1 UVOD Liofilizacija oz. sušenje z zamrzovanjem je široko upora- bljana metoda, za katero zanimanje v zadnjih letih strmo narašča. Gre za metodo sušenja, ki jo najpogosteje pove- zujemo s pripravo bioloških in biološko podobnih zdravil za parenteralno dajanje oz. sušenjem proteinskih učinkovin. Omogoča tudi izdelavo farmacevtskih oblik, kot so praški za pripravo kapljic za oči ter peroralnih liofilizatov. Slednji vse bolj pridobivajo na pomenu predvsem z vidika razvoja novih farmacevtskih oblik za otroke in starostnike. Upo- rabnost liofilizacije se kaže tudi pri izdelavi cepiv in stabili- zaciji nanodostavnih sistemov (1). Liofilizacija povečuje sta- bilnost zdravilnih učinkovin zaradi odstranitve vode, povečuje topnost slabo topnih zdravilnih učinkovin preko njih ove amorfizacije, omogoča zmanjšanje mase zdravil in s tem lažji transport ter zaradi pretvorbe v suh o obliko omogoča daljši rok uporabe zdravila. Farmacevtska industrija se vse bolj usmerja v raziskovanje na področju bioloških zdravil, ki predstavljajo sedem od desetih najbolj prodajanih zdravil v letu 2018 (preglednica 1) (2). Pojav prvega biološkega zdravila sega v začetke osemdesetih let prejšnjega stoletja, ko je farmacevtsko podjetje »Eli Lily and Company« začelo s prodajo zdravila s proteinsko učinkovino rekombinantnim inzulinom. V sploš- 159 farm vestn 2021; 72 POMEN LIOFILIZACIJE V FARMACIJI IMPORTANCE OF LYOPhILISATION IN PhARMACY AVTORICI / AUThORS: asist. Maja Bjelošević, mag. ind. farm. izr. prof. dr. Pegi Ahlin Grabnar, mag. farm. Univerza v Ljubljani, Fakulteta za farmacijo, Katedra za farmacevtsko tehnologijo, Aškerčeva 7, 1000 Ljubljana NASLOV ZA DOPISOVANJE / CORRESPONDENCE: E-mail: pegi.ah lingrabnar@ffa.uni-lj.si POVZETEK Liofilizacija je danes metoda izbora za pripravo sta- bilnih formulacij s proteinskimi zdravilnimi učinkovi- nami, njena uporaba in globlje razumevanje pa po- stajata čedalje bolj pomembna tudi z vidika priprave novih , pacientu prijaznih farmacevtskih oblik. Skladno z intenzivnim povečanjem števila novih bio- loških in biološko podobnih zdravil se farmacevtska industrija vse bolj usmerja k razvoju in optimizaciji procesa liofilizacije, z namenom zagotavljanja ka- kovostnih , varnih in učinkovitih zdravil. Namen članka je predstaviti proces liofilizacije in novosti na tem področju ter izpostaviti njegovo pomembnost na področju farmacije. KLJUČNE BESEDE: agresivno sušenje, biološka zdravila, liofilizacija, op- timizacija, sušenje z zamrzovanjem ABSTRACT Today, lyoph ilisation is th e meth od of ch oice for th e preparation of stable formulations with protein active ingredients, and its use and deeper understanding h ave become increasingly important in terms of preparation of new, patient-friendly dosage forms. In line with th e intensive increase in th e number of new biologic and biosimilar drugs, th e ph armaceutical industry is increasingly focusing on th e development and optimisation of th e lyoph ilisation process, with th e aim of providing quality, safe and effective drugs. Th e purpose of th e article is to present th e process of lyoph ilisation and innovations in th is field, and to h igh ligh t its importance in th e field of ph armacy. KEY WORDS: aggressive drying, bioph armaceuticals, freeze- drying, lyoph ilisation, optimisation; PREGLEDNI ZNANSTVENI ČLANKI šteto je razlog za običajno zelo nizko biološko uporabnost bioloških makromolekul po peroralni aplikaciji, zato kot omenjeno med biološkimi zdravili prevladujejo parenteralne farmacevtske oblike v obliki raztopin, suspenzij ali liofilizatov. Ravno slednji predstavljajo najbolj razširjeno farmacevtsko obliko bioloških zdravil, in sicer je bilo v preteklih desetih letih kar 40 do 50 % vseh odobrenih bioloških zdravil v lio- filizirani obliki (1). 