congelación termodinámico predicho de la solución. Así el presente método permite que el control de la nucleacion ocurra en soluciones que tienen un grado muy bajo de sub-enfriamiento o a temperaturas de nucleacion cerca o solamente ligeramente más frías que sus puntos de congelación.

Frasco Solución Atomos Temperatura Gota de Resultado de # de Frasco Presión Despresurización Inicial [°C] [psi] 1 2.5 mi de 5% en peso Argón -2.3 14 Nucleacion de manitol 2 2.5 mi de 5% en peso Argón ¦1.3 14 Nucleacion de manitol 3 2.5 mi de 5% en peso Argón -2.1 14 Nucleacion de manitol 4 2.5 mi de 5% en peso Argón -1.7 14 Nucleacion de manitol Tabla 1. Controlando la Temperatura de Nucleacion Ejemplo 2 - Controlando la temperatura de nucleacion En este ejemplo, noventa y cinco frascos se llenaron con 2.5 mi de 5% en peso de solución de manitol. El punto de congelación termodinámica del 5% en peso de solución de manitol es aproximadamente -0.5°C. Los noventa y cinco frascos se colocaron en un anaquel del secador por congelamiento en proximidad cercana entre sí. Las temperaturas de seis frascos colocados en diferentes localizaciones en el anaquel del secador por congelamiento se supervisaron continuamente usando los termopares montados en la superficie. El secador por congelamiento se presurizó en una atmósfera de argón a aproximadamente 14 psig. El anaquel del secador por congelamiento después se enfrió para obtener las temperaturas del frasco cerca de -5°C. El secador por congelamiento después se despresurizó de aproximadamente 14 psig a aproximadamente la presión atmosférica en menos de cinco segundos para inducir la nucleación de la solución déntro de los frascos. Todos los noventa y cinco frascos se observaron visualmente par nucleado y se inició el congelamiento inmediatamente después de la despresurización. Los datos del termopar para los seis frascos supervisados confirmaron la observación visual. Los resultados se resumen en la Tabla 2.

Como se ve en la presente, las temperaturas de nucleación controladas en este ejemplo (es decir, Temperaturas del Frasco Iniciales) están más bien por debajo del punto de congelación termodinámica predicho de la solución. Así el presente método permite que el control de nucleación ocurra en soluciones que tienen un grado moderado de sub-enfriado. Este ejemplo también demuestra la escalabilidad del presente método para una aplicación del frasco múltiple.

Frasco # Solución Atomos Temperatura Gota Resultado de de Frasco de Despresurización Inicial [°C] Presión [psi] 1 2.5 mi de 5% en Argón -4.2 14 Nucleación peso de manitol 2 2.5 mi de 5% en Argón -4.4 14 Nucleación peso de manitol 3 2.5 mi de 5% en Argón -4.6 14 Nucleación peso de manitol 4 2.5 mi de 5% en Argón -4.4 14 Nucleación peso de manitol 2.5 mi de 5% en Argón -4.6 14 Nucleación peso de manitol 6 2.5 mi de 5% en Argón -5.1 14 Nucleación peso de manitol Tabla 2. Controlando la Temperatura de Nucleación Ejemplo 3 - Controlar la magnitud de la despresurización En este ejemplo, los frascos múltiples se llenaron con 2.5 -mi de 5% en peso de solución de manitol. Una vez más, el punto de congelación termodinámica predicho de 5% en peso de solución de manitol es aproximadamente -0.5°C. Para cada serie de prueba, los frascos se colocaron en un anaquel del secador por congelamiento en proximidad cercana entre sí.. Como con los ejemplos descritos anteriores, las temperaturas de los frascos se supervisaron usando termopares montados en la superficie. La atmósfera de argón en el secador por congelamiento se presurizó a presiones diferenciadas y el anaquel del secador por congelamiento se enfrió para obtener las temperaturas del frasco de aproximadamente -5°C. En cada serie de prueba, el secador por congelamiento entonces se despresurizó rápidamente (es decir, en menos de cinco segundos) de la presión seleccionada a la presión atmosférica en un esfuerzo de inducir la nucleación de la solución dentro de los frascos. Los resultados se resumen en la Tabla 3. Como se ve en la tabla 3, la nucleación controlada ocurrió donde la gota de presión fue aproximadamente 7 psi o mayor y la temperatura de nucleación (es decir, temperatura del frasco inicial) fue entre aproximadamente -4.7°C y -5.8°C.

