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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Herstellen einer Zubereitung eines pharmazeutischen Materials
als Lyophilisat und eine Anlage hierfür.
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Die Gefriertrocknung oder Lyophilisation
ist in der pharmazeutischen Industrie ein wichtiges Verfahren zur
Stabilisierung von Stoffen und Zubereitungen, die in wässriger
Lösung
hydrolysiert oder auf andere Weise inaktiviert werden. In der Lebensmittelindustrie
dient sie zur Haltbarmachung von wasserhaltigen Produkten, die ohne
Kühlung
längere
Zeit gelagert werden sollen, z. B. Mahlzeiten für Raumflüge oder Expeditionen, sowie
zur Herstellung hochwertiger wässriger
Trockenextrakte.
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Viele biotechnologisch hergestellte
Stoffe, deren Bedeutung als Arzneimittel in Zukunft kaum überschätzt werden
kann, sind hydrolyseempfindlich. Deshalb ist zu erwarten, daß auch der
Bedarf an Gefriertrocknungskapazität zunehmen wird.
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Die Gefriertrocknung ist ein Verfahren,
das hohe Investitionen und Betriebskosten erfordert und dabei wenig
energieeffizient und zeitraubend ist. Ziel der Erfindung ist es,
diese Nachteile für
bestimmte Zubereitungen so weit zu minimieren, wie die Gesetze der
Physik das zulassen.
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Die Lyophilisation oder Gefriertrocknung
ist beispielsweise aus der
EP
0 278 039 A ,
EP
0 343 569 B und WO 97/20181 u.a. bekannt und wird zur schonenden
Trocknung und Konservierung von empfindlichen Materialien, wie insbesondere
von biologischen bzw. medizinischen oder allgemein pharmazeutischen
Materialien, aber auch von Lebensmitteln, Aromastoffen oder dergleichen
verwendet. Bei dieser als Sublimationstrocknung bezeichneten Technik wird
das tiefgefrorene Material im Vakuum getrocknet, wobei flüssige Bestandteile
wie Wasser ausgefroren und in gefrorenem Zustand verdampft werden. Bei
biologischen bzw. medizinischen Materialien ist neben der schonenden
Behandlung ein weiteres Erfordernis die Sterilität während des Prozesses. Bei den
bekannten Verfahren ist vor allem ein ineffizienter Wärmeübergang
problematisch, Trocknungszyklen dauern typischerweise 30 bis 40
Stunden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
wirtschaftliches Verfahren zum Lyophilisieren insbesondere kleinerer
Materialmengen auch unter sterilen Bedingungen zu schaffen, bei
dem sowohl die Trockenzeit gegenüber üblichen
Verfahren verkürzt wird,
als auch der Energieaufwand klein gehalten werden kann.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem
Verfahren gemäß den Merkmalen
des Anspruches 1 und einer Anlage gemäß den Merkmalen des Anspruches
11 gelöst.
Die Erfindung ermöglicht,
die Gefriertrocknung von flüssigen
pharmazeutischen Materialien, insbesondere wässrigen Lösungen, Dispersionen und Suspensionen
unter anderem thermolabiler Stoffe, vorwiegend von Arzneimitteln
aller Art und biologischen Materialien, schneller, energieeffizienter
und einfacher zu gestalten, als dies bisher in der pharmazeutischen
Industrie mit der bekannten Technik möglich war. Erfindungsgemäße Anlagen und
das erfindungsgemäße Verfahren
ermöglichen eine
schnelle Gefriertrocknung, wobei niedrige Stückzahlen bis herab zum Inhalt
einzelner Gefäße, z. B.
für Klinikmusterfertigung
oder Therapieversuche an einzelnen Patienten, in einer kleinen handlichen
Anlage rationell lyophilisiert werden können. Bei der bisher üblichen
chargenorientierten Gefriertrocknung wird dagegen typischerweise
der Inhalt von jeweils mehreren tausend Behältnissen in einer Großanlage
gleichzeitig getrocknet. Die Trocknung kleiner Mengen ist damit
zwar technisch möglich, aber
unter Berücksichtigung
der Investitions- und Betriebskosten unwirtschaftlich. Die erfindungsgemäße Technik
kann durch Parallelschaltung und sequentielle Be- und Entladung
mehrerer bis vieler kleiner einfacher Trocknungseinheiten, z. B.
in einem Isolator, eine quasikontinuierliche Fertigung ermöglicht werden,
insbesondere auch unter aseptischen Bedingungen.
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Erfindungsgemäß dient das Behältnis gleichzeitig
als Gefrierkammer und als Trockenkammer und als Verpackung für das Endprodukt.
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Erfindungswesentlich ist, daß sich zu
jeder Zeit nur eine Einheit, nämlich
eine Dosis eines Trockengutes – gefrorenes
pharmazeutisches Material – in
dem Trockenraum zwecks Lyophilisierung befindet.
