BRPI0706768A2 - método de liofilizar um material, e, sistema de liofilização - Google Patents

Abstract

METODO DE LIOFILIZAR UM MATERIAL, E, SISTEMA DE LIOFILIZAçãO Sistema e método para liofihização 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 após o qual a pressão na câmara de secador por congelamento é reduzida para induzir nucleação do material.

Description

"MÉTODO DE LIOFILIZAR UM MATERIAL, E, SISTEMA DELIOFILIZAÇÃO"

Referência cruzada aos pedidos relacionados

Este pedido reivindica prioridade ao pedido de patenteprovisório dos Estados Unidos de número de série 60/771.868 depositado aos10 de fevereiro de 2006.

Campo da invenção

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

Fundamentos da invenção

Controle do processo geralmente aleatório de nucleação noestágio de congelamento de um processo de liofilização ou de secagem porcongelamento tanto para diminuir o tempo de processamento necessário paracompletar a secagem por congelamento quanto para aumentar a uniformidadedo produto de frasco-para-frasco no produto acabado seria elevadamentedesejável na arte. Em um típico processo de secagem por congelamentofarmacêutico, múltiplos frascos contendo uma solução aquosa comum sãoposicionados sobre prateleiras que são esfriadas, geralmente em umavelocidade controlada, para temperaturas baixas. A solução aquosa em cadafrasco é esfriada abaixo da temperatura termodinâmica de congelamento dasolução e permanece em um estado líquido metaestável sub-esfriado atéocorrer nucleação.

A faixa de temperaturas de nucleação através dos frascos édistribuída aleatoriamente entre uma temperatura próxima da temperaturatermodinâmica de congelamento e algum valor significativamente (e.g., atécerca 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 doproduto liofilizado. Ademais, o estágio de secagem do processo de secagempor congelamento tem que ser excessivamente longo para acomodar avariedade de estruturas e tamanhos de cristais de gelo produzidos pelofenômeno estocástico de nucleação natural.

Aditivos têm sido usados para aumentar a temperatura denucleação de soluções sub-esfriadas. Estes aditivos podem tomar muitasformas. E bem sabido que certas bactérias (e.g., Pseudomonas syringae)sintetizam proteínas que ajudam a nucelar a formação de gelo em soluçõesaquosas sub-esfriadas. Quer as bactérias quer suas proteínas isoladas podemser adicionadas nas soluções para aumentar a temperatura de nucleação.Vários aditivos inorgânicos também demonstram um efeito de nucleação; omais comum de tais aditivos é iodeto de prata, Agi. Em geral, qualqueraditivo ou contaminante possui o potencial para servir como um agente denucleação. Frascos de liofilização preparados em ambientes contendo níveisaltos de particulado geralmente nuclearão e congelarão em um grau menor desub-esfriamento do que frascos preparados em ambientes baixos emparticulados.

Todos os agentes de nucleação descritos acima são chamadosde "aditivos", porque modificam a composição do meio no qual nucleiamuma transição de fase. Estes aditivos não são tipicamente aceitáveis paraprodutos farmacêuticos secos por congelamento aprovados e regulados pelaFDA. Estes aditivos também não proporcionam controle sobre o tempo e atemperatura quando os fracos nucleiam e congelam. Em vez disso, os aditivosapenas operam para aumentar a temperatura de nucleação média dos frascos.

Cristais de gelo podem atuar por si mesmos como agentes denucleação para formação de gelo em solução aquosa sub-esfriadas. Nométodo de "névoa de gelo", um secador por congelamento úmido é cheio comum gás frio para produzir uma suspensão de vapor de partículas pequenas degelo. As partículas de gelo são transportadas para dentro de frascos e iniciama nucleação quando contatam a interface de fluido.

O método de "névoa de gelo" não controla a nucleação demúltiplos frascos simultaneamente em um tempo e uma temperaturacontrolados. Em outras palavras, o evento de nucleação não ocorreconcorrentemente ou instantaneamente dentro de todos os frascos sobintrodução de vapor frio dentro do secador por congelamento. Os cristais degelo demorarão algum tempo para progredirem dentro de cada um dos frascospara iniciar a nucleação, e os tempos de transporte são provavelmentediferentes para os frascos em localizações diferentes dentro do secador porcongelamento. Para secadores por congelamento industriais de escala grande,implementação do método de "névoa de gelo" requereria mudanças de projetode sistema porque dispositivos de convecção interna são requeridos paraauxiliarem com uma distribuição mais uniforme da "névoa de gelo" em todo osecador por congelamento. Quando as prateleiras do secador porcongelamento são continuamente esfriadas, a diferença de tempo entrequando o primeiro frasco congela e o último frasco congela criará umadiferença de temperatura entre os frascos, que aumentará a não-uniformidadede frasco-para-frasco nos produtos secos por congelamento.

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

Vibração também tem sido usada para nuclear uma transiçãode fase, em um material metaestável. Vibração suficiente para induzirnucleação ocorre em freqüências acima de 10 kHz e pode ser produzia usandouma variedade de equipamentos. Muitas vezes vibrações nesta faixa defreqüência são chamadas de "ultra-sônicas", embora freqüências na faixa de10 kHz a 20 kHz estejam tipicamente dentro da faixa audível de humanos.Vibração ultra-sônica muitas vezes produz cavitação, ou a formação depequenas bolhas de ar, em uma solução sub-esfriada. No regime de cavitaçãotransiente ou interna, as bolhas de ar rapidamente crescem e colapsam,causando flutuações de temperatura e de pressão localizadas muito altas. Acapacidade de vibração ultra-sônica para induzir nucleação em um materialmetaestável é muitas vezes atribuída aos distúrbios causados pela cavitaçãotransiente. O outro regime de cavitação, chamado de estável ou não-inerte, écaracterizado por bolhas que exibem volume estável ou oscilações de formasem colapso. Pedido de patente US 20020031577 Al descreve que vibraçãoultra-sônica pode induzir nucleação até mesmo no regime de cavitaçãoestável, mas não é oferecida explicação do fenômeno. Pedido de Patente GB240090IA também descreve que a possibilidade de causar cavitação, e comoconseqüência nucleação, em uma solução usando vibrações com freqüênciasacima de 10 kHz pode ser aumentada pela redução da temperatura ambienteao redor da solução ou dissolução de um fluido volátil na solução.

Um método de eletrocongelamento também tem sido usado nopassado para induzir nucleação em líquidos sub-esfriados.Eletrocongelamento é geralmente realizado por liberação de campos elétricosrelativamente altos (~1 V/nm) em uma maneira contínua ou pulsada entreeletrodos estreitamente espaçados imersos em uma solução ou um líquidosub-esfriada(o). Desvantagens associadas com um processo deeletrocongelamento em típicas aplicações de liofilização incluem acomplexidade relativa e custo de implementação e de manutenção,particularmente para aplicações de liofilização usando múltiplos frascos ourecipientes. Também, eletrocongelamento não pode ser diretamente aplicadoem soluções contendo espécies iônicas (e.g., NaCl).Recentemente, há estudos que examinam o conceito de'congelamento de superfície induzido por vácuo' (veja e.g., Patente U.S. deNo. 6.684.524). Em tal 'congelamento de superfície induzido por vácuo' ,frascos contendo uma solução aquosa estão localizados sobre uma prateleirade temperatura controlada em um secador por congelamento e mantidosinicialmente a cerca de 10 graus Celsius. A câmara de secagem porcongelamento é então evacuada para pressão próxima de vácuo (e.g., 0,1 kPa)que causa congelamento da superfície das soluções aquosas paraprofundidades de uns poucos milímetros. Liberação subseqüente de vácuo edecréscimo da temperatura de prateleira abaixo do ponto e congelamento dasolução permite crescimento de cristais de gelo da camada de superfície pré-congelada através do restante da solução. Uma desvantagem maior paraimplementar este processo de 'congelamento de superfície induzido porvácuo' em uma típica aplicação de liofilização é o risco alto dedesgaseificação ou ebulição violenta da solução sob condições enunciadas.

Controle melhorado do processo de nucleação pode permitirque congelamento de todos os frascos de solução farmacêutica não congeladaem um secador por congelamento ocorra dentro de uma faixa mais estreita detemperatura e de tempo, dando deste modo um produto liofilizado comuniformidade maior de frasco-para-frasco. O controle de temperatura mínimade nucleação pode afetar a estrutura de cristal de gelo formada dentro dofrasco e permitir um processo de secagem por congelamento grandementeacelerado.

