Wasseraktivität in pharmazeutischen Anwendungen

Die pharmazeutische Industrie misst seit Jahrzehnten die Feuchtigkeit, weil die meisten Formulierer glauben, dass Wasser der Feind der Wirkstoffstabilität ist. Die Forschung zeigt, dass sie nur teilweise Recht haben.

Wasseraktivität und Haltbarkeit von Arzneimitteln

Der Feuchtigkeitsgehalt gibt an, wie viel Wasser in einem Produkt enthalten ist. Die Wasseraktivität (aw) misst das Energieniveau des Wassers. Das Energieniveau korreliert viel besser mit Reaktionen, die sich auf Arzneimittel auswirken. Betrachten Sie diese drei Punkte:

1. API-Hydrolyse
2. Kristallisation, die die Auflösungsrate beeinflusst
3. Anbacken/Verklumpen von Pulvern

All dies sind zeitabhängige Reaktionen, deren Geschwindigkeit von der Wasseraktivität beeinflusst wird. In USP 1112 wird beispielsweise ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die Wasseraktivität genutzt werden kann, um den Abbau von hydrolyseanfälligen Wirkstoffformulierungen zu verringern.

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

Korrelation mit mikrobiellem Wachstum

Der Zweck der Internationalen Harmonisierungskonferenz (ICH) besteht darin, Leitlinien für die Erstellung von Qualitätsprüfungs- und Chargenfreigabeprogrammen bereitzustellen (Hussong 2009). Es wird betont, dass Qualitätsprüfungsprogramme risikobasiert und wissenschaftlich fundiert sein sollten. Prüfverfahren und Akzeptanzkriterien für Freigabeprogramme für Arzneimittel sind in ICH Q6A beschrieben. Anweisungen zu den besten Methoden für die Bestimmung mikrobiologischer Eigenschaften finden sich in den Entscheidungsbäumen Nr. 6 und Nr. 8. In beiden Entscheidungsbäumen basiert die Notwendigkeit einer Prüfung der mikrobiellen Grenzwerte darauf, ob das Produkt von Natur aus "trocken" genug ist, um kein mikrobielles Wachstum zu unterstützen.

In der pharmazeutischen Industrie wird häufig davon ausgegangen, dass dieser Trockenheitsgrad 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 erwiesen, dass die Wasseraktivität bzw. die Energie des Wassers darüber entscheidet, ob Mikroorganismen das Wasser in einem System nutzen können oder nicht (Scott 1957). Daher sollte der "Trockenheitsgrad", auf den in den Entscheidungsbäumen der ICH Q6A Bezug genommen wird, anhand der Wasseraktivität gemessen werden.

Mikroorganismen haben eine begrenzte Wasseraktivität, unterhalb derer sie nicht wachsen können. Die Kenntnis des Verhaltens von Mikroorganismen bei verschiedenen Wasseraktivitätswerten ist wichtig für die Einhaltung der Bundesgesetze für Lebensmittel, Arzneimittel und Kosmetika. In dieser Tabelle sind die Wachstumsgrenzen für gängige Mikroorganismen in pharmazeutischen Produkten aufgeführt. Wenn ein Produkt mit einer Wasseraktivität unterhalb dieser Wachstumsgrenzen entwickelt wird, bleibt es mikrobiologisch sicher.

Konsumgüter und pharmazeutische Produkte im Allgemeinen innerhalb dieser Spanne

Wasseraktivität für Produktstabilität

Die Stabilität von Proteinen, Enzymen und biopharmazeutischen Produkten wird maßgeblich durch die Wasseraktivität beeinflusst. Es muss sehr darauf geachtet werden, dass unter pharmazeutisch relevanten Bedingungen keine Aggregation stattfindet. Die meisten Proteine, Enzyme und Biopharmazeutika müssen intakt bleiben, um aktiv zu bleiben. Um die richtige Dosierung beizubehalten und Auflösung, Aggregation und Konformationsänderungen zu verhindern, ist es wichtig, kritische Wasseraktivitätswerte aufrechtzuerhalten.

Feststellung der Kompatibilität der Komponenten

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

Verhindern Sie die Migration von Feuchtigkeit

Feuchtigkeitsmigration ist ein weiteres Qualitätsproblem, das durch die Wasseraktivität erklärt und gelöst werden kann. Gelkapseln sind ein klassisches Beispiel für die Herausforderungen, die sich aus der Feuchtigkeitsmigration ergeben. Manchmal reißen die Kapseln in der Verpackung und machen das Produkt unbrauchbar. Dies geschieht, weil die Wasseraktivität von Pulver und Kapsel unterschiedlich ist, so dass Feuchtigkeit aus der Gelkapsel in das Pulver gelangt. Die Wasseraktivität, nicht der Feuchtigkeitsgehalt, ist die treibende Kraft für die Migration.

Verbesserung der Festigkeitseigenschaften von festen Darreichungsformen

Die Wasseraktivität von Pulvern wirkt sich auf die Fließ-, Verklumpungs-, Verdichtungs- und Festigkeitseigenschaften von festen Darreichungsformen aus. Die Wasseraktivität wird bei der Untersuchung der Haltbarkeit, der Alterung und der Verpackungsanforderungen von Arzneimitteln verwendet. Sie wird auch bei der Konzeption und Entwicklung von Beschichtungstechnologien verwendet. Das Verständnis der Reaktion fester Darreichungsformen auf veränderte 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 Pharmazeutika, Biopharmazeutika, Nutraceuticals und Phytochemikalien.

Erfahren Sie mehr über Wasseraktivität in Arzneimitteln

Dr. Brady Carter erörtert, wie man die Wasseraktivität in pharmazeutischen Produkten nutzen kann, um die Stabilität der Pillen zu kontrollieren und die Haltbarkeit zu verlängern.

Zu den behandelten Themen gehören:

• Wie man die Stabilität einer Pille bewertet
• Grundlagen der Wasseraktivität
• Feuchtigkeitsgehalt vs. Wasseraktivität
• Wie man die Wasseraktivität misst
• Feuchtigkeits-Sorptions-Isothermen und ihre Anwendung
• Verhinderung von mikrobiellem Wachstum
• Verhinderung von API-Verschlechterung
• Integrität der Gel-Beschichtung
• Feuchtigkeitsmigration in Kapseln
• Bestimmung der relativen Hygroskopizität
• Wasseraktivität und Glasübergang
• Bestimmung des Deliqueszenzpunktes
• Hilfsstoffe
• Feuchtigkeit bei der Lagerung
• Verpackung für längere Haltbarkeit
• Ein Verfahren zur beschleunigten Stabilitätsprüfung

Maximierung der Wirksamkeit von Hilfsstoffen

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

Verwandte Verweise

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

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.

Pader, M. "Glycerin in Mundpflegeprodukten". Reihe Kosmetische Wissenschaft und Technologie 11 (1991): 381-393. Artikel-Link.