In de farmaceutische industrie is wateractiviteit (aw) een kwaliteitsparameter die tot voor kort niet de aandacht kreeg die het verdient. Echter, met de introductie van de USP 922 Wateractiviteit methode begint deze parameter nu steeds meer belangstelling te trekken. Wateractiviteit wordt in de voedingsindustrie al breed gebruikt om zowel de productveiligheid als de kwaliteit te controleren. Voor de farmaceutische industrie is wateractiviteit net zo effectief gebleken, maar het is nog niet volledig geïntegreerd in een programma voor de vrijgave van medicijnen. Hoewel USP 1112, een informatief hoofdstuk over het gebruik van wateractiviteit in de farmaceutische industrie, al sinds 2006 gepubliceerd is, bevatte het geen SOP (Standard Operating Procedure) of richtlijnen voor validatie. Om dit te verhelpen, heeft de USP de USP 922 Wateractiviteit ontwikkeld als een officiële methode voor het meten van wateractiviteit. Dit zal hopelijk de implementatie van wateractiviteit als integraal onderdeel van kwaliteitsprogramma's in de farmaceutische industrie verder vergemakkelijken.
Zowel USP 922 als USP 1112 benadrukken de potentiële toepassingen van wateractiviteit, waaronder stabiliteitscontrole, preventie van microbiële risico’s, geoptimaliseerde formulering, vermindering van klonteren en samenklonteren, en controle van vochtmigratie. Dit heeft belangrijke voordelen voor de productkwaliteit, waaronder minder klachten van consumenten, groter vertrouwen, een hogere productieoutput met als gevolg betere producten voor de consument, en grotere winsten voor de fabrikant. Kortom, wateractiviteit is een krachtige en vaak essentiële kwaliteitsparameter voor farmaceutische producten.
USP 922 Wateractiviteit: De Eerste Officiële Methode
Met de introductie van de USP 922 Wateractiviteit is er nu een officieel gepubliceerde methode voor het bepalen van wateractiviteit in farmaceutische producten. De methode omvat een korte theoretische achtergrondverklaring, beschrijft de beste praktijken voor het meten van wateractiviteit en geeft een overzicht van mogelijke toepassingen voor wateractiviteit in farmaceutische producten.
USP 922 gaat verder dan de toepassingssuggesties van USP 1112 en omvat onder andere:
- Het selecteren van procescondities voor het isoleren van ingrediënten en het produceren van producten om de wateractiviteit onder de kritische drempel te houden om thermodynamische controle over de gewenste vaste vorm te verkrijgen (bijvoorbeeld hydraat versus anhydraat).
- Het selecteren van hulpstoffen waarvan de wateractiviteit invloed kan hebben op hun materiaalstroming, compressie-eigenschappen, hardheid en prestatiekenmerken (bijvoorbeeld desintegratie en oplosbaarheid) van toedieningsvormen.
- Het optimaliseren van processen voor het drogen in een gefluïdiseerd bed.
- Het verminderen van de afbraak van actieve ingrediënten binnen productformuleringen (bijvoorbeeld die gevoelig zijn voor chemische hydrolyse).
- Het vaststellen van het beschermingsniveau van productformuleringen tegen vocht door primaire verpakkingsmaterialen gedurende hun houdbaarheid.
- Het optimaliseren van de houdbaarheid van probiotica.
- Het bieden van een aanvullende methode voor het monitoren van veranderingen in het watergehalte.
- Het controleren en monitoren van de stabiliteit van producten op fysiek, chemisch en microbiologisch vlak.
- Het optimaliseren van formuleringen om de antimicrobiële effectiviteit van conserveringssystemen te verbeteren.
- Het verminderen van de gevoeligheid van formuleringen voor microbiële besmetting.
Wateractiviteit voor Kristallijne Hulpstoffen
Hulpstoffen hebben vele functies in farmaceutische vaste doseringsproducten, waaronder het fungeren als vulstoffen en het beschermen van de actieve farmaceutische ingrediënten (API). Typisch gezien hebben deze hulpstoffen een kristallijne of amorfe structuur. Voor kristallijne hulpstoffen kan de toevoeging of het verlies van water van hydratatie of deliquescentie leiden tot ongewenste veranderingen in de productkwaliteit, zoals wijziging van oplosbaarheid of vermindering van de werkzaamheid van de API.
