行业应用实例-生物技术与制药

从粉末混合的均匀性及可扩展性到提高难溶性药物的溶出度、溶解度和生物利用度,再到共晶体的高通量筛选和放大与无定形固体分散体的形成等,蜂鸟声共振(HAM)技术利用低频共振原理与超高加速度的运作机制可实现更高适配性下的对于生物技术、制药领域的新航道。

声共振湿法制粒过程中完全共晶的形成:制粒液体的影响

活性药物成分(API)的代表性结晶复合物形式包括溶剂化物、盐和共晶体。这些复合物能够在不改变API的化学结构的情况下,灵活地提升原料药的性能,并改善其理化、机械和生物制药性能。共晶作为一种较新的原料药结晶复合物,近年来受到了广泛关注。
在工业生产中,合成共晶体之后,必须经过几个单元操作,如研磨、混合、制粒和压片,才能转变成固体剂型(例如颗粒或片剂)。问题随之而来,共晶体在这些工序中存在分解回母体分子的风险,由于部分非晶化的存在,而导致共晶产率偏低。
为了促进共晶的形成,采用声共振技术进行湿法制粒,这种方法可以通过控制频率和加速度来实现材料的强烈和快速混合,在制粒过程中完成微晶的形成,从而减少操作次数。最终,声共振技术湿法制粒实现了完全的共晶形成(> 99%)和足够大小的颗粒(d50: > 250 μm)。

使用声共振混合制备稳定的无定形固体分散体药物制剂的新方法

许多新药候选物或活性药物成分(API)的水溶性较低,这限制了它们的吸收、生物利用度和药效。因此,提高难溶性药物的水溶性、溶解度和生物利用度成为药物研发中的一项关键挑战。研究表明,将药物溶解于无定形聚合物中可以抑制其结晶,形成稳定的“无定形固体分散体”(ASD)。稳定的ASD是提高低水溶性化合物口服生物利用度的一种成熟策略。
药物聚合物固体分散体的制备方法多样,包括热熔挤出(HME)、溶剂浇铸和喷雾干燥(SD)。喷雾干燥要求API在挥发性有机溶剂中具有溶解性,而HME不需要溶剂,可直接应用于固体粉末混合物。然而,即使是小型HME系统,如Thermo Scientific Pharma 1混合机(配备11mm双螺杆),也需要相对较高的20克材料来测试每个条件。在药物发现和早期开发阶段,由于API的可用量受到限制,使用HME对ASD配方进行广泛评估并不可行。
声共振混合技术与现有技术相比具有明显优势。这种技术可以小规模生产ASD(低至几毫克API)。此外,该技术可直接用于制备适当规模的无定形药物制剂,以支持临床前研究。与更大规模的HME方法相似,声共振混合技术不需要溶剂。此外,声学混合方法可以高通量实施,并可用于平行筛选多达24个样本。因此,该方法可用于快速制备 ASD 制剂以支持早期药物发现和开发,以及在后期制剂开发中提供制剂组成的快速和有效优化。

使用声共振混合的共晶体的高通量筛选和放大

在药物开发过程中,溶解性较差的结晶小分子带来了一系列挑战。这些分子可能具有有限的口服生物利用度,随着开发中这类难溶化合物数量的增加,药物科学家们被迫寻找提升口服生物利用度的方法。 共晶策略已经成为克服这一难题的主要手段之一。此外,共结晶技术还显示出能够改善物理稳定性和机械性能,从而使其更适用于传统的固体剂型开发。
在传统制备方法中,共晶体通常是通过溶液或淤浆结晶来获得的。溶液结晶法的使用存在挑战,因为共晶体的组分可能在用于结晶的溶剂中具有不同的溶解度,这使得制备出正确形态的共晶体变得复杂。 在小规模生产中,机械化学方法,如干磨和采用球磨机的液体辅助研磨,已被证实是制备共晶体的有效手段,并能避免溶液结晶过程中出现的问题。然而,球磨工艺难以实现规模化生产。 近期,双螺杆挤出和声共振混合技术被用于大规模制造共晶,这两种技术均有利于共晶的大规模生产。研究证明,声共振混合技术可用于高通量筛选和放大共晶体的生产。 该技术采用低频高强度声波作为混合介质,其优点包括:(1)混合能量在样品中均匀分布;(2)混合部件与样品之间无接触;(3)混合过程中温度变化极小。 此外,若需加速机械化学反应动力学,可使用珠子来模拟研磨过程。这些优点加上小型仪器成本较低的事实,使得声共振混合技术在筛选和制备共晶体方面极具吸引力。