Frasco Solución Atomos Temperatura Gota de Resultado de # de Frasco Presión Despresurización Inicial [°C] [psi] 1 2.5 mi de 5% en peso Argón -4.7 7 Ñucleación de manitol 2 2.5 mi de 5% en peso Argón -5.1 7 Nucleación de manitol 3 2.5 mi de 5% en peso Argón -5.3 7 Ñucleación de manitol 4 2.5 mi de 5% en peso Argón -5.6 7 Sin Nucleación de manitol 5 2.5 mi de 5% en peso Argón -5.6 7 Nucleación de manitol 6 2.5 mi de 5% en peso Argón -5.8 7 Nucleación de manitol 7 2.5 mi de 5% en peso Argón -5.4 6 Sin Nucleación de manitol 8 2.5 mi de 5% en peso Argón -5.7 6 Sin Nucleación de manitol 9 2.5 mi de 5% en peso Argón -5.8 6 Sin Nucleación de manitol 10 2.5 mi de 5% en peso Argón -5.1 5 Sin Nucleación de manitol Frasco Solución Atomos Temperatura Gota de Resultado de # de Frasco Presión Despresurizacion Inicial [°C] [psi] 11 2.5 mi de 5% en peso Argón -5.4 Sin Nucleación de manitol 12 2.5 mi de 5% en peso Argón -5.5 Sin Nucleación de manitol 13 2. § mi de 5% en peso Argón -4.7 Sin Nucleación de manitol 14 2.5 mi de 5% en peso Argón -5.1 Sin Nucleación de manitol 15 2.5 mi de 5% en peso Argón -5.3 Sin Nucleación de manitol Tabla 3. Efecto de la Magnitud de Despresurizacion Ejemplo 4 - Controlando las Velocidades de Despresurización Por este ejemplo, los frascos múltiples se llenaron con aproximadamente 2.5 mi de 5% en peso de solución de manitol que tiene un punto de congelación termodinámica predicho de aproximadamente -0.5°C. Para cada serie de prueba del tiempo de despresurización variante, los frascos se colocaron en un anaquel del secador por congelamiento en proximidad cercana entre sí. Como con los ejemplos descritos anteriormente, las temperaturas de los frascos se supervisaron usando termopares montados en la superficie. Como los ejemplos descritos anteriormente, la atmósfera de argón en el secador por congelamiento se presurizó a aproximadamente 14 psig y el anaquel se enfrió para obtener las temperaturas del frasco de aproximadamente -5°C. En cada serie de prueba, el secador por congelamiento después se despresurizó a diferentes velocidades de despresurización de 14 psig a la presión atmosférica en un esfuerzo de inducir la nucleación de la solución dentro de los frascos. Par estudiar el efecto de la velocidad de despresurización o tiempo de despresurización, una válvula de bola de restricción se colocó en la salida de la válvula de control de despresurización en la parte posterior del secador por congelamiento. Cuando la válvula de restricción está totalmente abierta, la despresurización de aproximadamente 14 psig a aproximadamente 0 psig se logró en aproximadamente 2.5 segundos. Por solo parcialmente cerrar la válvula de restricción, es posible variablemente incrementar el tiempo de despresurización de la cámara. Usando la válvula de bola de restricción, varias series de prueba se realizaron con la cámara del secador por congelamiento despresurizada a velocidades diferenciadas para confirmar o determinar el efecto de la velocidad de la despresurización en la nucleación. Los resultados se resumen en la Tabla 4. Frasco Solución Atomos Temperatura Gota Tiempo Resultado de # de Frasco de [seg] Despresurización Inicial [°C] Presión [psi] 1 2.5 mi de 5% Argón -4.6 14 300 Sin Nucleación en peso de manitol Frasco Solución Atomos Temperatura Gota de Tiempo Resultado de # de Frasco Presión [seg] Despresurización Inicial [°C] [psi] 2.5 mi de 5% Argón -5.4 14 300 Sin Nucleación en peso de manitol 2.5 mi de 5% Argón -5.8 14 300 Sin Nucleación en peso de manitol 2.5 mi de 5% Argón -4.6 14 200 Sin Nucleación en peso de manitol 2.5 mi de 5% Argón -5.4 14 200 Sin Nucleación en peso de manitol 2.5 mi de 5% Argón -5.4 14 200 Sin Nucleación en peso de manitol 2.5 mi de 5% Argón -4.6 14 100 Sin Nucleación en peso de manitol 2.5 mi de 5% Argón -5.2 14 100 Sin Nucleación en peso de manitol 2.5 mi de 5% Argón -5.2 14 100 Sin Nucleación en peso de manitol 10 2.5 mi de 5% Argón -4.7 14 60 Sin Nucleación en peso de manitol Frasco Solución Atomos Temperatura Gota de Tiempo Resultado de # de Frasco Presión [seg] Despresurización Inicial [°C] [psi] 11 2.5 mi de 5% Argón -5.1 14 60 Sin Nucleacion en peso de manitol 12 2.5 mi de 5% Argón -5.1 14 60 Sin Nucleacion en peso de manitol 13 2.5 mi de 5% Argón -5.·1 14 50 Sin Nucleacion en peso de manitol 14 2.5 mi de 5% Argón -5.3 14 50 Sin Nucleacion en peso de manitol 15 2.5 mi de 5% Argón -4.9 14 50 Sin Nucleacion en peso de manitol 16 2.5 mi de 5% Argón -5.4 14 42 Sin Nucleacion en peso de manitol 17 2.5 mi de 5% Argón -5.5 14 42 Sin Nucleacion en peso de manitol 18 2.5 mi de 5% Argón -5.0 14 42 Sin Nucleacion en peso de manitol 19 2.5 mi de 5% Argón 14 32 Nucleacion en peso de manitol Frasco Solución Atomos Temperatura Gota de Tiempo Resultado de # de Frasco Presión [seg] Despresurización Inicial [°C] [psi] 2.5 mi de 5% Argón -5.7 14 32 Nucleación en peso de manitol 2.5 mi de 5% Argón -5.6 14 32 Nucleación en peso de manitol 2.5 mi de 5% Argón -4.7 14 13 Nucleación en peso de manitol 2.5 mi de 5% Argón -5.3 14 13 Nucleación en peso de manitol 2.5 mi de 5% Argón -5.5 14 13 Nucleación en peso de manitol Tabla 4. Efecto del Tiempo de Despresurización Como se ve en la Tabla 4, la nucleación solo ocurrió donde el tiempo de despresurización fue menor de 42 segundos, la gota de presión fue de aproximadamente 14 psi o mayor y la temperatura de nucleación (es decir, temperatura del frasco inicial) estaba entre aproximadamente -4.6°C y aproximadamente -5.8°C. Estos resultados indican que la despresurización necesita lograrse de manera relativa rápidamente para que el método sea efectivo.

Ejemplo 5 - Controlando la Atmósfera de Gas Una vez más, los frascos múltiples cada uno se llenaron con aproximadamente 2.5 mi de 5% en peso de solución de manitol y se colocaron en un anaquel del secador por congelamiento en proximidad cercana entre sí. Como con los ejemplos descritos anteriormente, la temperatura de los frascos de prueba se supervisó usando los termopares montados en la superficie. Para las diferentes series de prueba, la atmósfera de gas en el secador por congelamiento fue variada para mantener siempre una presión positiva de aproximadamente 14 psig. En este ejemplo, el anaquel del secador por congelamiento se enfrió para obtener temperaturas del frasco de aproximadamente -5°C a -7°C. En cada serie de prueba, el secador por congelamiento después se despresurizó rápidamente de aproximadamente 14 psig a la presión atmosférica en un esfuerzo para inducir la nucleación de la solución dentro de los frascos. Los resultados se resumen en la Tabla 5. Como se ve en la presente, la nucleación controlado ocurrió en todas las atmósferas de gas a excepción de la atmósfera de gas helio donde los gota de presión fue aproximadamente 14 psi y la temperatura de nucleación (es decir, temperatura del frasco inicial) fue entre aproximadamente -4.7°C y aproximadamente -7.4°C. Aunque no se muestra en los Ejemplos, se cree que las condiciones alternantes permitirán probablemente la nucleación controlado en una atmósfera de helio.