Portanto, existe uma necessidade para controlar o processoaleatório de nucleação em vários processos de congelamento incluindo oestágio de congelamento de um processo de liofilização ou de secagem porcongelamento para ambos diminuir o tempo de processamento necessáriopara completar a secagem por congelamento e melhorar a uniformidade deproduto de frasco-para-frasco no produto acabado. Portanto seria desejávelproporcionar um processo que possua algumas, ou preferivelmente todas, ascaracterísticas acima.

Sumário da invenção

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

A invenção também pode ser caracterizada como um sistemade secador por congelamento compreendendo: uma câmara possuindo umaatmosfera gasosa controlada e uma ou mais prateleiras adaptadas parasuportar um ou mais recipientes ou frascos de um material; um meio paracontrolar a temperatura das prateleiras dentro da câmara de modo a controlara temperatura do material; um condensador acoplado na câmara e adaptadopara remover qualquer solvente ou umidade da câmara; e um meio paracontrolar a pressão da câmara para rapidamente despressurizar a câmara para20 nuclear uma mudança de fase no material durante o congelamento e paramanter uma pressão baixa durante a secagem.

Breve descrição dos desenhos

Os acima e outros aspectos, características, e vantagens dapresente invenção serão mais evidentes a partir da seguinte descrição maisdetalhada da mesma, apresentada conjuntamente com os seguintes desenhos,nos quais:

Fig. 1 é um gráfico mostrando a plotagem de temperaturaversus tempo de uma solução sofrendo um processo estocástico decongelamento e adicionalmente mostrando a faixa de temperaturas denucleação da solução;

Fig. 2 é um gráfico mostrando a plotagem de temperaturaversus tempo de uma solução sofrendo um processo de congelamentoequilibrado com nucleação despressurizada de acordo com os presentesmétodos;

Fig. 3 é um gráfico exibindo a plotagem de temperatura versustempo de uma solução sofrendo um processo dinâmico de congelamento comnucleação despressurizada de acordo com os presentes métodos; e

Fig. 4 é uma representação esquemática de um sistema deliofilização de acordo com a presente invenção.

Descrição detalhada da invenção

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

No processo de cristalização, nucleação é a etapa na qualmoléculas selecionadas dispersadas na solução ou outro material começam ase juntar para criar agrupamentos na escala nanométrica de modo a setornarem estáveis sob as condições de operação correntes. Estesagrupamentos estáveis constituem os núcleos. Os agrupamentos necessitamalcançar um tamanho crítico com o objetivo de se tornarem núcleos estáveis.Tal tamanho crítico é normalmente ditado pelas condições de operação taiscomo temperatura, contaminantes, grau de supersaturação, etc. e pode variarde uma amostra da solução para outra. É durante o evento de nucleação queos átomos na solução se arranjam em uma maneira periódica e definida quedefine a estrutura de cristal.

Crescimento de cristal é o crescimento subseqüente dosnúcleos que sucedem em alcançar o tamanho de agrupamento crítico.Dependendo das condições quer nucleação quer crescimento de cristal podepredominar sobre o outro(a), e como um resultado, são obtidos cristais comdiferentes tamanhos e formas. Controle do tamanho e da forma de cristalconstitui um dos principais desafios em manufatura industrial, tal como parafármacos.

O presente método refere-se a um processo para controlar otempo e/ou a temperatura no(a) qual ocorre uma transição de fase nucleadaem um material. Em aplicações de congelamento, a probabilidade que ummaterial espontaneamente nucleará e começará a mudar de fase estárelacionada com o grau de sub-esfriamento do material e a ausência oupresença de contaminantes, aditivos, estruturas, ou distúrbios queproporcionam, um sítio ou uma superfície para nucleação.

A etapa de congelamento ou solidificação é particularmenteimportante no processo de secagem por congelamento onde técnicasexistentes resultam em diferenças de temperatura de nucleação através de umamultitude de frascos ou recipientes. As diferenças de temperatura denucleação tendem a produzir um produto não-uniforme e um tempo desecagem excessivamente longo. Os presentes métodos, por outro lado,proporcionam um grau maior de controle de processo em processos desolidificação em batelada (e.g., secagem por congelamento) e produzem umproduto com propriedades e estrutura mais uniformes. Diferentes de algumasdas técnicas da arte anterior para induzir nucleação, os presentes métodosrequerem mínimas mudanças de equipamento e de operação paraimplementação.

Em princípio, os presentes métodos podem ser aplicados aqualquer etapa de processamento de material que envolve uma transição defase de nucleada. Exemplos de tais processos incluem o congelamento de umlíquido, a cristalização de gelo de uma solução aquosa, a cristalização depolímeros e metais de massas fundidas, a cristalização de materiaisinorgânicos de soluções supersaturadas, a cristalização de proteínas, aprodução de neve artificial, a deposição de gelo a partir de vapor, ocongelamento de alimento, a concentração por congelamento, a cristalizaçãofracionada, a criopreservação, ou a condensação de vapores para líquidos. Deum ponto de vista conceituai, os presentes métodos também podem seraplicados para transições de fase tais como fusão e ebulição.

O método presentemente descrito representa uma melhoria doscorrentes processos de liofilização farmacêutica. Por exemplo, dentro de umsecador por congelamento industrial grande pode haver mais de 100.000frascos contendo um produto farmacêutico que necessita ser congelado eseco. Prática corrente na indústria é esfriar a solução em um grau muito altode modo que a solução dentro de todos os frascos ou recipientes dentro dosecador por congelamento garantidamente se congele. O conteúdo de cadafrasco ou recipiente, contudo, congela aleatoriamente sobre uma faixa detemperaturas abaixo do ponto de congelamento, porque o processo denucleação é descontrolado.

Voltando-se para as Figuras, e em particular para a Fig. 1, émostrada uma plotagem de temperatura versus tempo de seis frascos de umasolução aquosa sofrendo um processo estocástico de nucleação convencionalmostrando a faixa típica de temperaturas de nucleação da solução dentro dosfrascos (11, 12, 13, 14, 15, e 16). Como lá visto, os conteúdos do frascopossuem uma temperatura termodinâmica de congelamento de cerca de O0Cainda a solução dentro de cada frasco naturalmente nucleia sobre a amplafaixa de temperatura de cerca de -I0C a -20°C ou mais, como realçado pelaárea 18. Plotagem 19 representa a temperatura de prateleira dentro da câmarade secagem por congelamento.

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 presentesmétodos. Em particular, Fig. 2 mostra a plotagem de temperatura versustempo de seis frascos de uma solução aquosa sofrendo um processo deesfriamento equilibrado (veja Exemplo 2) com nucleação induzida viadespressurização da câmara (21, 22, 23, 24, 25, e 26). Os conteúdos de frascopossuem uma temperatura termodinâmica de congelamento de cerca de 0°Cainda a solução dentro de cada frasco nucleia ao mesmo tempo sobdespressurização dentro de uma faixa de temperatura muito estreita (i.e., -4°Ca -5°C) como visto em área 28. Plotagem 29 representa a temperatura deprateleira dentro da câmara de secagem por congelamento e mostra umprocesso de congelamento equilibrado, um onde a temperatura das prateleirasé mantida mais ou menos estável antes da despressurização.

Similarmente, Fig. 3 mostra a plotagem de temperatura versustempo de três frascos de uma solução aquosa sofrendo um processo deesfriamento dinâmico (veja Exemplo 7) com nucleação induzida viadespressurização da câmara (31, 32, e 33). De novo, os conteúdos de frascopossuem uma temperatura termodinâmica de congelamento de cerca de 0°Cainda a solução dentro de cada frasco nucleia ao mesmo tempo sobdespressurização em uma faixa de temperatura de cerca de -7°C a -10°C comovisto em área 38. Plotagem 39 representa a temperatura de prateleira dentroda câmara de secagem por congelamento e geralmente mostra um processodinâmico de esfriamento, um onde a temperatura das prateleiras é ativamenteabaixada durante a ou antes da despressurização.

Como ilustrado nas Figuras, os presentes métodosproporcionam controle melhorado do processo de nucleação pela permissãode que o congelamento de soluções farmacêuticas em um secador porcongelamento 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 produtoliofilizado com uniformidade maior de frasco-para-frasco. Embora nãodemonstrado, é previsto que a faixa de temperatura de nucleação induzidapossa até mesmo ser ligeiramente estendida acima da temperatura de transiçãode fase e também possa ser estendida para cerca de 40°C de sub-esfriamento.

Outro benefício associado com os presentes métodos é quepelo controle da temperatura mínima de nucleação e/ou do tempo preciso denucleação pode-se afetar a estrutura de cristal de gelo formada dentro defrascos ou recipientes congelados. A estrutura de cristal de gelo é umavariável que afeta o tempo que demora para o gelo sublimar. Assim, pelocontrole da estrutura de cristal de gelo, é possível grandemente acelerar todo oprocesso de secagem por congelamento.

