BRPI0706768B1 - método de liofilizar um material dentro de uma câmara de secagem por congelamento - Google Patents

Abstract

MÉTODO DE LIOFILIZAR UM MATERIAL, E, SISTEMA DE LIOFILIZAÇÃO. Sistema e método para liofilização ou secagem por congelamento são proporcionados. Durante a secagem por congelamento, o material ou a solução a ser congelado (a) é inicialmente trazido(a) para uma temperatura próxima ou abaixo de sua temperatura de congelamento cipós o qual a pressão na câmara de secador por congelamento é reduzida para induzir nucleação do material.

Description

Referência cruzada aos pedidos relacionados

[01] Este pedido reivindica prioridade ao pedido de patenteprovisório dos Estados Unidos de número de série 60/771.868 depositado aos 10 de fevereiro de 2006.

Campo da invenção

[02] A presente invenção refere-se a um processo de liofilização, emais particularmente, a um método de induzir nucleação de congelamento de um material no qual o material é inicialmente esfriado para uma temperatura abaixo de uma temperatura de transição de fase e subseqüentemente é despressurizado de modo a induzir nucleação de congelamento no material.

Fundamentos da invenção

[03] Controle do processo geralmente aleatório de nucleação noestágio de congelamento de um processo de liofilização ou de secagem por congelamento tanto para diminuir o tempo de processamento necessário para completar a secagem por congelamento quanto para aumentar a uniformidade do produto de frasco-para-frasco no produto acabado seria elevadamente desejável na arte. Em um típico processo de secagem por congelamento farmacêutico, múltiplos frascos contendo uma solução aquosa comum são posicionados sobre prateleiras que são esfriadas, geralmente em uma velocidade controlada, para temperaturas baixas. A solução aquosa em cada frasco é esfriada abaixo da temperatura termodinâmica de congelamento da solução e permanece em um estado líquido metaestável sub-esfriado até ocorrer nucleação.

[04] A faixa de temperaturas de nucleação através dos frascos édistribuída aleatoriamente entre uma temperatura próxima da temperatura termodinâmica de congelamento e algum valor significativamente (e.g., até cerca de 30°C) abaixo da temperatura termodinâmica de congelamento. Estadistribuição de temperaturas de nucleação causa variação de frasco-para- frasco na estrutura de cristal de gelo e finalmente nas propriedades físicas do produto liofilizado. Ademais, o estágio de secagem do processo de secagem por congelamento tem que ser excessivamente longo para acomodar a variedade de estruturas e tamanhos de cristais de gelo produzidos pelo fenômeno estocástico de nucleação natural.

[05] Aditivos têm sido usados para aumentar a temperatura denucleação de soluções sub-esfriadas. Estes aditivos podem tomar muitas formas. É bem sabido que certas bactérias (e.g., Pseudomonas syringae) sintetizam proteínas que ajudam a nucelar a formação de gelo em soluções aquosas sub-esfriadas. Quer as bactérias quer suas proteínas isoladas podem ser adicionadas nas soluções para aumentar a temperatura de nucleação. Vários aditivos inorgânicos também demonstram um efeito de nucleação; o mais comum de tais aditivos é iodeto de prata, Agi. Em geral, qualquer aditivo ou contaminante possui o potencial para servir como um agente de nucleação. Frascos de liofilização preparados em ambientes contendo níveis altos de particulado geralmente nuclearão e congelarão em um grau menor de sub-esfriamento do que frascos preparados em ambientes baixos em particulados.

[06] Todos os agentes de nucleação descritos acima são chamadosde “aditivos”, porque modificam a composição do meio no qual nucleiam uma transição de fase. Estes aditivos não são tipicamente aceitáveis para produtos farmacêuticos secos por congelamento aprovados e regulados pela FDA. Estes aditivos também não proporcionam controle sobre o tempo e a temperatura quando os fracos nucleiam e congelam. Em vez disso, os aditivos apenas operam para aumentar a temperatura de nucleação média dos frascos.

[07] Cristais de gelo podem atuar por si mesmos como agentes denucleação para formação de gelo em solução aquosa sub-esfriadas. No método de “névoa de gelo”, um secador por congelamento úmido é cheio comum gás frio para produzir uma suspensão de vapor de partículas pequenas de gelo. As partículas de gelo são transportadas para dentro de frascos e iniciam a nucleação quando contatam a interface de fluido.

[08] O método de “névoa de gelo” não controla a nucleação demúltiplos frascos simultaneamente em um tempo e uma temperatura controlados. Em outras palavras, o evento de nucleação não ocorre concorrentemente ou instantaneamente dentro de todos os frascos sob introdução de vapor frio dentro do secador por congelamento. Os cristais de gelo demorarão algum tempo para progredirem dentro de cada um dos frascos para iniciar a nucleação, e os tempos de transporte são provavelmente diferentes para os frascos em localizações diferentes dentro do secador por congelamento. Para secadores por congelamento industriais de escala grande, implementação do método de “névoa de gelo” requereria mudanças de projeto de sistema porque dispositivos de convecção interna são requeridos para auxiliarem com uma distribuição mais uniforme da “névoa de gelo” em todo o secador por congelamento. Quando as prateleiras do secador por congelamento são continuamente esfriadas, a diferença de tempo entre quando o primeiro frasco congela e o último frasco congela criará uma diferença de temperatura entre os frascos, que aumentará a não-uniformidade de frasco-para-frasco nos produtos secos por congelamento.

[09] Pré-tratamento de frasco por incisão, arranhadura, ou abrasãotambém tem sido usado para diminuir o grau de sub-esfriamento requerido para nucleação. Como com os outros métodos da arte anterior, pré-tratamento de frasco não diminui qualquer grau de controle sobre o tempo e a temperatura quando os frascos individuais nucleiam e congelam, mas em vez disso apenas aumenta a temperatura de nucleação média de todos os frascos.

[10] Vibração também tem sido usada para nuclear uma transiçãode fase, em um material metaestável. Vibração suficiente para induzir nucleação ocorre em freqüências acima de 10 kHz e pode ser produzia usandouma variedade de equipamentos. Muitas vezes vibrações nesta faixa de freqüência são chamadas de “ultra-sônicas”, embora freqüências na faixa de 10 kHz a 20 kHz estejam tipicamente dentro da faixa audível de humanos. Vibração ultra-sônica muitas vezes produz cavitação, ou a formação de pequenas bolhas de ar, em uma solução sub-esfriada. No regime de cavitação transiente ou interna, as bolhas de ar rapidamente crescem e colapsam, causando flutuações de temperatura e de pressão localizadas muito altas. A capacidade de vibração ultra-sônica para induzir nucleação em um material metaestável é muitas vezes atribuída aos distúrbios causados pela cavitação transiente. O outro regime de cavitação, chamado de estável ou não-inerte, é caracterizado por bolhas que exibem volume estável ou oscilações de forma sem colapso. Pedido de patente US 20020031577 Al descreve que vibração ultra-sônica pode induzir nucleação até mesmo no regime de cavitação estável, mas não é oferecida explicação do fenômeno. Pedido de Patente GB 2400901A também descreve que a possibilidade de causar cavitação, e como conseqüência nucleação, em uma solução usando vibrações com freqüências acima de 10 kHz pode ser aumentada pela redução da temperatura ambiente ao redor da solução ou dissolução de um fluido volátil na solução.

[11] Um método de eletrocongelamento também tem sido usado nopassado para induzir nucleação em líquidos sub-esfriados. Eletrocongelamento é geralmente realizado por liberação de campos elétricos relativamente altos (~1 V/nm) em uma maneira contínua ou pulsada entre eletrodos estreitamente espaçados imersos em uma solução ou um líquido sub-esfriada(o). Desvantagens associadas com um processo de eletrocongelamento em típicas aplicações de liofilização incluem a complexidade relativa e custo de implementação e de manutenção, particularmente para aplicações de liofilização usando múltiplos frascos ou recipientes. Também, eletrocongelamento não pode ser diretamente aplicado em soluções contendo espécies iônicas (e.g., NaCl).

[12] Recentemente, há estudos que examinam o conceito de‘congelamento de superfície induzido por vácuo’ (veja e.g., Patente U.S. de No. 6.684.524). Em tal ‘congelamento de superfície induzido por vácuo’ , frascos contendo uma solução aquosa estão localizados sobre uma prateleira de temperatura controlada em um secador por congelamento e mantidos inicialmente a cerca de 10 graus Celsius. A câmara de secagem por congelamento é então evacuada para pressão próxima de vácuo (e.g., 0,1 kPa) que causa congelamento da superfície das soluções aquosas para profundidades de uns poucos milímetros. Liberação subseqüente de vácuo e decréscimo da temperatura de prateleira abaixo do ponto e congelamento da solução permite crescimento de cristais de gelo da camada de superfície pré- congelada através do restante da solução. Uma desvantagem maior para implementar este processo de ‘congelamento de superfície induzido por vácuo’ em uma típica aplicação de liofilização é o risco alto de desgaseificação ou ebulição violenta da solução sob condições enunciadas.

[13] Controle melhorado do processo de nucleação pode permitirque congelamento de todos os frascos de solução farmacêutica não congelada em um secador por congelamento ocorra dentro de uma faixa mais estreita de temperatura e de tempo, dando deste modo um produto liofilizado com uniformidade maior de frasco-para-frasco. O controle de temperatura mínima de nucleação pode afetar a estrutura de cristal de gelo formada dentro do frasco e permitir um processo de secagem por congelamento grandemente acelerado.

[14] Portanto, existe uma necessidade para controlar o processoaleatório de nucleação em vários processos de congelamento incluindo o estágio de congelamento de um processo de liofilização ou de secagem por congelamento para ambos diminuir o tempo de processamento necessário para completar a secagem por congelamento e melhorar a uniformidade de produto de frasco-para-frasco no produto acabado. Portanto seria desejávelproporcionar um processo que possua algumas, ou preferivelmente todas, as características acima.