Frasco Solución Atomos Temperatura Gota Resultado de # de Frasco de Despresurización Inicial [°C] Presión [psi] 1 2.5 mi de 5% en peso Argón -4.9 14 Nucleación de manitol 2 2.5 mi de 5% en peso Argón -5.2 14 Nucleación de manitol 3 2.5 mi de 5% en peso Nitrógeno -4.7 14 Nucleación de manitol 4 2.5 mi de 5% en peso Nitrógeno -5.1 14 Nucleación de manitol 5 2.5 mi de 5% en peso Xenón -4.8 14 Nucleación de manitol 6 2.5 mi de 5% en peso Xenón -5.0 14 Nucleación de manitol 7 2.5 mi de 5% en peso Aire -7.4 14 Nucleación de manitol 8 2.5 mi de 5% en peso Aire -7.2 14 Nucleación de manitol 9 2.5 mi de 5% en peso Helio -5.8 14 Sin Nucleación de manitol 10 2.5 mi de 5% en peso Helio -5.5 14 Sin Nucleación de manitol Tabla 5. Efecto de Composición de la Atmósfera de Gas Ejemplo 6 - Soluciones de Volumen Grandes En este ejemplo, seis botellas de liofilización (60 mi de capacidad) se llenaron con aproximadamente 30 mi de 5% en peso de solución de manitol que tiene un punto de congelación termodinámica predicho de aproximadamente -0.5°C. Las seis botellas de liofilización se colocaron en un anaquel del secador por congelamiento en proximidad cercana entre sí. La temperatura de las seis botellas colocadas en diferentes localizaciones en el anaquel del secador por congelamiento se supervisó usando los termopares montados en la superficie. El secador por congelamiento se presurizó en una atmósfera de argón a aproximadamente 14 psig. El anaquel del secador por congelamiento después se enfrió para obtener temperaturas de la botella cerca de -5°C. El secador por congelamiento después se despresurizó de 14 psig a la presión atmosférica de aproximadamente menos de cinco segundos para inducir la nucleación de la solución dentro de las botellas. Los resultados se resumen en la Tabla 6. En un experimento separado, una bandeja de secado por congelamiento gruesa de plástico (Gore LYOGUARD, capacidad 1800 mi) se llenó con aproximadamente 1000 mi de 5% en peso de solución de manitol. La bandeja se obtuvo pre-limpiada para cumplir con los requerimientos de particulado menor de USP. La bandeja se colocó en un anaquel del secador por congelamiento, y la temperatura de la bandeja se supervisó por un termopar montado en la superficie exterior de la bandeja cerca del centro de un lado. El anaquel del secador por congelamiento después se enfrió para obtener una temperatura de bandeja cercana -7°C. El secador por congelamiento después se despresurizó de 14 psig a aproximadamente la presión atmosférica en menos de cinco segundos par inducir la nucleación de la solución dentro de-la bandeja. Los resultados también se resumen en la Tabla 6. Como los ejemplos descritos anteriormente, todos los envases se nuclearon e inicio el congelamiento inmediatamente después de la despresurización. También como los ejemplos descritos anteriormente, las temperaturas de nucleación (es decir, Temperaturas del Envase) en este ejemplo fueron mucho muy controlables estando un poco, cerca de aproximadamente la temperatura de congelación termodinámica de la solución. Más importantemente, este ejemplo ilustra que el presente método permite que el control de nucleación ocurra en soluciones más grandes de volumen y varios formatos de envase. Debe observarse que uno esperará que la eficacia del método de despresurización mejorara mientras que el volumen de la formulación aumenta, debido a que el evento de nucleación es más probable que ocurra cuando más moléculas estén presentes en el agregado y formen los núcleos críticos.

Frasco Solución Atomos Temperatura de Gota de Resultado de Frasco Inicial Presión Despresurización [°C] [psi] botella 30 mi de 5% en Argón -5.3 14 Nucleación #1 peso de manitol botella 30 mi de 5% en Argón -5.1 14 Nucleación #2 peso de manitol Envase Solución Atomos Temperatura de Gota de Resultado de Frasco Inicial Presión Despresurización [°C] [psi] botella 30 mi de 5% en Argón -5.3 14 Nucleacion #1 peso de manitol botella 30 mi de 5% en Argón -5.1 14 Nucleación #2 peso de manitol botella 30 mi de 5% en Argón -5.9 14 Nucleacion #3 peso de manitol botella 30 mi de 5% en Argón -5.2 14 Nucleación #4 peso de manitol botella 30 mi de 5% en Argón -5.9 14 Nucleación #5 peso de manitol botella 30 mi de 5% en Argón -6.1 14 Nucleación #6 peso de manitol Tabla 6. Efecto del Volumen de Solución y Tipo de Recipiente Ejemplo 7 - Enfriamiento Dinámico contra Enfriamiento Equilibrado Los presentes métodos para controlar la nucleación pueden utilizarse de varios modos. Los ejemplos 1-6, descritos antes, cada uno demuestran el aspecto para controlar la temperatura de nucleación de una solución de liofilización que esencialmente es equilibrada a una temperatura por debajo de su punto de congelación termodinámica (es decir, temperatura que cambia muy lentamente). Este ejemplo demuestra que la nucleación también puede ocurrir a una temperatura por debajo del punto de congelación termodinámica en un ambiente de enfriado dinámico (es decir, la solución está experimentando cambios rápidos en temperatura).

En este ejemplo, los frascos 1 a 6 representan las muestras descritas antes con referencia al Ejemplo 2. Además, tres frascos separados (Frascos 7-9) también se llenaron con 2.5 mi de 5% en peso de solución de manitol. En una serie de prueba separada, los tres frascos adicionales se colocaron en un anaquel ? del secador por congelamiento en proximidad cercana entre sí. El anaquel del secador por congelamiento se enfrió rápidamente hacia una temperatura final del anaquel de -45°C. Cuando uno de los frascos alcanzó una temperatura de aproximadamente -5°C, como se midió por los termopares montados en la superficie, el secador por congelamiento se despresurizó rápidamente de aproximadamente 14 psig a 0 psig en un esfuerzo para inducir la nucleación. Todos los tres frascos se nuclearon e inició el congelamiento inmediatamente después de la despresurización. Las temperaturas del frasco disminuyeron significativamente entre -6.8°C y -9.9°C antes de la nucleación como un resultado del ambiente de enfriado dinámico. Los resultados comparativos se resumen en la Tabla 7 a continuación.