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Erfindungsgemäß wird, um die Kühleinrichtung
zu vereinfachen und den Temperaturgradienten zu vergrößern, Flüssigstickstoff
zur Kühlung
des Kondensators eingesetzt, und der Abstand zwischen dem Trockengut
und dem Kondensator minimiert.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der
Erfindung sind den kennzeichnenden Merkmalen der Unteransprüche sowie
der nachfolgenden Beschreibung einschließlich der Verfahrenstechnik
entnehmbar.
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Erfindungsgemäß kann die Lyophilisation gewünschter
Einzeldosen, die der später
anzuwendenden Dosis entsprechen, wesentlich schneller und energieeffizienter
durchgeführt
werden. Die Zykluszeiten in den Anlagen werden erheblich kürzer als bisher üblich.
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Die Erfindung zeichnet sich insbesondere aus
durch:
- – kurzer
Abstand des Trockengutes von der Kondensatorfläche,
- – minimale
Schichtdicke des Lyophilisats,
- – sehr
niedrige Kondensatortemperatur,
- – direkte
Heizung des Eises während
der Trocknung,
- – Feinvakuum
in der Trockenkammer,
- – mechanische
Enteisung des Kondensators am Ende des Trocknungszyklus,
- – Verwendung
von kryogenen Gasen als Kühlmittel,
- – auch
Wärmeleitrohre
(heat pipes) können
als Kondensator-Kühlfinger
eingesetzt werden.
- – Bei
der Lyophilisation von Lösungen,
die vor der Anwendung rekonstituiert werden, dient das Abgabegefäß als Trockenkammer.
- – Bei
Kühlung
mit kryogenen Gasen wird das im stehenden Kondensator-Kühlfinger verdampfte Gas durch
ein Entlüftungsrohr
abgeleitet, so daß bei
geringem Überdruck
im Kühlsystem
der Finger immer mit Kühlflüssigkeit
gefüllt
ist.
- – Während der
Trocknung wird die Oberflächentemperatur
des Trockengutes und/oder des Behälters gemessen und als Führungsgröße zur Regelung
der Heizung verwendet.
- – Der
Wassergehalt im Trockengut kann durch Nahinfrarotspektroskopie verfolgt
und ebenfalls zur Prozeßsteuerung
verwendet werden.
- – Die
geringe Schichtdicke des Eises und des Lyophilisats wird dadurch
erreicht, daß die
Lösung auf
einen großen
Teil der Innenfläche
des vorgekühlten
Gefäßes aufgebracht
und dort eingefroren wird.
- – Dabei
kann die Eisbildung durch Wahl der Ausgangstemperatur und der Art
und Weise beeinflußt
werden, wie die Flüssigkeit
aufgebracht wird, beim Aufsprühen
z. B.
- – Bei
Lyophilisaten, die offen auf Trägern
oder Blisterfolien getrocknet werden, wird die Sublimationswärme durch
eine im Trockenraum angebrachte Strahlungsheizung dem Trockengut
zugeführt.
- – Dabei
kann die Temperatur des Trockengutes berührungsfrei durch einen Infrarotsensor
gemessen werden, der auch außerhalb
des Trockenraumes angebracht sein kann.
- – Die
Größe der Trockenkammern
und die Prozeßparameter
sind unabhängig
vom Maßstab
der Herstellung, deshalb werden Scale-up-Probleme weitgehend eliminiert.
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Die Erfindung ermöglicht die rationelle Arbeitsweise
durch eine Kombination folgender Maßnahmen:
- – Einsatz
hochisolierender Werkstoffe und Komponenten, wie Wärmeleitrohre,
- – kontaktfreie
Temperaturmessung mittels eines bildgebenden Infrarotdetektors,
- – Maximierung
des Lösemittel-Dampfdruckes
am gefrorenen Trockengut durch eine zusätzliche Heizung, insbesondere
schnell regelbare Strahlungsheizung, und eine gezielte Temperaturführung,
- – Minimierung
des Kondensat-Dampfdruckes durch Verwendung kryogener Gase mit niedriger Siedetemperatur
als Kühlmittel,
z. B. Flüssigstickstoff,
- – Minimierung
der Diffusionsstrecke sowie des Diffusionswiderstandes der Lösemittelmoleküle im Dampfraum
durch Trocknung im Hochvakuum,
- – rasche
Einstellung der Prozeßbedingungen durch
Minimierung des Trockenraumvolumens,
- – Minimierung
der thermisch trägen
Masse des Kondensators, der zur Trocknung abgekühlt und zur Regeneration durch
Enteisung aufgeheizt wird, bei gleichzeitiger Sicherstellung einer
ausreichenden Wärmeleitung zwischen
dem Kühlmittel
und der Oberfläche,
auf der das Lösemittel ausgefroren
wird.
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Die hohe Genauigkeit der Temperaturmessung
und die Möglichkeit,
die Trocknungsparameter für
jedes Stück
individuell zu regeln, sind vor allem für empfindliche Stoffe und Zubereitungen
wichtig, bei denen die Reproduzierbarkeit der Qualitätsmerkmale nicht
gewährleistet
werden kann, wenn sie in Großanlagen
lyophilisiert werden, weil dort ortsabhängige Temperaturunterschiede
auf den Stellflächen
unvermeidbar sind.