Voltando-se agora para a Fig. 4, a unidade de secador porcongelamento (200) possui vários componentes principais mais sistemasauxiliares adicionais para realizar o ciclo de liofilização. Em particular, aunidade de secador por congelamento (200) inclui uma câmara de liofilização(202) que contém as prateleiras (204) adaptadas para suportarem frascos ourecipientes da solução a ser liofilizada (não mostrada). A solução a serliofilizada é especialmente formulada e tipicamente contém o ingredienteativo, um sistema solvente e vários agentes de estabilização ou outros aditivosou veículos farmaceuticamente aceitáveis. Liofilização desta formulaçãoocorre de recipientes especializados localizados sobre prateleiras ocas. Estesrecipientes podem incluir frascos com tampas, ampolas, seringas, ou, no casode liofilização a granel, panelas.

A unidade de secador por congelamento (200) ilustradatambém inclui um condensador (206) que está adaptado para remover osolvente sublimado e dessorvido da fase vapor por condensação oucongelamento da mesma como gelo para manter vácuo adequado dentro dosecador por congelamento. O condensador (206) pode estar internamentelocalizado na câmara de liofilização (202) ou como uma unidade externaseparada 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 umvácuo da câmara de liofilização (202) e condensador (206).

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 écirculado para as prateleiras (204) dentro da câmara de liofilização (202) e ocondensador (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 detransferência de calor (222), uma saída (224), um aquecedor (226) e bombas(227, 228).

O trocador de calor criogênico (220) é preferivelmente umNCCOL™ Non-Freezing Cryogenic Heat Exchange System disponível naPraxair, Inc. Um aspecto importante do trocador de calor criogênico (220) é avaporização do nitrogênio líquido dentro do ou interno ao trocador de calorem uma maneira que evita contato direto do nitrogênio líquido sobresuperfícies de esfriamento expostas ao fluido de transferência de calor.Detalhes da estrutura e da operação de um tal trocador de calor podem serencontrados em Patente U.S. de No. 5.937.656 (Cheng et al.) cuja descrição éaqui incorporada como referência.

O circuito de fluido de transferência de calor (222) prescritoestá adaptado para circular um fluido de transferência de calor e estáoperacionalmente acoplado em ambos na câmara de liofilização (220) e nocondensador (206). Mais especificamente, o fluido de transferência de calorcircula dento das prateleiras ocas (204) dentro da câmara de liofilização (202)para precisamente comunicar o esfriamento ou o aquecimento através dasprateleiras (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 eadicionalmente dessorver o solvente.

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

Como visto na modalidade de Fig. 4, o condensador (206)também é esfriado por um fluido de transferência de calor de temperaturabaixa de recirculação. Refrigeração do fluido de transferência de calor fluindoatravés do condensador (206) é também proporcionado por um trocador decalor criogênico (220). O trocador de calor criogênico (220) é capaz de esfriaro fluido de transferência de calor continuamente sem congelamento. Duranteas fases de secagem, o trocador de calor criogênico (220) é ajustado ouadaptado para alcançar a temperatura mais baixa requerida para ocondensador (206). Como descrito acima, o trocador de calor criogênico (220)pré-evapora nitrogênio líquido em um gás frio criogênico para transferênciade calor para o fluido de transferência de calor. Através de pré-evaporação donitrogênio líquido é garantido que o nitrogênio líquido não entre diretamenteem ebulição sobre uma superfície de troca de calor onde o fluido detransferência de calor está disposto sobre o outro lado. Tal arranjo evitacongelamento do trocador de calor criogênico (220) porque nitrogênio líquidoentra em ebulição a cerca de -195 graus Centígrados na pressão atmosférica.

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 pressãoda câmara (202) permite a pressurização e a despressurização rápida dacâmara para induzir nucleação da solução. A modalidade descritapreferivelmente usa uma ou mais válvulas de controle de fluxo (252)controladamente adaptadas para facilitar a introdução de uma atmosferagasosa pressurizada na câmara (202) de uma fonte de gás (não mostrada) epara despressurizar a câmara por liberação da atmosfera gasosa pressurizadapara fora da câmara (202) em uma maneira controlada e preferivelmenterápida para deste modo induzir a nucleação da solução dentro de váriosfrascos ou recipientes.

Embora não mostrados, a unidade de secador porcongelamento (200) também inclui vários sistemas de programa decomputador e computador de controle adaptados para comandarem ecoordenarem as várias partes do equipamento de secagem por congelamento,e realizarem o ciclo de liofilização pré-programado. Os vários sistemas deprograma de computador e computador de controle também podemproporcionar documentação, registro de dados, alarmes, e tambémcapacidades de segurança de sistema. Em adição, sistemas auxiliares para aunidade de secador por congelamento (200) podem incluir vários subsistemaspara limpar e esterilizar a câmara de liofilização (202), auto-carregar edescarregar o produto na câmara de liofilização (202); e acessórios de sistemacriogênico associados tais como planos inclinados de refrigeração, tanques denitrogênio líquido, tubulação, válvulas, sensores, etc.

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

ETAPA 1 - ESFRIAR O MATERIAL

Materiais ilustrativos úteis no presente método incluemsubstâncias puras, gases, suspensões, geles, líquidos, soluções, misturas, oucomponentes dentro de uma solução ou mistura. Materiais adequados parauso no presente método incluem, por exemplo, materiais farmacêuticos,materiais bioquímicos, gêneros alimentícios, materiais químicos, e podemincluir produtos tais como produtos para o cuidado de ferimentos, cosméticos,produtos veterinários e produtos relacionados com diagnóstico in vivo / invitro e semelhantes. Quando o material é um líquido, pode ser desejáveldissolver gases no líquido. Líquidos em um ambiente de gás controladogeralmente possuirão gases dissolvidos neles.

Outros materiais ilustrativos úteis no presente método incluemmaterial biológico ou biofarmacêutico tal como tecidos, órgãos e estruturasmulticelulares. Para certas aplicações biológicas e farmacêuticas, o materialpode ser uma solução ou mistura que inclui: vírus vivos ou atenuados; ácidosnucleicos; anticorpos monoclonais; anticorpos policlonais; biomoléculas;análogos de não-peptídeo; peptídeos, incluindo polipeptídeos, miméticos depeptídeo e peptídeos modificados; proteínas, incluindo proteínas de fusão emodificadas; RNA, DNA e suas subclasses; oligonucleotídeos; partículasvirais; e similares tais como seus materiais ou componentes.

Soluções biofarmacêuticas ou farmacêuticas contidas emfrascos ou recipientes para secagem por congelamento seriam um bomexemplo de um material que se beneficiaria do presente método. As soluçõessão em sua maior parte água e são substancialmente incompressíveis. Taissoluções biofarmacêuticas ou farmacêuticas também são elevadamente purase geralmente estão livres de particulados que podem formar sítios paranucleação. Temperatura de nucleação uniforme é importante para criar umaestrutura de cristal de gele consistente e uniforme de frasco para frasco ou derecipiente para recipiente. A estrutura de cristal de gelo desenvolvida tambémafeta enormemente o tempo requerido para secar.

Como aplicado a um processo de secagem por congelamento,o material é preferivelmente posicionado dentro de uma câmara, tal comouma câmara de secagem por congelamento. Preferivelmente, a câmara éconfigurada de modo a permitir o controle das temperatura, pressão, eatmosfera gasosa dentro da câmara. A atmosfera gasosa pode incluir, mas nãoé limitada a: argônio, nitrogênio, hélio, ar, vapor de água, oxigênio, dióxidode 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 gásinerte, tal como argônio, em uma pressão relativa entre cerca de 48 kP e cercade 345 kPa ou maior. Temperaturas dentro da câmara de secador porcongelamento são muitas vezes ditadas pelo processo de secagem porcongelamento e são facilmente controladas via o uso de um fluido detransferência de calor que esfria ou aquece as prateleira dentro da câmara paraconduzir a temperatura dos frascos ou recipientes e do material dentro de cadafrasco ou recipiente.