Frase Solución Modo Temperatura Gota de Resultado de o# de Nucleacion Presión Despresurización 2.5 mi de 5% en Equilibrado Nucleacion peso de manitol 2.5 mi de 5% en Equilibrado -5.1 14 Nucleacion peso de manitol 2.5 mi de 5% en Equilibrado -5.9 14 Nucleacion peso de manitol 2.5 mi de 5% en Equilibrado -5.2 14 Nucleacion peso de manitol 2.5 mi de 5% en Equilibrado -5.9 14 Nucleacion peso de manitol 2.5 mi de 5% en Equilibrado -6.1 14 Nucleacion peso de manitol 2.5 mi de 5% en Dinámico -6.8 14 Nucleacion peso de manitol 2.5 mi de 5% en Dinámico -7.2 14 Nucleacion peso de manitol 2.5 mi de 5% en Dinámico -9.9 14 Nucleacion peso de manitol Tabla 7. Resultados de Prueba - Efecto de Enfriado Dinámico en Nucleacion La eficacia de los presentes métodos para controlar la nucleacion en soluciones de liofilizacion equilibrada en un intervalo de temperaturas dada o soluciones de liofilizacion se enfrió dinámicamente, proporcionó al usuario final con dos moctos potenciales de aplicación con diferentes ventajas y compensaciones. Permitiendo que las soluciones liofilizadas a equilibrarse, el intervalo de temperaturas de nucleación sean estrechas o minimizadas a los límites desempeño del secador por congelamiento por sí mismo. La etapa de equilibrio puede requerir tiempo adicional par realizarse con relación a los protocolos de congelación convencionales o dinámicos donde las temperaturas de la cámara y frasco descienden a menos de aproximadamente -40°C en una etapa. Sin embargo, utilizando la etapa del equilibrio debe proporcionar mucha uniformidad de nucleación mejorada a través de todos los frascos o envases así como la realización de las otras ventajas asociadas con el control preciso de la temperatura de nucleación del material. Alternativamente, si la compensación de las temperaturas del material o solución de liofi üzación es indeseable, uno puede simplemente colocar la etapa de despresurización en un tiempo apropiado durante la congelación normal o protocolo de enfriado dinámico. La despresurización durante un enfriado dinámico abajo producirá una extensión más amplia en las temperaturas de nucleación para el material dentro de los envases de liofilización , pero agregará tiempo mínimo al protocolo de congelación y todavía permitirá que uno mitigue los problemas de sub-enfriamiento extremo. Ejemplo 8 - Efecto de Excipientes Diferentes El presente método para controlar o inducir la nucleación en un material puede utilizarse 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 de hidroxietilo (HES por sus siglas en inglés); polietilenglicol (PEG por sus siglas en inglés); pirrolidona de polivinilo (PVP); dextrán; glicina; sorbitol; sucrosa; y trealosa. Por ejemplo para cada excipiente, dos frascos se llenaron con 2.5 mi de una solución que contiene 5% en peso del excipiente. Los frascos se colocaron en un anaquel del secador por congelamiento en proximidad cercana entre sí. El secador por congelamiento se presurizó en .una atmósfera de argón a aproximadamente 14 psig. El anaquel del secador por congelamiento se enfrió para obtener las temperaturas del frasco cerca de -3°C y después se despresurizó rápidamente para inducir la nucleación. Los resultados se resumen en la Tabla 8.