2 SUŠENJE Z ZAMRZOVANJEM – LIOFILIZACIJA Liofilizacija (freeze-drying, lyophilisation) predstavlja obliko sušenja z uporabo nizkih tlakov in temperatur. Zdravilne učinkovine biološkega izvora so večinoma občutljive na povišano temperaturo, zato pri pretvorbi raztopin v suh o obliko ne moremo uporabiti običajnih načinov sušenja. Nizke temperature in tlaki pri sušenju z zamrzovanjem omogočajo odstranitev vode iz vzorca in pretvorbo le-tega v trdno obliko, tj. v liofilizat, ki mora imeti ustrezne kritične lastnosti kakovosti produkta, kot sta izgled in delež rezi- dualne vode. Proces temelji na fizikalnem pojavu sublima- cije, kjer snov iz trdnega agregatnega stanja preide nepo- sredno v plinasto agregatno stanje brez predh odnega preh oda skozi tekočo fazo (slika 1). Liofilizacija sestoji iz treh zaporednih faz, ki so medsebojno odvisne. Na začetku vzorce zamrznemo, nato sledi faza primarnega sušenja, kjer zaradi uvedbe visokega vakuuma prih aja do sublimacije proste vode. V zadnji fazi sekundarnega sušenja se zaradi desorpcije odstrani še vezana voda in tako končni produkti večinoma vsebujejo manj kot 2 % (m/m) rezidualne vode. nem danes porast v razvoju in prodaji predstavljajo biološko podobna zdravila, ki se pojavljajo kot posledica izteka pa- tentnih pravic originatorskim biološkim zdravilom (3). Biološka in biološko podobna zdravila imajo številne pred- nosti v primerjavi s klasičnimi zdravili, a gledano s teh nolo- škega vidika sta oblikovanje in proizvodnja tovrstnih zdravil zapletena procesa, ki zah tevata veliko znanja in izkušenj. Gre namreč za občutljive in nestabilne, večinoma protein- ske ali peptidne molekule, pri katerih preostri teh nološki pogoji izdelave lah ko povzročijo izgubo oz. spremembo njih ove biološke aktivnosti, kar vodi do pojava resnejših neželenih učinkov (4). Velika molekulska masa bioloških molekul ter njih ova fizikalna in kemijska nestabilnost so bi- stveni parametri, po katerih se biološka zdravila razlikujejo od klasičnih sinteznih zdravil, obenem pa pri razvoju biolo- ških zdravil naletimo še na težave, kot so encimska raz- gradnja, imunogenost in kratek razpolovni čas (5). Vse ne- 160 POMEN LIOFILIZACIJE V FARMACIJI farm vestn 2021; 72 Preglednica 1: Deset najbolj prodajanih zdravil v svetovnem merilu v letu 2018 1 (2). Table 1: Ten best-selling drugs worldwide in 2018 1 (2). 1 Odebeljeni tisk se nanaša na biološka zdravila. ZDRAVILO INDIKACIJA PROIZVAJALEC PRODAJA (mrd. $) humira (adalimumab) artritis AbbVie 19,9 Revlimid (lenalidomide) multipli mielom Celgene 9,7 Keytruda (pembrolizumab) rak Merck & Co. 7,2 herceptin (trastuzumab) rak Roche 7,1 Avastin (bevacizumab) rak Roche 7,0 Rituxan (rituximab) rak Roche 6,9 Opdivo (nivolumab) rak Bristol-Myers Squibb 6,7 Eliquis (apiksaban) venska tromboza, pljučna embolija Bristol-Myers Squibb 6,4 Prevnar (cepivo) pnevmokokne okužbe Pfizer 5,8 Stelara (ustekinumab) luskavica Johnson & Johnson 5,2 Slika 1: Shematski prikaz poteka liofilizacije. Figure 1: Schematic representation of the lyophilisation. 161 farm vestn 2021; 72 PREGLEDNI ZNANSTVENI ČLANKI Kljub številnim prednostim se je pri izbiri procesa liofilizacije potrebno zavedati, da gre za dolgotrajen in energetsko zelo potraten proces, posledica česar so visoki stroški proizvodnje. Proces liofilizacije mora biti zato ustrezno na- črtovan in optimiziran. 