Agnieszka Pawlaczyk, Małgorzata Sznitowska, Marcin Płaczek
Wpływ procesu mieszania na jakość i właściwości fizykochemiczne proszków inhalacyjnych
2022-02-25
Wraz ze wzrostem wiedzy na temat fizjologii płuc oraz chorób układu oddechowego leki dostarczane bezpośrednio do płuc stają się ważną alternatywą w terapii nie tylko miejscowej, ale też ogólnoustrojowej. Najpowszechniejszą obecnie postacią leku inhalacyjnego są proszki do inhalacji podawane z użyciem tzw. inhalatorów proszkowych (DPI), w których tworzenie z proszku aerozolu cząstek stałych w powietrzu aktywuje intensywny wdech wykonywany przez pacjenta. Tylko zmikronizowane cząstki substancji leczniczej, o wielkości w zakresie 1-5 µm, mogą skutecznie dotrzeć do płuc i zostać tam zdeponowane. Wielkość cząstek to nie jedyny parametr decydujący o wymaganych właściwościach aerodynamicznych proszku. Odpowiednią depozycję w płucach uzyskuje się stosując również odpowiedni nośnik o większych cząstkach, którym najczęściej jest laktoza. Dobór nośnika o odpowiednich właściwościach i jego właściwe wprowadzenie do mieszaniny jest wyjątkowo istotne dla jego oddziaływań z substancją leczniczą i uzyskania odpowiedniej dawki wziewalnej podczas aplikacji. Z punktu widzenia jakości produktu leczniczego etap mieszania składników proszku inhalacyjnego jest etapem krytycznym, który wymaga optymalizacji i kontroli. Parametry procesu mieszania muszą być dobrane tak, żeby adhezyjne oddziaływania międzycząsteczkowe nośnika i substancji leczniczej (o charakterze sił van der Waalsa, oddziaływań elektrostatycznych, zjawisk kapilarnych oraz dopasowania mechanicznego) były wystarczająco silne, dla uzyskania homogenności i stabilności mieszaniny podczas jej stosowania i jednocześnie na tyle słabe, aby podczas inhalacji doszło do separacji cząstek obu typów. Celem tej pracy jest przedstawienie czynników fizykochemicznych i technologicznych, mających wpływ na jakość mieszanin proszków, przeznaczonych do podania inhalacyjnego. Wśród cech nośnika najważniejsze to wielkość i kształt cząstek, gęstość, polimorfizm oraz właściwości powierzchniowe, które mogą być modyfikowane. Podkreślone jest znaczenie kolejności dodawania składników podczas mieszania, rodzaj mieszalnika, prędkość mieszania i wielkość serii. Poza właściwościami aerodynamicznymi uzyskanego proszku muszą być kontrolowane właściwości mechaniczne (płynięcie), a metody mikroskopowe oraz spektroskopowe pozwalają obserwować interakcje pomiędzy cząstkami składników, w fazie rozwoju produktu lub w kontroli procesu.
Słowa kluczowe: wytwarzanie, aerozole proszkowe, DPI, proces mieszania, oddziaływania międzycząsteczkowe.
© Farm Pol, 2021, 77(12): 735–744
Influence of the blending process on the quality and physicochemical properties of inhalation powders
With the increasing understanding of lung physiology and respiratory diseases, drugs delivered directly to the lungs are becoming an alternative choice to treat local and systemic diseases. Currently, the most common inhalation products are inhalation powders administered with the use of the dry powder inhalers (DPI), in which the aerosolization of solid particles in the air is activated by the intensive inhalation performed by the patient. Only micronized drug substances with suitable aerodynamic sizes (1-5 µm) can efficiently reach the lungs and be deposited there. The particle size is not the only parameter determining the required aerodynamic properties of the powder. Appropriate lung deposition is also achieved by using a suitable carrier with larger particles, most often lactose. The selection of a carrier with appropriate properties and its proper introduction into the mixture is extremely important for its interactions with drug substances and for obtaining the appropriate fine particle dose. For the quality of the medicinal product, the mixing step of ingredients in inhalation powder is a critical step that requires to be optimized and controlled. The parameters of the mixing process must be selected so that the interparticulate adhesion forces between the particles of the carrier and the drug substance (van der Waals forces, electrostatic interactions, capillary phenomena, and mechanical adjustment) are strong enough to achieve homogeneity and stability of the mixture during the use and at the same time, allowing for easy separation into its primary components upon aerosolizations. The aim of this work is to describe the physicochemical and technological factors influencing the quality of powder mixtures intended for inhalation. Among the characteristic features of the carrier, the most important are particle size and shape, density, polymorphism, and surface properties that can be modified. The importance of the order in which the ingredients are added during mixing is emphasized, as well as the type of mixer, mixing speed, and batch size. In addition to the aerodynamic properties of the obtained powder, mechanical properties (flowability) must be controlled. Microscopic and spectroscopic methods allow observing the interactions between the particles of ingredients, during the product development phase or in process control.
Keywords: manufacturing, inhalation powders, DPI, blending process, interparticulate forces.
© Farm Pol, 2021, 77(12): 735–744