Frasco Solución Atomos Temperatura Gota Resultado de # de Frasco de Despresurización Inicial [°C] Presión [psi] 2.5 mi de 5% en peso Argón 14 Nucleación de manitol 2.5 mi de 5% en peso Argón 14 Nucleación de manitol 2.5 mi de 5% en peso Nitrógeno 14 Nucleación de HES Frasco Solución Atomos Temperatura Gota Resultado de # de Frasco de Despresurización Inicial [°C] Presión [psi] 2.5 mi de 5% en peso Argón -3.7 14 Nucleación de HES 2.5 mi de 5% en peso Argón -3.8 14 Nucleación de PEG 2.5 mi de 5% en peso Argón -3.4 14 Nucleación de PEG 2.5 mi de 5% en peso Argón -3.5 14 Nucleación de PVP 2.5 mi de 5% en peso Argón -3.3 14 Nucleación de PVP 2.5 mi de 5% en peso Argón -4.0 14 Nucleación de dextrán 10 2.5 mi de 5% en peso Argón -3.1 14 Nucleación de dextrán 11 2.5 mi de 5% en peso Argón -3.8 14 Nucleación de glicina 12 2.5 mi de 5% en peso Argón -6.9 14 Nucleación de glicina 13 2.5 mi de 5% en peso Argón -3.6 14 Nucleación de sorbitol 14 2.5 mi de 5% en peso Argón -3.4 14 Nucleación de sorbitol 15 2.5 mi de 5% en peso Argón -3.3 14 Nucleación de sucrosa 16 2.5 mi de 5% en peso Argón -3.4 14 Nucleación de sucrosa Frasco Solución Atomos Temperatura Gota Resultado de # de Frasco de Despresurización Inicial [°C] Presión [psi] 17 2.5 mi de 5% en peso Argón -3.7 14 Nucleación de trealosa 18 2.5 mi de 5% en peso Argón . -3.1 14 Nucleación de trealosa Tabla 8. Efecto de Diferentes Excipientes de Liofilización Ejemplo 9 - Control de Nucleación de las Soluciones de Proteína Los métodos descritos en la presente pueden utilizarse para controlar la temperatura de nucleación de las soluciones de proteína sub-enfriadas sin efectos negativos o nocivos sobre la solubilidad de la proteína o actividad enzimática. Dos proteínas, albúmina de suero bovino (BSA) y deshidrogenase de lactato (LDH) se utilizaron en este ejemplo. BSA se disolvió en 5% en peso de manitol en una concentración de 10 mg/ml. Tres frascos de liofilización se llenaron con 2.5 mi de la solución de BSA-manitol y se colocaron en un anaquel del secador por congelamiento en proximidad cercana entre sí. El secador por congelamiento se presurizó en una atmósfera de argón a aproximadamente 14 psig. Él anaquel del secador por congelamiento se enfrió para obtener temperaturas de frasco cercanas a -5°C. El secador por congelamiento se despresurizó rápidamente para inducir la nucleación. Todos los frascos de solución de BSA se nuclearon y se inició inmediatamente el congelamiento después de la despresurización. No se observó ninguna precipitación de la proteína durante el descongelamiento. Las proteínas de LDH se obtuvieron de dos diferentes proveedor y para propósitos de claridad se designaron como LDH-1 o LDH-2 para distinguir los dos lotes distintos. LDH-1 se disolvió en 5% en peso de manitol en una concentración de 1 mg/ml. Seis frascos de liofilización se llenaron con 2.5 mi de la solución de LDH-1 /manitol y se colocaron en un anaquel del secador por congelamiento en proximidad cercana entre sí. El secador por congelamiento se presurizó en una atmósfera de argón a aproximadamente 14 psig. El anaquel del secador por congelamiento se enfrió iniciando la temperatura ambiente para obtener las temperaturas del frasco cerca de -4°C. El secador por congelamiento entonces se despresurizó rápidamente para inducir la nucleación. Todos los frascos se nuclearon e inició el congelamiento inmediatamente después de la despresurización. Los frascos se mantuvieron en este estado por aproximadamente 15 minutos. El anaquel del secador por congelamiento después se enfrió a una velocidad índice de aproximadamente 1°C/min para obtener temperaturas del frasco cercanas a -45°C y mantenidas para 15 minutos adicionales para asegurar la terminación del proceso de congelación. Después de la etapa que congelación, el anaquel del secador por congelamiento entonces fue calentó a una velocidad de aproximadamente 1°C/min para elevar las temperaturas del frasco a cerca de 5°C. Ninguna precipitación de la proteína se observó durante el descongelamiento. El contenido del frasco se ensayó para actividad enzimática, y los resultados se compararon para una muestra control de la solución de LDH-1 /manitol no congelada. Como parte del ejemplo 9, las muestras nucleadas despresurizadas de la solución de LDH-1 /manitol se compararon con las muestras nucleadas estocásticas. En las muestras nucleadas estocásticas de LDH-1, el procedimiento de congelación se repitió sin presurizacion y despresurización y sin atmósfera de argón. Específicamente, LDH-1 se disolvió en 5% en peso de manitol en una concentración de 1 mg/ml. Seis frascos de liofilización se llenaron con 2.5 mi de la solución de LDH-1 /manitol y se colocaron en un anaquel del secador por congelamiento en proximidad cercana entre sí. El anaquel del secador por congelamiento se enfrió iniciando a partir de la temperatura ambiente a una velocidad de aproximadameiite 1°C/min para obtener las temperaturas del frasco cercanas a -45°C y se mantuvieron durante 15 minutos para asegurar la terminación del proceso de congelación. Después de la etapa de congelación, el anaquel del secador por congelamiento se calentó a una velocidad de aproximadamente 1°C/min para elevar las temperaturas del frasco cerca de 5°C. Ninguna precipitación de la proteína se observó durante el descongelamiento. El contenido del frasco se ensayó para la actividad enzimática, y los resultados se compararon con la misma muestra de control de la solución de LDH-1 /manitol no congelada. También como parte del Ejemplo 9, los experimentos descritos antes para LDH-1 se repitieron usando LDH-2. La única diferencia fue una temperatura de nucleación cercana a -3°C para LDH-2 más bien cercana a -4°C para LDH- . Como se ve en la Tabla 9, la nucleación y proceso de congelación controlados se lograron vía la despresurización claramente no disminuyen la actividad enzimática con relación a una nucleación estocástica comparable y protocolo de congelación. De hecho, el proceso de nucleación controlado se logró vía la despresurización que parece mejorar la actividad enzimática con una pérdida de actividad promedio de solo 17.8% para LDH-1 y 26.5% para LDH-2 comparada con la pérdida de actividad promedio de 35.9% para