Sumário da invenção

[15] A presente invenção pode ser caracterizada como um métodode liofilização de um material compreendendo as etapas de: (i) esfriar o material em uma câmara em uma velocidade de esfriamento prescrita; (ii) diminuir a pressão dentro do secador de câmara para induzir nucleação de congelamento no material; (iii) adicionalmente esfriar o material nucleado para ou abaixo de uma temperatura final para congelar o material; e (iv) secar o material para produzir um produto seco possuindo solvente ou umidade reduzido(a).

[16] A invenção também pode ser caracterizada como um sistemade secador por congelamento compreendendo: uma câmara possuindo uma atmosfera gasosa controlada e uma ou mais prateleiras adaptadas para suportar um ou mais recipientes ou frascos de um material; um meio para controlar a temperatura das prateleiras dentro da câmara de modo a controlar a temperatura do material; um condensador acoplado na câmara e adaptado para remover qualquer solvente ou umidade da câmara; e um meio para controlar a pressão da câmara para rapidamente despressurizar a câmara para nuclear uma mudança de fase no material durante o congelamento e para manter uma pressão baixa durante a secagem.

Breve descrição dos desenhos

[17] Os acima e outros aspectos, características, e vantagens dapresente invenção serão mais evidentes a partir da seguinte descrição mais detalhada da mesma, apresentada conjuntamente com os seguintes desenhos, nos quais:Fig. 1 é um gráfico mostrando a plotagem de temperatura versus tempo de uma solução sofrendo um processo estocástico de congelamento e adicionalmente mostrando a faixa de temperaturas deHWnucleação da solução;Fig. 2 é um gráfico mostrando a plotagem de temperatura versus tempo de uma solução sofrendo um processo de congelamento equilibrado com nucleação despressurizada de acordo com os presentes métodos;Fig. 3 é um gráfico exibindo a plotagem de temperatura versus tempo de uma solução sofrendo um processo dinâmico de congelamento com nucleação despressurizada de acordo com os presentes métodos; eFig. 4 é uma representação esquemática de um sistema de liofilização de acordo com a presente invenção.

Descrição detalhada da invenção

[18] Nucleação é o início de uma transição de fase em uma regiãopequena de um material. Por exemplo, a transição de fase pode ser a formação de um cristal a partir de um líquido. O processo de cristalização (i.e., formação de cristais sólidos de uma solução) muitas vezes associado com congelamento de uma solução inicia com um evento de nucleação seguido por crescimento de cristal.

[19] No processo de cristalização, nucleação é a etapa na qualmoléculas selecionadas dispersadas na solução ou outro material começam a se juntar para criar agrupamentos na escala nanométrica de modo a se tomarem estáveis sob as condições de operação correntes. Estes agrupamentos estáveis constituem os núcleos. Os agrupamentos necessitam alcançar um tamanho crítico com o objetivo de se tomarem núcleos estáveis. Tal tamanho crítico é normalmente ditado pelas condições de operação tais como temperatura, contaminantes, grau de supersaturação, etc. e pode variar de uma amostra da solução para outra. E durante o evento de nucleação que os átomos na solução se arranjam em uma maneira periódica e definida que define a estrutura de cristal.

[20] Crescimento de cristal é o crescimento subsequente dosnúcleos que sucedem em alcançar o tamanho de agrupamento crítico. Dependendo das condições quer nucleação quer crescimento de cristal pode predominar sobre o outro(a), e como um resultado, são obtidos cristais com diferentes tamanhos e formas. Controle do tamanho e da forma de cristal constitui um dos principais desafios em manufatura industrial, tal como para fármacos.

[21] O presente método refere-se a um processo para controlar otempo e/ou a temperatura no(a) qual ocorre uma transição de fase nucleada em um material. Em aplicações de congelamento, a probabilidade que um material espontaneamente nucleará e começará a mudar de fase está relacionada com o grau de sub-esfriamento do material e a ausência ou presença de contaminantes, aditivos, estruturas, ou distúrbios que proporcionam, um sítio ou uma superfície para nucleação.

[22] A etapa de congelamento ou solidificação é particularmenteimportante no processo de secagem por congelamento onde técnicas existentes resultam em diferenças de temperatura de nucleação através de uma multitude de frascos ou recipientes. As diferenças de temperatura de nucleação tendem a produzir um produto não-uniforme e um tempo de secagem excessivamente longo. Os presentes métodos, por outro lado, proporcionam um grau maior de controle de processo em processos de solidificação em batelada (e.g., secagem por congelamento) e produzem um produto com propriedades e estrutura mais uniformes. Diferentes de algumas das técnicas da arte anterior para induzir nucleação, os presentes métodos requerem mínimas mudanças de equipamento e de operação para implementação.

[23] Em princípio, os presentes métodos podem ser aplicados aqualquer etapa de processamento de material que envolve uma transição de fase de nucleada. Exemplos de tais processos incluem o congelamento de um líquido, a cristalização de gelo de uma solução aquosa, a cristalização depolímeros e metais de massas fundidas, a cristalização de materiais inorgânicos de soluções supersaturadas, a cristalização de proteínas, a produção de neve artificial, a deposição de gelo a partir de vapor, o congelamento de alimento, a concentração por congelamento, a cristalização fracionada, a criopreservação, ou a condensação de vapores para líquidos. De um ponto de vista conceituai, os presentes métodos também podem ser aplicados para transições de fase tais como fusão e ebulição.

[24] O método presentemente descrito representa uma melhoria doscorrentes processos de liofilização farmacêutica. Por exemplo, dentro de um secador por congelamento industrial grande pode haver mais de 100.000 frascos contendo um produto farmacêutico que necessita ser congelado e seco. Prática corrente na indústria é esfriar a solução em um grau muito alto de modo que a solução dentro de todos os frascos ou recipientes dentro do secador por congelamento garantidamente se congele. O conteúdo de cada frasco ou recipiente, contudo, congela aleatoriamente sobre uma faixa de temperaturas abaixo do ponto de congelamento, porque o processo de nucleação é descontrolado.

[25] Voltando-se para as Figuras, e em particular para a Fig. 1, émostrada uma plotagem de temperatura versus tempo de seis frascos de uma solução aquosa sofrendo um processo estocástico de nucleação convencional mostrando a faixa típica de temperaturas de nucleação da solução dentro dos frascos (11, 12, 13, 14, 15, e 16). Como lá visto, os conteúdos do frasco possuem uma temperatura termodinâmica de congelamento de cerca de 0°C ainda a solução dentro de cada frasco naturalmente nucleia sobre a ampla faixa de temperatura de cerca de -7°C a -20°C ou mais, como realçado pela área 18. Plotagem 19 representa a temperatura de prateleira dentro da câmara de secagem por congelamento.

[26] Opostamente, Fig. 2 e Fig. 3 mostram plotagens detemperatura versus tempo de uma solução sofrendo um processo decongelamento com nucleação despressurizada de acordo com os presentes métodos. Em particular, Fig. 2 mostra a plotagem de temperatura versus tempo de seis frascos de uma solução aquosa sofrendo um processo de esfriamento equilibrado (veja Exemplo 2) com nucleação induzida via despressurização da câmara (21, 22, 23, 24, 25, e 26). Os conteúdos de frasco possuem uma temperatura termodinâmica de congelamento de cerca de 0°C ainda a solução dentro de cada frasco nucleia ao mesmo tempo sob despressurização dentro de uma faixa de temperatura muito estreita (i.e., -4°C a -5°C) como visto em área 28. Plotagem 29 representa a temperatura de prateleira dentro da câmara de secagem por congelamento e mostra um processo de congelamento equilibrado, um onde a temperatura das prateleiras é mantida mais ou menos estável antes da despressurização.

[27] Similarmente, Fig. 3 mostra a plotagem de temperatura versustempo de três frascos de uma solução aquosa sofrendo um processo de esfriamento dinâmico (veja Exemplo 7) com nucleação induzida via despressurização da câmara (31, 32, e 33). De novo, os conteúdos de frasco possuem uma temperatura termodinâmica de congelamento de cerca de 0°C ainda a solução dentro de cada frasco nucleia ao mesmo tempo sob despressurização em uma faixa de temperatura de cerca de -7°C a -10°C como visto em área 38. Plotagem 39 representa a temperatura de prateleira dentro da câmara de secagem por congelamento e geralmente mostra um processo dinâmico de esfriamento, um onde a temperatura das prateleiras é ativamente abaixada durante a ou antes da despressurização.

[28] Como ilustrado nas Figuras, os presentes métodosproporcionam controle melhorado do processo de nucleação pela permissão de que o congelamento de soluções farmacêuticas em um secador por congelamento ocorra dentro de uma faixa de temperatura mais estreita (e.g., cerca de 0°C a -10°C) e/ou concorrentemente, dando deste modo um produto liofilizado com uniformidade maior de frasco-para-frasco. Embora nãodemonstrado, é previsto que a faixa de temperatura de nucleação induzida possa até mesmo ser ligeiramente estendida acima da temperatura de transição de fase e também possa ser estendida para cerca de 40°C de sub-esfriamento.

[29] Outro benefício associado com os presentes métodos é quepelo controle da temperatura mínima de nucleação e/ou do tempo preciso de nucleação pode-se afetar a estrutura de cristal de gelo formada dentro de frascos ou recipientes congelados. A estrutura de cristal de gelo é uma variável que afeta o tempo que demora para o gelo sublimar. Assim, pelo controle da estrutura de cristal de gelo, é possível grandemente acelerar todo o processo de secagem por congelamento.

[30] Voltando-se agora para a Fig. 4, a unidade de secador porcongelamento (200) possui vários componentes principais mais sistemas auxiliares adicionais para realizar o ciclo de liofilização. Em particular, a unidade de secador por congelamento (200) inclui uma câmara de liofilização (202) que contém as prateleiras (204) adaptadas para suportarem frascos ou recipientes da solução a ser liofilizada (não mostrada). A solução a ser liofilizada é especialmente formulada e tipicamente contém o ingrediente ativo, um sistema solvente e vários agentes de estabilização ou outros aditivos ou veículos farmaceuticamente aceitáveis. Liofilização desta formulação ocorre de recipientes especializados localizados sobre prateleiras ocas. Estes recipientes podem incluir frascos com tampas, ampolas, seringas, ou, no caso de liofilização a granel, panelas.

