KR20110047207A - 하나 이상의 초음파 노즐을 포함하는 습식 과립화 시스템 - Google Patents

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페렌크 부즈사키
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아스트라제네카 아베
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Abstract

본 발명은 하나 이상의 제약학적 생성물의 미세 입자상 고체의 표면 상에 액체 결합제를 균일하게 분포시키는 시스템에 관한 것이다. 이 시스템은 상기 고체가 혼합기의 주변을 따라서 제1 회전 운동으로 회전하게 할 수 있도록 배열된 회전 수단이 하부에 제공된 실질적으로 원형인 혼합기, 및 상기 액체 결합제를 제공하는 공급 기기에 연결되고 상기 고체가 회전 운동하는 동안 그의 표면 상에 상기 액체 결합제를 액적 형태로 분포시키도록 배열된 하나 이상의 초음파 노즐을 포함한다.

Description

하나 이상의 초음파 노즐을 포함하는 습식 과립화 시스템{WET GRANULATION SYSTEM COMPRISING AT LEAST ONE ULTRASONIC NOZZLE}
본 발명은 하나 이상의 제약학적 생성물의 미세 입자상 고체의 표면 상에 액체 결합제를 균일하게 분포시키는 시스템에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이러한 시스템의 용도 및 미세 입자상 고체의 표면 상에 액체 결합제를 균일하게 분포시키는 방법에 관한 것이다.
제약학적 고체, 즉 제약학적 생성물의 미세 입자상 고체의 표면 상에 액체 결합제를 분포시키는 것, 소위 습식 과립화는 제약 산업에서 고체 투여형 제제화에 널리 이용된다. 습식 과립화는 액체 결합제를 이용해서 고체 입자를 응집시키는 크기 확대 방법이다. 제약학적 고체의 입자들은 액체 결합제에 의해 모세관력 및 점성력에 의해서 건조할 때까지 함께 결합하고, 건조시 더 영구적인 결합이 형성된다.
과립화 방법은 제약학적 고체의 입자를 확대하고, 이렇게 하여 확대된 입자를 보통 과립이라고 부른다. 과립화 방법은 제약학적 고체의 물리적 성질 및 유변학적 성질을 변화시킨다. 과립화를 하는 주된 이유는 여러 제약학적 성분을 혼합한 제약학적 고체의 구성요소의 분리를 방지하기 위한 것, 제약학적 고체의 유동 성질을 향상시키기 위한 것, 제약학적 고체의 압축 특성을 개선하기 위한 것, 분진을 감소시키기 위한 것 및 제약학적 고체를 치밀화하기 위한 것이다. 제약학적 고체의 상기 특성을 정확한 방식으로 변화시킴으로써, 예를 들어 타정기에서 정제를 압축 타정하는 것 같은 제약학적 고체의 취급 및 추가 가공이 개선된다. 지난 수십 년 동안, 과립화 방법에 대한 이해가 상당히 개선되었다. 오늘날, 과립화 방법은 그렇게 제조된 과립의 요망되는 속성이 제제화 변수(제약학적 고체의 변수 및 액체 결합제의 변수) 및 기계 의존적 공정 매개변수의 조합에 의해 정확한 방식으로 조절되는 제약학적 입자 설계의 한 예라고 여긴다.
제조된 과립의 품질에 영향을 주는 주요 제제화 변수는 제약학적 고체 입자 크기 분포, 액체 결합제에 의한 고체의 습윤화, 고체 용해도, 및 액체 결합제의 특성 및 양이다. 과립화 성장 공정에 대한 지식이 급속히 증가하고 있고, 과립화 거동에 영향을 주는 세 가지 주요 공정이 확인되었다. 이 세 가지 주요 공정은 습윤화 및 핵 생성, 압밀 및 성장, 및 마쇄 및 파단으로 확인된다. 과립화 영역의 연구자들은 확인된 공정들에 대한 이해가 제제화 변수 및 공정 매개변수가 함께 제조된 과립에 어떻게 영향을 주는지를 예측할 수 있게 할 것이라고 믿는다.
과립화 방법에서 과립의 품질에 영향을 주는 주요 공정 변수는 혼합기에서의 임펠러 속도, 과립화 시간, 온도 및 액체 결합제 첨가 방법이다.