LDH-1 y 41.3% para LDH-2 después de nucleación estocástica. Frasco Solución Atomos Temperatura Gota Pérdida Resultado de # de Frasco de de Despresurización Inicial [°C] Presión actividad [psi] enzimática [%] 1 2.5 mi de Argón -4.9 14 - Nucleación solución de BSA 2 2.5 mi de Argón -4.3 14 - Nucleación solución de BSA Frasco Solución Atomos Temperatura Gota Pérdida Resultado de # de Frasco de de Despresurización Inicial [°C] Presión actividad [psi] enzimática [%] 2.5 mi de Argón -5.3 14 Nucleación solución de BSA 2.5 mi de Argón -3.8 14 9.0 Nucleación solución de LDH-1 2.5 mi de Argón -4.0 14 16.2 Nucleación solución de LDH-1 2.5 mi de Argón -3.7 14 18.4 Nucleación solución de LDH-1 2.5 mi de Argón -4.0 14 23.4 Nucleación solución de LDH-1 2.5 mi de Argón ° -3.9 14 18.5 Nucleación solución de LDH-1 2.5 mi de Argón -4.0 14 21.2 Nucleación solución de LDH-1 10 2.5 mi de Aire -10.4 35.7 Nucleación solución de LDH-1 11 2.5 mi de Aire -16.5 35.4 Nucleación solución de Frasco Solución Atomos Temperatura Gota Pérdida Resultado de # de Frasco de de Despresurización Inicial [°C] Presión actividad [psi] enzimática [%] 12 2.5 mi de Aire -15.5 0 36.1 . Nucleación solución de LDH-1 14 2.5 mi de Aire -9.8 24.9 Nucleación solución de LDH-1 15 2.5 mi de Aire -11.0 39.2 Nucleación solución de LDH-1 16 2.5 mi de Argón -3.1 14 29.9 Nucleación solución de LDH-2 17 2.5 m! de Argón -2.9 14 18.9 Nucleación solución de LDH-2 18 2.5 mi de Argón -3.1 14 23.3 Nucleación solución de LDH-2 19 2.5 mi de Argón -2.7 14 19.6 Nucleación solución de LDH-2 20 2.5 mi de Argón -3.1 14 32.1 Nucleación solución de LDH-2 21 2.5 mi de Argón -2.6 14 35.2 Nucleación solución de Frasco Solución Atomos Temperatura Gota Pérdida Resultado de # de Frasco de de Despresurización Inicial [°C] Presión actividad [psi] enzimática 22 2.5 mi de Aire -5.0 38.3 Nucleacion solución de LDH-2 23 2.5 mi de Aire -5.5. 40.0 Nucleacion solución de LDH-2 24 2.5 mi de Aire -2.3 36.5 Nucleacion solución de LDH-2 25 2.5 mi de Aire -3.8 42.0 Nucleacion solución de LDH-2 26 2.5 mi de Aire -5.1 50.2 Nucleacion solución de LDH-2 27 2.5 mi de Aire -5.9 40.6 Nucleacion solución de LDH-2 Debe notarse que las temperaturas de nucleacion estocásticas observadas para LDH-2 fueron sustancialmente más calientes que las temperaturas de nucleacion estocásticas para LDH-1. Esta diferencia puede ser debido a algún contaminante que actúa como agente de nucleacion en el LDH-2. Las temperaturas de nucleacion estocásticas son mucha más cercanas a las temperaturas de .nucleación controladas para LDH-2 comparadas a LDH-1, sin embargo las mejoras en retención de la actividad enzimática obtenidas 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 retención de la actividad enzimática puedan atribuirse parcialmente a las características del proceso de nucleación controlado por sí mismo, no justifica las temperaturas de nucleación calientes prescritas obtenidas vía la despresurizaron. Ejemplo 10 - Reduciendo el tiempo de secado primario 5% en peso de solución de manitol se preparó mezclando aproximadamente 10.01 gramos de manitol con aproximadamente 190.07 gramos de agua. Los frascos se llenaron con 2.5 mi de 5% en peso de solución de manitol. Los frascos se pesaron vacíos y con la solución para determinar la masa del ag.ua n agregada a los frascos. Los veinte frascos se colocaron en un bastidor en un anaquel del secador por congelamiento en proximidad cercana a una otro. Las temperaturas de seis frascos se supervisaron usando los termopares montados en la superficie; todos los frascos supervisados se rodearon por otros frascos para mejorar la uniformidad del comportamiento del frasco. El secador por congelamiento se presurizó a aproximadamente 14 psig en una atmósfera de gas controlada del gas de argón. El anaquel del secador por congelamiento se enfrió de temperatura ambiente a aproximadamente -6°C para obtener las temperaturas del frasco entre de aproximadamente -1°C y - 2°C. El secador por congelamiento entonces se despresurizó de aproximadamente 14 psig a aproximadamente la presión atmosférica en menos de cinco segundos para inducir la nucleación de la solución dentro de los frascos. Todos los frascos observados visualmente o supervisado vía los termopares se nuclearon e inició el congelamiento inmediatamente después de la despresurizaron. La temperatura del anaquel entonces se bajó rápidamente a aproximadamente -45°C para terminar el proceso de congelación. Una vez que todas las temperaturas del frasco estuvieran sobre -40°C o menos, la cámara secada por congelamiento se evacuó y el proceso de secado primario (es decir, sublimación) se inició. Durante este proceso de secado, el anaquel del secador por congelamiento se calentó a aproximadamente -14°C vía una rampa de una hora y se mantuvo en esta temperatura durante 16 horas. El condensador se mantuvo e aproximadamente -60°C a través del proceso de secado. El secado primario se detuvo girando la bomba de vacío y rellenando la cámara con argón a presión atmosférica. Los frascos se retiraron puntualmente del secador por congelamiento y pesaron para determinarse cuánta agua se perdió durante el proceso de secado primario. En un experimento separado como parte del Ejemplo 10, otros frascos se llenaron con 2.5 mi del mismo 5% en peso de solución de manitol. Los frascos se pesaron vacíos y con la solución para determinar la masa del agua agregada a los frascos. Los frascos se cargaron en el secador por congelamiento de misma manera descrita antes, y las temperaturas de seis frascos se supervisaron de nuevo usando los termopares montados en la superficie. El anaquel del secador por congelamiento se enfrió rápidamente de la temperatura ambiente a aproximadamente -45°C para congelar los frascos. La nucleación ocurrió de manera estocástica entre aproximadamente -15°C y aproximadamente -18°C durante la etapa de enfriado. Una vez que todas las temperaturas de los frascos estuvieron sobre -40°C o menos, los frascos se secaron de una manera idéntica al método descrito antes. Sobre la conclusión del secado primario, las muestras se retiraron puntualmente del secador por congelamiento y pesaron para determinar cuanta agua se perdió durante el proceso de secado primario.