[31] A unidade de secador por congelamento (200) ilustradatambém inclui um condensador (206) que está adaptado para remover o solvente sublimado e dessorvido da fase vapor por condensação ou congelamento da mesma como gelo para manter vácuo adequado dentro do secador por congelamento. O condensador (206) pode estar intemamente localizado na câmara de liofilização (202) ou como uma unidade externa separada em comunicação com a câmara de liofilização (202) através de umadenominada válvula de isolamento. A unidade de secador por congelamento (200) também preferivelmente inclui uma bomba de vácuo (208) operacionalmente acoplada no condensador (206) e adaptada para puxar um vácuo da câmara de liofilização (202) e condensador (206).

[32] O sistema de refrigeração criogênica (210) proporciona o meiode controle de temperatura para a unidade de secador por congelamento (200) por esfriamento de um fluido de transferência de calor prescrito que é circulado para as prateleiras (204) dentro da câmara de liofilização (202) e o condensador (206). Como ilustrado, o sistema de refrigeração criogênica (210) compreende uma fonte de criógeno (218), tal como nitrogênio líquido, um trocador de calor criogênico (220), e um circuito de fluido de transferência de calor (222), uma saída (224), um aquecedor (226) e bombas (227, 228).

[33] O trocador de calor criogênico (220) é preferivelmente umNCCOL™ Non-Freezing Cryogenic Heat Exchange System disponível na Praxair, Inc. Um aspecto importante do trocador de calor criogênico (220) é a vaporização do nitrogênio líquido dentro do ou interno ao trocador de calor em uma maneira que evita contato direto do nitrogênio líquido sobre superfícies de esfriamento expostas ao fluido de transferência de calor. Detalhes da estrutura e da operação de um tal trocador de calor podem ser encontrados em Patente U.S. de No. 5.937.656 (Cheng et al.) cuja descrição é aqui incorporada como referência.

[34] O circuito de fluido de transferência de calor (222) prescritoestá adaptado para circular um fluido de transferência de calor e está operacionalmente acoplado em ambos na câmara de liofilização (220) e no condensador (206). Mais especificamente, o fluido de transferência de calor circula dento das prateleiras ocas (204) dentro da câmara de liofilização (202) para precisamente comunicar o esfriamento ou o aquecimento através das prateleiras (204) com a solução conforme a necessidade. Em adição o fluidode transferência de calor prescrito também flui através do condensador (206) para proporcionar o meio de esfriamento necessário para sublimar o gelo e adicionalmente dessorver o solvente.

[35] Bomba (227) e aquecedor (226) estão dispostos ao longo docircuito de fluido de transferência de calor (222) a montante da câmara de liofilização (202) e a jusante do trocador de calor criogênico (220). A bomba (227) está dimensionada para mover o fluido de transferência de calor através do circuito de transferência de calor (226) nas vazões de fluxo requeridas. O aquecedor (226) é um aquecedor elétrico adaptado para proporcionar calor suplementar ao fluido de transferência de calor e à câmara de liofilização (202) conforme pode ser requerido durante os processos de secagem.

[36] Como visto na modalidade de Fig. 4, o condensador (206)também é esfriado por um fluido de transferência de calor de temperatura baixa de recirculação. Refrigeração do fluido de transferência de calor fluindo através do condensador (206) é também proporcionado por um trocador de calor criogênico (220). O trocador de calor criogênico (220) é capaz de esfriar o fluido de transferência de calor continuamente sem congelamento. Durante as fases de secagem, o trocador de calor criogênico (220) é ajustado ou adaptado para alcançar a temperatura mais baixa requerida para o condensador (206). Como descrito acima, o trocador de calor criogênico (220) pré-evapora nitrogênio líquido em um gás frio criogênico para transferência de calor para o fluido de transferência de calor. Através de pré-evaporação do nitrogênio líquido é garantido que o nitrogênio líquido não entre diretamente em ebulição sobre uma superfície de troca de calor onde o fluido de transferência de calor está disposto sobre o outro lado. Tal arranjo evita congelamento do trocador de calor criogênico (220) porque nitrogênio líquido entra em ebulição a cerca de -195 graus Centígrados na pressão atmosférica.

[37] A modalidade ilustrada de Fig. 4 também inclui um meio paracontrolar a atmosfera gasosa da câmara de liofilização (250), e em particularas pressão e composição gasosa dentro da câmara (202). Controle da pressão da câmara (202) permite a pressurização e a despressurização rápida da câmara para induzir nucleação da solução. A modalidade descrita preferivelmente usa uma ou mais válvulas de controle de fluxo (252) controladamente adaptadas para facilitar a introdução de uma atmosfera gasosa pressurizada na câmara (202) de uma fonte de gás (não mostrada) e para despressurizar a câmara por liberação da atmosfera gasosa pressurizada para fora da câmara (202) em uma maneira controlada e preferivelmente rápida para deste modo induzir a nucleação da solução dentro de vários frascos ou recipientes.

[38] Embora não mostrados, a unidade de secador porcongelamento (200) também inclui vários sistemas de programa de computador e computador de controle adaptados para comandarem e coordenarem as várias partes do equipamento de secagem por congelamento, e realizarem o ciclo de liofilização pré-programado. Os vários sistemas de programa de computador e computador de controle também podem proporcionar documentação, registro de dados, alarmes, e também capacidades de segurança de sistema. Em adição, sistemas auxiliares para a unidade de secador por congelamento (200) podem incluir vários subsistemas para limpar e esterilizar a câmara de liofilização (202), auto-carregar e descarregar o produto na câmara de liofilização (202); e acessórios de sistema criogênico associados tais como planos inclinados de refrigeração, tanques de nitrogênio líquido, tubulação, válvulas, sensores, etc.

[39] Em um sentido amplo, os métodos presentemente descritospara induzir nucleação de uma transição de fase dentro de um material compreendem as etapas de: (i) esfriar o material para uma temperatura próxima ou abaixo de uma temperatura de transição de fase do material; e (ii) rapidamente diminuir a pressão para induzir nucleação de uma transição de fase no material. Cada uma destas etapas importantes será discutida com maisdetalha abaixo.

ETAPA 1 - ESFRIAR O MATERIAL

[40] Materiais ilustrativos úteis no presente método incluemsubstâncias puras, gases, suspensões, geles, líquidos, soluções, misturas, ou componentes dentro de uma solução ou mistura. Materiais adequados para uso no presente método incluem, por exemplo, materiais farmacêuticos, materiais bioquímicos, gêneros alimentícios, materiais químicos, e podem incluir produtos tais como produtos para o cuidado de ferimentos, cosméticos, produtos veterinários e produtos relacionados com diagnóstico in vivo / in vitro e semelhantes. Quando o material é um líquido, pode ser desejável dissolver gases no líquido. Líquidos em um ambiente de gás controlado geralmente possuirão gases dissolvidos neles.

[41] Outros materiais ilustrativos úteis no presente método incluemmaterial biológico ou biofarmacêutico tal como tecidos, órgãos e estruturas multicelulares. Para certas aplicações biológicas e farmacêuticas, o material pode ser uma solução ou mistura que inclui: vírus vivos ou atenuados; ácidos nucleicos; anticorpos monoclonais; anticorpos policlonais; biomoléculas; análogos de não-peptídeo; peptídeos, incluindo polipeptídeos, miméticos de peptídeo e peptídeos modificados; proteínas, incluindo proteínas de fusão e modificadas; RNA, DNA e suas subclasses; oligonucleotídeos; partículas virais; e similares tais como seus materiais ou componentes.

[42] Soluções biofarmacêuticas ou farmacêuticas contidas emfrascos ou recipientes para secagem por congelamento seriam um bom exemplo de um material que se beneficiaria do presente método. As soluções são em sua maior parte água e são substancialmente incompressíveis. Tais soluções biofarmacêuticas ou farmacêuticas também são elevadamente puras e geralmente estão livres de particulados que podem formar sítios para nucleação. Temperatura de nucleação uniforme é importante para criar uma estrutura de cristal de gele consistente e uniforme de frasco para frasco ou de recipiente para recipiente. A estrutura de cristal de gelo desenvolvida também afeta enormemente o tempo requerido para secar.

[43] Como aplicado a um processo de secagem por congelamento,o material é preferivelmente posicionado dentro de uma câmara, tal como uma câmara de secagem por congelamento. Preferivelmente, a câmara é configurada de modo a permitir o controle das temperatura, pressão, e atmosfera gasosa dentro da câmara. A atmosfera gasosa pode incluir, mas não é limitada a: argônio, nitrogênio, hélio, ar, vapor de água, oxigênio, dióxido de carbono, monóxido de carbono, óxido nitroso, óxido nítrico, neônio, xenônio, criptônio, metano, hidrogênio, propano, butano, e semelhantes, incluindo suas misturas permissíveis. A atmosfera gasosa compreende um gás inerte, tal como argônio, em uma pressão relativa entre cerca de 48 kPa e cerca de 345 kPa ou maior. Temperaturas dentro da câmara de secador por congelamento são muitas vezes ditadas pelo processo de secagem por congelamento e são facilmente controladas via o uso de um fluido de transferência de calor que esfria ou aquece as prateleira dentro da câmara para conduzir a temperatura dos frascos ou recipientes e do material dentro de cada frasco ou recipiente.