부적절한 과립화는 하류 공정에서 고결, 분리 및 불량한 타정 성능 같은 문제를 일으키고, 따라서 과립화 방법은 고체 투여형 제조에서 매우 중요한 단계로 여겨진다.
과립화 방법의 한가지 중요한 인자는 습윤화에 중요한 영향을 미치는 액체 결합제의 분포 및 액적 크기이다. 액적 크기는 추가로 과립의 성장 거동에 영향을 준다. 액체 결합제 액적 크기가 일차 입자 크기보다 훨씬 더 크면, 이것은 분포 메카니즘 대신 액침 메카니즘에 의한 성장을 초래하고, 이로 인해 과대 크기 과립이 제조된다. 이러한 과대 크기 과립은 추가 가공에 사용하기 전에 더 작은 과립으로 분쇄되는 것을 필요로 한다. 과립을 분쇄하기 위해서는, 혼합기에 분쇄기가 존재해야 하고, 분쇄 공정은 과다 습윤화된 덩어리를 파단시키기 위한 분쇄기 속도 및 전단력에 의존한다.
따라서, 액체 결합제 첨가 방법은 제조되는 과립의 품질에 매우 중요하다. 통상적으로, 액체 결합제 첨가에는 두 가지 주요 방법이 이용된다: 분포될 액체 결합제 주입(pouring) 및 분사.
주입 방법은 액체 결합제를 전혀 분산하지 않고 액체 결합제를 이동하는 제약학적 고체 층에 직접 주입하는 것을 포함한다. 주입 방법에 의한 액체 결합제 분포는 오직 기계적 혼합에만 의존하고, 이 때문에 이 방법은 매우 불량한 초기 액체 결합제 분포를 초래한다. 이러한 불균등한 액체 결합제 분포는 높은 수분 함량을 가지고 거대 성장하는 국소 영역들을 발생하고, 한편 다른 영역은 과립화되지 않고 그대로 있다.
주입 방법은 가공 용이성 및 짧은 공정 시간을 포함해서 몇 가지 이점을 가지지만, 액체 결합제의 불균등한 분포로 인한 상기 불리한 점 때문에 이 방법은 액체 결합제의 정확하고 균등한 분포가 이렇게 제조되는 과립의 품질에 중요한 경우에는 적용될 수 없다.
분사 방법은 더 정확한 액체 결합제 분포 방법을 제공한다. 이 방법은 액체 결합제를 하나의 또는 여러 개의 노즐을 통해 고압에서 고속으로 통과시킴으로써 액체 결합제 분산액을 액적으로 분산시키는 것을 포함한다. 액적을 이동하는 제약학적 고체 층에 가압 하에서 분사한다. 과다 습윤화를 피하기 위해, 액체 결합제를 느리게 첨가하는 것이 바람직하다. 분사 방법에서는, 액체 결합제를 주입 방법에 비해 느리게 첨가한다. 또한, 분사 방법으로 액체 결합제 분포를 개선하기 위해, 분사에 작은 노즐이 이용된다. 더 작은 노즐 및 따라서 더 작은 액적은 더 나은 액체 결합제 분포를 제공한다. 분사 방법은 주입 방법에 비해 이점을 가지지만, 그것은 한계를 가진다. 액체 결합제를 가압 중에 첨가해야 하기 때문에, 노즐이 과립화할 제약학적 고체로 폐색될 수 있고, 이러한 이유 때문에, 노즐의 오리피스가 너무 작을 수는 없다. 압력이 너무 낮으면 노즐 막힘이 발생하여 과립화 시간이 너무 오래 걸리기 때문에, 압력이 너무 낮을 수는 없다.
분사 방법을 이용하는 경우의 또 하나의 불리한 점은 액적이 넓은 크기 분포를 나타내어, 넓은 과립 크기 분포를 발생한다는 것이다. 또한, 액체 결합제를 가압 하에서 첨가해야 하는 것은 필터 내에서 및 장비의 벽 상에서 제약학적 고체의 소실을 초래한다. 상기 사실 때문에, 액적 크기를 제어하기가 어렵다. 압력 증가는 더 작은 액적 크기 및 더 높은 유속을 발생하지만 액적의 덴스(dens) 충격 때문에 더 많은 과다 습윤화를 초래한다. 노즐 오리피스의 감소는 액체 결합제 유동을 감소시키고 노즐이 막힐 위험을 증가시킨다.