2.1 ZAMRZOVANJE Zamrzovanje je prvi korak procesa liofilizacije, ki omogoča pretvorbo začetne raztopine v trdno stanje. Zamrznjena voda se loči od zdravilne učinkovine in pomožnih snovi, ki so vključene v formulacijo, posledično pride do nastanka intersticijskega prostora med kristali ledu. Zamrzovanje se prične s podh laditvijo raztopine, kjer pride do pojava nu- kleacije in rasti kristalov ledu. Ko se kristalizacija zaključi, kar označuje konec zamrzovanja v raztopini, temperatura po začetnem dvigu pade proti nastavljeni temperaturi polic, večinoma okrog –40 °C. Nadaljnje oh lajanje vzorcev pov- zroči povečanje koncentracije topljencev v nastalem inter- sticijskem prostoru do kritične koncentracije. Temperaturo, pri kateri je raztopina maksimalno nasičena in le-ta preide iz zmeh čanega stanja v steklasto stanje, označujemo kot temperaturo steklastega preh oda maksimalno koncentri- rane zamrznjene raztopine (Tg’), ki je značilna za amorfne sisteme, medtem ko za kristalne sisteme velja temperatura tališča evtektika (Teu) (6). V fazo zamrzovanja pogosto vključimo tudi korak temperi- ranja (annealing), ki zagotavlja kristalizacijo pomožnih snovi in posredno preko tvorbe kristalov ledu vpliva na h itrost sušenja. Temperiranje izvedemo tako, da vzorce segrejemo nad Tg’, to temperaturo nekaj časa vzdržujemo, nato pa vzorce ponovno zamrznemo na enako temperaturo, kot je bila dosežena pred fazo temperiranja (7). Zamrzovanje je deh idracijski proces, ki lah ko ogrozi stabilnost proteinskih učinkovin v primeru neustrezno izbranih proces- nih parametrov. Glavni parametri, ki vplivajo na velikost in morfologijo nastalih kristalov, so temperatura in čas zamr- zovanja ter h itrost oh lajanja. Počasno oh lajanje (0,5 ºC/min) vodi do nastanka večjih h omogenih kristalov, ki tvorijo boljše kanale za sublimacijo vodne pare v fazi sušenja, medtem ko za h itro oh lajanje velja ravno obratno (5, 8). Čas zamrzo- vanja je odvisen od učinkovitosti toplotnega prenosa med polico liofilizatorja in dnom viale, zato morajo biti časi za do- seganje popolnoma zamrznjenega vzorca dovolj dolgi. 2.2 PRIMARNO SUš ENJE Glavni cilj primarnega sušenja je odstranitev nastalega ledu s sublimacijo. Pojav sublimacije omogoča uvedba močno znižanega tlaka v sušilno komoro in izbira ustrezne tem- perature polic. Čas primarnega sušenja je funkcija tempe- rature polic in tlaka v komori, ki neposredno vplivata na temperaturo produkta med sušenjem in h itrost sublimacije vodne pare. Na začetku primarnega sušenja tlak v komori h itro pada, medtem ko temperatura polic postopoma na- rašča (slika 2). Ker se produkt zaradi sublimacije h ladi, se njegova temperatura postopoma približuje nastavljeni tem- peraturi polic. Ko temperatura produkta (Tp) doseže tem- Slika 2: Primer poteka liofilizacijskega cikla. Zelena krivulja predstavlja nastavljeno temperaturo polic, rdeča in modra dejanski temperaturi produkta ter roza nastavljen tlak sušenja. Figure 2: An example of a lyophilisation cycle. Green curve represents the set shelf temperature, red and blue curves represent actual product temperatures, and pink curve represents the set chamber pressure. 