[44] De acordo com os presentes métodos, o material é esfriadopara uma temperatura próxima de ou abaixo de sua temperatura de transição de fase. No caso de uma solução aquosa sofrendo um processo de secagem por congelamento, a temperatura de transição de fase é o ponto de congelamento termodinâmico da solução. Onde a solução alcança temperaturas abaixo do ponto de congelamento termodinâmico da solução, é dito que está sub-esfriado. Quando aplicado a um processo de congelamento de uma solução aquosa, o presente método é efetivo quando o grau de sub- esfriamento varia de próximo ou abaixo da temperatura de transição de fase para até cerca de 40°C de sub-esfriamento, e mais preferivelmente de entre cerca de 3°C de sub-esfriamento e 10°C de sub-esfriamento. Em alguns dosexemplos descritos abaixo, o presente método de induzir nucleação funciona desejavelmente até mesmo onde a solução possui apenas cerca de 1°C de sub- esfriamento abaixo de seu ponto de congelamento termodinâmico.

[45] Onde material está pelo menos abaixo de sua temperatura detransição de fase, é muitas vezes preferido estar em um estado metaestável. Um estado metaestável é um estado instável e transiente, mas de vida relativamente longa, de um sistema químico ou biológico. Um material metaestável temporariamente existe em uma fase ou estado que não é sua fase ou estado de equilíbrio. Na ausência de quaisquer mudanças no material ou seu ambiente, um material metaestável eventualmente apresentará transição de seu estado de não-equilíbrio para seu estado de equilíbrio. Materiais metaestáveis ilustrativos incluem soluções super-saturadas e líquidos sub- esfriados.

[46] Um exemplo típico de um material metaestável seria águalíquida em pressão atmosférica e uma temperatura de -10°C. Com um ponto de congelamento normal de 0°C, água líquida não deve existir termodinamicamente nestas temperatura e pressão, mas pode existir na ausência de uma estrutura ou evento de nucleação para iniciar o processo de cristalização de gelo. Agua extremamente pura pode ser esfriada para temperaturas muito baixas (-30°C a -40°C) na pressão atmosférica e ainda permanecer no estado líquido. Tal água sub-esfriada está em um estado termodinamicamente metaestável não-equilibrado. Apenas falta um evento de nucleação para causar o início da transição de fase por meio da qual ela retomará para o equilíbrio.

[47] Como discutido acima, os presentes métodos de induzirnucleação de uma transição de fase dentro de um material ou congelamento de um material podem ser utilizados com vários perfis de esfriamento, incluindo, por exemplo, um ambiente de esfriamento equilibrado ou um ambiente de esfriamento dinâmico (veja Figs. 2 e 3).

ETAPA 2 - RAPIDAMENTE DECRESCER A PRESSÃO

[48] Quando o material tem alcançado a temperatura desejadapróxima da ou abaixo da temperatura de transição de fase, a câmara é rápida ou subitamente despressurizada. Esta despressurização ativa a nucleação e transição de fase da solução dentro dos frascos ou recipientes. Na modalidade preferida, despressurização de câmara está acompanhada pela abertura ou abertura parcial de uma válvula de controle grande que separa a câmara de pressão alta da câmara ou ambiente de pressão ambiente ou em uma pressão menor. A pressão elevada é rapidamente abaixada pelo fluxo de massa da atmosfera gasosa para fora da câmara. A despressurização necessita ser bastante rápida para induzir a nucleação. A despressurização deve ser acabada em vários segundos ou menos, preferivelmente 40 segundos ou menos, mais preferivelmente 20 segundos ou menos, e muito mais preferivelmente 10 segundos ou menos.

[49] Em típicas aplicações de secagem por congelamento, adiferença de pressão entre a pressão inicial da câmara e a pressão final da câmara, após despressurização, deve ser maior do que cerca de 48 kPa, embora quedas de pressão menores possam induzir nucleação em algumas situações. Secadores por congelamento comerciais podem em sua maioria acomodar prontamente a faixa de quedas de pressão necessárias para controlar nucleação. Muitos secadores por congelamento são projetados com classificações de pressão relativa em excesso de 172 kPa para suportarem os procedimentos de esterilização convencionais empregando vapor de água saturado a 121°C. Tais classificações de equipamento proporcionam uma janela ampla para induzir nucleação seguindo protocolos que despressurizam de pressões iniciais acima da temperatura ambiente ou pressão ambiental no ambiente circundante imediato. A pressão elevada e a subsequente despressurização podem ser alcançadas através de qualquer meio conhecido (e.g., pneumático, hidráulico, ou mecânico). Nas modalidades preferidas,pressões operacionais para os presentes métodos devem permanecer abaixo da pressão supercrítica de qualquer gás aplicado, e sujeição do material a pressões extremamente baixas (i.e., cerca de 1,3 Pa ou menor) deve ser evitada durante a nucleação do material.

[50] Embora não haja o desejo de se basear em qualquermecanismo particular, um possível mecanismo para explicar a nucleação observada na prática do presente método é que gases em solução no material saem da solução sob despressurização e formam bolhas que nucleiam o material. Uma pressão inicial elevada aumenta a concentração de gás dissolvido na solução. O decréscimo rápido em pressão após esfriamento reduz a solubilidade de gás, e a liberação subseqüente de gás da solução sub- esfriada ativa a nucleação da transição de fase.

[51] Outro possível mecanismo é que o decréscimo de temperaturado gás próximo do material durante despressurização causa um ponto frio sobre a superfície do material que inicia a nucleação. Outro mecanismo possível é que a despressurização causa evaporação de um pouco de líquido no material e o esfriamento resultante do processo de evaporação endotérmica pode iniciar a nucleação. Outro possível mecanismo é que o gás frio despressurizado próximo do material congela um pouco de vapor quer em equilíbrio com o material antes da despressurização quer liberado do material por vaporização durante a despressurização; as partículas sólidas resultantes reentram no material e atuam como sementes ou superfícies para iniciar a nucleação. Um ou mais destes mecanismos pode contribuir para a iniciação da nucleação de congelamento ou solidificação em extensões diferentes dependendo da natureza do material, de seu ambiente e da transição de fase sendo nucleada.

[52] O processo pode ser realizado inteiramente em uma pressãomaior do que a pressão ambiente ou sobre uma faixa de pressões abarcando a pressão ambiente. Por exemplo, pressão inicial da câmara pode estar acima dapressão ambiente e a pressão final da câmara, após a despressurização, pode estar acima da pressão ambiente mas menor do que a pressão inicial da câmara; a pressão inicial da câmara pode estar acima da pressão ambiente e a pressão final da câmara, após a despressurização, pode estar ao redor da pressão ambiente ou ligeiramente abaixo da pressão ambiente.

[53] Também é crido que a velocidade e a magnitude da queda depressão são um aspecto importante dos presentes métodos. Experimentos têm mostrado que a nucleação será induzida onde a queda de pressão (ΔP) é maior do que cerca de 48 kPa. Altemativamente, a magnitude da queda de pressão pode ser expressada como uma razão de pressões absolutas, R = Pi/Pf, onde Pi é a pressão absoluta inicial e Pf é a pressão absoluta final. E crido que a nucleação pode ser induzida sob despressurização onde a razão de pressões absolutas, R, é maior do que cerca de 1,2 em muitas aplicações práticas dos presentes métodos. A velocidade de queda de pressão também desempenha um papel importante nos presentes métodos. Um método de caracterização da velocidade de queda de pressão é por intermédio do uso de um parâmetro, A, onde A = ΔP/Δt. De novo, é suposto que a nucleação será induzida para valores de A maiores do que um valor prescrito, tal como cerca de 1,4 kPa/s. Dados empíricos através de experimentação devem auxiliar a verificar a queda de pressão e a velocidade de queda de pressão preferidas.

[54] Os seguintes exemplos realçam vários aspectos ecaracterísticas dos presentemente descritos métodos de indução de nucleação em um material e não são para serem considerados em um sentido limitante. Em vez disso, estes exemplos são apenas ilustrativos e o escopo da invenção deve ser determinado somente com respeito às reivindicações, anexadas na mesma.

EXEMPLOS

[55] Todos os exemplos aqui descritos foram realizados em umsecador por congelamento em escala piloto VitTis 51-SRC possuindo quatroprateleiras com aproximadamente 1,0 m2 de área total de prateleira e um condensador interno. Esta unidade foi retroativamente reformada para suportar pressões relativas positivas de até cerca de 103 kPa. Uma abertura circular de diâmetro de 3,8 centímetros também foi adicionada na parede traseira da câmara de secagem por congelamento com tubulação de aço inoxidável de diâmetro de 3,8 centímetros se estendendo da abertura através do isolamento da parede traseira para emergir do fundo do secador por congelamento. Válvulas de esfera acionadas por ar, de abertura total de porta de 3,8 centímetros foram acopladas nesta tubulação via mecanismos sanitários. Uma válvula esférica permitiu fluxo de gás para dentro da câmara de secagem por congelamento e deste modo proporciona pressões relativas positivas de até 103 kPa. A segunda válvula esférica permitiu o fluxo de gás para fora da câmara de secagem por congelamento e deste modo reduz a pressão relativa da câmara para condições atmosféricas (0 kPa). Toda a refrigeração das prateleiras de secador por congelamento e do condensador foi realizada via circulação de fluido de transferência de calor Dynalene MV esfriado por nitrogênio líquido usando o sistema Praxair NCool™.

[56] Todas as soluções foram preparadas em uma sala limpa declasse 100. O secador por congelamento estava posicionado com a porta, as prateleiras, e os controles todos acessíveis da sala limpa enquanto os outros componentes (bombas, aquecedores, etc.) estavam localizados em um ambiente da sala não-limpo. Todas as soluções foram preparadas com água de grau HPLC (Fisher Scientific, filtrada através de membrana de 0,1 pm). As soluções finais foram filtradas através de uma membrana de 0,22 pm antes do enchimento dos frascos ou recipientes de liofilização. Todos os gases foram fornecidos via cilindros e foram filtrados através de filtros de 0,2 pm para remover particulados. Os recipientes de vidro (frascos de 5 mL e garrafas de 60 mL) foram obtidos pré-limpos para particulados de Wheaton Science Products. Veículos farmaceuticamente aceitáveis foram usados ondeapropriado. As etapas acima foram realizadas para garantir que materiais e métodos atendessem aos padrões de manufatura farmacêutica convencionais para particulados, que atuam como agentes nucleantes.

