Die Pharmaindustrie misst seit Jahrzehnten den Feuchtigkeitsgehalt, da die meisten Formulierer Wasser für den Feind der API-Stabilität halten. Untersuchungen zeigen, dass sie damit nur teilweise Recht haben.

Wasseraktivität und Haltbarkeit in Arzneimitteln

Feuchtigkeit gibt an, wie viel Wasser in einem Produkt enthalten ist. Die Wasseraktivität (aw) misst den Energiegehalt des Wassers. Der Energiegehalt steht in einem viel engeren Zusammenhang mit Reaktionen, die sich auf Arzneimittel auswirken. Betrachten Sie die folgenden drei Punkte:

1. API-Hydrolyse
2. Kristallisation, die die Auflösungsgeschwindigkeit beeinflusst
3. Verklumpen/Verbacken von Pulvern

All dies sind zeitabhängige Reaktionen, deren Geschwindigkeit von der Wasseraktivität beeinflusst wird. Beispielsweise heißt es in USP 1112 ausdrücklich, dass die Wasseraktivität genutzt werden kann, um den Abbau von API-Formulierungen zu verringern, die anfällig für Hydrolyse sind.

Die Kenntnis der Wasseraktivität von Arzneimitteln (Proteinen, Medikamenten, Cremes, Pulvern und Hilfsstoffen) ist unerlässlich, um eine Darreichungsform mit optimalen chemischen, physikalischen, mikrobiellen und haltbarkeitstechnischen Eigenschaften zu erhalten. Die Wasseraktivität beeinflusst die chemische Stabilität, mikrobielle Stabilität, Fließeigenschaften, Verdichtung, Härte und Auflösungsgeschwindigkeit von Darreichungsformen von Arzneimitteln, Proteinen, Biopharmazeutika, Nutrazeutika und Phytochemikalien.

Korrelation mit mikrobiellem Wachstum

Der Zweck der Internationalen Konferenz zur Harmonisierung (ICH) besteht darin, Leitlinien für die Einrichtung von Qualitätsprüfungs- und Chargenfreigabeprogrammen bereitzustellen (Hussong 2009). Sie betont, dass Qualitätsprüfungsprogramme risikobasiert und wissenschaftlich fundiert sein sollten. Die Prüfverfahren und Akzeptanzkriterien für Arzneimittelfreigabeprogramme sind in ICH Q6A beschrieben. Anweisungen zu den besten Methoden zur Bestimmung mikrobiologischer Eigenschaften finden sich in den Entscheidungsbäumen Nr. 6 und Nr. 8. In beiden Entscheidungsbäumen basiert die Notwendigkeit von mikrobiellen Grenzwerttests darauf, ob das Produkt von Natur aus „trocken” genug ist, um kein mikrobielles Wachstum zu begünstigen.

In der pharmazeutischen Industrie wird häufig davon ausgegangen, dass diese Trockenheit anhand des Feuchtigkeitsgehalts oder der Wassermenge in einem Produkt bestimmt werden kann, in der Regel durch eine Karl-Fischer-Analyse. Seit den Arbeiten von Scott in den 1950er Jahren ist jedoch allgemein anerkannt, dass es die Wasseraktivität oder die Energie des Wassers ist, die tatsächlich darüber entscheidet, ob Mikroorganismen Zugang zu dem Wasser in einem System haben oder nicht (Scott 1957). Daher sollte die in den Entscheidungsbäumen der ICH Q6A erwähnte „Trockenheit” anhand der Wasseraktivität gemessen werden.

Mikroorganismen haben eine begrenzte Wasseraktivität, unterhalb derer sie nicht wachsen können. Die Kenntnis des Verhaltens von Mikroorganismen bei unterschiedlichen Wasseraktivitätswerten ist wichtig, um die Bundesgesetze für Lebensmittel, Arzneimittel und Kosmetika zu erfüllen. Diese Tabelle listet die Wachstumsgrenzen gängiger Mikroorganismen in pharmazeutischen Produkten auf. Durch die Entwicklung eines Produkts mit einer Wasseraktivität unterhalb dieser Wachstumsgrenzen bleibt ein Produkt mikrobiologisch sicher.

Verbraucher- und pharmazeutische Produkte im Allgemeinen innerhalb dieses Bereichs

Wasseraktivität für Produktstabilität

Die Stabilität von Proteinen, Enzymen und Biopharmazeutika wird erheblich durch die Wasseraktivität beeinflusst. Es muss sorgfältig darauf geachtet werden, dass unter pharmazeutisch relevanten Bedingungen keine Aggregation stattfindet. Die meisten Proteine, Enzyme und Biopharmazeutika müssen ihre Integrität bewahren, um aktiv zu bleiben. Um die richtige Dosierung aufrechtzuerhalten und Auflösung, Aggregation und Konformationsänderungen zu verhindern, ist es wichtig, kritische Wasseraktivitätswerte einzuhalten.