162 POMEN LIOFILIZACIJE V FARMACIJI farm vestn 2021; 72 peraturo polic, je sublimacija v celoti zaključena in primarno sušenje se konča. Z izbiro ustreznih tlaka in temperature sušenja vplivamo tako na trajanje sušenja kot tudi na lastnosti produkta. Izbira tlaka in temperature sušenja je odvisna od specifi- čnosti sestave formulacije oz. fizikalno-kemijskih parame- trov zdravilne učinkovine. Slednje je še posebej pomembno pri proteinskih učinkovinah , kjer morata tlak in temperatura sušenja zagotavljati fizikalno in kemijsko stabilnost protein- skih molekul ter ustrezen videz liofilizata, obenem pa še vedno vzorec posušiti do sprejemljive vsebnosti rezidualne vode. Najpogosteje uporabljamo tlak sušenja v območju med 0,1 in 0,3 mbar. Previsoki tlaki sušenja lah ko povzročijo porušitev strukture liofilizata (kolaps), medtem ko lah ko prenizki tlaki povzročijo kontaminacijo sušenega materiala z oljem vakuumske črpalke, obenem pa vplivajo na zmanj- šanje kapacitete kondenzatorja (9). Temperatura sušenja mora biti skrbno izbrana z namenom optimizacije trajanja primarnega sušenja. Odvisna je od termičnih lastnosti sušenih formulacij, in sicer sta omejujoča dejavnika temperatura Tg’ in temperatura kolapsa (Tc). Slednja je najvišja temperatura vzorca, ki ne povzroči kolapsa liofilizacijske pogače. Kolaps definiramo kot izgubo strukture liofilizacijske pogače, ki se pojavi na makro ali mikro nivoju ter tako lah ko vpliva na izgled in kakovost produktov. Porušena struktura povzroči zaporo por znotraj liofilizata, kar predstavlja oviro za sublimacijo vodne pare ter posledično močno upočasni potek sušenja. Kljub dejstvu, da gre za neželen pojav, pa je iz znanstvenih člankov razvidno, da kolaps velikokrat vpliva le na končni izgled liofilizacijske pogače, medtem ko so kritične lastnosti kakovosti produkta, kot sta rekonstitucijski čas in vsebnost rezidualne vode, še vedno oh ranjene (10, 11). Dolgo je veljalo, da mora biti temperatura zamrznjenega vzorca med primarnim sušenjem pod Tc ali celo pod Tg’, z namenom doseganja ustreznega videza liofilizacijske pogače, kar strokovno opišemo kot konzervativno sušenje (12). Naprotno se danes na področju sušenja z zamrzovanjem vse bolj uveljavlja uporaba agresivnih pogojev sušenja, tj. sušenja vzorcev pri temperaturah , višjih od kritičnih temperatur Tg´ in v nekaterih primerih celo Tc (Tp > Tg’ in Tc), ki večinoma ne vplivajo negativno na kritične lastnosti kakovosti produkta (slika 3), medtem ko so časi sušenja bistveno krajši kot pri konzervativnem načinu sušenja (13, 14). 2.3 SEKUNDARNO SUš ENJE Sekundarno sušenje predstavlja zaključno fazo procesa, pri kateri se zaradi povišanja temperature polic (slika 2) in pogosto tudi nekoliko nižjega tlaka preko procesa desorpcije iz vzorca odstrani še preostala vezana voda. Pomembno je, da na začetku sekundarnega sušenja, ko je delež vezane vode velik, temperaturo polic dvigujemo postopoma, da s preh itrim povišanjem temperature ne povzročimo kolapsa pogače, kar je še posebej pomembno za amorfne kompo- nente (15). Pri določanju časa sekundarnega sušenja si lah ko pomagamo z neposrednim merjenjem deleža zaostale vlage v vzorcih in ko je le-ta na sprejemljivem nivoju, običajno pod 2 % (m/m), lah ko sekundarno sušenje zaključimo. Kljub temu da vsebnost vlage v vzorcih močno znižamo in s tem zagotovimo mikrobiološko in fizikalno-kemijsko stabilnost vzorcev, pa deleži vlage, manjši od 0,5 % (m/m), niso pri- poročljivi (15, 16). 