Norma USP 922 dotycząca aktywności wody w farmacji

Dlaczego aktywność wody?

Zamiast mierzyć całkowitą ilość wody w układzie, aktywność wody określa, jaka część tej wody jest związana w mniejszym stopniu i może swobodnie reagować z innymi substancjami.

Początkowo konsekwencje te mogą wydawać się nieistotne, jednak w praktyce mają ogromne znaczenie. Aktywność wody ma wyraźny i bezpośredni wpływ na rozwój mikroorganizmów, degradację substancji czynnych (API), stabilność produktów oraz szybkość uwalniania substancji. Ponadto aktywność wody jest zazwyczaj łatwiej dostępną i bardziej bezpośrednią metodą zrozumienia tych czynników niż inne, bardziej czasochłonne i wymagające specjalistycznej wiedzy pomiary analityczne.

Nowe przepisy doceniają wszechstronność aktywności wody

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:

• Zapewnienie podstawy do zmniejszenia częstotliwości badań czystości mikrobiologicznej oraz badań przesiewowych w kierunku obecności mikroorganizmów niepożądanych
• Optymalizacja składu produktów w celu zwiększenia skuteczności przeciwbakteryjnej układów konserwujących
• Ograniczenie degradacji aktywnych składników farmaceutycznych w formulacjach produktów podatnych na hydrolizę chemiczną
• Zmniejszenie podatności formulacji (szczególnie płynów, maści, balsamów i kremów) na zanieczyszczenia mikrobiologiczne

Rozdział ten odwołuje się również do kilku metod oznaczania aktywności wody zawartych w publikacji Official Methods of Analysis organizacji AOAC International.

W nawiązaniu do uznania aktywności wody przez USP, organizacja ICH przedstawiła dodatkowe informacje popierające stosowanie aktywności wody w dokumentach Q1A, Q6A oraz powiązanych z nimi drzewach decyzyjnych.

Z czasem akceptacja ta rosła, a wraz z nią pojawiała się świadomość, że o ile aktywność wody oszczędza mnóstwo czasu w badaniach mikrobiologicznych, o tyle potencjał zyskownych zastosowań w testach jakościowych, pracach badawczo-rozwojowych i innych obszarach jest równie duży.

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.”

Nowe technologie zaakceptowane, nowe zastosowania odkryte

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.

Jednym z takich osiągnięć jest zastosowanie laserów diodowych o zmiennej długości fali (TDL). Zdolny do izolowania sygnatury wody na poziomie molekularnym, laser TDL pozwala naukowcom zajmującym się materiałoznawstwem na szybkie, bezpośrednie pomiary wcześniej nieczytelnych, wysoce lotnych substancji. Umożliwia to badaczom wykorzystanie szerszego zakresu substancji do testowania tworzenia hydratów i stabilności API bez ryzyka związanego z używaniem danych teoretycznych.

Inne nowoczesne urządzenia wykorzystują uczenie maszynowe i sztuczną inteligencję, aby dostarczać wyniki w znacznie krótszym czasie – podczas gdy starsze przyrządy wymagały nawet ponad 20 minut, najnowsze generują precyzyjne pomiary w niewiele ponad minutę. W zastosowaniach wymagających wielokrotnych pomiarów oszczędność czasu jest znacząća.

Oprócz ograniczenia ryzyka mikrobiologicznego i przyspieszenia badań stabilności API, aktywność wody jest obecnie wykorzystywana do maksymalizacji skuteczności substancji pomocniczych, opracowywania i oceny opakowań, uzyskiwania idealnej twardości tabletek, wpływania na szybkość uwalniania substancji i nie tylko.

Zastąpienie metody Karla Fischera i innych metod

W miarę jak zastosowania aktywności wody się mnożą, niektóre z nich zaczynają pokrywać się z dłużej stosowanymi metodami pomiaru. Często nakłady na edukację i walidację utrudniają wdrażanie aktywności wody w nowej roli, jednak w dłuższej perspektywie jej szybkość, dokładność i użyteczność przynoszą wymierne korzyści.

Zastąpienie miareczkowania metodą Karla Fischera to najbardziej oczywisty, ale chyba też najbardziej niezrozumiany przykład. Badania naukowe dowodzą, że aktywność wody jest znacznie lepszym wskaźnikiem bezpieczeństwa i stabilności produktu niż zawartość wody wyznaczona metodą Karla Fischera. Mimo to błędne przekonania utrzymują się nadal – prawdopodobnie dlatego, że zależność między zawartością wilgoci a aktywnością wody bywa wewnątrzwsteczna lub sprzeczna z intuicją.

Produkt o wysokim odsetku całkowitej zawartości wody może charakteryzować się bardzo niską aktywnością wody lub na odwrót – co stanowi kluczowy czynnik w odniesieniu do szybkości reakcji chemicznych i biologicznych.

Aktywność wody nie dostarcza tych samych informacji co metoda Karla Fischera, ale dostarcza informacji bardziej użytecznych. Wyniki będą wyglądać inaczej, jednak po ich zrozumieniu pozwalają na lepszą korelacje z bezpieczeństwem mikrobiologicznym, stabilnością chemiczną i właściwościami fizycznymi. Co więcej, przyrządy do pomiaru aktywności wody zazwyczaj nie wymagają skomplikowanego szkolenia i pozostawiają stosunkowo niewiele miejsca na błędy podczas testów.

Mimo że relacja aktywności wody z innymi pomiarami, takimi jak HPLC czy GC, jest inna, zastosowanie ma wiele tych samych zalet – mniejsza potrzeba szkoleń, szybsze wyniki, bardziej bezpośrednie pomiary, mniejsze ryzyko nieprawidłowej obsługi instrumentu oraz brak konieczności używania niebezpiecznych substancji chemicznych.

Potencjał nowych zastosowań

Aktywność wody to coś więcej niż tylko narzędzie pozwalające spełnić wymogi regulacyjne. W ostatnich latach przyczyniła się ona do stymulowania innowacji, poprawy wydajności badań naukowych i skrócenia czasu wprowadzania leków na rynek w wielu największych firmach farmaceutycznych na świecie, a przed nami wciąż wiele zastosowań do odkrycia.

Powiązane publikacje

Enigl, Davin C., and Kent M. Sorrells. „Water activity and self-preserving formulas.” Cosmetic Science And Technology Series (1997): 45-74.

Friedel, R. R. „The application of water activity measurement to microbiological attributes testing of raw materials used in the manufacture of nonsterile pharmaceutical products.” W: Pharmacopeial forum, t. 25, nr 5, s. 8974-8981. United States Pharmacopeial Convention, 1999. Link do artykułu.

Heidemann, D. R., oraz P. J. Jarosz. „Preformulation Studies Involving Uptake in Solid Dosage Forms.” Pharmaceutical Research 8, nr 3 (1991): 292-97. Link do artykułu.

Pader, Morton. Oral hygiene products and practice. Dekker, 1988. Link do książki.

Pader, M. „Glycerine in oral care products.” Cosmetic science and technology series 11 (1991): 381-393. Link do artykułu.

‍