[57] Como aqui usado, “veículo farmaceuticamente aceitável”inclui qualquer um e todos solventes, meios de dispersão, antioxidantes, sais, revestimentos, tensoativos, conservantes (e.g., p-hidróxi-benzoato de metila ou de propila, ácido sórbico, agentes antibacterianos, agentes antifúngicos), agentes isotônicos, agentes retardantes de solução (e.g. parafina), absorventes (e.g., argila de caulim, argila de bentonita), estabilizadores de droga (e.g., xarope, acácia, gelatina, sorbitol, tragacanto, poli(vinil-pirrolidona), carbóxi- metil-celulose, alginatos), excipientes (e.g., lactose, açúcar de leite, poli(etileno-glicol)), agente desintegrante (e.g., ágar-ágar, amido, lactose, fosfato de cálcio, carbonato de cálcio, ácido algínico, sorbitol, glicerina), agentes umectantes (e.g., cetil-álcool, monoestearato de glicerol), lubrificantes, aceleradores de absorção (e.g., sais de amónio quaternário), óleos edíveis (e.g., óleo de amêndoa, óleo de coco, ésteres oleosos ou propileno-glicol), agentes edulcorantes, agentes aromatizantes, agentes colorantes, cargas (e.g., amido, lactose, sacarose, glicose, manitol), lubrificantes de formação de tabletes (e.g., estearato de magnésio, amido, glicose, lactose, farinha de arroz, giz), veículos para inalação (e.g., propelentes hidrocarbonetos), agentes tampão, ou tais materiais semelhantes e suas combinações, como serão conhecidos por uma pessoa ordinariamente experiente na arte.

[58] Para as condições experimentais aqui descritas e todas asformulações de liofilização estudadas, ocorrência de nucleação estocástica foi tipicamente observada em temperaturas de recipiente de entre cerca de -8°C e -20°C e ocasionalmente tão quente quanto -5°C. Os recipientes puderam geralmente ser mantidos em temperaturas mais quentes do que -8°C por períodos de tempo longos sem nucleação. O início de nucleação esubsequente crescimento de cristal (i.e., congelamento) foi determinado por medição de temperatura como o ponto no qual a temperatura do recipiente rapidamente aumentou em resposta ao calor latente exotérmico de fusão. A iniciação do congelamento também pôde ser visualmente determinada através de uma janela de inspeção visual sobre a porta da câmara do secador por congelamento.

Exemplo 1 - Controle da Temperatura de Nucleação

[59] Quatro frascos separados foram cheios com 2,5 mL de soluçãode manitol a 5%. O ponto de congelamento termodinâmico predito da solução de manitol 5% p é de aproximadamente -0,5°C. Os quatro frascos foram posicionados bem próximos uns dos outros sobre uma prateleira de secador por congelamento. As temperaturas dos quatro frascos foram monitoradas usando termopares montados em superfície. O secador por congelamento foi pressurizado com argônio para 96,5 kPa (relativa).

[60] A prateleira do secador por congelamento foi esfriada paraobter temperaturas de frasco de entre aproximadamente -1,3°C e cerca de - 2,3°C (precisão de medição dos termopares de +/-1°C). O secador por congelamento foi então despressurizado de cerca de 96,5 kPa (relativa) para cerca de a pressão atmosférica em menos de cinco segundos para induzir nucleação da solução dentro dos frascos. Todos os quatro frascos nuclearam e começaram a congelar imediatamente após a despressurização. Os resultados são sumariados em Tabela 1 abaixo.

[61] Como visto em Tabela 1, as temperaturas de nucleaçãocontroladas neste exemplo (i.e., Temperaturas Iniciais de Frasco) estão bastante próximas do ponto de congelamento termodinâmico predito da solução. Assim o presente método permite o controle da ocorrência da nucleação em soluções que possuem um grau muito baixo de sub-esfriamento ou em temperaturas de nucleação próximas ou apenas ligeiramente mais frias do que seus pontos de congelamento.Tabela 1. Controle da Temperatura de Nucleação

Exemplo 2 - Controle da Temperatura de Nucleação

[62] Neste exemplo, noventa e cinco frascos foram cheios com 2,5mL de solução de manitol 5%. O ponto de congelamento termodinâmico da solução de manitol 5% p é de aproximadamente -0,5°C. Os noventa e cinco frascos foram posicionados em uma prateleira de secador por congelamento bem próximos uns dos outros. A temperatura de seis frascos posicionados em localizações diferentes na prateleira do secador por congelamento foi continuamente monitorada usando termopares montados em superfície. O secador por congelamento foi pressurizado em uma atmosfera de argônio para cerca de 96,5 kPa (relativa). A prateleira do secador por congelamento foi então esfriada para obter temperaturas de frasco próximas a -5°C. O secador por congelamento foi então despressurizado de cerca de 96,5 kPa (relativa) para cerca de a pressão atmosférica em menos do que cinco segundos para induzir nucleação da solução dentro dos frascos. Todos os noventa e cinco frascos foram visualmente observados nuclearem e começarem a congelar imediatamente após a despressurização. Dados de termopar para os seis frascos monitorados confirmaram a observação visual. Os resultados são sumariados em Tabela 2.

[63] Como lá visto, temperaturas de nucleação controladas nesteexemplo (i.e., Temperaturas Iniciais de Frasco) estão um pouco abaixo do ponto de congelamento termodinâmico predito da solução. Assim o presente método permite o controle da ocorrência da nucleação em soluções quepossuem um grau moderado de sub-esfriamento. Este exemplo também demonstra a escalabilidade do presente método para uma aplicação de múltiplos frascos.Tabela 2. Controle da Temperatura de Nucleação

Exemplo 3 - Controle da Magnitude da Despressurização

[64] Neste exemplo, múltiplos frascos foram cheios com 2,5 mL desolução de manitol 0,5%. De novo, o ponto de congelamento termodinâmico da solução de manitol a 5% p é de aproximadamente -0,5°C. Para cada corrida de teste, os frascos foram posicionados em uma prateleira de secador por congelamento bem próximos uns dos outros. Como com os exemplos anteriores, as temperaturas dos frascos foram monitoradas usando termopares montados em superfície. A atmosfera de argônio no secador por congelamento foi pressurizada para pressões diferentes e a prateleira do secador por congelamento foi esfriada para obter temperaturas de frasco de cerca de -5°C. Em cada corrida de teste, o secador por congelamento foi então rapidamente (i.e., em menos do que cinco segundos) despressurizado da pressão selecionada para a pressão atmosférica em um esforço para induzir nucleação da solução dentro dos frascos. Os resultados são sumariados em Tabela 3.

[65] Como visto em Tabela 3, a nucleação controlada ocorreu ondea queda de pressão foi cerca de 48 kPa ou maior e a temperatura de nucleação(i.e., a temperatura inicial do frasco) esteve entre cerca de -4,7°C e -5,8°C.Tabela 3. Efeito da Magnitude da Despressurização

Exemplo 4 - Controle das Velocidades de Despressurização

[66] Para este exemplo, múltiplos frascos foram cheios com cerca de2,5 mL de solução de manitol 0,5%. De novo, o ponto de congelamento termodinâmico da solução de manitol a 5% p é de aproximadamente -0,5°C. Para cada corrida de teste de tempo de despressurização variado, os frascos foram posicionados em uma prateleira de secador por congelamento bem próximos uns dos outros. Como com os exemplos anteriores, as temperaturas dos frascos foram monitoradas usando termopares montados em superfície. Como os exemplos descritos acima, a atmosfera de argônio no secador por congelamento foipressurizada para cerca de 96,5 kPa (relativa) e a prateleira foi esfriada para obter temperatura de frasco de aproximadamente -5°C. Em cada corrida de teste, o secador por congelamento foi então despressurizado em velocidades de despressurização diferentes de 96,5 kPa (relativa) para a pressão atmosférica em um esforço para induzir a nucleação da solução dentro dos frascos.

[67] Para estudar o efeito da velocidade de despressurização ou dotempo de despressurização, uma válvula esférica de restrição foi posicionada na saída da válvula de controle de despressurização na traseira do secador por congelamento. Quando a válvula de restrição está completamente aberta, despressurização de 96,5 kPa (relativa) para cerca de 0 kPa (relativa) é realizada em aproximadamente 2,5 segundos. Pelo fechamento apenas parcial da válvula de restrição, é possível variavelmente aumentar o tempo de despressurização. Usando a válvula esférica de restrição, várias corridas de teste foram realizadas com a câmara de secador por congelamento despressurizada em velocidades diferentes para verificar ou determinar o efeito da velocidade de despressurização sobre a nucleação. Os resultados são sumariados na Tabela 4.Tabela 4. Efeito do Tempo de Despressurização

[68] Como visto em Tabela 4, nucleação apenas ocorreu onde otempo de despressurização foi menor do que 42 segundos, a queda de pressão foi de cerca de 96,5 kPa ou maior e a temperatura de nucleação (i.e., a temperatura inicial do frasco) esteve entre cerca de -4,6°C e cerca de -5,8°C. Estes resultados indicam que a despressurização necessita ser realizada relativamente rapidamente para o método ser efetivo.

Exemplo 5 - Controle da Atmosfera Gasosa

[69] De novo, múltiplos frascos foram, cada um, cheios com cercade 2,5 mL de solução de manitol 5% p e posicionados bem próximos uns dos outros sobre uma prateleira de secador por congelamento. Como com os exemplos iniciais, as temperaturas dos frascos de teste foram monitoradas usando termopares montados em superfície. Para as diferentes corridas de teste, a atmosfera gasosas no secador por congelamento foi variada sempre mantendo uma pressão positiva de cerca de 96,5 kPa (relativa). Neste exemplo, a prateleira do secador por congelamento foi esfriada para obter temperaturas de frasco de aproximadamente -5°C a -7°C. Em cada corrida de teste, o secador por congelamento foi então rapidamente despressurizado de cerca de 96,5 kPa (relativa) para a pressão atmosférica em um esforço para induzir a nucleação da solução dentro dos frascos. Os resultados são sumariados em Tabela 5.