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Die Anlage zeichnet sich u.a. dadurch
aus, daß der
Abstand der Oberfläche
des Trockengutes innerhalb des Trockenraumes von der Oberfläche des
Kondensators um höchstens
ein bis zwei Größenordnungen
größer ausgebildet
werden kann als die mittlere freie Weglänge der Lösemittelmoleküle im Vakuum.
Der Kondensator kann als Platte, Folie oder rohrförmig ausgebildet
sein, um einen möglichst kurzen
Abstand zum Trockengut zu realisieren. Hierbei ist die rohrförmige Ausbildung
als sogenannter Kühlfinger
bevorzugt. Darüber
hinaus kann auch die Oberfläche
des Kondensators beispielsweise durch lamellenartige Ausbildung
vergrößert sein.
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Erfindungsgemäß ist mit dem evakuierbaren Trockenraum
von weniger als 500 ml Volumen mit dem darin befindlichen Kondensator
sowie einer Heizung, die in- oder
außerhalb
des Trockenraumes angebracht ist und dem gefrorenen Trockengut die
zur annähernd
isothermen Verdampfung der flüssigen Bestandteile,
wie des Lösemittels
erforderliche Wärmemenge
durch Strahlung oder Wärmeleitung
zuführt,
eine sehr wirtschaftliche Lyophilisierungsanlage geschaffen, die
sich von den konventionellen Methoden durch Schnelligkeit, Kleinheit,
Energieeffizienz unterscheidet, die Einzeldosen, wie sie in der Pharmaindustrie
erforderlich sind, billig herstellen läßt. Bei tiefen Temperaturen
im Hochvakuum mittels Strahlungsheizung kann quasi-kontinuierlich
und automatisch gearbeitet werden, statt wie bisher in großen Gefriertrocknungsanlagen
chargenorientiert.
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Da der Behälter gleichzeitig als Trockenkammer
dient und von außen
beheizt werden kann, wird kein Restgas im Trockenraum zum Wärmetransport benötigt und
die Sublimation kann im Feinvakuum mit höherer Geschwindigkeit ablaufen.
Gleichzeitig kann Wärme
durch die Behälterwand
rasch und gut kontrollierbar zugeführt werden. Die Trocknungszeit
wird weiter verkürzt,
wenn das Eis in dünner
Schicht die gesamte Innenseite des Behälters bedeckt und nicht nur
den Boden. Das wird dadurch erreicht, daß das Gefäß vorgekühlt wird und die Lösung mit
Hilfe einer Sprühvorrichtung
an den Seitenwänden
eingefroren wird, bevor der Behälter
an die Gefriertrocknungsanlage angedockt wird.
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Auf die Regenerationsphase des Trocknungszyklus,
bei der das Kondensat abgetaut wird, kann dabei verzichtet werden,
weil das Eis vom Kühlfinger
vor dem Andocken des jeweils nächsten
Gefäßes durch
Abschaben entfernt werden kann. Dadurch wird die thermische Trägheit des
Systems als geschwindigkeitsbestimmender Faktor eliminiert.
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Insbesondere ist vorgesehen, die
Oberfläche des
Kondensators mittels eines kryogenen Gases oder mittels eines Wärmeleitrohres
(hegt pipe) als Wärmesenke
bis unter 240°K
zu kühlen.
Hierbei ist bevorzugt der Kondensator so ausgelegt, daß seine Wärmekapazität kleiner
als 1 kJ/K ist.
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Für
die Kühlung
ist bevorzugt der Einsatz eines Wärmeleitrohres zur Kühlung der
Kondensatorfläche
oder einer Kühleinrichtung
in Gestalt eines Kühlfingers,
der mittels eines Kühlmittels
wie Flüssigstickstoff
von einem externen Kühlmittelreservoir, wie
Flüssigstickstoffreservoir
gekühlt
wird, und wobei der Kühlfinger
bis in den Trockenraum hineinreicht, vorgesehen. Das Ende des Kühlfingers
ist bevorzugt zugleich als Kondensator ausgebildet. Bei diesen Ausführungen
entfällt
der komplizierte Einbau eines Trockenrohres in einen Kühlmittelbehälter. Der
mit Kühlmittel
gefüllte
Kühlfinger,
der nahe an das Trockengut heranführbar ist, kann durch Ausbildung
seiner Spitze selbst als Kondensator und Kondensationsfläche dienen.
Damit ist es auch möglich,
den Kühlfinger
mit Kondensator nach der Trocknung mechanisch durch Abstreifen zu
enteisen oder ihn mit einer auswechselbaren Kondensatorfläche auszurüsten, die
nach jedem Trockenzyklus ersetzt wird und off-line regeneriert werden
kann. Statt des Kühlfingers
kann auch ein Wärmeleitrohr
eingesetzt werden.