De acordo com os presentes métodos, o material é esfriadopara uma temperatura próxima de ou abaixo de sua temperatura de transiçãode fase. No caso de uma solução aquosa sofrendo um processo de secagempor congelamento, a temperatura de transição de fase é o ponto decongelamento termodinâmico da solução. Onde a solução alcançatemperaturas abaixo do ponto de congelamento termodinâmico da solução, édito que está sub-esfriado. Quando aplicado a um processo de congelamentode uma solução aquosa, o presente método é efetivo quando o grau de sub-esfriamento varia de próximo ou abaixo da temperatura de transição de fasepara até cerca de 40°C de sub-esfriamento, e mais preferivelmente de entrecerca de 3°C de sub-esfriamento e IO0C de sub-esfriamento. Em alguns dosexemplos descritos abaixo, o presente método de induzir nucleação funcionadesejavelmente até mesmo onde a solução possui apenas cerca de I0C de sub-esfriamento abaixo de seu ponto de congelamento termodinâmico.

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 vidarelativamente longa, de um sistema químico ou biológico. Um materialmetaestável temporariamente existe em uma fase ou estado que não é sua faseou estado de equilíbrio. Na ausência de quaisquer mudanças no material ouseu ambiente, um material metaestável eventualmente apresentará transiçãode seu estado de não-equilíbrio para seu estado de equilíbrio. Materiaismetaestáveis ilustrativos incluem soluções super-saturadas e líquidos sub-esfriados.

Um exemplo típico de um material metaestável seria águalíquida em pressão atmosférica e uma temperatura de -IO0C. Com um pontode congelamento normal de O0C, água líquida não deve existirtermodinamicamente nestas temperatura e pressão, mas pode existir naausência de uma estrutura ou evento de nucleação para iniciar o processo decristalização de gelo. Agua extremamente pura pode ser esfriada paratemperaturas muito baixas (-3O0C a -40°C) na pressão atmosférica e aindapermanecer no estado líquido. Tal água sub-esfriada está em um estadotermodinamicamente metaestável não-equilibrado. Apenas falta um evento denucleação para causar o início da transição de fase por meio da qual elaretornará para o equilíbrio.

Como discutido acima, os presentes métodos de induzirnucleação de uma transição de fase dentro de um material ou congelamentode um material podem ser utilizados com vários perfis de esfriamento,incluindo, por exemplo, um ambiente de esfriamento equilibrado ou umambiente de esfriamento dinâmico (veja Figs. 2 e 3).ETAPA 2 - RAPIDAMENTE DECRESCER A PRESSÃO

Quando o material tem alcançado a temperatura desejadapróxima da ou abaixo da temperatura de transição de fase, a câmara é rápidaou subitamente despressurizada. Esta despressurização ativa a nucleação etransição de fase da solução dentro dos frascos ou recipientes. Na modalidadepreferida, despressurização de câmara está acompanhada pela abertura ouabertura parcial de uma válvula de controle grande que separa a câmara depressão alta da câmara ou ambiente de pressão ambiente ou em uma pressãomenor. A pressão elevada é rapidamente abaixada pelo fluxo de massa daatmosfera gasosa para fora da câmara. A despressurização necessita serbastante rápida para induzir a nucleação. A despressurização deve ser acabadaem vários segundos ou menos, preferivelmente 40 segundos ou menos, maispreferivelmente 20 segundos ou menos, e muito mais preferivelmente 10segundos ou menos.

Em típicas aplicações de secagem por congelamento, adiferença de pressão entre a pressão inicial da câmara e a pressão final dacâmara, após despressurização, deve ser maior do que cerca de 48 kPa,embora quedas de pressão menores possam induzir nucleação em algumassituações. Secadores por congelamento comerciais podem em sua maioriaacomodar prontamente a faixa de quedas de pressão necessárias para controlarnucleação. Muitos secadores por congelamento são projetados comclassificações de pressão relativa em excesso de 172 kPa para suportarem osprocedimentos de esterilização convencionais empregando vapor de águasaturado a 121°C. Tais classificações de equipamento proporcionam umajanela ampla para induzir nucleação seguindo protocolos que despressurizamde pressões iniciais acima da temperatura ambiente ou pressão ambiental noambiente circundante imediato. A pressão elevada e a subseqüentedespressurização 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 dapressão supercrítica de qualquer gás aplicado, e sujeição do material apressões extremamente baixas (i.e., cerca de 1,3 Pa ou menor) deve serevitada durante a nucleação do material.

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

Outro possível mecanismo é que o decréscimo de temperaturado gás próximo do material durante despressurização causa um ponto friosobre a superfície do material que inicia a nucleação. Outro mecanismopossível é que a despressurização causa evaporação de um pouco de líquidono material e o esfriamento resultante do processo de evaporação endotérmicapode iniciar a nucleação. Outro possível mecanismo é que o gás friodespressurizado próximo do material congela um pouco de vapor quer emequilíbrio com o material antes da despressurização quer liberado do materialpor vaporização durante a despressurização; as partículas sólidas resultantesreentram no material e atuam como sementes ou superfícies para iniciar anucleação. Um ou mais destes mecanismos pode contribuir para a iniciação danucleação de congelamento ou solidificação em extensões diferentesdependendo da natureza do material, de seu ambiente e da transição de fasesendo nucleada.

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

Também é crido que a velocidade e a magnitude da queda depressão são um aspecto importante dos presentes métodos. Experimentos têmmostrado que a nucleação será induzida onde a queda de pressão (ΔΡ) é maiordo que cerca de 48 kPa. Alternativamente, a magnitude da queda de pressãopode ser expressada como uma razão de pressões absolutas, R = Pi/Pf, onde P1é a pressão absoluta inicial e Pf é a pressão absoluta final. E crido que anucleação pode ser induzida sob despressurização onde a razão de pressõesabsolutas, R, é maior do que cerca de 1,2 em muitas aplicações práticas dospresentes métodos. A velocidade de queda de pressão também desempenhaum papel importante nos presentes métodos. Um método de caracterização davelocidade de queda de pressão é por intermédio do uso de um parâmetro, A,onde A = ΔΡ/At. De novo, é suposto que a nucleação será induzida paravalores 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 aqueda de pressão e a velocidade de queda de pressão preferidas.

Os seguintes exemplos realçam vários aspectos ecaracterísticas dos presentemente descritos métodos de indução de nucleaçãoem um material e não são para serem considerados em um sentido limitante.Em vez disso, estes exemplos são apenas ilustrativos e o escopo da invençãodeve ser determinado somente com respeito às reivindicações, anexadas namesma.

EXEMPLOS

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 umcondensador interno. Esta unidade foi retroativamente reformada parasuportar pressões relativas positivas de até cerca de 103 kPa. Uma aberturacircular de diâmetro de 3,8 centímetros também foi adicionada na paredetraseira da câmara de secagem por congelamento com tubulação de açoinoxidável de diâmetro de 3,8 centímetros se estendendo da abertura atravésdo isolamento da parede traseira para emergir do fundo do secador porcongelamento. Válvulas de esfera acionadas por ar, de abertura total de portade 3,8 centímetros foram acopladas nesta tubulação via mecanismossanitários. Uma válvula esférica permitiu fluxo de gás para dentro da câmarade secagem por congelamento e deste modo proporciona pressões relativaspositivas de até 103 kPa. A segunda válvula esférica permitiu o fluxo de gáspara fora da câmara de secagem por congelamento e deste modo reduz apressão relativa da câmara para condições atmosféricas (0 kPa). Toda arefrigeração das prateleiras de secador por congelamento e do condensador foirealizada via circulação de fluido de transferência de calor Dynalene MVesfriado por nitrogênio líquido usando o sistema Praxair NCool™.

Todas as soluções foram preparadas em uma sala limpa declasse 100. O secador por congelamento estava posicionado com a porta, asprateleiras, e os controles todos acessíveis da sala limpa enquanto os outroscomponentes (bombas, aquecedores, etc.) estavam localizados em umambiente da sala não-limpo. Todas as soluções foram preparadas com água degrau HPLC (Fisher Scientific, filtrada através de membrana de 0,1 μηι). Assoluções finais foram filtradas através de uma membrana de 0,22 μτη antes doenchimento dos frascos ou recipientes de liofilização. Todos os gases foramfornecidos via cilindros e foram filtrados através de filtros de 0,2 μιτι pararemover particulados. Os recipientes de vidro (frascos de 5 mL e garrafas de60 mL) foram obtidos pré-limpos para particulados de Wheaton ScienceProducts. Veículos farmaceuticamente aceitáveis foram usados ondeapropriado. As etapas acima foram realizadas para garantir que materiais emétodos atendessem aos padrões de manufatura farmacêutica convencionaispara particulados, que atuam como agentes nucleantes.

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 metilaou de propila, ácido sórbico, agentes antibacterianos, agentes antifungicos),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 amônio quaternário),óleos edíveis (e.g., óleo de amêndoa, óleo de coco, ésteres oleosos oupropileno-glicol), agentes edulcorantes, agentes aromatizantes, agentescolorantes, 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 esuas combinações, como serão conhecidos por uma pessoa ordinariamenteexperiente na arte.