使用声共振混合技术验证药物制剂中活性药物成分、赋形剂和润滑剂的混合过程

药物生产的混合过程中,功能添加剂(如润滑剂、粘合剂和崩解剂)的分布,对于制剂的特性,如溶出度和稳定性,有着显著影响。 特别是在固体药物制剂中,片剂的压片、崩解和溶解性能会根据原料粉末的混合特性而显著不同,这些特性会影响到制剂的稳定性和生物利用度。 一些具有宽粒度分布和高吸湿性的粉末表现出低流动性,且难以均匀混合,这使得粉末处理变得复杂。“V型混合机、转鼓式混合机、螺旋混合机、高剪切混合机和流化床系统通常被用作常规混合,然而,这些常规混合方法存在多种问题, 包括:在低浓度制剂中均匀混合药物所需的时间周期长;混合叶轮可能对颗粒造成破坏;由于混合设备结构复杂,清洗变得困难;以及需要对具有高药理活性的活性药物成分(API)进行防泄漏管理。 此外,由于任何常规混合方法都受其混合条件的影响,如设备容量和样品质量,因此在将混合过程扩大到实际生产规模时,需要重新验证条件设置。
声共振混合技术利用低频高强声能对物料进行混合,不受样品密度或质量的限制。此外,工业放大被认为相对容易,因为给定的加速度是一个恒定值。声共振混合技术通过在非常短的时间内形成良好的粉末流动性,有效地实现粉末的均匀混合,并且可以轻松地达到理想的混合状态。 与使用改进的V型混合器的常规方法相比,声共振混合技术提供了简单的操作,并有望简化药物生产设备。常规方法难以有效混合的微量药物粉末,声共振混合技术可以有效地实现这一目标。 在固体制剂的连续生产制造过程中,低药物含量的预混合赋形剂组成的制剂存在一些主要的均匀性问题,这在近年来特别引起了关注。声共振混合技术可应用于低药物含量制剂的混合过程,预计将在未来发挥重要作用。

优化药物纳米混悬剂的高通量工具

药物纳米混悬剂是一种有前景的药物制备方法,它由悬浮于水溶液中的直径小于400纳米的结晶药物颗粒组成。这些纳米晶体颗粒相对于其整体尺寸拥有较大的表面积,从而显著提高了溶解速率、吸收率以及生物利用度。
药物纳米混悬剂一般采用自上而下的方法进行制备,即通过在介质研磨过程中施加机械能,将水悬浮液中药物颗粒的尺寸减小到纳米级别。 通常需要添加聚合物和表面活性剂等来稳定这些纳米颗粒,这些添加剂通过吸附在纳米颗粒表面并提供空间位阻剂或离子位阻剂来抑制颗粒的聚集或团聚。 然而,确定所需的添加剂种类及其浓度的过程往往充满挑战。使用不适当的稳定剂可能导致纳米颗粒的研磨效率低下或稳定性差。 因此,配方优化通常是一个经验性的过程,需要评估多种配方条件,这往往是一个既耗费材料又消耗时间的过程。
为了应对这一挑战,研究者们开发了一种基于声共振混合系统的高通量筛选和优化纳米混悬液的方法。在这种技术中,使用96孔板,可以用极少的材料平行制备大量不同的纳米混悬液制剂。 声共振混合技术利用低频、高强度的声波能量对物料进行均匀混合,且过程中剪切力较低。由于混合均匀,因此在不同容器中可观察到一致的结果。这种方法可以推动纳米混悬制剂在药物发现早期研究中的应用,并解决新候选药物开发中的挑战。