제약 업계는 수십 년 동안 수분 함량을 측정해 왔는데, 이는 대부분의 제형 개발자들이 물이 원료의약품(API) 안정성의 적이라고 생각하기 때문이다. 연구 결과에 따르면 그들의 생각은 부분적으로만 옳은 것으로 나타났다.

의약품의 수분활도와 유통기한

수분 함량은 제품 내에 포함된 물의 양을 의미합니다. 수분 활성도(aw)는 물의 에너지 수준을 측정합니다. 이 에너지 수준은 의약품에 영향을 미치는 반응들과 훨씬 더 밀접한 상관관계를 보입니다. 다음 세 가지 사항을 고려해 보십시오:

1. API 가수분해
2. 용해 속도에 영향을 미치는 결정화
3. 분말의 뭉침

이 모든 반응은 시간에 따라 진행되는 반응이며, 반응 속도는 수분 활성도에 영향을 받습니다. 예를 들어, USP 1112에는 가수분해에 취약한 API 제제의 분해를 줄이기 위해 수분 활성도를 활용할 수 있다고 명시되어 있습니다.

의약품(단백질, 약물, 크림, 분말 및 부형제)의 수분 활성을 파악하는 것은 화학적, 물리적, 미생물학적 특성 및 유통기한이 최적화된 제형을 확보하는 데 필수적입니다. 수분 활성은 의약품, 단백질, 바이오의약품, 기능성 식품 및 식물성 화합물의 제형에 있어 화학적 안정성, 미생물학적 안정성, 유동성, 압축성, 경도 및 용출 속도에 영향을 미칩니다.

미생물 증식과 상관관계

국제조화회의(ICH)의 목적은 품질 시험 및 배치 출하 프로그램 수립에 대한 지침을 제공하는 데 있다(Hussong 2009). ICH는 품질 시험 프로그램이 위험 기반이어야 하며 과학적 근거에 입각해야 한다고 강조한다. 의약품 출하 프로그램에 대한 시험 절차 및 합격 기준은 ICH Q6A에 명시되어 있다. 미생물학적 특성을 결정하기 위한 최선의 방법에 대한 지침은 결정 트리 #6 및 #8에서 확인할 수 있다. 두 결정 트리 모두에서 미생물 한도 시험의 필요성은 제품이 미생물 증식을 억제할 만큼 본질적으로 충분히 “건조”한지에 따라 결정된다.

제약 업계에서는 흔히 이러한 ‘건조도’를 수분 함량, 즉 제품 내의 물의 양을 통해 확인할 수 있다고 가정하며, 대개 칼 피셔(Karl Fischer) 분석을 통해 이를 측정합니다. 그러나 1950년대 스콧(Scott)의 연구 이후, 미생물이 시스템 내의 물에 접근할 수 있는지 여부를 실제로 결정하는 것은 수분 활성도, 즉 물의 에너지라는 사실이 확립되었습니다(Scott 1957). 따라서 ICH Q6A의 의사결정 트리에 언급된 “건조도”는 수분 활성을 사용하여 측정해야 합니다.

미생물은 성장할 수 없는 한계 수분 활성도를 가지고 있습니다. 다양한 수분 활성도 수준에서 미생물의 거동을 파악하는 것은 연방 식품·의약품·화장품법을 준수하는 데 중요합니다. 이 표에는 의약품에 포함된 일반적인 미생물의 성장 한계치가 정리되어 있습니다. 수분 활성도를 이러한 성장 한계치 이하로 유지하도록 제품을 설계하면 제품의 미생물학적 안전성을 확보할 수 있습니다.

일반적으로 이 범위에 속하는 소비재 및 의약품

제품 안정성을 위한 수분 활성도

단백질, 효소 및 바이오의약품의 안정성은 수분 활성도에 큰 영향을 받습니다. 제약 관련 조건 하에서 응집을 방지하기 위해서는 각별한 주의가 필요합니다. 대부분의 단백질, 효소 및 바이오의약품은 활성을 유지하기 위해 구조적 무결성을 보존해야 합니다. 정확한 용량을 유지하고 용출, 응집 및 구조 변화를 방지하기 위해서는 적정 수분 활성도 수준을 유지하는 것이 중요합니다.

구성 요소 호환성 확인

수분 총량과 대비되는 수분 활성도의 중요성은 수분에 민감한 약물을 대상으로 한 제형화 전 호환성 연구를 통해 입증되었습니다. 흡습성 부형제(전분, 셀룰로오스, 마갈드레이트)는 수분에 민감한 약물과 함께 사용하기 위해 성공적으로 제형화되었습니다. 이러한 부형제는 수분을 우선적으로 결합하여 제형이 제조, 운송, 보관 또는 환자 사용 중 상대 습도 변화에 덜 민감하게 만들 수 있으며, 이로 인해 유통 기한을 연장할 수 있다. 이는 단백질(젤라틴, 케라틴) 및 다양한 합성 하이드로겔과 같이 제약 분야에서 주목받는 다른 고분자 시스템에도 적용된다.

수분 이동을 방지합니다

수분 이동은 수분 활성을 통해 설명하고 해결할 수 있는 또 다른 품질 문제입니다. 젤캡은 수분 이동이 야기하는 문제를 보여주는 대표적인 사례입니다. 때로는 캡슐이 포장된 상태에서 갈라져 제품이 사용 불가 상태가 되기도 합니다. 이는 분말과 캡슐의 수분 활성이 달라, 젤캡에서 수분이 빠져나와 분말로 이동하기 때문입니다. 수분 이동의 주된 원인은 수분 함량이 아니라 수분 활성입니다.

고형 제형의 강도 특성을 개선한다

분말의 수분 활성도는 고형 제제의 유동성, 결괴, 압축성 및 강도 특성에 영향을 미칩니다. 수분 활성도는 의약품의 유통기한, 노화 현상 및 포장 요건을 연구하는 데 활용됩니다. 또한 코팅 기술의 설계 및 개발에도 사용됩니다. 변화하는 환경에 대한 고형 제제의 반응을 이해하는 것은 제형 및 포장 요건을 설정하는 데 도움이 됩니다.

수분 활성도: 수분을 측정하는 더 나은 방법

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.

수분 활성도를 측정하는 것은 빠르고 간편합니다

Series 4TE는 제약, 바이오의약품, 기능성 식품 및 식물성 화학물질 분야의 분말, 과립, 크림, 액체 또는 정제에 대한 수분 활성도를 신속하게 측정합니다.

부형제의 효능 극대화

자사 제품에 가장 적합한 부형제를 어떻게 결정하시나요? 고려해야 할 요소가 많습니다.

관련 참고 자료

Enigl, Davin C., 및 Kent M. Sorrells. “수분 활성도와 자가 보존 제형.” 《 Cosmetic Science And Technology Series 》 (1997): 45-74. 논문 링크.

Friedel, R. R. “비멸균 의약품 제조에 사용되는 원료의 미생물학적 특성 시험에 수분 활성도 측정을 적용한 연구.” 『 Pharmacopeial forum』, 제25권, 제5호, 8974-8981쪽. 미국약전위원회(United States Pharmacopeial Convention), 1999. 논문 링크.

Heidemann, D. R., 및 P. J. Jarosz. “고형 제형에서의 흡수 관련 제형 전 연구.” Pharmaceutical Research 8권 3호 ( 1991): 292-97. 논문 링크.

파더, 모턴. 《 구강 위생 제품과 관리법》. 데커, 1988. 도서 링크.

Pader, M. “구강 관리 제품 속의 글리세린.” 《 화장품 과학 및 기술》 제11권 (1991): 381-393. 논문 링크.

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