Para as condições experimentais aqui descritas e todas asformulações de liofilização estudadas, ocorrência de nucleação estocástica foitipicamente observada em temperaturas de recipiente de entre cerca de -8°C e-20°C e ocasionalmente tão quente quanto -5 0C. Os recipientes puderamgeralmente ser mantidos em temperaturas mais quentes do que -8°C porperíodos de tempo longos sem nucleação. O início de nucleação esubseqüente crescimento de cristal (i.e., congelamento) foi determinado pormedição de temperatura como o ponto no qual a temperatura do recipienterapidamente aumentou em resposta ao calor latente exotérmico de fusão. Ainiciação do congelamento também pôde ser visualmente determinada atravésde urna janela de inspeção visual sobre a porta da câmara do secador porcongelamento.

Exemplo 1 - Controle da Temperatura de Nucleação

Quatro frascos separados foram cheios com 2,5 mL de soluçãode manitol a 5%. O ponto de congelamento termodinâmico predito da soluçãode manitol 5% ρ é de aproximadamente -0,5°C. Os quatro frascos foramposicionados bem próximos uns dos outros sobre uma prateleira de secadorpor congelamento. As temperaturas dos quatro frascos foram monitoradasusando termopares montados em superfície. O secador por congelamento foipressurizado com argônio para 96,5 kPa (relativa).

A prateleira do secador por congelamento foi esfriada paraobter temperaturas de frasco de entre aproximadamente -1,3 0C e cerca de -2,3°C (precisão de medição dos termopares de +/-I0C). O secador porcongelamento foi então despressurizado de cerca de 96,5 kPa (relativa) paracerca de a pressão atmosférica em menos de cinco segundos para induzirnucleação da solução dentro dos frascos. Todos os quatro frascos nuclearam ecomeçaram a congelar imediatamente após a despressurização. Os resultadossão sumariados em Tabela 1 abaixo.

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

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Exemplo 2 - Controle da Temperatura de NucleayãoNeste exemplo, noventa e cinco frascos foram cheios com 2,5mL de solução de manitol 5%. O ponto de congelamento termodinâmico dasolução de manitol 5% ρ é de aproximadamente -0,5°C. Os noventa e cincofrascos foram posicionados em uma prateleira de secador por congelamentobem próximos uns dos outros. A temperatura de seis frascos posicionados emlocalizações diferentes na prateleira do secador por congelamento foicontinuamente monitorada usando termopares montados em superfície. Osecador por congelamento foi pressurizado em uma atmosfera de argônio paracerca de 96,5 kPa (relativa). A prateleira do secador por congelamento foientão esfriada para obter temperaturas de frasco próximas a -5°C. O secadorpor congelamento foi então despressurizado de cerca de 96,5 kPa (relativa)para cerca de a pressão atmosférica em menos do que cinco segundos parainduzir nucleação da solução dentro dos frascos. Todos os noventa e cincofrascos foram visualmente observados nuclearem e começarem a congelarimediatamente após a despressurização. Dados de termopar para os seisfrascos monitorados confirmaram a observação visual. Os resultados sãosumariados em Tabela 2.

Como lá visto, temperaturas de nucleação controladas nesteexemplo (i.e., Temperaturas Iniciais de Frasco) estão um pouco abaixo doponto de congelamento termodinâmico predito da solução. Assim o presentemétodo permite o controle da ocorrência da nucleação em soluções quepossuem um grau moderado de sub-esfriamento. Este exemplo tambémdemonstra a escalabilidade do presente método para uma aplicação demúltiplos frascos.

Tabela 2. Controle da Temperatura de Nucleação

<table>table see original document page 26</column></row><table>

Exemplo 3 - Controle da Magnitude da Despressurização

Neste exemplo, múltiplos frascos foram cheios com 2,5 mL desolução de manitol 0,5%. De novo, o ponto de congelamento termodinâmicoda solução de manitol a 5% ρ é de aproximadamente -0,5°C. Para cada corridade teste, os frascos foram posicionados em uma prateleira de secador porcongelamento bem próximos uns dos outros. Como com os exemplosanteriores, as temperaturas dos frascos foram monitoradas usando termoparesmontados em superfície. A atmosfera de argônio no secador porcongelamento foi pressurizada para pressões diferentes e a prateleira dosecador por congelamento foi esfriada para obter temperaturas de frasco decerca de -5°C. Em cada corrida de teste, o secador por congelamento foi entãorapidamente (i.e., em menos do que cinco segundos) despressurizado dapressão selecionada para a pressão atmosférica em um esforço para induzirnucleação da solução dentro dos frascos. Os resultados são sumariados emTabela 3.

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

<table>table see original document page 27</column></row><table>

Exemplo 4 - Controle das Velocidades de Despressurização

Para este exemplo, múltiplos frascos foram cheios com cerca de2,5 mL de solução de manitol 0,5%. De novo, o ponto de congelamentotermodinâmico da solução de manitol a 5% ρ é de aproximadamente -0,5°C. Paracada corrida de teste de tempo de despressurização variado, os frascos foramposicionados em uma prateleira de secador por congelamento bem próximos unsdos outros. Como com os exemplos anteriores, as temperaturas dos frascos forammonitoradas usando termopares montados em superfície. Como os exemplosdescritos acima, a atmosfera de argônio no secador por congelamento foipressurizada para cerca de 96,5 kPa (relativa) e a prateleira foi esfriada para obtertemperatura de frasco de aproximadamente -5°C. Em cada corrida de teste, osecador por congelamento foi então despressurizado em velocidades dedespressurização diferentes de 96,5 kPa (relativa) para a pressão atmosférica emum esforço para induzir a nucleação da solução dentro dos frascos.

Para estudar o efeito da velocidade de despressurização ou dotempo de despressurização, uma válvula esférica de restrição foi posicionadana saída da válvula de controle de despressurização na traseira do secador porcongelamento. Quando a válvula de restrição está completamente aberta,despressurização de 96,5 kPa (relativa) para cerca de 0 kPa (relativa) érealizada em aproximadamente 2,5 segundos. Pelo fechamento apenas parcialda válvula de restrição, é possível variavelmente aumentar o tempo dedespressurização. Usando a válvula esférica de restrição, várias corridas deteste foram realizadas com a câmara de secador por congelamentodespressurizada em velocidades diferentes para verificar ou determinar oefeito da velocidade de despressurização sobre a nucleação. Os resultados sãosumariados na Tabela 4.

Tabela 4. Efeito do Tempo de Despressurização

<table>table see original document page 28</column></row><table><table>table see original document page 29</column></row><table>Como visto em Tabela 4, nucleação apenas ocorreu onde otempo de despressurização foi menor do que 42 segundos, a queda de pressãofoi de cerca de 96,5 kPa ou maior e a temperatura de nucleação (i.e., atemperatura inicial do frasco) esteve entre cerca de -4,6°C e cerca de -5,8°C.

Estes resultados indicam que a despressurização necessita ser realizadarelativamente rapidamente para o método ser efetivo.

Exemplo 5 - Controle da Atmosfera Gasosa

De novo, múltiplos frascos foram, cada um, cheios com cercade 2,5 mL de solução de manitol 5% ρ e posicionados bem próximos uns dosoutros sobre uma prateleira de secador por congelamento. Como com osexemplos iniciais, as temperaturas dos frascos de teste foram monitoradasusando termopares montados em superfície. Para as diferentes corridas deteste, a atmosfera gasosas no secador por congelamento foi variada sempremantendo uma pressão positiva de cerca de 96,5 kPa (relativa). Nesteexemplo, a prateleira do secador por congelamento foi esfriada para obtertemperaturas de frasco de aproximadamente -5°C a -7°C. Em cada corrida deteste, o secador por congelamento foi então rapidamente despressurizado decerca de 96,5 kPa (relativa) para a pressão atmosférica em um esforço parainduzir a nucleação da solução dentro dos frascos. Os resultados sãosumariados em Tabela 5.

Como visto na mesma, nucleação controlada ocorreu em todasas atmosferas gasosas exceto para atmosfera de gás hélio onde a queda depressão foi cerca de 96,5 kPa (relativa) e a temperatura de nucleação (i.e., atemperatura 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 alternativasprovavelmente permitirão nucleação controlada em uma atmosfera de hélio.Tabela 5. Efeito da Composição da Atmosfera Gasosa

<table>table see original document page 31</column></row><table>

Exemplo 6 - Soluções em Volume Grande

Neste exemplo, seus garrafas de liofilização (capacidade de 60mL) foram cheias com cerca de 30 mL de solução de manitol 5% ρ possuindoum ponto de congelamento termodinâmico de aproximadamente -0,5°C. Asseis garrafas de liofilização foram posicionadas bem próximas umas dasoutras sobre uma prateleira de secador por congelamento. A temperatura dasseis garrafas posicionadas em localizações diferentes na prateleira de secadorpor congelamento foi monitorada usando termopares montados em superfície.