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Um die Einfrierbedingungen möglichst
vollständig
zu kontrollieren und die Trocknung bis an die Grenzen des physikalisch
Möglichen
zu beschleunigen wird vorgeschlagen, zwischen dem Trockengut und
dem Kondensator innerhalb des Trockenraumes ein Feinvakuum aufzubauen,
den Abstand zwischen Trockengut und Kondensator zu minimieren und
den Temperaturunterschied zu maximieren. Hierbei ist vorgesehen,
das Trockengut direkt durch Strahlung oder Wärmeleitung durch die den Trockenraum
begrenzende Wandung hindurch zu heizen.
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Zur Verbesserung des Lyophilisierungsprozesses
ist es erforderlich, den Temperaturverlauf im Trockenraum des Trockengutes
des Kondensators zu verfolgen, um auf diese Weise auch die Trocknungsdauer
zu beschleunigen. Erfindungsgemäß wird daher
vorgeschlagen, den Temperaturverlauf an der Oberfläche des
Trockengutes und des auf dem Kondensator niedergeschlagenen Eises
mittels Widerstandsthermometer, Thermoelemente oder bevorzugt berührungsfrei
mittels Infrarotsensoren bzw. mittels einer hochauflösenden Infrarotkamera
zu erfassen, um den Produktionsprozeß zu kontrollieren und zu optimieren.
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Der erfindungsgemäße Trockenraum sollte zumindest
mit einer Öffnung
für das
Trockengut und einem Anschluß für eine Vakuumpumpe
und eine Inertgasleitung sowie mit einer Öffnung für die Kühleinrichtung für den Kondensator
ausgestattet sein.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
und Anlage soll die Lyophilisierung bevorzugt von in einem Behältnis, wie
Fläschchen
oder Ampulle oder Spritze untergebrachter Einzeldosis eines pharmazeutischen
Materials, wie Arzneimittels lyophilisiert werden. Unter Arzneimitteln
werden umfassend alle in der Medizin einsetzbaren Mittel verstanden,
die entweder injiziert werden und in Flaschen, Ampullen, Spritzen
aufbewahrt werden oder flüssige
oder trockene Medikamente in Fläschchen
oder in Trockenform Medikamente, die auf die Haut oder Wunden oder
Augen usw. aufgetragen werden, oder die oral eingenommen werden
oder auch Diagnostika usw. Für
die Lyophilisation der Arzneimittel mittels der erfindungsgemäßen Anlage
werden die Arzneimittel in einem geeigneten Lösungsmittel, üblicherweise Wasser,
aufgelöst.
Diese Lösung
wird darüber
hinaus sterilisiert und danach unter sterilen und aseptischen Bedingungen
in die Behältnisse/Fläschchen
für die nachfolgende
Lyophilisation dosiert. Das Einfrieren der Lösung erfolgt für die in
Behältnissen/Fläschchen untergebrachten
flüssigen
Arzneimittel mit nachfolgendem Erzeugen eines Vakuums innerhalb
des Behältnisses,
welches die Trockenkammer bildet, erhitzen, um die ausgefrorenen
flüssigen
Bestandteile im gefrorenen Zustand zu verdampfen und danach noch innerhalb
der Isolation unter aseptischen Bedingungen die lyophilisierten
Behältnisse/Fläschchen
zu verschließen.
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Die Erfindung ermöglicht, den Gefrierprozeß zu kontrollieren
und damit die erhältliche
Porenstruktur des gefrorenen Trockengutes zu bestimmen, durch die
Kleinheit der Anlagen die Zykluszeiten zu minimieren und damit die
Investmentkosten und Betriebskosten wirtschaftlich zu halten.
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Erfindungswesentlich ist auch der
rationell gestaltete Einfriervorgang des flüssigen pharmazeutischen Materials,
das dosiert in das Behältnis
eingebracht wird. Wesentlich ist hierbei die Beschleunigung und
verbesserte Kontrolle des Einfriervorgangs dadurch, daß die zu
trocknende Flüssigkeit
mit Hilfe einer geeigneten Vorrichtung, z. B. einer Zweistoffdüse, einer
Turbine oder eines rotierenden Rohrs gleichmäßig auf die Innenseite der
Wände des
vorgekühlten
Behälters
aufgesprüht,
aufgetropft oder aufgegossen wird.
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Durch die gleichmäßige Verteilung wird bei gegebener
Größe der Oberfläche die
Dicke der entstehenden Eisschicht minimiert und damit der Trocknungsverlauf
beschleunigt.
