Bei der Kapselherstellung muss die Mischung aus dem Wirkstoff und den Hilfsstoffen Eigenschaften aufweisen, die eine genaue und wiederholbare Füllung der Dosierkapseln sicherstellen. Das FT4 Pulverrheometer ermöglicht es, mehrere Parameter mit nur einem System zu bestimmen, deren Korrelation mit dem Prozess zu überprüfen und somit ein Set an prozessrelevanten Parametern festzulegen.
Kapseln werden häufig sowohl als orale Darreichungsform als auch zur pulmonalen Anwendung bereitgestellt. Für die orale Verabreichung liegt das Füllgewicht typischerweise im Bereich von 50 bis 500 mg, für Trockenpulverinhalatoren ist die Dosis deutlich geringer, in der Regel von 15 µg bis 1 mg. Selbst Dosierungen von Bruchteilen eines Milligramms sind möglich. Diese kleinen Volumina in Kombination mit der für die Verabreichung zwingend nötigen kleinen Partikelgröße stellen besondere Herausforderungen an die Produktion der Kapseln.
Im Sinne von Quality by Design (QbD) ist die Charakterisierung von Formulierungen hinsichtlich des Prozessverhaltens essenziell. Materialeigenschaften der Ausgangs- und Zwischenprodukte müssen für einen optimalen Prozessablauf spezifiziert werden. Untersuchungen haben gezeigt, dass neben den Parametern Stampf- und Schüttdichte bzw. Stampf- und Schüttvolumen, Partikelgröße und -form, Wasserdampfadsorption bei feuchteempfindlichen Pulvern und Schmelz- bzw. Glaspunktdetektion bei temperaturempfindlichen Pulvern auch pulverrheologische Eigenschaften von großer Bedeutung beim Abfüllprozess sind. Bulkeigenschaften wie Kohäsion oder Luftanteil, das Scherverhalten sowie dynamische Pulvereigenschaften beeinflussen das Fließverhalten und somit den Prozess der Kapselbefüllung.
Vergleich mehrerer Formulierungen
Bei der Herstellung von Kapseln zur Trockenpulverinhalation (DPI) wurden drei pulverförmige Formulierungen untersucht. Allerdings wurden abhängig von der Formulierung Unterschiede in der Qualität des Endprodukts beobachtet. Während Formulierung 1 ein durchschnittliches Verhalten in Bezug auf die Füllleistung des Dosiersystems zeigte, wies Formulierung 2 das schlechteste und Formulierung 3 das beste Verhalten auf. Um Trends zu identifizieren, die mit der Abfüll- bzw. Dosierleistung korrelieren, wurden Proben der drei Formulierungen mit dem FT4-Powder-Rheometer von Freeman untersucht. In den Tests wurden die dynamischen Eigenschaften, die Bulk- und die Schereigenschaften der Proben bestimmt. Mithilfe des Pulverrheometers konnten klare Unterschiede zwischen den drei ähnlichen Formulierungen wiederholbar identifiziert werden, die gut mit der im Dosiersystem beobachteten Leistung übereinstimmten.
Dynamische Pulverprüfung
Die dynamische Pulverprüfung basiert auf der Messung eines Pulvers in Bewegung und stellt ein direktes Maß für die Fließeigenschaften dar. Die dynamische Fließenergie (BFE) charakterisiert die Strömung während der Verdichtungsbewegung, wo hingegen die spezifische Energie (SE) angibt, wie leicht das Pulver im nicht eingeschlossenen Zustand fließt. Studien haben gezeigt, dass beide Parameter für Kapselfüllprozesse relevant sind, bei denen ein Pulver anfänglich unter geringem Stress in einen leeren Raum fließt, aber dann verdichtet wird, um die gewünschte Fülldichte zu erzielen. Es wurde eine direkte Korrelation zwischen dynamischer Fließenergie, spezifischer Energie und der Zusammensetzung der dosierten Probe beobachtet. Bei den Untersuchungen zeigte die Formulierung mit der niedrigsten spezifische Energie das beste Füllverhalten. Hohe spezifische Energie stellt einen höheren Grad an mechanischem Ineinandergreifen und Reibung zwischen den Partikeln dar, was typischerweise zu Problemen bei Prozessschritten wie dem Abfüllen führen kann.