3 OPTIMIZACIJA LIOFILIZACIJE Optimizacija ciklov se posredno začne že v fazi razvoja formulacije, in sicer preko vključitve ustreznih pomožnih snovi. Poleg tega, da moramo v proteinske formulacije vključiti stabilizatorje, kot sta sah aroza ali treh aloza, je pri- poročljivo, da formulacijam dodamo tudi ustrezna polnila. Namen polnil, med katerimi sta najpogostejša glicin in ma- nitol, je zagotavljati ustrezno strukturo liofilizacijske pogače tudi v primerih , ko je Tc amorfne faze presežena. Polnila med zamrzovanjem oz. temperiranjem kristalizirajo in tvorijo rešetko, ki predstavlja meh ansko oporo za amorfne kom- ponente, in s tem preprečujejo kolaps liofilizacijske pogače (17). Dokazali so, da povišanje temperature za 10 °C med temperiranjem skrajša čas primarnega sušenja za do 34 % (18). Uporaba ustreznih pomožnih snovi tako omogoča sušenje pri višjih temperaturah produkta, s čimer vplivamo na skrajšanje časa primarnega sušenja in posledično tudi celotnega cikla, nasprotno vključitev neustreznih pomožnih snovi vodi v porušenje liofilizacijske pogače. Slika 3: Kritične lastnosti kakovosti produkta. Figure 3: Critical quality attributes of lyophilisates. 163 farm vestn 2021; 72 PREGLEDNI ZNANSTVENI ČLANKI 3.1 IZGLED LIOFILIZACIJSKE POGAČE Izgled liofilizacijske pogače po koncu sušenja je eden najbolj kritičnih parametrov kakovosti produkta pri pripravi liofili- zatov, ki vpliva na uporabnost končnega izdelka. Nepravil- nosti v izgledu liofilizacijske pogače so nezaželene pred- vsem z vidika uporabnika, ki jih lah ko poveže s slabšo kakovostjo produkta. Vendar pa je pomembno ločiti med kolapsom kot »kozmetično« nepravilnostjo in kolapsom, ki vpliva neposredno na kakovost, varnost in učinkovitost zdravila (10). Na pojav kolapsa v veliki meri vplivamo z izbiro ustreznih temperature in h itrosti zamrzovanja ter tem- perature in tlaka sušenja, kar je še posebej pomembno pri sušenju formulacij s proteini. Najpogostejše nepravilnosti liofilizacijske pogače, ki v večini primerov ne pomenijo neu- streznosti izdelka, so skrčenje in manjše pokanje liofiliza- cijske pogače, t. i. meglenje notranje stene vial, penjenje vzorca ter pojav vulkana kot posledica dviga manjše koli- čine pogače (slika 4). 3.2 UPORABA PROCESNO-ANALIZNIh TEhNOLOGIJ IN MODELIRANJA NA PODROČJU LIOFILIZACIJE K optimizaciji ciklov danes močno pripomore uporaba sod- obnih orodij procesno-analiznih teh nologij (PAT), ki omo- gočajo vpeljavo koncepta načrtovanja kakovostnih izdelkov in procesov »Quality by Design« (QbD). QbD predstavlja novo paradigmo, katere cilj je vgrajevanje kakovosti v pro- ces in proizvod, ki temelji na predh odni identifikaciji ključnih značilnosti izdelka in kritičnih procesnih parametrov (19). Cilj uvedbe QbD je sistematičen pristop k razvoju proizvoda in procesa, njunemu razumevanju in vzpostavitvi procesne kontrole, z namenom pridobivanja kakovostnih proizvodov (20). Pri uvedbi QbD si lah ko pomagamo s t. i. diagramom Ish ikawa, kjer definiramo glavni problem in parametre, ki vplivajo na definirani problem (slika 5). S pojavom PAT so se pojavile stroge regulatorne zah teve glede vpeljave teh orodij v farmacevtsko industrijo, kljub temu pa so tovrstna orodja že del vsakodnevnega proiz- vodnega procesa farmacevtskih izdelkov (21). Tako so se orodja PAT pojavila tudi na področju sušenja z zamrzova- njem. Sistem TEMPRIS (temperature remote interrogation sy- stem) sestavlja 8 do 16 temperaturnih senzorjev, ki jih vsta- vimo neposredno v vzorce v vialah (slika 6a). Senzorji preko oddajnika pošiljajo signal do sprejemne enote, ki signal pretvori v temperaturno vrednost. Slednja se z uporabo ustrezne programske opreme izpiše na računalniku, ki je povezan z liofilizatorjem. Sistem tako omogoča stalen nad- zor nad Tp med sušenjem (22). Sistem TrackSense Pro je v osnovi podoben sistemu TEMPRIS, le da senzorje napaja baterija (slika 6b). Sistem ne omogoča sprotnega prikaza temperature, ampak se podatki h ranijo in so dostopni šele po koncu