Pharmazeutika
Wasseraktivität USP 922 Standard in der Pharmazie
Though rarely mentioned in industry headlines, new water activity technologies and applications have steadily accumulated and gained acceptance. In recent years, water activity has joined the ranks of long-favored methods like Karl Fischer titration, HPLC, GC, and others in the pharma industry – and the development pipeline is more productive because of it. With water activity’s greater popularity has come new regulations and standards. The latest related standard—US Pharmacopeia (USP) General Chapter <922> “Water Activity”—has been finalized and will be published in May 2021.
Warum Wasseraktivität?
Anstatt die Gesamtmenge an Wasser in einem System zu messen, wird mit der Wasseraktivität gemessen, wie viel von diesem Wasser ungebunden ist und frei mit anderen Substanzen reagieren kann.
Auf den ersten Blick mögen die Auswirkungen unbedeutend erscheinen. In der Anwendung sind sie jedoch beträchtlich. Die Wasseraktivität hat einen klaren und direkten Einfluss auf das mikrobielle Wachstum, den Abbau von Wirkstoffen, die Produktstabilität und die Auflösungsraten. Darüber hinaus ist die Wasseraktivität im Allgemeinen eine leichter zugängliche und direktere Methode zum Verständnis dieser Faktoren als andere, zeit- und fachintensivere analytische Messungen.
Neue Vorschriften erkennen die Vielseitigkeit von Wasseraktivitäten an
More than a decade ago, the USP introduced General Chapter <1112>, the pharmaceutical industry’s first significant approval of water activity. The chapter describes water activity as an aid to:
- Bereitstellung eines Instruments zur Begründung der Verringerung der Häufigkeit mikrobieller Grenzwertprüfungen und des Screenings auf unzulässige Mikroorganismen
- Optimierung von Produktformulierungen zur Verbesserung der antimikrobiellen Wirksamkeit von Konservierungssystemen
- Verringerung des Abbaus von pharmazeutischen Wirkstoffen in Produktformulierungen, die für chemische Hydrolyse anfällig sind
- Verringerung der Anfälligkeit von Formulierungen (insbesondere von Flüssigkeiten, Salben, Lotionen und Cremes) für mikrobielle Kontamination
Das Kapitel verweist auch auf mehrere Methoden zur Bestimmung der Wasseraktivität in den offiziellen Analysemethoden von AOAC International.
Zur Unterstützung der Anerkennung der Wasseraktivität durch die USP hat die ICH in Q1A, Q6A und den dazugehörigen Entscheidungsbäumen zusätzliche Informationen zur Unterstützung der Verwendung der Wasseraktivität festgelegt.
Im Laufe der Zeit ist die Akzeptanz gewachsen und mit ihr die Erkenntnis, dass die Wasseraktivität nicht nur eine erhebliche Zeitersparnis bei der mikrobiologischen Untersuchung bedeutet, sondern auch ein ebenso großes Potenzial für gewinnbringende Anwendungen in der Qualitätsprüfung, Forschung und Entwicklung und anderen Bereichen bietet.
More recently, USP has introduced two more water activity-related chapters – USP <795> and a draft of <922>. The former focuses on microbial growth and preservative efficacy, while the latter “is intended to provide guidance for performing measurements of water activity,” and will “specify methods for qualification of instruments, calibration of instruments, methods for performing water activity measurements, and reporting of results.”
Neue Technologien akzeptiert, neue Anwendungen entdeckt
Technological innovation hasn’t slowed its pace since the introduction of USP <1112>, and water activity instruments have seen the benefits. Significant advances have been made – both adding new methods for measurement and improving existing ones.
Ein solcher Fortschritt ist die Einführung des abstimmbaren Diodenlasers (TDL). Der TDL ist in der Lage, die Signatur von Wasser auf molekularer Ebene zu isolieren und ermöglicht es Materialwissenschaftlern, schnelle, direkte Messungen von zuvor unlesbaren, hochflüchtigen Substanzen durchzuführen. Dadurch können die Forscher eine größere Anzahl von Substanzen verwenden, um die Hydratbildung und die Stabilität von Wirkstoffen zu testen, ohne die mit der Verwendung theoretischer Daten verbundenen Risiken einzugehen.