Kompatibilität der Komponenten feststellen

Die Bedeutung der Wasseraktivität im Gegensatz zum Gesamtwassergehalt wird durch Studien zur Kompatibilität vor der Formulierung mit feuchtigkeitsempfindlichen Arzneimitteln gezeigt. Hygroskopische Hilfsstoffe (Stärke, Cellulose und Magaldrat) wurden erfolgreich für die Verwendung mit feuchtigkeitsempfindlichen Arzneimitteln formuliert. Die Hilfsstoffe können bevorzugt Feuchtigkeit binden und die Darreichungsform weniger anfällig für Änderungen der relativen Luftfeuchtigkeit während der Herstellung, des Transports, der Lagerung oder der Anwendung durch den Patienten machen, wodurch die Haltbarkeit verlängert wird. Dies gilt auch für andere Polymersysteme von pharmazeutischem Interesse, wie Proteine (Gelatine, Keratin) und verschiedene synthetische Hydrogele.

Verhindern Sie Feuchtigkeitswanderung

Feuchtigkeitsmigration ist ein weiteres Qualitätsproblem, das anhand der Wasseraktivität erklärt und gelöst werden kann. Gelkapseln sind ein klassisches Beispiel für die Herausforderungen, die durch Feuchtigkeitsmigration entstehen. Manchmal brechen die Kapseln in der Verpackung, wodurch das Produkt unbrauchbar wird. Dies geschieht, weil die Wasseraktivität des Pulvers und der Kapsel unterschiedlich ist, sodass Feuchtigkeit aus der Gelkapsel austritt und in das Pulver eindringt. Die Wasseraktivität, nicht der Feuchtigkeitsgehalt, ist die treibende Kraft für die Migration.

Verbesserung der Festigkeitseigenschaften in festen Darreichungsformen

Die Wasseraktivität von Pulvern beeinflusst die Fließ-, Verklumpungs-, Verdichtungs- und Festigkeitseigenschaften fester Darreichungsformen. Die Wasseraktivität wird bei der Untersuchung der Haltbarkeit, Alterung und Verpackungsanforderungen von Arzneimitteln herangezogen. Sie wird auch bei der Konzeption und Entwicklung von Beschichtungstechnologien verwendet. Das Verständnis der Reaktion fester Darreichungsformen auf sich verändernde Umgebungsbedingungen hilft bei der Festlegung von Formulierungs- und Verpackungsanforderungen.

Wasseraktivität: eine bessere Methode zur Messung der Feuchtigkeit

Water activity is an alternative water measurement that provides essential information about the energy or availability of water in a product. Numerous scientific investigations demonstrate that water activity is a better predictor of product safety and stability than total amount of water. And with the publication of USP Method <1112>, water activity is now considered a viable option in the pharmaceutical industry.

Die Messung der Wasseraktivität ist schnell und einfach.

Die Serie 4TE ermöglicht die schnelle Messung der Wasseraktivität von Pulvern, Granulaten, Cremes, Flüssigkeiten oder Tabletten für Arzneimittel, Biopharmazeutika, Nutrazeutika und Phytochemikalien.

Maximierung der Wirksamkeit von Hilfsstoffen

Wie entscheiden Sie, welcher Hilfsstoff für Ihr Produkt am besten geeignet ist? Dabei sind viele Faktoren zu berücksichtigen.

Verwandte Referenzen

Enigl, Davin C. und Kent M. Sorrells. „Wasseraktivität und selbstkonservierende Formeln.“ Cosmetic Science And Technology Series (1997): 45–74. Link zum Artikel.

Friedel, R. R. „Die Anwendung der Wasseraktivitätsmessung bei der Prüfung mikrobiologischer Eigenschaften von Rohstoffen, die bei der Herstellung nichtsteriler pharmazeutischer Produkte verwendet werden.“ In: Pharmacopeial Forum, Band 25, Nr. 5, S. 8974–8981. United States Pharmacopeial Convention, 1999. Link zum Artikel.

Heidemann, D. R. und P. J. Jarosz. „Preformulation Studies Involving Uptake in Solid Dosage Forms” ( Vorformulierungsstudien zur Aufnahme in festen Darreichungsformen). Pharmaceutical Research 8, Nr. 3. (1991): 292–97. Link zum Artikel.

Pader, Morton. Mundhygieneprodukte und -praxis. Dekker, 1988. Link zum Buch.

Pader, M. „Glycerin in Mundpflegeprodukten.“ Kosmetikwissenschaft und -technologie, Reihe 11 (1991): 381–393. Link zum Artikel.

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