[70] Como visto na mesma, nucleação controlada ocorreu em todasas atmosferas gasosas exceto para atmosfera de gás hélio onde a queda de pressão foi cerca de 96,5 kPa (relativa) e a temperatura de nucleação (i.e., a temperatura inicial do frasco) esteve entre cerca de -4,7°C e cerca de -7,4°C. Embora não mostrado nos exemplos, é crido que condições alternativas provavelmente permitirão nucleação controlada em uma atmosfera de hélio.Tabela 5. Efeito da Composição da Atmosfera Gasosa

Exemplo 6 - Soluções em Volume Grande

[71] Neste exemplo, seus garrafas de liofilização (capacidade de 60mL) foram cheias com cerca de 30 mL de solução de manitol 5% p possuindo um ponto de congelamento termodinâmico de aproximadamente -0,5°C. As seis garrafas de liofilização foram posicionadas bem próximas umas das outras sobre uma prateleira de secador por congelamento. A temperatura das seis garrafas posicionadas em localizações diferentes na prateleira de secador por congelamento foi monitorada usando termopares montados em superfície. O secador por congelamento foi pressurizado em urna atmosfera de argônio para cerca de 96,5 kPa (relativa). A prateleira do secador por congelamento foi então esfriada para obter temperaturas de garrafa próximas de -5°C. O secador por congelamento foi então despressurizado de 96,5 kPa (relativa) para cerca de a pressão atmosférica em menos do que cinco segundos para induzir nucleação da solução dentro das garrafas. Os resultados são sumariados em Tabela 6.

[72] Em um experimento separado, uma bandeja de secagem porcongelamento a granel plástica (Gore LYOGUARD, de capacidade de 1.800 mL) foi cheia com cerca de 1.000 mL de solução de manitol 5% p. A bandeja foi obtida pré-limpa para atender aos requerimentos de baixo particulado de USP. A bandeja foi posicionada sobre uma prateleira de secador por congelamento, e a temperatura da bandeja foi monitorada por um termopar montado sobre a superfície externa da bandeja próximo do centro de um lado. A prateleira do secador por congelamento foi então esfriada para obter uma temperatura de bandeja próxima de -7°C. O secador por congelamento foi então despressurizado de 96,5 kPa (relativa) para cerca de a pressão atmosférica em menos do que cinco segundos para induzir a nucleação da solução dentro da bandeja. Os resultados também são sumariados em Tabela 6.

[73] Como nos exemplos descritos acima, todos os recipientesnuclearam e começaram a congelar imediatamente após a despressurização. Também como os exemplos descritos acima, as temperaturas de nucleação (i.e, as Temperaturas do Recipiente) neste exemplo foram muito mais controláveis para algo próximo da temperatura de congelamento termodinâmica da solução. Mais importante, este exemplo ilustra que o presente método permite o controle da nucleação para ocorrer em soluções de volumes maiores e formatos de recipiente variados. Deve ser notado que seria esperado que a eficácia do método de despressurização melhore à medida que aumenta o volume da formulação, porque é mais provável que ocorra o evento de nucleação quando mais moléculas estão presentes para agregarem e formarem núcleos críticos.Tabela 6. Efeito do Volume de Solução e do Tipo de Recipiente

Exemplo 7 - Esfriamento Dinâmico versus EsfriamentoEquilibrado

[74] Os presentes métodos de controle de nucleação podem serusados em vários modos. Exemplos 1-6, descritos acima, demonstram, cada um, o aspecto de controle da temperatura de nucleação de uma solução de liofilização que é essencialmente equilibrada em uma temperatura abaixo de seu ponto de congelamento termodinâmico (i.e., temperatura mudando muito lentamente). Este exemplo demonstra que a nucleação também pode ocorrer em uma temperatura abaixo do ponto de congelamento termodinâmico em um ambiente de esfriamento dinâmico (i.e., a solução está sofrendo mudanças rápidas em temperatura).

[75] Neste exemplo, frascos 1 a 6 representam as amostras descritasacima com referência ao Exemplo 2. Em adição, três frascos separados (Frascos 7-9) também foram cheios com 2,5 mL de solução de manitol 5%. Em uma corrida de teste separada, os três frascos adicionais foram posicionados sobre uma prateleira do secador por congelamento bem próximos uns dos outros. A prateleira do secador por congelamento foi esfriada rapidamente na direção de uma temperatura de prateleira final de - 45°C. Quando um dos frascos alcançou uma temperatura de cerca de -5°C,como medida pelos termopares montados em superfície, o secador por congelamento foi despressurizado rapidamente de cerca de 96,5 kPa (relativa) para 0 kPa (relativa) em um esforço para induzir nucleação. Todos os três frascos nuclearam e começaram a congelar imediatamente após a despressurização. As temperaturas dos frascos diminuíram significativamente para entre -6,8°C e -9,9°C antes da nucleação como um resultado do ambiente de esfriamento dinâmico. Resultados comparativos são sumariados em Tabela 7 abaixo.Tabela 7. Resultados de Teste - Efeito de Resfriamento Dinâmico sobreNucleação

[76] A eficácia dos presentes métodos para controlar a nucleaçãoem soluções de liofilização equilibradas em uma dada faixa de temperatura ou em soluções de liofilização sendo dinamicamente esfriadas, proporciona ao usuário final dois modos potenciais de aplicação com benefícios e permutas diferentes. Ao se permitir as soluções de liofilização se equilibrarem, a faixa de temperaturas de nucleação será mais estreita ou minimizada para os limites de desempenho do próprio secador por congelamento. A etapa de equilíbriopode requerer tempo extra para alcançar protocolos de congelamento relativo para convencional ou dinâmico onde as temperaturas da câmara e do frasco são diminuídas para menos do que cerca de -40°C em uma etapa. Contudo, o emprego de etapa de equilíbrio deve dar uniformidade de nucleação bem mais melhorada através de todos os frascos ou recipientes bem como realização de outros benefícios associados com o controle preciso da temperatura de nucleação do material.

[77] Altemativamente, se equilíbrio das temperaturas do materialou da solução de liofilização for indesejável, pode-se simplesmente implementar a etapa de despressurização em um tempo apropriado durante o protocolo de esfriamento dinâmico ou de congelamento normal. A despressurização durante um esfriamento dinâmico produzirá um espalhamento mais amplo nas temperaturas de nucleação para o material dentro dos recipientes de liofilização, mas adicionará tempo mínimo no protocolo de congelamento e ainda permitirá que se mitiguem os problemas de sub-esfriamento extremo.

Exemplo 8 - Efeito de Excipientes Diferentes

[78] O presente método de controle ou indução de nucleação emum material pode ser usado para controlar a temperatura de nucleação de soluções sub-esfriadas contendo diferentes excipientes de liofilização. Este exemplo demonstra o uso dos presentes métodos com os seguintes excipientes: manitol; hidróxi-etil-amido (HES); poli(etileno-glicol) (PEG); poli(vinil-pirrolidona) (PVP); dextrano; glicina; sorbitol; sacarose; e trealose. Para cada excipiente, dois frascos foram cheios com 2,5 mL de uma solução contendo 5% p de excipiente. Os frascos foram posicionados nem próximos uns dos outros sobre uma prateleira do secador por congelamento. O secador por congelamento foi pressurizado em uma atmosfera de argônio para cerca de 96,5 kPa (relativa). A prateleira do secador por congelamento foi esfriada para obter temperaturas de frasco próximas de -3°C e então despressurizadarapidamente para induzir nucleação. Resultados são sumariados em Tabela 8.Tabela 8. Efeito de Diferentes Excipientes de Nucleação

Exemplo 9 - Controle da Nucleação de Soluções de Proteína

[79] Os presentes métodos e sistema aqui descritos podem serusados para controlar a temperatura de nucleação de soluções de proteína sub- esfriadas sem efeitos negativos ou adversos sobre a atividade enzimática ou solubilidade de proteína. Duas proteínas, albumina de soro bovino (BSA) e lactato-desidrogenase (LDH) foram usadas neste exemplo.

[80] BSA foi dissolvida em manitol 5% em uma concentração de10 mg/mL. Três frascos de liofilização foram cheios com 2,5 mL de solução de BSA-manitol e posicionados bem próximos uns dos outros sobre uma prateleira do secador por congelamento. O secador por congelamento foi pressurizado em uma atmosfera de argônio para cerca de 96,5 kPa (relativa). A prateleira do secador por congelamento foi esfriada para obter uma temperatura de frasco próxima de -5°C. O secador por congelamento foi despressurizado rapidamente para induzir nucleação. Todos os frascos de solução de BSA nuclearam e começaram a congelar imediatamente após a despressurização. Nenhuma precipitação da proteína foi observada sob descongelamento.

[81] As proteínas LDH foram obtidas de dois fornecedoresdiferentes e para os propósitos de clareza são chamadas de LDH-1 e LDH-2 para distinguir as duas bateladas distintas. LDH-1 foi dissolvida em manitol 5% p em uma concentração de 1 mg/mL. Seis frascos de liofilização foram cheios com 2,5 mL de solução de LDH-l/manitol e posicionados bem próximos uns dos outros sobre uma prateleira do secador por congelamento. O secador por congelamento foi pressurizado em urna atmosfera de argônio para cerca de 96,5 kPa (relativa). A prateleira do secador por congelamento foi esfriada para obter uma temperatura de frasco próxima de -4°C. O secador por congelamento foi despressurizado rapidamente para induzir nucleação. Todos os frascos nuclearam e começaram a congelar imediatamente após a despressurização. Os frascos foram mantidos neste estado por cerca de 15 minutos. A prateleira do secador por congelamento foi então esfriada em uma velocidade de aproximadamente l°C/min para se obterem temperaturas de frasco próximas -45°C e mantidas por um adicional de 15 minutos para garantir completitude do processo de congelamento. Após a etapa de congelamento, a prateleira do secador por congelamento foi então aquecida em uma velocidade de cerca de l°C/min para elevar as temperaturas dosfrascos para próximas de 5°C. Não foi observada precipitação durante o descongelamento. Os conteúdos dos frascos foram ensaiados para atividade enzimática, e os resultados foram comparados com uma amostra de controle de solução de LDH-l/manitol não congelada.