또한, 액체 결합제에 가해짐으로써 제약학적 고체를 분산시키는 실질적 압력은 용기 바닥 및 벽의 젖음을 초래한다. 그 결과, 좁은 입자 크기 분포를 가지는 균일한 과립을 얻기가 어렵다. 압력을 감소시키면, 액체 결합제 액적이 더 커져서 습화가 불균등해지는 결점이 따른다. 또 하나의 문제점은 분산된 제약학적 고체가 노즐에 달라붙어 분사 패턴을 교란시킴으로써 불균등한 습화가 초래된다는 것이다. 또한, 과다 압력은 또한 과립화 혼합기에 연결된 어떠한 필터 유닛도 막는 치수의 제약학적 고체를 생성하고, 그것은 또한 과립화 수율을 감소시킨다.
또한, 또 하나의 문제점은 일부 제제, 즉 상이한 겔화 중합체를 함유하는 제제에서 발생한다. 여기서 겔화 중합체는 액체 매질을 통해서 나아가는 견고한 일시적 3 차원 망상구조를 생성할 수 있는 중합체로 정의된다. 합성 또는 천연 물질일 수 있는 겔화 중합체의 예는 폴리사카라이드, 예를 들어 말토덱스트린, 크산탄, 스클레로글루칸 덱스트란, 전분, 알기네이트, 풀루란, 히알로론산, 키틴, 키토산 및 기타 등등; 다른 천연 중합체, 예를 들어 단백질(알부민, 젤라틴 등), 폴리-L-리신; 소듐 폴리(아크릴산); 폴리(히드록시알킬메타크릴레이트)(예를 들어, 폴리(히드록시에틸메타크릴레이트)); 카르복시폴리메틸렌(예를 들어, 카르보폴 RTM); 카르보머; 폴리비닐피롤리돈; 검, 예를 들어 구아 검, 아라비아 검, 카라야 검, 가티 검, 로커스트 빈 검, 타마린드 검, 젤란 검, 트라가칸트 검, 아가, 펙틴, 글루텐 및 기타 등등; 폴리(비닐 알콜); 에틸렌 비닐 알콜; 폴리(에틸렌 옥시드)(PEO); 및 셀룰로스 에테르, 수카스 히드록시메틸셀룰로스(HMC), 히드록시에틸셀룰로스(HEC), 히드록시프로필셀룰로스(HPC), 메틸셀룰로스(MC), 에틸셀룰로스(EC), 카르복시에틸셀룰로스(CEC), 에틸히드록시에틸셀룰로스(EHEC), 카르복시메틸히드록시에틸셀룰로스(CMHEC), 히드록시프로필메틸셀룰로스(HPMC), 히드록시프로필에틸셀룰로스(HPEC) 및 소듐 카르복시메틸셀룰로스(Na CMC); 및 임의의 상기 중합체의 공중합체 및/또는 (단순) 혼합물을 포함한다. 상기 중합체 중 몇몇은 추가로 표준 기술에 의해 가교될 수 있다. 겔화 중합체를 포함하는 제제는 제약학적 고체가 과립화 동안에 팽창하여 건조 후에 밀링하기 어려울 수 있는 상이한 크기의 덩어리를 생성함으로써 수율이 더 낮아지기 때문에 과다 습윤화에 매우 민감할 수 있다. 또 다른 중요한 인자는 이러한 종류의 제제의 과립화 시간이다. 긴 시간은 건조 및 밀링이 어려울 수 있는 더 큰 덩어리를 생성한다. 이러한 덩어리는 건조 공정 후 매우 단단해지는 경향이 있고, 따라서, 예를 들어 타정 공정에 사용하기에 적합하지 않은 낮은 압축성을 가지는 과립이 생성된다.
발명의 목적
본 발명의 목적은 하나 이상의 제약학적 생성물의 미세 입자상 고체의 표면 상에 액체 결합제를 균일하게 분포시키는 시스템 및 방법을 제공하여 상기 문제를 해결하는 것이다.