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Für
eine optimale Gefriertrocknung ist auch eine optimale Anordnung
der Kühlflächen und
der Heizung, d. h. des Kondensators und der Heizung in Bezug auf
das Trockengut in der Trockenkammer ausschlaggebend. Bei einem gefrorenen
annähernd halbkugelförmigen Tropfen
bewegen sich Wassermoleküle,
die aus der Oberfläche
in die Gasphase übertreten,
gleichmäßig in alle Richtungen
und kollidieren mit Gasmolekülen
und werden dadurch gestreut. Beim Kontakt mit einer kalten Oberfläche – Kondensator – geben
sie einen Teil ihrer kinetischen Energie an die kalte Fläche ab,
kondensieren und bilden darauf eine Eisschicht. Im Vakuum verläuft der Trocknungsprozeß schneller,
weil die Zahl der Kollisionen zwischen Austritt des Wassermoleküls aus der Oberfläche und
Auftreffen auf den Kondensator – Kondensation – kleiner
wird. Da das Wassermolekül eine
gewisse kinetische Energie benötigt,
um aus der Eisoberfläche
des Trockengutes auszutreten, ist es erforderlich, daß der gefrorene
Tropfen geheizt wird. Das ist im Vakuum bevorzugt durch elektromagnetische
Strahlung möglich.
Andererseits muß der
Kondensator, an dem die Wassermoleküle kondensieren, gekühlt werden.
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Für
die Lyophilisierung des in einem Behältnis eingefrorenen pharmazeutischen
Materials – Trockengut – wird das
Behältnis
mit dem Trockengut an die vakuumerzeugende Einrichtung direkt vakuumdicht
angedockt. Somit bildet das Behältnis
während der
Lyophilisation die Trockenkammer. Der Kondensator, der mit der Kühleinrichtung
eine Einheit bildet, beispielsweise Kühlfinger mit Kondensator wird
zumindest teilweise in das Behältnis
eingeführt.
Nach jedem Trocknungszyklus wird das Behältnis entfernt und der Kondensator
enteist. Hierbei kann der vereiste Kondensator gegen einen frischen
Kondensator ausgetauscht werden, wodurch der Zyklus verkürzt wird.
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Der Kühlfinger ist entweder selbst
mit dem Kühlmittel,
z. B. einer kryogenen Flüssigkeit,
gefüllt oder
als Wärmeleitrohr
ausgebildet und dann an dem Ende, das nicht als Kondensator dient,
mit einer Wärmesenke
verbunden.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung
ist die Anlage mit einer automatischen Dosiereinrichtung für Behältnisse,
einer Beladeeinrichtung und Entladeeinrichtung für die Behältnisse und nachfolgenden Etikettier-
und Verpackungseinrichtung ausgestattet. Für die steril durchzuführenden
Verfahrensschritte sind die entsprechenden Stationen isoliert bzw.
in einem Isolator untergebracht, um aseptische Herstellung der lyophilisierten
Produkte sicherzustellen. Hierzu ist auch vorgesehen, den Trockenraum
mittels gespanntem Wasserdampf zu sterilisieren.
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Die erfindungsgemäße Anlage und Technik werden
nachfolgend anhand schematischer Darstellungen in der Zeichnung
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 Fließschema
einer Anlage zum Einfrieren und Lyophilisieren,
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2 Sprühvorrichtung
zum dosierten Einfrieren von flüssigem
Material in einem Behältnis,
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3 eine
schematische Darstellung einer Anlage mit Trockenraum und Kühleinrichtung
für eine Flasche
mit Trockengut,
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4 eine
schematische Darstellung eines Kondensators,
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5 schematische
Darstellung der Ausführung
einer Anlage zum Lyophilisieren mit einem Kühlfinger mit Kondensator,
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6 die
schematische Darstellung der Anlage nach 5 mit angedocktem Fläschchen,
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7 schematische
Darstellung einer Anlage, bei der das Behältnis mit seiner Öffnung nach
unten weisend zum Lyophilisieren ausgebildet ist,
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8 Common-rail-System
zur quasi-kontinuierlichen Lyophilisation.
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In der 1 ist
das Fließschema
der quasi-kontinuierlichen Herstellung eines Lyophilisats gemäß der Endung
dargestellt. Ein pharmazeutisches Material wird mit flüssigen Bestandteilen
in eine flüssige
Form, beispielsweise mittels Wasser in eine wässrige Lösung, Suspension oder Dispersion überführt. Diese
Lösung
des pharmazeutischen Materials – flüssiges pharmazeutisches
Material – wird
anschließend
einer Entkeimungsfiltration unterzogen. Danach erfolgt das dosierte
Einfüllen
in die Behältnisse,
in welchen das Material bis zu seiner Anwendung, d. h. bis zu seinem
Verbrauch verbleibt. Das in die Behältnisse eingefüllte flüssige pharmazeutische Material
wird in den Behältnissen
eingefroren und bildet als gefrorenes pharmazeutisches Material
das Trockengut. Dieses tiefgefrorene pharmazeutische Material wird
in dem Behältnis
unter Einwirkung von Hochvakuum getrocknet, wobei die flüssigen Bestandteile
ausgefroren und im gefrorenen Zustand verdampft werden und sich
als Kondensateis niederschlagen und dann aus dem Behältnis entfernt
werden. Das Behältnis
mit dem getrockneten pharmazeutischen Material wird dann anschließend verschlossen
und dann der weiteren Verpackung, wie Bördelung, Etikettierung, Kartonierung
usw. zugeführt.