[82] Como parte de Exemplo 9, as amostras nucleadasdespressurizadas da solução de LDH-l/manitol foram comparadas com amostras estocasticamente nucleadas. Nas amostras estocasticamente nucleadas de LDH-1, o procedimento de congelamento foi repetido sem pressurização e despressurização e sem a atmosfera de argônio. Especificamente, LDH-1 foi dissolvida em manitol 5% em uma concentração de 5% p em uma concentração de 1 mg/mL. Seis frascos de liofilização foram cheios com 2,5 mL de solução de LDH-l/manitol e posicionados bem próximos uns dos outros sobre uma prateleira do secador por congelamento. O secador por congelamento foi esfriado partindo da temperatura ambiente em uma velocidade de l°C/min para se obterem temperaturas de frasco próximas de -45°C e mantidas por um adicional de 15 minutos para garantir completitude do processo de congelamento. Após a etapa de congelamento, a prateleira do secador por congelamento foi aquecida em uma velocidade de cerca de l°C/min para elevar as temperaturas dos frascos para próximas de 5°C. Não foi observada precipitação durante o descongelamento. Os conteúdos dos frascos foram ensaiados para atividade enzimática, e os resultados foram comparados com uma amostra de controle de solução de LDH-l/manitol não congelada.

[83] Também como parte do Exemplo 9, os experimentos descritosacima para LDH-1 foram repetidos usando LDH-2. A única diferença foi uma temperatura de nucleação controlada próxima de -3°C para LDH-2 em vez de -4°C para LDH-1.Tabela 9. Controle de Temperatura de Nucleação de Soluções de ProteínaSub-Esfriadas

[84] Como visto em Tabela 9, o processo de congelamento enucleação controlada realizado via despressurização claramente não diminui a atividade enzimática em relação a um protocolo de congelamento e nucleação estocástica comparável. De fato, o processo de nucleação controlado realizado via despressurização parece preservar melhor a atividade enzimática com uma perda de atividade média de apenas 17,8% para LDH-1 e de 26,5% para LDH-2 comparada com a perda de atividade média de 35,9% para LDH-1 e de 41,3% para LDH-2 após nucleação estocástica.

[85] Deve ser notado que as temperaturas de nucleação estocásticaobservadas para LDH-2 foram substancialmente mais quentes do que as temperaturas de nucleação estocástica para LDH-1. Esta diferença pode serdevido a algum contaminante atuando como um agente de nucleação em LDH-2. As temperaturas de nucleação estocástica estão muito mais próximas das temperaturas de nucleação controlada para LDH-2 comparada com LDH- 1, ainda as melhorias em retenção de atividade de enzima obtidas via nucleação controlada para LDH-1 e LDH-2 são similares em 18,1% e 14,8%, respectivamente. Este resultado sugere que as melhorias em retenção de atividade de enzima podem ser parcialmente atribuídas às características do próprio processo de nucleação controlada, não apenas às temperaturas de nucleação mais quentes prescritas obtidas via despressurização.

Exemplo 10 - Redução de Tempo de Secagem Primário

[86] Uma solução de manitol 5% p foi preparada por misturação decerca de 10,01 gramas de manitol com cerca de 190,07 gramas de água. Frascos foram cheios com 2,5 mL da solução de manitol 5% p. Os frascos foram pesados vazios e com a solução para determinar a massa de água adicionada nos frascos. Os vinte frascos foram posicionados bem próximos uns dos outros em uma estante de prateleira de secador por congelamento. As temperaturas de seis frascos foram monitoradas usando termopares montados em superfície; todos os frascos monitorados foram circundados por outros frascos para melhorar a uniformidade do comportamento de frasco. O secador por congelamento foi pressurizado para cerca de 96,5 kPa (relativa) em uma atmosfera gasosa controlada de gás argônio. A prateleira do secador por congelamento foi esfriada da temperatura ambiente para cerca de -6°C para se obterem temperaturas de frasco de entre aproximadamente -1°C e -2°C. O secador por congelamento foi então despressurizado de cerca de 96,5 kPa (relativa) para cerca de a pressão atmosférica em menos do que cinco segundos para induzir nucleação da solução dentro dos frascos. Todos os frascos observados visualmente ou monitorados via termopares nuclearam e começaram a congelar imediatamente após a despressurização.

[87] A temperatura de prateleira foi então abaixada rapidamentepara cerca de -45°C para completar o processo de congelamento. Uma vez todas as temperaturas de frasco sendo -40°C ou menor, a câmara do secador por congelamento foi evacuada e o processo de secagem primária (i.e., sublimação) foi iniciado. Durante este processo de secagem, a prateleira do secador por congelamento foi aquecida para cerca de -14°C via uma rampa de uma hora e mantida naquela temperatura por 16 horas. O condensador foi mantido a cerca de -60°C durante todo o processo de secagem. Secagem primária foi interrompida pelo desligamento da bomba de vácuo e reenchimento da câmara com argônio para a pressão atmosférica. Os frascos foram prontamente removidos do secador por congelamento e pesados para determinar quanta água havia sido perdida durante o processo de secagem primária.

[88] Em um experimento separado como parte do Exemplo 10,outros frascos foram cheios com 2,5 mL de mesma solução de manitol 5% p. Os frascos foram pesados vazios e com a solução para determinar a massa de água adicionada nos frascos. Os frascos foram carregados para dentro do secador por congelamento na mesma maneira descrita acima, e as temperaturas de seis frascos foram uma vez mais monitoradas usando termopares montados em superfície. A prateleira do secador por congelamento foi rapidamente esfriada da temperatura ambiente para cerca de -45°C para congelar os frascos. Nucleação ocorreu estocasticamente entre cerca de -15°C e cerca de -18°C durante a etapa de esfriamento. Uma vez as temperaturas dos frascos sendo de cerca de -40°C ou menos, os frascos foram secos em uma maneira idêntica a do método descrito acima. Com a conclusão da secagem primária, as amostras foram prontamente removidas do secador por congelamento e pesadas para determinar quanta água havia sido perdida durante o processo de secagem primária.Tabela 10. Aumento da Temperatura de Nucleação Melhora a SecagemPrimária

[89] Resultados do processo de secagem por congelamento comnucleação controlada e nucleação estocástica são sumariados em Tabela 10 acima. Deve ser notado que estes dois experimentos apenas diferem na adição de nucleação controlada via etapa de despressurização em um experimento. Como visto em Tabela 10, o processo de nucleação controlada realizado via despressurização permite a nucleação em graus muito baixos de sub-esfriamento, entre cerca de -1,1 °C e -2,3°C neste exemplo. As temperaturas de nucleação muito mais quentes para o caso de nucleação controlada comparado com o caso de nucleação estocástica dá uma estrutura de gelo e bolo liofilizado resultante com propriedades de secagem dramaticamente melhoradas. Para a mesma quantidade de tempo de secagem, os frascos nuclearam usando os métodos de despressurização descritos entre cerca de - 1,1 °C e -2,3°C perderam uma média de 86,1% de sua água enquanto que os frascos nucleados estocasticamente entre cerca de -14,5°C e -17,9°C perderam apenas uma média de 65,3%. Como consequência, os frascos nucleados estocasticamente requereriam muito mais tempo de secagem primária para alcançar o mesmo grau de perda de água que o dos frascos nucleados em uma maneira controlada de acordo com os métodos presentemente descritos. A melhoria em tempo de secagem é provavelmente atribuída à formação de cristais de gelo maiores em temperaturas de nucleação mais quentes. Estes cristais de gelo maiores deixam para trás poros maiores sob sublimação, e os poros maiores oferecem menos resistência ao fluxo de vapor de água durante sublimação adicional.

Aplicabilidade Industrial

[90] O presente método proporciona um método melhorado paracontrolar a temperatura e/ou o tempo na(o) qual materiais sub-esfriados, a saber líquidos ou soluções, nucleiam e então congelam. Embora este pedido focalize em parte sobre secagem por congelamento, um problema similar ocorre para qualquer etapa de processamento de material que envolve uma transição de fase nucleada. Exemplos de tais processos incluem a cristalização de polímeros e metais de massas fundidas, cristalização de materiais de soluções supersaturadas, cristalização de proteínas, produção de neve artificial, congelamento de alimentos, concentração por congelamento, cristalização fracionada, crioconservação, ou condensação de vapores para líquidos.

[91] O benefício mais imediato de controle das temperaturas denucleação de um líquido ou de uma solução é a capacidade para controlar o número e o tamanho dos domínios sólidos pela transição de fase. Em água congelando, por exemplo, a temperatura de nucleação diretamente controla o tamanho e o número de cristais de gelo formados. Geralmente falando, os cristais de gele são menos em número e maiores em tamanho quando a temperatura de nucleação é mais quente.

[92] A capacidade para controlar o número e o tamanho dedomínios sólidos produzidos por uma transição de fase pode proporcionar benefícios adicionais. Em um processo de secagem por congelamento , por exemplo, o número e o tamanho dos cristais de gelo fortemente influenciam as propriedades de secagem do bolo liofilizado. Cristais de gelo maiores produzidos por temperaturas de nucleação mais quentes deixam para trás poros maiores sob sublimação, e os poros maiores oferecem menos resistência ao fluxo de vapor de água durante a sublimação subseqüente. Como conseqüência, o sistema e os métodos descritos proporcionam um meio de aumentar as velocidades de secagem primária (i.e., sublimação) nos processos de secagem por congelamento pelo aumento da temperatura de nucleação.