발명의 요약
상기 목적은 하나 이상의 제약학적 생성물의 미세 입자상 고체의 표면 상에 액체 결합제를 균일하게 분포시키는 시스템을 제공함으로써 달성된다. 바람직한 실시양태에서, 미세 입자상은 250 ㎛ 미만, 바람직하게는 100 ㎛ 미만인 평균 입자, 바람직하게는 체 분석에 의해 측정한 평균 입자를 가지는 물질을 의미한다. 이 시스템은 상기 고체가 혼합기 주변을 따라서 제1 회전 운동으로 회전하게 할 수 있도록 배열된 회전 수단이 하부에 제공된 실질적으로 원형인 혼합기, 및 액체 결합제를 제공하는 공급 기기에 연결되고 상기 고체가 회전 운동하는 동안 그의 표면 상에 상기 액체 결합제를 액적 형태로 분포시키도록 배열된 하나 이상의 초음파 노즐을 포함한다.
액체 결합제를 가압되지 않은 액적 형태로 매우 정확한 방식으로 분포시키는 초음파 노즐을 이용함으로써, 양호한 유동 능력, 작은 크기 분포, 다공성 구조 및 양호한 압축성을 가지는 과립의 제조가 가능하다. 이렇게 제조된 과립은 작고 단일 크기이기 때문에, 작은 과립을 제조하기 위해 과립을 더 작은 크기로 분쇄하는 분쇄기가 필요하지 않다.
초음파 분무는 진동 표면 상에서 얇은 액체 결합제 필름을 진동시킴으로써 미세 액적을 형성하는 것을 포함한다. 이어서, 이렇게 형성된 액적을 진동 표면으로부터 주위에 농무로서 분출함으로써, 중력에 의해 낙하하여 덴스 충격을 피한다. 제약학적 고체 유동이 충분히 높고 적당한 액체 결합제 유동이 이용되면, 짧은 습윤화 시간이 달성되고, 따라서 과립 성장의 개선된 조절이 달성된다. 노즐의 표면이 진동하고 있기 때문에, 제약학적 고체가 노즐에 달라붙지 않아서 분사 패턴을 교란시키지 않는다. 또한, 바람직하게는 양호한 유동 능력, 작은 크기 분포, 다공성 구조 및 양호한 압축성을 가지는 겔화 중합체를 포함하는 과립의 제조가 가능하다. 또한, 과립화 방법에서 초음파 노즐의 이용은 액적의 크기가 더 균등하고 진폭-입력 에너지 및 액체 결합제 유동을 변화시킴으로써 매우 정확한 방식으로 조절되기 때문에 액적의 크기와 관련해서도 이점을 가진다.
본 발명의 하나 이상의 실시양태에 따르면, 혼합기에는 추가로 고체가 적어도 제2 회전 운동으로 회전하게 할 수 있도록 배열된 원추형 표면이 상부에 제공된다. 제1 회전 운동의 회전축은 제2 회전 운동의 회전축으로부터 기울어진다.
여러 방향으로의 회전 운동으로 고체를 회전 운동시킴으로써, 고체의 면적이 효율적인 방식으로 액체 결합제에 노출되고, 따라서 각 고체의 전체 표면에 액체 결합제가 균등하게 분포된다.
본 발명의 하나 이상의 실시양태에 따르면, 액적의 크기는 25 ㎛ 내지 300 ㎛의 직경을 가진다.
본 발명의 하나 이상의 실시양태에 따르면, 액체 결합제의 유속은 10 g/분 내지 2000 g/분이다.
본 발명의 하나 이상의 실시양태에 따르면, 액체 결합제의 온도는 5 ℃ 내지 75 ℃이다.
본 발명의 하나 이상의 실시양태에 따르면, 둘 이상의 노즐이 포함되고, 상기 노즐이 혼합기의 주변 둘레에 배열된다.
또한, 본 발명은 제약학적 생성물 중 하나 이상이 겔화 중합체를 포함하는, 이러한 시스템의 용도에 관한 것이다.