O secador por congelamento foi pressurizado em uma atmosfera de argôniopara cerca de 96,5 kPa (relativa). A prateleira do secador por congelamentofoi então esfriada para obter temperaturas de garrafa próximas de -5°C. Osecador por congelamento foi então despressurizado de 96,5 kPa (relativa)para cerca de a pressão atmosférica em menos do que cinco segundos parainduzir nucleação da solução dentro das garrafas. Os resultados sãosumariados em Tabela 6.Em um experimento separado, uma bandeja de secagem porcongelamento a granel plástica (Gore LYOGUARD, de capacidade de 1.800mL) foi cheia com cerca de 1.000 mL de solução de manitol 5% ρ. A bandejafoi obtida pré-limpa para atender aos requerimentos de baixo particulado deUSP. A bandeja foi posicionada sobre uma prateleira de secador porcongelamento, e a temperatura da bandeja foi monitorada por um termoparmontado sobre a superfície externa da bandeja próximo do centro de um lado.A prateleira do secador por congelamento foi então esfriada para obter umatemperatura de bandeja próxima de -7°C. O secador por congelamento foientão despressurizado de 96,5 kPa (relativa) para cerca de a pressãoatmosférica em menos do que cinco segundos para induzir a nucleação dasolução dentro da bandeja. Os resultados também são sumariados em Tabela6.

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 maiscontroláveis para algo próximo da temperatura de congelamentotermodinâmica da solução. Mais importante, este exemplo ilustra que opresente método permite o controle da nucleação para ocorrer em soluções devolumes maiores e formatos de recipiente variados. Deve ser notado que seriaesperado que a eficácia do método de despressurização melhore à medida queaumenta o volume da formulação, porque é mais provável que ocorra oevento de nucleação quando mais moléculas estão presentes para agregarem eformarem núcleos críticos.Tabela 6. Efeito do Volume de Solução e do Tipo de Recipiente

<table>table see original document page 33</column></row><table>

Exemplo 7 - Esfriamento Dinâmico versus EsfriamentoEquilibrado

Os presentes métodos de controle de nucleação podem serusados em vários modos. Exemplos 1-6, descritos acima, demonstram, cadaum, o aspecto de controle da temperatura de nucleação de uma solução deliofilização que é essencialmente equilibrada em uma temperatura abaixo deseu ponto de congelamento termodinâmico (i.e., temperatura mudando muitolentamente). Este exemplo demonstra que a nucleação também pode ocorrerem uma temperatura abaixo do ponto de congelamento termodinâmico em umambiente de esfriamento dinâmico (i.e., a solução está sofrendo mudançasrápidas em temperatura).

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 foramposicionados sobre uma prateleira do secador por congelamento bempróximos uns dos outros. A prateleira do secador por congelamento foiesfriada 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 porcongelamento foi despressurizado rapidamente de cerca de 96,5 kPa (relativa)para 0 kPa (relativa) em um esforço para induzir nucleação. Todos os trêsfrascos nuclearam e começaram a congelar imediatamente após adespressurização. As temperaturas dos frascos diminuíram significativamentepara entre -6,8°C e -9,9°C antes da nucleação como um resultado do ambientede esfriamento dinâmico. Resultados comparativos são sumariados em Tabela7 abaixo.

Tabela 7. Resultados de Teste - Efeito de Resfriamento Dinâmico sobreNucleação

<table>table see original document page 34</column></row><table>

A eficácia dos presentes métodos para controlar a nucleaçãoem soluções de liofilização equilibradas em uma dada faixa de temperatura ouem soluções de liofilização sendo dinamicamente esfriadas, proporciona aousuário final dois modos potenciais de aplicação com benefícios e permutasdiferentes. Ao se permitir as soluções de liofilização se equilibrarem, a faixade temperaturas de nucleação será mais estreita ou minimizada para os limitesde desempenho do próprio secador por congelamento. A etapa de equilíbriopode requerer tempo extra para alcançar protocolos de congelamento relativopara convencional ou dinâmico onde as temperaturas da câmara e do frascosão diminuídas para menos do que cerca de -40°C em uma etapa. Contudo, oemprego de etapa de equilíbrio deve dar uniformidade de nucleação bem maismelhorada através de todos os frascos ou recipientes bem como realização deoutros benefícios associados com o controle preciso da temperatura denucleação do material.

Alternativamente, se equilíbrio das temperaturas do materialou da solução de liofilização for indesejável, pode-se simplesmenteimplementar a etapa de despressurização em um tempo apropriado durante oprotocolo de esfriamento dinâmico ou de congelamento normal. Adespressurização durante um esfriamento dinâmico produzirá umespalhamento mais amplo nas temperaturas de nucleação para o materialdentro dos recipientes de liofilização, mas adicionará tempo mínimo noprotocolo de congelamento e ainda permitirá que se mitiguem os problemasde sub-esfriamento extremo.

Exemplo 8 - Efeito de Excipientes DiferentesO presente método de controle ou indução de nucleação emum material pode ser usado para controlar a temperatura de nucleação desoluções sub-esfriadas contendo diferentes excipientes de liofilização. Esteexemplo demonstra o uso dos presentes métodos com os seguintesexcipientes: 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 soluçãocontendo 5% ρ de excipiente. Os frascos foram posicionados nem próximosuns dos outros sobre uma prateleira do secador por congelamento. O secadorpor congelamento foi pressurizado em uma atmosfera de argônio para cercade 96,5 kPa (relativa). A prateleira do secador por congelamento foi esfriadapara obter temperaturas de frasco próximas de -3 0C e então despressurizadarapidamente para induzir nucleação. Resultados são sumariados em Tabela 8.

Tabela 8. Efeito de Diferentes Excipientes de Nucleação

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Exemplo 9 - Controle da Nucleação de Soluções de Proteína

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 ousolubilidade de proteína. Duas proteínas, albumina de soro bovino (BSA) elactato-desidrogenase (LDH) foram usadas neste exemplo.BSA foi dissolvida em manitol 5% em uma concentração de10 mg/mL. Três frascos de liofilização foram cheios com 2,5 mL de soluçãode BSA-manitol e posicionados bem próximos uns dos outros sobre umaprateleira do secador por congelamento. O secador por congelamento foipressurizado em uma atmosfera de argônio para cerca de 96,5 kPa (relativa).A prateleira do secador por congelamento foi esfriada para obter umatemperatura de frasco próxima de -5°C. O secador por congelamento foidespressurizado rapidamente para induzir nucleação. Todos os frascos desolução de BSA nuclearam e começaram a congelar imediatamente após adespressurização. Nenhuma precipitação da proteína foi observada sobdescongelamento.

As proteínas LDH foram obtidas de dois fornecedoresdiferentes e para os propósitos de clareza são chamadas de LDH-I e LDH-2para distinguir as duas bateladas distintas. LDH-I foi dissolvida em manitol5% ρ em uma concentração de 1 mg/mL. Seis frascos de liofilização foramcheios com 2,5 mL de solução de LDH-l/manitol e posicionados bempróximos uns dos outros sobre uma prateleira do secador por congelamento.O secador por congelamento foi pressurizado em uma atmosfera de argôniopara cerca de 96,5 kPa (relativa). A prateleira do secador por congelamentofoi esfriada para obter uma temperatura de frasco próxima de -4°C. O secadorpor congelamento foi despressurizado rapidamente para induzir nucleação.Todos os frascos nuclearam e começaram a congelar imediatamente após adespressurização. Os frascos foram mantidos neste estado por cerca de 15minutos. A prateleira do secador por congelamento foi então esfriada em umavelocidade de aproximadamente 1°C/min para se obterem temperaturas defrasco próximas -45°C e mantidas por um adicional de 15 minutos paragarantir completitude do processo de congelamento. Após a etapa decongelamento, a prateleira do secador por congelamento foi então aquecidaem uma velocidade de cerca de 1°C/min para elevar as temperaturas dosfrascos para próximas de 5°C. Não foi observada precipitação durante odescongelamento. Os conteúdos dos frascos foram ensaiados para atividadeenzimática, e os resultados foram comparados com uma amostra de controlede solução de LDH-l/manitol não congelada.