Die Verfahrensschritte von der Entkeimungsfiltration an bis einschließlich Verschließen des
Behältnisses
sind unter aseptischen Bedingungen durchzuführen, wobei diese Verfahrensschritte
mit den zugehörigen
Stationen beispielsweise in einem Isolator untergebracht sein können.
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In der 2 ist
eine Sprüheinrichtung
dargestellt, mit Hilfe derer das rationelle Einfrieren des flüssigen pharmazeutischen
Materials in dem Behältnis erfolgen
kann.
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Die schematische Darstellung zeigt
das Gefäß 300,
das auf eine ausreichend niedrige Temperatur vorgekühlt ist,
so daß die
Wandungen des Gefäßes so kalt
sind, daß hiermit
in Berührung
kommendes flüssiges
pharmazeutisches Material gefriert und anfriert, d. h. an der Wandung
haften bleibt. Das Material wird mit Hilfe einer Sprüheinrichtung 80,
welche durch die Öffnung 350 des
aufrecht stehenden Behältnisses
in das Innere desselben eingeführt
ist. Das Behältnis 300 ist
bevorzugt rotationssymmetrisch ausgebildet und die Sprühvorrichtung
weist an ihrem vorderen in das Behältnis eingeführten Ende
einen Sprühkopf 81 auf.
Der Sprühkopf 81 ist
bevorzugt in der Symmetrieachse X des Behältnisses angeordnet. Die Sprühvorrichtung 80 ist
nebenstehend in 2 nochmals
im Detail dargestellt, sie umfaßt
ein zentrales Schaftrohr 82, durch welches der Rotor 83 geführt ist,
der an seinem durch das Schaftrohr hindurchgeführten unteren Ende einen Sprühteller 84 aufweist. Der
Rotor ist in einem oberen Lager 85 und unteren Lager 86 in
dem Schaftrohr gelagert und rotiert um seine Achse. Das Schaftrohr
ist des weiteren mit einem Zulaufrohr 87 für das flüssige pharmazeutische Material
verbunden. Dieses Material wird dosiert über das Zulaufrohr der Sprühvorrichtung
und dem Sprühteller
zugeführt
und von diesem in feinstzerteilter Form in Richtung auf die vertikalen
Seitenwände des
Behältnisses 300 geschleudert,
wobei die feinstverteilten Tröpfchen
beim Auftreffen auf die tiefgekühlte
Wandung des Behältnisses
gefrieren und hier anhaften und hier eine Innenschale S aus Eis
bilden. Diese Eisschicht S, die nachfolgend durch die Lyophilisation
getrocknet wird, wird mit Hilfe der Sprühvorrichtung in annähernd gleicher
Schichtdicke auf den größten Teil
der Innenwandung des vorgekühlten Behältnisses,
und zwar bevorzugt nur im vertikalen Bereich aufgebracht, um den
Trocknungsverlauf zu beschleunigen.
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In der 3 ist
schematisch das Lyophilisieren einer Flüssigkeit in einem Behältnis 300 dargestellt.
Hierbei ist an die Öffnung 350 des
Behältnisses ein
Rohrstutzen 500 angeschlossen, in den einseitig eine Kühleinrichtung 200 als
Wärmesenke,
beispielsweise ein Wärmeleitrohr
oder ein Kühlfinger
hineinragt, an dessen vorderem Ende ein Kondensator 400 angebracht
ist, der in das Behältnis
hineinragt. Des weiteren ist der Rohrstutzen mit einer nicht näher dargestellten
Vakuumpumpe V verbunden und mit einer Inertgasleitung. Der Innenraum
des Behältnisses 300 bildet
nach dem Andocken des Rohrstutzens 500 und der Kühleinrichtung 200 einen
Teil 3a der Trockenkammer. Das zu lyophilisierende Produkt 2 ist hier
schematisch angedeutet und bedeckt den Bodenbereich.
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In der 4 ist
der Kondensator 400 schematisch dargestellt, der eine gegenüber der 3 nach innen vergrößerte Oberfläche aufweist,
während
er bei 3 eine nach außen vergrößerte Oberfläche aufweist.
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Wie aus der 5 ersichtlich kann die Anlage zum Lyophilisieren,
nämlich
die Kühleinrichtung mit
Kondensator so ausgeführt
sein, daß ein
Kühlmittelbehälter 100 mit
einem Kühlmittel 101,
beispielsweise Flüssigstickstoff,
vorgesehen ist, an den ein Kühlfinger 200 angeschlossen
ist. Der Kühlfinger 200 kann
streckenweise mit einer Isolierschicht 220 umgeben sein
und befindet sich des weiteren in einem metallischen Gehäuse 250,
das in den Trockenraum 3 übergeht und den Rohrstutzen 500 mit
den Flanschanschlüssen 501 für das mit
dem Trockengut beladene Fläschchen,
den Flanschstutzen 502 für die Sichtkontrolle und die
Einführung
eines Wärmesensors 265,
den Anschluß 503 für die Kühleinrichtung und
den Flanschstutzen 504 für den Anschluß der Vakuumpumpe
umfaßt.