procesa (23). Manometrično določanje temperature (MTM, manometric temperature measurement) predstavlja neinvazivno teh no- logijo, kjer z razliko od prejšnjih dveh sistemov ne pose- gamo neposredno v vzorce. Sistem uporabljajo za sprem- ljanje kritičnih lastnosti produktov in procesa sušenja za celotno serijo sušenih vzorcev. MTM temelji na periodičnem dvigovanju tlaka znotraj komore, ki je med meritvijo izolirana od kondenzatorja. Dvig tlaka v komori popišemo z uporabo MTM-enačbe, ki na podlagi toplotnega in masnega pre- nosa posredno preko parnega tlaka ledu in upornosti trdne plasti proti toku vodne pare omogoča določitev najpo- membnejših parametrov produkta in procesa, kot so h itrost sublimacije, temperatura produkta, debelina suh e snovi in koeficient prenosa toplote. V primerih , ko je MTM sklopljen s programsko opremo SMART TM , je omogočena nepo- sredna optimizacija primarnega sušenja, preko predh odno izbranih zah tev operaterja in dejanske povratne informacije o izdelku med merjenjem (23). Uporaba spektroskopskih teh nik (sonde NIR in RAMAN) med procesom sušenja predstavlja neinvazivno in nede- Slika 4: Nepravilnosti v izgledu liofilizacijske pogače: skrčenje pogače (a), popokanje pogače (b), meglenje vzorca (c), penjenje vzorca (d) in vulkan (e). Prirejeno po 10. Figure 4: Irregularities in cake appearance: cake shrinkage (a), cake cracking (b), fogging (c), foaming (d) and volcano (e). Adapted after 10. 164 POMEN LIOFILIZACIJE V FARMACIJI farm vestn 2021; 72 struktivno »in line« metodo. Postavitev sond v sušilno ko- moro omogoča neprestano spremljanje poteka procesa in nadzor nad spremembami v vzorcih . Podatki se ves čas sh ranjujejo in v določenih časovnih intervalih izpisujejo v obliki spektrov. Z uporabo sond lah ko dobimo podatke o poteku kristalizacije znotraj vzorcev, iz česar lah ko skle- pamo o koncu faze zamrzovanja. Prav tako lah ko sprem- ljamo potek sublimacije in določimo končno točko primar- nega sušenja, obenem pa nam sondi omogočata detekcijo vsebnosti vlage v produktih , kar je pomemben podatek pri določanju časa sekundarnega sušenja (25). Trenutno je najpogosteje uporabljan sistem TDLAS, ki deluje na prin- cipu bližnje IR-spektroskopije. LyoTrack predstavlja senzor za določanje vlage oz. količine vodne pare v sušilni komori. Največkrat ga uporabljamo za določanje konca primarnega sušenja, kar senzor zazna kot zmanjšanje deleža vodne pare. Programska oprema omogoča izrisovanje proces- nega grafa, kjer spremljamo delež vlage v komori v odvis- nosti od temperature in časa (24). Modeliranje pri liofilizaciji zmanjša število poskusov po prin- cipu »poskusi in napake«, kar vodi v povišanje stroškov procesa. S sistemom načrtovanja eksperimentov (DoE, design of experiments) ugotovimo vpliv in interakcije med različnimi faktorji, ki temeljijo na povezavi kritičnih lastnosti vh odnih surovin (CMA), kritičnih procesnih parametrov (CPP) in kritičnih lastnosti kakovosti liofilizatov (CQA). Pri tem lah ko v ospredje postavimo modeliranje same formu- Slika 5: Diagram Ishikawa, ki opredeljuje bistvene parametre, ki vplivajo na proces liofilizacije. Prirejeno po: http://file.scirp.org/Html/1- 4600131_63220.htm. Tg’ – temperatura steklastega prehoda maksimalno koncentrirane zamrznjene raztopine; Teu – temperatura tališča evtektika; Tc – temperatura kolapsa; Tg – temperatura steklastega prehoda. Figure 5: Ishikawa diagram defining the main parameters influencing the lyophilisation process. Adapted after: http://file.scirp.org/Html/1- 4600131_63220.htm. Tg´ – glass