Como parte de Exemplo 9, as amostras nucleadasdespressurizadas da solução de LDH-l/manitol foram comparadas comamostras estocasticamente nucleadas. Nas amostras estocasticamentenucleadas de LDH-1, o procedimento de congelamento foi repetido sempressurização e despressurização e sem a atmosfera de argônio.Especificamente, LDH-I foi dissolvida em manitol 5% em uma concentraçãode 5% ρ em uma concentração de 1 mg/mL. Seis frascos de liofilização foramcheios com 2,5 mL de solução de LDH-l/manitol e posicionados bempróximos uns dos outros sobre uma prateleira do secador por congelamento.O secador por congelamento foi esfriado partindo da temperatura ambienteem uma velocidade de 1°C/min para se obterem temperaturas de frascopróximas de -45°C e mantidas por um adicional de 15 minutos para garantircompletitude do processo de congelamento. Após a etapa de congelamento, aprateleira do secador por congelamento foi aquecida em uma velocidade decerca de 1°C/min para elevar as temperaturas dos frascos para próximas de5°C. Não foi observada precipitação durante o descongelamento. Osconteúdos dos frascos foram ensaiados para atividade enzimática, e osresultados foram comparados com uma amostra de controle de solução deLDH-l/manitol não congelada.

Também como parte do Exemplo 9, os experimentos descritosacima para LDH-I foram repetidos usando LDH-2. A única diferença foi umatemperatura de nucleação controlada próxima de -3°C para LDH-2 em vez de-A0C para LDH-1.Tabela 9. Controle de Temperatura de Nucleação de Soluções de Proteína

Sub-Esfriadas

<table>table see original document page 39</column></row><table><table>table see original document page 40</column></row><table>

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

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

Exemplo 10 - Redução de Tempo de Secagem Primário

Uma solução de manitol 5% ρ 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 frascosforam pesados vazios e com a solução para determinar a massa de águaadicionada nos frascos. Os vinte frascos foram posicionados bem próximosuns dos outros em uma estante de prateleira de secador por congelamento. Astemperaturas de seis frascos foram monitoradas usando termopares montadosem superfície; todos os frascos monitorados foram circundados por outrosfrascos para melhorar a uniformidade do comportamento de frasco. O secadorpor congelamento foi pressurizado para cerca de 96,5 kPa (relativa) em umaatmosfera gasosa controlada de gás argônio. A prateleira do secador porcongelamento foi esfriada da temperatura ambiente para cerca de -6°C para seobterem temperaturas de frasco de entre aproximadamente -I0C e -2°C. Osecador por congelamento foi então despressurizado de cerca de 96,5 kPa(relativa) para cerca de a pressão atmosférica em menos do que cincosegundos para induzir nucleação da solução dentro dos frascos. Todos osfrascos observados visualmente ou monitorados via termopares nuclearam ecomeçaram a congelar imediatamente após a despressurização.

A temperatura de prateleira foi então abaixada rapidamentepara cerca de -45°C para completar o processo de congelamento. Uma veztodas as temperaturas de frasco sendo -40°C ou menor, a câmara do secadorpor congelamento foi evacuada e o processo de secagem primária (i.e.,sublimação) foi iniciado. Durante este processo de secagem, a prateleira dosecador por congelamento foi aquecida para cerca de -14°C via uma rampa deuma hora e mantida naquela temperatura por 16 horas. O condensador foimantido a cerca de -60°C durante todo o processo de secagem. Secagemprimária foi interrompida pelo desligamento da bomba de vácuo ereenchimento da câmara com argônio para a pressão atmosférica. Os frascosforam prontamente removidos do secador por congelamento e pesados paradeterminar quanta água havia sido perdida durante o processo de secagemprimária.

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 deágua adicionada nos frascos. Os frascos foram carregados para dentro dosecador por congelamento na mesma maneira descrita acima, e astemperaturas de seis frascos foram uma vez mais monitoradas usandotermopares montados em superfície. A prateleira do secador porcongelamento foi rapidamente esfriada da temperatura ambiente para cerca de-45°C para congelar os frascos. Nucleação ocorreu estocasticamente entrecerca de -15°C e cerca de -18°C durante a etapa de esfriamento. Uma vez astemperaturas dos frascos sendo de cerca de -40°C ou menos, os frascos foramsecos em uma maneira idêntica a do método descrito acima. Com a conclusãoda secagem primária, as amostras foram prontamente removidas do secadorpor congelamento e pesadas para determinar quanta água havia sido perdidadurante o processo de secagem primária.Tabela 10. Aumento da Temperatura de Nucleação Melhora a Secagem

Primária

<table>table see original document page 43</column></row><table> Resultados do processo de secagem por congelamento comnucleação controlada e nucleação estocástica são sumariados em Tabela 10acima. Deve ser notado que estes dois experimentos apenas diferem na adiçãode nucleação controlada via etapa de despressurização em um experimento.Como visto em Tabela 10, o processo de nucleação controlada realizado viadespressurização permite a nucleação em graus muito baixos de sub-esfriamento, entre cerca de -1,1°C e -2,3°C neste exemplo. As temperaturas denucleação muito mais quentes para o caso de nucleação controlada comparadocom o caso de nucleação estocástica dá uma estrutura de gelo e bololiofilizado resultante com propriedades de secagem dramaticamentemelhoradas. Para a mesma quantidade de tempo de secagem, os frascosnuclearam 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 osfrascos nucleados estocasticamente entre cerca de -14,5°C e -17,9°C perderamapenas uma média de 65,3%. Como conseqüência, os frascos nucleadosestocasticamente requereriam muito mais tempo de secagem primária paraalcançar o mesmo grau de perda de água que o dos frascos nucleados em umamaneira controlada de acordo com os métodos presentemente descritos. Amelhoria em tempo de secagem é provavelmente atribuída à formação decristais de gelo maiores em temperaturas de nucleação mais quentes. Estescristais de gelo maiores deixam para trás poros maiores sob sublimação, e osporos maiores oferecem menos resistência ao fluxo de vapor de água durantesublimação adicional.

Aplicabilidade Industrial

O presente método proporciona um método melhorado paracontrolar a temperatura e/ou o tempo na(o) qual materiais sub-esfriados, asaber líquidos ou soluções, nucleiam e então congelam. Embora este pedidofocalize em parte sobre secagem por congelamento, um problema similarocorre para qualquer etapa de processamento de material que envolve umatransição de fase nucleada. Exemplos de tais processos incluem a cristalizaçãode polímeros e metais de massas fundidas, cristalização de materiais desoluções supersaturadas, cristalização de proteínas, produção de neveartificial, congelamento de alimentos, concentração por congelamento,cristalização fracionada, crioconservação, ou condensação de vapores paralíquidos.O benefício mais imediato de controle das temperaturas denucleação de um líquido ou de uma solução é a capacidade para controlar onúmero e o tamanho dos domínios sólidos pela transição de fase. Em águacongelando, por exemplo, a temperatura de nucleação diretamente controla otamanho e o número de cristais de gelo formados. Geralmente falando, oscristais de gele são menos em número e maiores em tamanho quando atemperatura de nucleação é mais quente.

A capacidade para controlar o número e o tamanho dedomínios sólidos produzidos por uma transição de fase pode proporcionarbenefícios adicionais. Em um processo de secagem por congelamento , porexemplo, o número e o tamanho dos cristais de gelo fortemente influenciamas propriedades de secagem do bolo liofilizado. Cristais de gelo maioresproduzidos por temperaturas de nucleação mais quentes deixam para trásporos maiores sob sublimação, e os poros maiores oferecem menos resistênciaao fluxo de vapor de água durante a sublimação subseqüente. Comoconseqüência, o sistema e os métodos descritos proporcionam um meio deaumentar as velocidades de secagem primária (i.e., sublimação) nosprocessos de secagem por congelamento pelo aumento da temperatura denucleação.

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 nãolimitado a, amostras de tecido de mamífero (e.g., cordão umbilical, biopsia detecido, células óvulo e espermatozóide, etc.), linhagens de células (e.g.,mamífero, levedura, procarióticas, fungicas, etc.) e moléculas biológicas (e.g.,proteínas, DNA, RNA e suas subclasses) congeladas em uma solução aquosapodem experimentar vários estresses durante o processo de congelamento quepodem prejudicar a função ou a atividade do material. Formação de gelopode romper fisicamente o material ou criar mudanças severas na ligaçãointerfacial, forças osmóticas, concentrações de soluto, etc. experimentadaspelo material. Visto que nucleação controla a estrutura e a cinética deformação de gelo, ela pode influenciar significativamente estes estresses. Ospresentes sistema e métodos portanto proporcionam meio único de mitigarestresses associados com processos de crioconservação e de intensificação darecuperação de função ou atividade de materiais crioconservados. Istorepresenta uma melhoria sobre métodos de controle de nucleaçãoconvencionais (e.g., semeadura ou contato com superfícies frias) usados parainiciar formação de gelo extracelular em algoritmos de crioconservação deduas etapas planejados para células vivas.