Der Kühlfinger 200 ist
an seiner Spitze direkt als Kondensator 400 ausgebildet. Wenn das
in dem Fläschchen 300 enthaltene
zu lyophilisierende Trockengut 2 an die Trockenkammer 3, d.
h. an den Rohrstutzen 500 vakuumdicht angeschlossen wird,
siehe 6, bildet der
Innenraum 3a des Fläschchens
die Fortsetzung der Trockenkammer 3 des Rohrstutzens. Das
Fläschchen 300 enthält beispielsweise
eine Infusionslösung,
die vorgefroren wird durch sogenanntes Spin-Freezing, wodurch das Trockengut
sich an der Innenwandung des Fläschchens,
wie in der 6 dargestellt,
in vereister Form absetzt. Die erforderliche Verdampfungswärme wird in
Höhe der
Eisoberfläche
durch hier nicht näher
dargestellte Infrarot- oder
Mikrowellenstrahlung zugeführt
oder durch Wärmeleitung
von außen
auf das Trockengut 2 übertragen.
Wenn die Trocknungsgeschwindigkeit dadurch zurückgeht, daß die Eisschicht auf dem in
das Fläschchen
hineinragenden Kondensator 400 zu dick wird, kann der vereiste
Kondensator unter aseptischen Bedingungen nach Entfernen des Fläschchens 300 durch
einen anderen Kondensator ersetzt werden, der wie der erste steril ist
und vorher auf Betriebstemperatur gekühlt wird. Mit einer Vorrichtung
gemäß 6 können analog auch Lösungen in
Fertigspritzen lyophilisiert werden. Hierzu kann in einem Reinraum
zunächst
der Kolben der Fertigspritze entfernt werden, der Kanülenansatz verschlossen
werden, die Lösung
in den Zylinder eingefüllt
und durchgefroren werden. Anschließend wird die Spritze, wie
in der 6 dargestellt,
an die Trockenkammer 3 mit Kühleinrichtung 200 angedockt und
der Kondensator 400 in den oberen Teil der Fertigspritze
eingeführt
und die Öffnung
verschlossen und evakuiert. Nach Abschluß der Trocknung kann dann der
Kolben eingesetzt und die Spritze mit einer Lösemittelampulle zusammen verpackt
werden.
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Als Alternative zur Gestaltung der
Kondensatorfläche
ist es auch möglich,
die Wand des den Trockenraum bildenden Rohrstutzens oder einen Teil davon
als Kondensatorfläche
auszubilden. Nach jedem Trockenzyklus oder nach einer gewissen Anzahl Zyklen
wird dann das sich als Kondensat abgesetzte Eis ausgefräst oder
abgeschabt und durch eine Absaug- oder Fördereinrichtung entfernt. Dadurch
erübrigt
sich das energieaufwendige Abtauen und anschließende Abkühlung von Maschinenteilen.
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Es ist aber auch möglich, einen
Teil der Wand des den Trockenraum bildenden Rohrstutzens als Kontaktfläche für einen
Kondensator auszubilden, der in den Rohrstutzen eingeführt wird,
die Kontaktfläche
dann vollständig
bedeckt und durch das Einführwerkzeug
auch wieder entfernt werden kann. Die Oberfläche des Kondensators kann hier
unterschiedliche Formen aufweisen und diese außerhalb des Trockenraumes vorgekühlt werden
oder auch außerhalb
des Trockenraumes abgetaut werden.
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Darüber hinaus ist es wie bereits
vorangehend erläutert
möglich,
bei jedem Trockenzyklus eine frische – neue – Kondensatorfläche einzusetzen,
die dann relativ klein sein kann und an einem Ladestecker befestigt
wird. Nach dem Einführen
berührt
sie ebenfalls eine gekühlte
Kontaktfläche
an der Innenwand des Rohrstutzens. Sie wird nach dem Entladen vom
Ladestecker wieder abgenommen, abgetaut, ggf. sterilisiert und kann
nach dem Vorkühlen
dann wieder als frische Kondensatorfläche erneut eingesetzt werden.
In diesem Fall reduziert eine geringe thermisch träge Masse
des Kondensators die verlorene Kühlleistung.
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Bei der Gefriertrocknung gemäß der Anlage nach 6 kann es vorkommen, daß am Ende
der Trocknung Eis, das sich am Kondensator abgesetzt hat, in das
Behältnis
auf den Boden fällt.