Frasco Solución Atomos Temperatura ' Gota Pérdida Resultado de # de Frasco de de agua Despresurización Inicial [°C] Presión 2.5 mi de Argón -1.3 89.9 Nucleación 5% en peso de manitol 2.5 mi de Argón -1.9 14 85.2 Nucleación 5% en peso de manitol 2.5 mi de Argón -1.3 14 87.1 Nucleación 5% en peso de manitol Frasco Solución Atomos Temperatura Gota de Pérdida Resultado de # de Frasco Presión de Despresurización Inicial [°C] [psi] agua [%] 2.5 mi de 5% Argón -2.3 14 88.8 Nucleación en peso de manitol 2.5 mi de 5% Argón -2.1 14 85.0 Nucleación en peso de manitol 2.5 mi de 5% Argón -1.1 14 80.7 Nucleación en peso de manitol 2.5 mi de 5% Aire -15.7 65.7 en peso de manitol 2.5 mi de 5% Aire -16.7 66.9 en peso de manitol 2.5 mi de 5% Aire -14.5 64.6 en peso de manitol 10 2.5 mi de 5% Aire -15.6 64.7 en peso de manitol 11 2.5 mi de 5% Aire -16.5 64.1 en peso de manitol 12 2.5 mi de 5% Aire -17.9 65.7 en peso de manitol Tabla 10. Incrementar la Temperatura de Nucleación Mejorando el Secado primario Los resultados del proceso de secado por congelamiento con nucleacion controlada y nucleacion estocástica se resumen en la Tabla 10. Debe notarse que estos dos experimentos solamente difieren en la adición de la nucleacion controlada vía la etapa de despresurización a un experimento. Como se ve en la Tabla 10, el proceso de nucleacion controlada se logró vía la despresurización permitiendo la nucleacion a grados muy bajos de sub-enfriamiento, entre aproximadamente -1.1°C y -2.3°C en este ejemplo. Las temperaturas de nucleacion mucho más calientes para el caso de nucleacion controlada comparadas al caso de nucleacion 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 frascos nucleados utilizan los métodos de despresurización descritos entre aproximadamente -1.1°C y -2.3°C perdieron un promedio de 86.1% de su agua mientras que los frascos estocásticamente nucleados entre aproximadamente -14.5°C y -17.9°C solamente perdieron un promedio de 65.3%. Por lo tanto, los frascos estocásticamente nucleados requerirían un tiempo de secado primario mucho más para alcanzar el mismo grado de pérdida de agua que los frascos nucleados de una manera controlada de acuerdo con los métodos descritos actualmente. La mejora en tiempo de secado se atribuye probablemente a la formación de cristales de hielo más grandes a temperaturas de nucleacion más calientes. Estos cristales de hielo más grandes van detrás de los poros más grandes durante la sublimación, y los poros más grandes ofrecen menor resistencia al flujo del vapor de agua durante la sublimación adicional. Aplicabilidad Industrial El presente método proporciona un método mejorado para controlar la temperatura y/o tiempo en tales materiales sub-enfriados, esto es líquidos o soluciones, nucleado y después congelado. Aunque esta aplicación se enfoca en parte en el secado por congelamiento, un problema similar ocurre para cualquier etapa de procesamiento de material que implique una transición de fase nucleada. Los Ejemplos de tales procesos incluyen la cristalización de polímeros y metales de fusión, cristalización de materiales de soluciones sobresaturadas, cristalización de proteínas, producción de nieve artificial, congelamiento de alimentos, concentración congelada, ¡I cristalización fraccionaria, crio-preservación, o condensación de vapores a 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 los dominios sólidos producidos por la fase de transición. En agua congelada, por ejemplo, la temperatura de nucleación controla directamente el tamaño y número de cristales de hielo formados. Generalmente hablando, los cristales de hielo son menores en número y más grandes .de tamaño cuando la temperatura de nucleación es más caliente. La capacidad de controlar el número y tamaño de los 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 influencian fuertemente las propiedades de secado de la torta liofilizada. Los cristales de hielo más grandes producidos por temperaturas de nucleación más calientes van detrás de los poros más grandes durante la sublimación, y los poros más grandes ofrecen menos resistencia al flujo del vapor de agua durante la sublimación subsiguiente. Por lo tanto, los presentes métodos proporcionan un medio para incrementar Jas velocidades de secado primario (es decir, sublimación) en los procesos de secado por congelamiento aumentando la temperatura de nucleación. Otra ventaja posible puede realizarse en aplicaciones donde los materiales sensibles se preservan vía procesos de congelación (es decir, criopreservado). Por ejemplo, un material biológico que incluye pero no se limita a, muestras de teji"do mamífero (por ejemplo, sangre del cordón, biopsia de tejido, células de huevo y esperma, etc.), líneas celulares (por ejemplo, mamíferas, levadura, procariótica, fungicidas, etc.) y moléculas biológicas (por ejemplo, proteínas, ADN, ARN y subclases de los mismos) el congelado en una solución acuosa pueden experimentar varias tensiones durante el proceso de congelación que puede deteriorar la función o actividad del material. La formación de hielo puede interrumpir físicamente el material o crear cambios severos en la unión interfacial, fuerzas osmóticas, concentraciones disueltas, etc. experimentadas por el material. Puesto que la nucleación controla la estructura y cinética de la formación de hielo, puede influenciar significativamente estas tensiones. Los métodos descritos actualmente por lo tanto proporcionan un único medio para mitigar las tensiones asociadas con procesos de criopreservacion y mejorar la recuperación de la función o actividad de los materiales criopreservados. Los presentes métodos también representan mejoras sobre los métodos de control de nucleación convencionales (por ejemplo, sembrando o poniendo en contacto con las superficies frías) usados para iniciar la formación de hielo extracelular en algoritmos de criopreservacion de dos etapas diseñados para células vivas. Los presentes métodos también pueden aplicarse a las soluciones o mezclas complejas que contienen varios constituyentes en aplicaciones criopreservacion y liofilización. i Estas formulaciones son a menudo soluciones con un solvente acuoso, orgánico, o acuoso-orgánico mezclado que contiene un ingrediente farmacéuticamente activo (por ejemplo, un producto químico, proteína, péptido, o vacuna sintética) y opcionalmente, uno o más constituyentes mitigantes, incluyendo agentes de abultamiento que ayudan a prevenir la pérdida física del ingrediente activo durante el secado (por ejemplo, dextrosa, glucosa, glicina, lactosa, maltosa, manitol, pirrolidona de polivinilo, cloruro de sodio, y sorbitol); agentes de amortiguación o modificadores de toxicidad que ayudan a mantener el ambiental apropiado de pH o toxicidad para constituyente 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 anteriormente mencionados); agentes estabilizantes que ayudan a preservar la estructura y función del constituyente activo durante el proceso o en su líquido final o forma secada (por ejemplo, alanina, dimetilsulfóxido, glicerol, glicina, albúmina de suero humano, polietilenglicol, lisina, polisorbato, sorbitol, sucrosa, y trealosa); agentes que modifican el comportamiento de transición del vidrio de la formulación (por ejemplo, polietilenglicol y azúcares), y antioxidante que protegen el constituyente activo de -la degradación (por ejemplo, ascorbato, bisulfito de sodio, formaldehído de sodio, metabisulfito de sodio, sulfito de sodio, sulfoxilato y tioglicerol). Puesto que la nucleacion es normalmente un proceso aleatorio, una pluralidad del mismo material sometido a condiciones de procesamiento idénticas puede nuclearse a diferentes temperaturas. Como. un resultado, las propiedades de estos materiales que dependen de comportamiento de nucleacion diferenciarán probablemente a pesar de las condiciones de procesamiento idénticas. Los métodos descritos proporcionan un medio para controlar las temperaturas de nucleación de una pluralidad de materiales simultánea y de tal modo ofrecen una manera de incrementar la uniformidad de esas propiedades del producto que dependen del comportamiento de nucleación. En un proceso de secado por congelamiento normal, por ejemplo, la misma solución en frascos separados puede estocásticamente nuclearse sobre un amplio intervalo de temperaturas, y como un resultado, los productos secados por congelamiento finales pueden poseer una variabilidad significativa en propiedad-es críticas como la humedad residual, actividad y tiempo de reconstitución. Controlando la temperatura de nucleación vía el proceso descrito actualmente, la uniformidad frasco-a-frasco de las propiedades del producto de un secado por congelamiento puede procesar para poder mejorarse dramáticamente. La capacidad de controlar el comportamiento de nucleación de un material también puede proporcionar la ventaja sustancial en reducir el tiempo necesario para desarrollar un proceso industrial que se base un evento de nucleación normalmente incontrolado. Por ejemplo, tomando a menudo muchos meses para desarrollar un ciclo de secado por congelamiento acertado que pueda lograrse en una cantidad de tiempo razonable, los rendimientos de las propiedades del producto deseados dentro de la uniformidad especificada, y preserva la actividad suficiente del ingrediente farmacéuticamente activo (API). Proporcionando el medio para controlar la nucleación y de tal modo potencialmente mejorando el tiempo de secado, uniformidad del producto, y actividad de API, los presentes métodos deben reducir dramáticamente el tiempo necesario para desarrollar los protocolos de secado por congelamiento acertados. En particular, las ventajas potenciales del presente proceso de nucleación proporcionan flexibilidad incrementada en especificar la composición de la formulación a liofilizarse. Puesto que la nucleación controlada puede preservar mejor el API durante la etapa que congelación, los usuarios deben poder minimizar la adición de constituyentes de mitigación (por ejemplo, agentes estabilizantes) a la formulación o elegir combinaciones más simples de constituyentes de formulación para alcanzar la estabilidad combinada y metas de procesamiento. Las ventajas sinérgicas pueden presentarse en los casos donde la nucleación controlada minimiza el uso de agentes estabilizantes u otros constituyentes mitigantes que inherentemente alarguen los tiempos de secado primarios (por ejemplo, disminuyendo las temperaturas de transición del vidrio de soluciones acuosas). Los métodos descritos son particularmente bien adecuados para la producción a gran escala u operaciones de fabricación puesto que pueden conducirse usando el mismo equipo y parámetros de proceso que pueden fácilmente ajustar o adaptar para fabricación un intervalo amplio de productos. El proceso proporcionado para la nucleación de materiales utiliza un proce'so donde todas las manipulaciones pueden realizarse en una sola cámara (por ejemplo, un secador por congelamiento) y donde el proceso no requiere el uso de vacío, uso de aditivos, vibración, electrocongelación o similares para inducir la nucleación. En contraste con la técnica anterior, el presente método no agrega cualquier cosa al producto liofilizado. Requiere solamente que los materiales, (por ejemplo, líquidos en los frascos), sean mantenidos inicialmente a una presión especificada bajo un ambiente de gas y que la presión sea reducida rápidamente a una presión inferior. Cualquier gas aplicado será eliminado de los frascos durante el ciclo de secado por congelamiento. Los frascos o su contenido no se pondrán en contacto o ni tocarán con cualquier cosa excepto el gas. La manipulación simple de la presión ambiental y ambiente de gas es suficiente en su propia meta a alcanzar. Confiando solamente en el cambio de presión ambiental para inducir la nucleación, el presente método descrito en la presente uniforme y simultáneamente afecta todos los frascos dentro de un secador por congelamiento. La presente modalidad es también menos costosa y más fácil de implementar y mantener que los métodos de la técnica anterior para influenciar la nucleación en materiales en aplicaciones de secado por congelamiento. El presente método permite un secado primario significativamente más rápido en los procesos liofilización, de tal modo reduciendo los costos de procesamiento para productos farmacéuticos secados por congelamiento. El presente método produce mucho más productos liofi lizados uniformes que los métodos de la técnrca anterior, de tal modo reduciendo la pérdida del producto y creando barreras de entrada para los procesadores incapaces de cumplir con las especificaciones de uniformidad estrechas. Este método alcanza estas ventajas sin contaminar el producto liofilizado. El mayor control de proceso debe conducir a un producto mejorado y acortó los tiempos de proceso. A partir de lo anterior, debe apreciarse que la presente invención así proporciona un método para inducir la nucleación en un material y/o un método para congelar el material. Varias modificaciones, cambios, y variaciones de los presentes métodos serán evidentes para un experto en la técnica y debe entenderse que tales modificaciones, cambios, y variaciones deben incluirse dentro del alcance de esta solicitud y espíritu y alcance de las reivindicaciones.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Un método para inducir la nucleación de una transición de fase en un material que comprende las etapas de: llevar el material a una temperatura cercana o por debajo de una temperatura de transición de fase; y disminuir la presión próxima del material para inducir la nucleación de la transición de fase en el material.