[93] Outro benefício possível pode ser realizado em aplicaçõesonde materiais sensíveis são conservados via processos de congelamento (i.e., crioconservados). Por exemplo, um material biológico incluindo mas não limitado a, amostras de tecido de mamífero (e.g., cordão umbilical, biopsia de tecido, células óvulo e espermatozóide, etc.), linhagens de células (e.g., mamífero, levedura, procarióticas, fúngicas, etc.) e moléculas biológicas (e.g., proteínas, DNA, RNA e suas subclasses) congeladas em uma solução aquosa podem experimentar vários estresses durante o processo de congelamento que podem prejudicar a função ou a atividade do material. Formação de gelo pode romper fisicamente o material ou criar mudanças severas na ligaçãointerfacial, forças osmóticas, concentrações de soluto, etc. experimentadas pelo material. Visto que nucleação controla a estrutura e a cinética de formação de gelo, ela pode influenciar significativamente estes estresses. Os presentes sistema e métodos portanto proporcionam meio único de mitigar estresses associados com processos de crioconservação e de intensificação da recuperação de função ou atividade de materiais crioconservados. Isto representa uma melhoria sobre métodos de controle de nucleação convencionais (e.g., semeadura ou contato com superfícies frias) usados para iniciar formação de gelo extracelular em algoritmos de crioconservação de duas etapas planejados para células vivas.

[94] Os presentes métodos também podem ser aplicados emmisturas ou soluções complexas contendo vários constituintes em aplicações tanto de crioconservação quanto de liofilização. Estas formulações muitas vezes são soluções com um solvente aquoso, orgânico, ou aquoso-orgânico misto contendo um ingrediente farmaceuticamente ativo (e.g., um composto químico sintético, uma proteína, um peptídeo, ou uma vacina) e opcionalmente, um ou mais constituintes mitigantes, incluindo agentes encorpantes que ajudam a prevenir perda física do ingrediente ativo durante a secagem (e.g., dextrose, glicose, glicina, lactose, maltose, manitol, poli(vinil- pirrolidona), cloreto de sódio, e sorbitol); agentes tampão ou modificadores de toxicidade que ajudam a manter a toxicidade e o pH ambiental apropriado para o constituinte ativo (e.g. ácido acético, ácido benzóico, ácido cítrico, ácido clorídrico, ácido lático, ácido maleico, ácido fosfórico, ácido tartárico, e os sais de sódio dos ácidos acima citados); agentes estabilizadores que ajudam a conservar a estrutura e a função do constituinte ativo durante processamento ou em sua forma seca ou líquida final (e.g., alanina, dimetil-sulfóxido, glicerol, glicina, albumina de soro de humano, poli(etileno-glicol), lisina, polissorbato, sorbitol, sacarose, e trealose); agentes que modificam o comportamento de transição vítrea da formulação (e.g., poli(etileno-glicol) eaçúcares), e antioxidantes que protegem o constituinte ativo da degradação (e.g., ascorbato, bissulfito de sódio, formaldeído-sódico, metabissulfito de sódio, sulfito de sódio, sulfoxilato, e tio-glicerol).

[95] Visto que nucleação é tipicamente um processo aleatório, umapluralidade do mesmo material submetido às condições de processamento idênticas pode nuclear em temperaturas diferentes. Como um resultado, as propriedades daqueles materiais que dependem do comportamento de nucleação provavelmente diferirão a despeito das condições de processamento idênticas. Os sistema e métodos descritos proporcionam um meio para controlar as temperaturas de nucleação de uma pluralidade de materiais simultaneamente e deste modo oferecem uma maneira para aumentar a uniformidade daquelas propriedades de produto que dependem do comportamento de nucleação. Em um típico processo de secagem por congelamento, por exemplo, a mesma solução em frascos separados pode nuclear estocasticamente sobre uma faixa ampla de temperaturas, e como um resultado, os produtos secos por congelamento finais podem possuir variabilidade significativa em propriedades físicas como umidade residual, atividade e tempo de reconstituição. Pelo controle da temperatura de nucleação via o processo presentemente descrito, a uniformidade de frasco- para-frasco das propriedades de produto de um processo d secagem por congelamento pode melhorar dramaticamente.

[96] A capacidade para controlar o comportamento de nucleação deum material também pode proporcionar benefício substancial em redução do tempo necessário para desenvolver um processo industrial que depende de um evento de nucleação normalmente não controlado. Por exemplo, freqüentemente demora muitos meses para desenvolver um ciclo de secagem por congelamento bem sucedido que pode ser realizado em uma quantidade de tempo razoável, para dar propriedades de produto desejadas dentro de uniformidade especificada, e para preservar a atividade suficiente doingrediente farmacêutico ativo (API). Pela provisão de um meio de controle de nucleação e deste modo de potencialmente melhorar o tempo de secagem primária, a uniformidade de produto, e a atividade de API, o tempo necessário para desenvolver protocolos de secagem por congelamento bem sucedidos deve ser dramaticamente reduzido.

[97] Em particular, os benefícios potenciais do processo denucleação controlada proporcionarão flexibilidade aumentada em especificação da composição da formulação a ser seca por congelamento. Visto que a nucleação controlada pode melhor conservar o API durante a etapa de congelamento, usuários devem ser capazes de minimizar a adição de constituintes mitigadores (e.g., agentes estabilizadores) na formulação ou de escolher combinações mais simples de constituintes de formulação para se alcançarem os objetivos de processamento e de estabilidade combinados. Benefícios sinérgicos podem decorrer em casos nos quais nucleação controlada minimiza o uso de agentes estabilizadores ou de outros agentes mitigantes que inerentemente prolongam o tempo de secagem primária (e.g., por diminuição de temperaturas de transição vítrea de soluções aquosas),

[98] Os métodos descritos são particularmente bem adequados paraoperações de manufatura ou de produção de grande escala porque podem ser conduzidos usando os mesmos equipamento e parâmetros de processo que podem ser facilmente escalados ou adaptados para manufaturar uma ampla variedade de produtos. O processo proporciona a nucleação de materiais usando um processo onde todas as manipulações podem ser realizadas em uma câmara única (e.g., um secador por congelamento) e onde o processo não requer o uso de um vácuo, uso de aditivos, vibração, eletrocongelamento ou semelhante para induzir nucleação.

[99] Em contraste à arte anterior, o presente método não adicionanada no produto liofilizado. Apenas requer que os materiais (e.g., líquidos nos frascos), sejam mantidos inicialmente em uma pressão especificada sob umambiente gasoso e que a pressão seja rapidamente reduzida para uma pressão menor. Qualquer gás aplicado será removido dos frascos durante o ciclo de liofilização. Os frascos ou seus conteúdos não são contatados ou tocados com nada exceto o gás. Manipulação simples da pressão ambiente e do ambiente de gás é suficiente em si mesma para alcançar aquele objetivo. Ao se basear apenas na mudança de pressão ambiente para induzir nucleação, o presente método aqui descrito afeta uniforme e simultaneamente todos os frascos dentro de um secador por congelamento.

[100] A presente modalidade também é menos cara e mais fácil de implementar e de manter do que os métodos da arte anterior de influenciar nucleação em materiais em aplicações de liofilização. O presente método permite secagem primária significativamente mais rápida em processos de liofilização, reduzindo deste modo os custos de processo para fármacos secos por congelamento. O presente método produz produtos liofilizados muito mais uniformes do que os dos métodos da arte anterior, reduzindo deste modo as perdas de produto e criando barreiras para a entrada de processadores incapazes de atenderem às especificações de uniformidade mais rigorosas. Este método alcança estes benefícios sem contaminar o produto liofilizado. Controle de processo maior deve acarretar um produto melhorado e tempos de processo encurtados.

[101] Do discutido acima, seve ser reconhecido que a presente invenção assim proporciona um sistema e um método de liofilização. Várias modificações, mudanças, e variações dos presentes métodos serão evidentes para uma pessoa experiente na arte. Por exemplo o meio para controlar temperatura pode ser alternativos sistemas de esfriamento baseados em criogênico ou sistemas de refrigeração mecânica avançada ou convencional. Igualmente, o meio para controlar a pressão e a atmosfera de gás na câmara é especificamente contemplado para incluir técnicas de pressurização e de despressurização conhecidas. É para ser entendido que quaisquer taisconfigurações, modificações, mudanças e variações alternativas são para serem incluídas dentro do alcance deste pedido e do espírito e do escopo das reivindicações.

Claims (8)

1. Método de liofilizar um material dentro de uma câmara de secagem por congelamento, caracterizado pelo fato de compreender as etapas de:pressurizar uma atmosfera gasosa dentro da câmara de secagem por congelamento entre 48 kPa e 345 kPa;levar o material a uma temperatura próxima ou abaixo de uma temperatura de transição de fase na atmosfera de gás pressurizada;diminuir rapidamente a pressão para induzir nucleação de congelamento no material;secar o material congelado para produzir um produto seco possuindo solvente ou umidade reduzidos,em que a atmosfera gasosa compreende um gás inerte.

2. Método de liofilizar de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o material é selecionado do grupo consistindo de: um material biofarmacêutico, um material farmacêutico, um material biológico, ou combinações dos mesmos.

3. Método de liofilizar de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a atmosfera de gás pressurizada compreende um gás selecionado do grupo consistindo de: argônio, hélio, xenônio, ou misturas dos mesmos.

4. Método de liofilizar de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o material é levado para uma temperatura variando da temperatura de transição de fase para abaixo da temperatura de transição de fase até cerca de 40°C do sub-esfriamento antes da etapa de despressurização.

5. Método de liofilizar de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pressão é diminuída rapidamente em cerca de 48 kPa ou mais.

6. Método de liofilizar de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pressão é diminuída rapidamente de tal modo que uma razão de pressões absolutas, Pi/Pf, é cerca de 1,2 ou maior.

7. Método de liofilizar de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pressão é diminuída rapidamente em uma velocidade de queda de pressão ΔP/Δt, maior do que cerca de 1,4 kPa por segundo.

8. Método de liofilizar de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pressão é diminuída rapidamente em 10 segundos ou menos.

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