Aus diesem Grunde wurde gemäß 7 die Anlage weiterentwickelt,
dergestalt, daß das
Behältnis
mit dem gefrorenen pharmazeutischen Material 2, das lyophilisiert werden
soll, in einer hängenden
Position lyophilisiert wird, in welcher das Behältnis 300 mit seiner Öffnung 350 nach
unten zeigt und der Kondensator 400 in Gestalt eines Kühlfingers
von unten durch die Öffnung
in das Behältnis
hineinragt. Diese Anlage gemäß 7 umfaßt einen Kühlmittelbehälter mit einem Kühlmittel 101,
beispielsweise Flüssigstickstoff,
welches über eine
Leitung 102, über
ein Gehäuse 250 und
einen Rohrstutzen 500 an die Öffnung 350 des Behältnisses 300 angeschlossen
ist. Der Rohrstutzen 500 hat einen Anschluß für Vakuum
sowie ein Inertgas, wie Stickstoff. Der Kondensator 400,
der als Kühlfinger ausgebildet
ist, weist im Inneren ein Entlüftungsrohr 510 auf.
Bei Kühlung
mit kryogenen Gasen wird das im Kühlfinger 400 verdampfte
Gas durch das Entlüftungsrohr 510 abgeleitet,
so daß bei
geringem Überdruck
im Kühlsystem
der Kühlfinger 400 immer
mit Kühlflüssigkeit gefüllt ist.
Das Entlüftungsrohr
wird durch den Kühlmittelbehälter 100 nach
draußen
geleitet. Der Kühlmittelbehälter 100 ist
des weiteren mit einem Ventil und Manometer versehen und überprüfbar. Ebenfalls
wird am Ausgang des Rohrstutzens 500 der Druck gemessen
und überwacht.
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Bei flaschenförmigen Behältnissen ist der als Kühlfinger
ausgebildete Kondensator 400 bevorzugt stehend, wie in
der 7 dargestellt, angeordnet. Das
Behältnis
mit der gefrorenen Flüssigkeit
wird mit der Öffnung
nach unten darübergestülpt und
vakuumdicht über
den Rohrstutzen 500 an die Kühlmittelleitung 102 angekoppelt.
Durch diese Anordnung wird vermieden, daß am Ende der Trocknung kondensiertes
Eis, das sich am Kondensator 400 außen absetzt, beim Entfernen
des Behältnisses
versehentlich vom Kondensator abgestreift wird und dabei in den
Behälter
zurückfällt, wie
es in 6 möglich wäre, und
damit das getrocknete pharmazeutische Material verunreinigen würde.
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Es ist möglich, das erfindungsgemäße Verfahren
und die Einzelanlage zum Herstellen von einzelnen Behältnissen
enthaltend das Lyophilisat in der gewünschten Einzeldosis für die Anwendung
auch eine quasi-kontinuierliche Fertigung mit Anlage zu ermöglichen.
Ein solches Common-rail-System für
Vakuum und Belüftung
für eine
schnelle Lyophilisierung ist schematisch in der 8 dargestellt, wobei das Kühlsystem
mit Kondensator nicht schematisch dargestellt ist. Hier ist man
von einem Gerät,
bei dem jeweils ein Lyophilisat hergestellt wird, zu einer Anlage mit
mehreren Trockenstationen, die nach dem Common-rail-Prinzip jeweils
an eine gemeinsame Vakuumleitung V und an eine Belüftungsanlage – Stickstoffleitung
N – angeschlossen
sind, übergegangen. Bei
einem solchen System versorgt jeweils eine Einfrierstation, siehe 2, mehrere Trockenstationen, siehe 7, die durch einen Automaten
zeitlich gestaffelt be- und entladen werden. Damit tritt an die Stelle
der konventionellen chargenorientierten Lyophilisation ein quasi-kontinuierlicher
Prozeß,
der ohne Eingriff durch Bedienungspersonal gefahren werden kann
und beispielsweise in einen Isolator für aseptische Bedingungen untergebracht
werden kann.
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Während
der Trocknung sind die Behältnisse gut
zugänglich,
deshalb kann der Wassergehalt im Lyophilisat durch Nahinfrarotspektroskopie
verfolgt werden, so daß die
Trockenzeit auf das erforderliche Maß verkürzt und eine Übertrocknung
vermieden wird, wenn beispielsweise ein geringer Restwassergehalt
erwünscht
ist. Die für
den Prozeß wesentliche Trockenkammer
ist unabhängig
vom Maßstab
der Herstellung, der Ausstoß kann
entweder durch Verlängerung
der Laufzeit oder durch Erhöhung
der Anzahl simultan betriebener Trockenkammern erhöht werden.
Das Beschleunigungspotential durch Einsatz schnellerer Ladeautomaten
ist dagegen gering einzuschätzen.
Das Einfrieren und die Trocknung verlaufen unabhängig von der Anzahl der Trockenstationen
unter identischen Bedingungen. In der 8 sind
des weiteren die Behältnisse
mit C bezeichnet, des weiteren sind den Leitungen Manometer M, Zweiwegehähne Z in
der Vakuumleitung und ein Dreiwegehahn D in der Stickstoffleitung
zugeordnet.