transition temperature of the maximally freeze-concentrated solution; Teu – eutetic temperature; Tc – collapse temperatre; Tg – glass transition temperature. Slika 6: Senzor TEMPRIS za nadzor temperature (a) in senzor TrackSense Pro (b). Prirejeno po: https://www.tempris.com/; http://www.ellab.com/products/find-the-right-data- logger/tracksense-pro Figure 6: TEMPRIS sensor for temperature monitoring (a) and TrackSense Pro sensor (b). Adapted after: https://www.tempris.com/; http://www.ellab.com/products/find- the-right-data-logger/tracksense-pro. 165 farm vestn 2021; 72 PREGLEDNI ZNANSTVENI ČLANKI lacije oz. procesa. V literaturi najpogosteje najdemo mo- deliranje faze primarnega sušenja. V okviru slednjega po- sledično definiramo eksperimentalni prostor, pri čemer mo- deliranje najpogosteje temelji na teoriji koeficienta prenosa toplote in upornosti prenosa mase (19, 25). 4 SKLEP Proizvodnja bioloških zdravil predstavlja enega najzah tev- nejših postopkov, ki je sestavljen iz množice zaporednih korakov in katerega glavni cilj je priprava varnega, kako- vostnega in učinkovitega zdravila. Liofilizacija je metoda izbora pri sušenju raztopin termolabilnih zdravilnih učinko- vin, med katere uvrščamo tudi proteinske molekule. V izo- gib visokim stroškom liofilizacije so trendi na tem področju usmerjeni v iskanje rešitev za optimizacijo stroškov procesa, pri čemer novost predstavlja agresivno sušenje, torej su- šenje nad kritičnimi temperaturami produkta, brez vpliva na izgled liofilizata in stabilnost zdravilne učinkovine. Večjo ekonomičnost procesa danes omogočajo tudi številna orodja PAT, ki zagotavljajo ustrezno kakovost liofiliziranih produktov ter implementacija sodobnih matematičnih mo- delov za vrednotenje sočasnega vpliva več faktorjev, ki vse bolj nadomeščajo številne empirične ponovitve eksperi- mentalnih poskusov. 5 LITERATURA 1. Kasper JC, Winter G, Friess W. Recent advances and further challenges in lyophilization. Eur J Pharm Biopharm. 2013;85:162-9. 2. Urquhart L. Top drugs and companies by sales in 2018. Nat Rev Drug Discov 2019; 18:245. 3. Štrukelj B. Razvoj, delitev in vloga bioloških zdravil. In: Štrukelj B, Kos J, editors. Biološka zdravila: od gena do učinkovine. Ljubljana: Slovensko farmacevtsko društvo; 2007. p. 3-24. 4. Kocbek P . Od klasičnih do sodobnih dostavnih sistemov za biofarmacevtike. In: Kočevar Glavač N, Zvonar A, editors. Biološka zdravila. Ljubljana: Univerza v Ljubljani, Fakulteta za farmacijo; 2015. p. 51-64. 5. Fjokjaer S, Otzen DE. Protein drug stability: A formulation challenge. Nat Rev Drug Discov. 2005;4:298-306. 6. Kasper JK, Friess W. The freezing step in lyophilization: Physico-chemical fundamentals, freezing methods and consequences on process performance and quality attributes of biopharmaceuticals. Eur J Pharm Biopharm. 2011;78:248-63. 7. Searles JA, Carpenter JF, Randolph TW. Annealing to optimize the primary drying rate, reduce freezing-induced drying rate heterogeneity, and determine T(g)' in pharmaceutical lyophilization. J Pharm Sci. 2001;90:872-87. 8. Connolly BD, Le L, Patapoff TW, Cromwell MEM, Moore JMR, Lam P . Protein Aggregation in Frozen Trehalose Formulations: Effects of Composition, Cooling Rate, and Storage Temperature. J Pharm Sci. 2015;104:4170-84. 9. Sp scientific. Basic Principles of Freeze Drying [Internet]. Stone Ridge, NY: Sp scientific, 2009 [updated 2020 June 5; cited 2020 June 15]. Available from: https://www.spscientific.com/freeze-drying-lyophilization-basics 10. Patel SM, Nail SL, Pikal MJ, Geidobler R, Winter G, Hawe A, Davagnino J, Gupta SR. Lyophilized Drug Product Cake Appearance: What Is Acceptable? J Pharm Sci. 2017;106:1706-21. 