Andere neue Instrumente nutzen maschinelles Lernen und künstliche Intelligenz, um Messwerte in viel kürzerer Zeit zu liefern - wo ältere Instrumente bis zu 20 Minuten benötigten, liefern die neuesten Geräte präzise Messungen in etwas mehr als einer Minute. Bei Anwendungen, die wiederholte Messungen erfordern, ist die Zeitersparnis erheblich.
Neben der Verringerung des mikrobiellen Risikos und der Beschleunigung der Wirkstoffstabilitätsforschung wird die Wasseraktivität jetzt auch zur Maximierung der Wirksamkeit von Hilfsstoffen, zur Entwicklung und Bewertung von Verpackungen, zur Erreichung der idealen Tablettenhärte, zur Beeinflussung der Auflösungsraten und vielem mehr eingesetzt.
Ersetzen von Karl Fischer und anderen Methoden
Da sich die Anwendungen für die Wasseraktivität vervielfachen, überschneiden sich einige mit bereits länger etablierten Messmethoden. Oftmals behindern die Investitionen in Ausbildung und Validierung die Übernahme einer neuen Rolle durch die Wasseraktivität, aber langfristig gesehen bringen die Geschwindigkeit, die Genauigkeit und die Nützlichkeit der Wasseraktivität erhebliche Vorteile.
Die Ersetzung der Karl-Fischer-Titration ist das offensichtlichste Beispiel, aber vielleicht auch das am meisten missverstandene. Wissenschaftliche Untersuchungen kommen zu dem Schluss, dass die Wasseraktivität ein weitaus besserer Prädiktor für die Produktsicherheit und -stabilität ist als der Wassergehalt nach Karl Fischer. Dennoch gibt es immer noch Missverständnisse - möglicherweise, weil die Beziehung zwischen Feuchtigkeitsgehalt und Wasseraktivität kontraintuitiv sein kann.
Ein Produkt mit einem hohen Gesamtwassergehalt kann eine sehr niedrige Wasseraktivität haben oder umgekehrt - ein Schlüsselfaktor, wenn es um chemische und biologische Reaktionsgeschwindigkeiten geht.
Die Wasseraktivität liefert nicht die gleichen Informationen wie die Karl-Fischer-Methode, aber sie liefert mehr nützliche Informationen. Die Ergebnisse sehen zwar anders aus, aber wenn man sie einmal verstanden hat, lassen sich bessere Korrelationen zu mikrobieller Sicherheit, chemischer Stabilität und physikalischen Eigenschaften herstellen. Darüber hinaus erfordern Geräte zur Messung der Wasseraktivität in der Regel keine umfangreiche Schulung und bieten vergleichsweise wenig Gelegenheit für Fehler während der Prüfung.
Obwohl die Wasseraktivität in einem anderen Verhältnis zu anderen Messungen wie HPLC oder GC steht, gelten viele der gleichen Vorteile - geringerer Schulungsbedarf, schnellere Ergebnisse, direktere Messungen, geringeres Risiko des Gerätemissbrauchs und kein Bedarf an gefährlichen Chemikalien.
Potenzial für neue Anwendungen
Wasseraktivität ist mehr als nur ein Instrument zur Einhaltung gesetzlicher Normen. In den letzten Jahren hat sie dazu beigetragen, Innovationen voranzutreiben, die wissenschaftliche Produktivität zu verbessern und die Medikamentenpipeline bei vielen der weltweit größten Pharmaunternehmen zu verkürzen - und es gibt noch viele weitere Anwendungen zu entdecken.
Verwandte Referenzen
Enigl, Davin C., und Kent M. Sorrells. "Wasseraktivität und selbstkonservierende Formeln". Cosmetic Science And Technology Series (1997): 45-74.
Friedel, R. R. "Die Anwendung der Messung der Wasseraktivität bei der Prüfung der mikrobiologischen Eigenschaften von Rohstoffen, die bei der Herstellung von nicht sterilen pharmazeutischen Produkten verwendet werden". In Pharmacopeial Forum, vol. 25, no. 5, pp. 8974-8981. United States Pharmacopeial Convention, 1999. Artikel Link.
Heidemann, D. R., und P. J. Jarosz. "Preformulation Studies Involving Uptake in Solid Dosage Forms". Pharmaceutical Research 8, no. 3. (1991): 292-97. Artikel-Link.
Pader, Morton. Mundhygieneprodukte und Praxis. Dekker, 1988. Link zum Buch.
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