Kritieke Wateractiviteit voor Amorfe Hulpstoffen
Amorfe hulpstoffen bevinden zich doorgaans in een laagvochtige en meta-stabiele glastoestand. Hun vermogen om het actieve farmaceutische ingrediënt (API) in vaste farmaceutische producten te beschermen, is sterk afhankelijk van het behouden van deze glastoestand gedurende de levensduur van het product. Een overgang van de glastoestand van de hulpstofmatrix naar de rubberachtige toestand, die bekendstaat als een glasovergang, kan leiden tot structurele instorting, verhoogde beweeglijkheid, veranderingen in oplosbaarheid en een grotere gevoeligheid voor klontering en kristallisatie. Hierdoor zal het product niet goed vloeien, samendrukken of tabletteren, en kan de oplossing mogelijk te vroeg optreden. Een glasovergang kan worden geïnduceerd door een verandering in temperatuur of een verandering in wateractiviteit.
Wateractiviteit en Microbiële Veiligheid
Micro-organismen hebben toegang tot water met voldoende energie nodig om water in de cel te kunnen verplaatsen. Dit water is essentieel voor het handhaven van de turgordruk en normale metabolische activiteit. De energie van het water rondom het micro-organisme wordt beschreven door de wateractiviteit, en om water in het micro-organisme te laten bewegen, moet de interne wateractiviteit van het organisme lager zijn dan de wateractiviteit in zijn omgeving. Wanneer een micro-organisme in contact komt met een omgeving met een lagere wateractiviteit dan zijn interne wateractiviteit, verlaat het water de cel, waardoor de turgordruk daalt en de metabolische activiteit stopt. Daarom moeten alle inspanningen om controlelimieten voor het risico van microbiële besmetting te bieden, en een bijbehorende vermindering van de tests voor microbiële limieten, gebaseerd zijn op metingen van wateractiviteit.
Wateractiviteit en Degradatie van Actieve Ingrediënten
De wateractiviteit van vaste farmaceutische doseringsvormen is typisch lager dan 0,70 aw, wat aangeeft dat microbiële groei niet waarschijnlijk is. Desalniettemin hebben producten in dit bereik geen onbeperkte houdbaarheid. Voor producten in het bereik van 0,40-0,70 aw is chemische degradatie van de API een sterke kandidaat voor de faalmodus omdat reactiesnelheden maximaal zijn. Over het algemeen nemen reactiesnelheden toe naarmate de wateractiviteit toeneemt, maar lipide-oxidatie is uniek omdat de reactiesnelheid ook toeneemt bij zeer lage wateractiviteit. De meest effectieve manier om te voorkomen dat deze reacties leiden tot aanzienlijk verlies van de API, is om ze te verwerken tot een lage wateractiviteit waarbij reacties tot een minimum worden beperkt en vervolgens de juiste hulpstof te kiezen die het beste in staat is om die wateractiviteit te behouden.
Wateractiviteit en Houdbaarheidstabiliteit
Wanneer chemische reacties die de API ineffectief maken de faalmodus vormen, zal de tijd die nodig is voor de reactie om zich te ontwikkelen tot het punt van onaanvaardbaarheid bij een bepaalde wateractiviteit en temperatuur de houdbaarheid van het product bepalen. Als de reactiesnelheden voor deze reacties bij verschillende opslagcondities worden bepaald, kan een voorspellend model worden gebruikt om de benodigde tijd te schatten voor de reactie om tot een onaanvaardbaar niveau te vorderen onder alle opslagomstandigheden. Hiervoor moet de voortgang van de reactie worden gevolgd met behulp van een bepaald type kwantitatieve beoordeling.
Bijhouden van Vochtverandering met Wateractiviteit
De wateractiviteit van een API kan tot onveilige niveaus stijgen door vochtmigratie in meervoudige componenten in farmaceutische producten, zoals capsules. Als de componenten verschillende wateractiviteiten hebben, zal water zich tussen de componenten verplaatsen, ongeacht hun vochtgehalte. Water beweegt van hoge wateractiviteit (energie) naar lage wateractiviteit en niet van hoog naar laag waterconcentratie. Vocht zal blijven bewegen tussen de componenten totdat een evenwichtige wateractiviteit is bereikt. Als de wateractiviteit van de API toeneemt, kan deze mogelijk tot een hoog genoeg niveau stijgen om de afbraak te versnellen. Om dit probleem te voorkomen, moeten de componenten worden ontworpen met dezelfde wateractiviteit.
USP 922 Wateractiviteit en Selectie van Verpakkingen
Zodra de ideale wateractiviteit is vastgesteld, is het van cruciaal belang dat het product tijdens transport en opslag die wateractiviteit behoudt. Veranderingen in wateractiviteit kunnen optreden als gevolg van blootstelling aan omgevingsluchtvochtigheid. Het plaatsen van het product in vochtbarrière-verpakkingen vertraagt de verandering in wateractiviteit. Het bepalen van de juiste verpakking om ongewenste veranderingen in wateractiviteit te voorkomen, is essentieel om de gewenste houdbaarheid van elk farmaceutisch product te waarborgen.
Meer informatie over onze AW meters? Neem dan nu contact met ons op!