11. Wang DQ, Hey JM, Nail SL. Effect of collapse on the stability of freeze-dried recombinant factor VIII and alpha-amylase. J Pharm Sci. 2004;93:1253-63. 12. Depaz RA, Pansare S, Patel SM. Freeze-Drying Above the Glass Transition Temperature in Amorphous Protein Formulations While Maintaining Product Quality and Improving Process Efficiency. J Pharm Sci. 2016;105:40-9. 13. Bjelošević M, Bolko Seljak K, Trstenjak U, Logar M, Brus B, Ahlin Grabnar P . Aggressive conditions during primary drying as a contemporary approach to optimise freeze-drying cycles of biopharmaceuticals. J Pharm Sci. 2018;122:292-302. 14. Johnson R, Lewis L. Freeze-Drying Protein Formulations above their Collapse Temperatures: Possible Issues and Concerns. American Pharmaceutical Review. 2011;14:50-4. 15. Tang X, Pikal MJ. Design of freeze-drying processes for pharmaceuticals: practical advice. Pharm Res. 2004;21: 191- 200. 16. Remmele RL, Krishnan S, Callahan WJ. Development of stable lyophilized protein drug products. Curr Pharm Biotechnol. 2012;13:471-96. 17. Bjelošević M, Zvonar Pobirk A, Planinšek O, Ahlin Grabnar P . Excipients in freeze-dried biopharmaceuticals: Contributions toward formulation stability and lyophilisation cycle optimisation. Int J Pharm. 2020;576. 18. Smith G, Arshad MS, Polygalov E, Ermolina I. Through-vial impedance spectroscopy of the mechanisms of annealing in the freeze-drying of maltodextrin: the impact of annealing hold time and temperature on the primary drying rate. J Pharm Sci. 2014;103:1799-810. 19. Koganti VR, Shalaev EY, Berry MR, Osterberg T, Youssef M, Hiebert DN, Kanka FA, Nolan M, Barrett R, Scalzo G, Fitzpatrick G, Fitzgibbon N, Luthra S, Zhang L. Investigation of design space for freeze-drying: use of modeling for primary drying segment of a freeze-drying cycle. Pharm Sci Tech. 2011; 12:854-61. 20. Yu LX. Pharmaceutical quality by design: product and process development, understanding, and control. Pharm Res. 2008;25:781-91. 21. U.S. Food and Drug Administration. Guidance for Industry PAT — A Framework for Innovative Pharmaceutical Development, Manufacturing, and Quality Assurance. [Internet]. Rockville: U.S. Department of Health and Human Services, Food and Drug Administration, Center for Drug Evaluation and Research (CDER), Center for Veterinary Medicine (CVM), Office of Regulatory Affairs (ORA), 2004 [cited 2020 June 20]. Available from: https://www.fda.gov/downloads/drugs/guidances/ucm070305. pdf 166 POMEN LIOFILIZACIJE V FARMACIJI farm vestn 2021; 72 22. Schneid S. Investigation of Novel Process Analytical Technology (PAT) Tools for Use in Freeze-Drying Processes. Doktorsko delo. Nürnberg: der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen- Nürnberg, 2009. 23. Gieseler H, Kramer T, Pikal MJ. Use of manometric temperature measurement (MTM) and SMART freeze dryer technology for development of an optimized freeze-drying cycle. J Pharm Sci. 2007;96:3402-18. 24. De Beer TR, Vercruysse P , Burggraeve A, Quinten T, Ouyang J, Zhang X, Vervaet C, Remon JP , Baeyens WR. In-line and real- time process monitoring of a freeze drying process using Raman and NIR spectroscopy as complementary process analytical technology (PAT) tools. J Pharm Sci. 2009;98:3430- 46. 25. Preskar M, Videc D, Vrečer F, Gašperlin M. Investigation of design space for freeze-drying injectable ibuprofen using response surface methodology. Acta Pharm. 2021; 71:81-98.