2. El método de conformidad con la reivindicación 1, que adicionalmente comprende la etapa de continuar el enfriado del material nucleado después de la despresurizacion o por debajo de una temperatura final asegurando la transición de fase completa del material.

3. El método de conformidad con la reivindicación 1, en donde el material es seleccionado del gripo que consiste de gases, líquidos, soluciones, suspensiones, mezclas, o constituyentes dentro de una suspensión, solución o mezcla.

4. El método de conformidad con la reivindicación 1, en donde el material es una solución y la temperatura de transición de fase es el punto de congelación termodinámica de la solución.

5. El método de conformidad con la reivindicación 1, en donde el material es una solución con una o más sustancias disueltas y la temperatura de transición de fase es una temperatura de saturación en la cual una sustancia disuelta se precipitará o cristalizará fuera de la solución.

6. El método de conformidad con la reivindicación 1, que adicionalmente comprende la etapa de presurizar la atmósfera circundante del material.

7. El método de conformidad con la reivindicación 1, en donde el material se enfriada a una temperatura que va de la temperatura de transición de fase a aproximadamente 5°C por debajo de la temperatura de transición de fase antes de la despresurizaron.

8. El método de conformidad con la reivindicación 1, en donde la presión es disminuida por una cantidad mayor de aproximadamente 7 psi

9. El método de conformidad con la reivindicación 1, en donde la presión es disminuida tal que una proporción de presión absoluta, P¡/Pf, es aproximadamente 1.2 o mayor.

10. El método de conformidad con la reivindicación 1, en donde la presión es disminuida en una gota de velocidad de presión, ??/??, mayor de aproximadamente 0.2 psi por segundo.

11. El método de conformidad con la reivindicación 1, en donde la presión es disminuida en 40 segundos o menos,

12. El método de conformidad con la reivindicación 6, en donde el material contiene un constituyente que comprende virus vivos o mitigantes; ácido nucleico; anticuerpos monoclonales o policlonales; biomoléculas; análogos de no péptido, péptidos; y proteínas.

13. Un método para controlar el proceso de congelación de un material que comprende las etapas de: enfriar el material a una velocidad de enfriado prescrita; rápidamente disminuir la presión para nuclear el material; y continuar el enfriamiento del material nucleado a una temperatura final prescrita para congelar completamente el material.

14. El método de conformidad con las reivindicaciones 1 ó 13, en donde la despresurización se inicia cuando el material logra una temperatura de nucleación deseada.

15. El método de conformidad con la reivindicación 1 ó 13, en donde la despresurización se inicia en un tiempo deseado después de la iniciación de la etapa de enfriado y cuando la temperatura del material está por debajo de la temperatura de transición de fase.