Os presentes métodos também podem ser aplicados emmisturas ou soluções complexas contendo vários constituintes em aplicaçõestanto de crioconservação quanto de liofilização. Estas formulações muitasvezes são soluções com um solvente aquoso, orgânico, ou aquoso-orgânicomisto contendo um ingrediente farmaceuticamente ativo (e.g., um compostoquímico sintético, uma proteína, um peptídeo, ou uma vacina) eopcionalmente, um ou mais constituintes mitigantes, incluindo agentesencorpantes que ajudam a prevenir perda física do ingrediente ativo durante asecagem (e.g., dextrose, glicose, glicina, lactose, maltose, manitol, poli(vinil-pirrolidona), cloreto de sódio, e sorbitol); agentes tampão ou modificadores detoxicidade que ajudam a manter a toxicidade e o pH ambiental apropriadopara o constituinte ativo (e.g. ácido acético, ácido benzóico, ácido cítrico,ácido clorídrico, ácido lático, ácido maleico, ácido fosfórico, ácido tartárico, eos sais de sódio dos ácidos acima citados); agentes estabilizadores que ajudama conservar a estrutura e a função do constituinte ativo durante processamentoou 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 ocomportamento 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 desódio, sulfito de sódio, sulfoxilato, e tio-glicerol).

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

A capacidade para controlar o comportamento de nucleação deum material também pode proporcionar benefício substancial em redução dotempo necessário para desenvolver um processo industrial que depende de umevento de nucleação normalmente não controlado. Por exemplo,freqüentemente demora muitos meses para desenvolver um ciclo de secagempor congelamento bem sucedido que pode ser realizado em uma quantidadede tempo razoável, para dar propriedades de produto desejadas dentro deuniformidade especificada, e para preservar a atividade suficiente doingrediente farmacêutico ativo (API). Pela provisão de um meio de controlede nucleação e deste modo de potencialmente melhorar o tempo de secagemprimária, a uniformidade de produto, e a atividade de API, o tempo necessáriopara desenvolver protocolos de secagem por congelamento bem sucedidosdeve ser dramaticamente reduzido.

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

Os métodos descritos são particularmente bem adequados paraoperações de manufatura ou de produção de grande escala porque podem serconduzidos usando os mesmos equipamento e parâmetros de processo quepodem ser facilmente escalados ou adaptados para manufaturar uma amplavariedade de produtos. O processo proporciona a nucleação de materiaisusando um processo onde todas as manipulações podem ser realizadas emuma câmara única (e.g., um secador por congelamento) e onde o processo nãorequer o uso de um vácuo, uso de aditivos, vibração, eletrocongelamento ousemelhante para induzir nucleação.

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

A presente modalidade também é menos cara e mais fácil deimplementar e de manter do que os métodos da arte anterior de influenciarnucleação em materiais em aplicações de liofilização. O presente métodopermite secagem primária significativamente mais rápida em processos deliofilização, reduzindo deste modo os custos de processo para fármacos secospor congelamento. O presente método produz produtos liofilizados muitomais uniformes do que os dos métodos da arte anterior, reduzindo deste modoas perdas de produto e criando barreiras para a entrada de processadoresincapazes 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 deprocesso encurtados.

Do discutido acima, seve ser reconhecido que a presenteinvenção assim proporciona um sistema e um método de liofilização. Váriasmodificações, mudanças, e variações dos presentes métodos serão evidentespara uma pessoa experiente na arte. Por exemplo o meio para controlartemperatura pode ser alternativos sistemas de esfriamento baseados emcriogênico ou sistemas de refrigeração mecânica avançada ou convencional.Igualmente, o meio para controlar a pressão e a atmosfera de gás na câmara éespecificamente contemplado para incluir técnicas de pressurização e dedespressurização conhecidas. E para ser entendido que quaisquer taisconfigurações, modificações, mudanças e variações alternativas são paraserem incluídas dentro do alcance deste pedido e do espírito e do escopo dasreivindicações.

Claims (20)

1. Método de liofilizar um material, caracterizado pelo fato decompreender as etapas de:esfriar o material em uma câmara em uma velocidade deesfriamento prescrita;diminuir a pressão na câmara para induzir nucleação decongelamento no material;adicionalmente esfriar o material nucleado para ou abaixo deuma temperatura final para congelar o material;secar o material congelado para produzir um produto secopossuindo solvente ou umidade reduzido.

2. Método de liofilizar de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a etapa de esfriar o material adicionalmentecompreende esfriar o material para um estado metaestável.

3. Método de liofilizar de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a etapa de adicionalmente esfriar o materialnucleado adicionalmente compreende esfriar o material nucleado para uma ouabaixo de uma temperatura final garantindo completo congelamento domaterial.

4. Método de liofilizar de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a etapa de diminuir a pressão é iniciada quandoo material atinge uma temperatura de nucleação desejada.

5. Método de liofilizar de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a etapa de diminuir a pressão é iniciada em umtempo desejado após a iniciação da etapa de esfriar no qual o material está naou abaixo de uma temperatura de transição de fase.

6. Método de liofilizar de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o material adicionalmente compreende ummaterial biofarmacêutico, um material farmacêutico, um material químico,um material biológico, um gênero alimentício ou combinação dos mesmos.

7. Método de liofilizar de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a etapa de diminuir a pressão ocorre em umaatmosfera de gás pressurizada dentro da câmara.

8. Método de liofilizar de acordo com a reivindicação 7,caracterizado pelo fato de que a atmosfera de gás dentro da câmaracompreende argônio, nitrogênio, hélio, ar, vapor de água, oxigênio, dióxidode carbono, neônio, xenônio, criptônio, hidrogênio, ou misturas dos mesmos.

9. Método de liofilizar de acordo com a reivindicação 7,caracterizado pelo fato de que a atmosfera de gás é pressurizada entre apressão ambiente e 172 kPa acima da pressão ambiente.

10. Método de liofilizar de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o material é inicialmente esfriado para umatemperatura variando da temperatura de transição de fase para 20°C abaixo datemperatura de transição de fase antes da despressurização.

11. Método de liofilizar de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a pressão é diminuída em cerca de 48 kPa oumais.

12. Método de liofilizar de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a pressão é diminuída de tal modo que umarazão de pressões absolutas , P/Pf, é cerca de 1,2 ou maior.

13. Método de liofilizar de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a pressão é diminuída em uma velocidade dequeda de pressão ΔΡ/Δί, maior do que cerca de 1,4 kPa por segundo.

14. Método de liofilizar de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a pressão é diminuída em 40 segundos oumenos.

15. Método de acordo com a reivindicação 6, caracterizadopelo fato de que o material adicionalmente compreende um ou maiscomponentes compreendendo um vírus vivo ou atenuado; ácido nucleico;anticorpo monoclonal, anticorpo policlonal; proteína; peptídeo; oupolipeptídeo.

16. Método de acordo com a reivindicação, 15, caracterizadopelo fato de que os componentes de material reconstituído exibem umafunção ou atividade melhorada sobre a função ou atividade associada com oscomponentes de material reconstituído de um material estocasticamentenucleado.

17. Método de liofilizar de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o material é mantido em uma pluralidade derecipientes ou frascos e o produto seco obtido da pluralidade de recipientes oufrascos exibe tempo de reconstituição relativamente uniforme.

18. Método de liofilizar de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o material é mantido em uma pluralidade derecipientes ou frascos e o produto seco obtido da pluralidade de recipientes oufrascos exibe níveis de solvente ou de umidade residual relativamenteuniformes.

19. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que o tempo requerido para secar o material congelado é menordo que o tempo requerido para secar o material congelado que éestocasticamente nucleado.

20. Sistema de liofilização, caracterizado pelo fato decompreender:uma câmara possuindo uma atmosfera de gás controlada e umaou mais prateleiras adaptadas para suportar um ou mais recipientes ou frascosde um material;um meio para controlar a temperatura das prateleiras dentro dacâmara de modo a controlar a temperatura do material;um condensador acoplado na câmara e adaptado para removerqualquer solvente ou umidade da câmara; eum meio para controlar a pressão da câmara para rapidamentedespressurizar a câmara para nuclear o material durante o congelamento epara manter uma pressão baixa durante a secagem.