또한, 본 발명은
- 하나 이상의 제약학적 생성물의 미세 입자상 고체를 혼합기의 주변을 따라서 제1 회전 운동시키는 단계, 및
- 제약학적 생성물의 미세 입자상 고체가 회전하는 동안 그의 표면 상에 액체 결합제를 액적 형태로 분포시키는 단계를 포함하며, 상기 액적이 주위 공기와 동일한 압력을 가지는 것인, 혼합기에서 하나 이상의 제약학적 생성물의 미세 입자상 고체의 표면 상에 액체 결합제를 균일하게 분포시키는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 하나 이상의 실시양태에 따르면, 고체는 제2 회전 운동을 하고, 제1 회전 운동의 회전축은 제2 회전 운동의 회전축으로부터 기울어진다.
이러한 시스템에서 과립화하기에 적당한 의약은 예를 들어 세로퀄(Seroquel) TM(쿠에티아핀(Quetiapine))을 포함한다.
이제, 본 발명을 예시 목적으로 첨부 도면을 참고로 하여 실시양태에 의해 더 상세히 기술할 것이다.
도 1은 본 발명의 한 실시양태인 하부 드라이브 임펠러를 갖는 혼합기에 사용되는 초음파 분무기를 나타낸 도면이다.
도 2, 3 및 4는 통상의 과립화 방법을 이용한 비교예의 결과를 본 발명과 비교해서 나타낸 도면이다.
도 2a - 2e는 결과를 나타낸 표를 나타낸 도면이다.
도 3은 과립화 후의 입자 크기 분포를 나타낸 도면이다.
도 4는 압축 프로파일 및 정제 경도를 나타낸 도면이다.
바람직한 실시양태에 대한 상세한 설명
도 1은 본 발명의 한 실시양태을 나타낸다. 초음파 분무기 노즐 (3)이 회전 수단, 즉, 하부 드라이브 임펠러를 갖는 혼합기 (7)에 사용된다. 하나 이상의 제약학적 생성물의, 즉 제약학적 고체 물질 형태의 미세 입자상 고체가 혼합기 (7)에 첨가되고, 적당한 양의 액체 결합제 (1), 즉, 수성 또는 유기 용액이 분무기 노즐 (3)이 설비된 초음파 분무기에 의해 위로부터 적용된다.
작업하는 동안, 시스템은 다음과 같이 작동한다. 일정량의 과립화 액체 결합제 (1)이 정량 펌프 (2)(예를 들어, 기어 펌프)를 이용해서 튜브 (4)를 경유해서 노즐 (3)에 공급된다. 적당한 초음파 진동이 조절 유닛 (5)에 의해 노즐 (3)에 부여되어 액적 (6)이 혼합기 (7)에 방출된다. 초음파 유닛과 함께 기어 펌프를 이용함으로써, 액체 결합제 (1)의 유동이 매우 정확하게 조절되고, 이렇게 함으로써, 결과적으로 과립 성장이 간접적으로 조절된다.
도 2, 3 및 4는 신규 과립화 방법을 평가하는 한 예의 결과를 분사 방법과 비교해서 나타낸다. 이 예는 히드록실-프로필-메틸 셀룰로스(HPMC) 15000 cps 및 폴리-비닐-피롤리돈(PVP)로 이루어진 제제로 수행한다. 과립화 액체 결합제로는 물이 사용된다.
요인 설계를 이용해서 반응 변수, 즉 과대 크기(>1.6 ㎜) 입자 백분율, 밀링 후 수율, 유동 능력 및 정제 경도와 관련해서 공정 인자, 즉 액체 결합제 첨가 부피, 과립화 시간 및 물 첨가 속도에 관해 두 방법의 최적 조건을 찾아낸다. 요인 설계는 모든 인자가 동시에 변하는 한 조의 대표 실험을 생성하는 것을 포함하고, 몇 개의 실험으로부터 많은 정보를 추출할 수 있게 한다.
도 2a의 표는 매개변수 한계치를 나타내고, 전체 실험 계획 및 얻은 결과는 분사 방법의 데이터를 나타낸 도 2b의 표 및 초음파 방법의 데이터를 나타낸 도 2c의 표에서 알 수 있다. 도 2d는 액체 결합제를 첨가하는 상이한 방법에 대해 찾아낸 유리한 과립화 공정 매개변수를 나타낸다. 도 2e는 실험에서 제조된 과립에 대한 데이터를 나타낸다.
실험 1 및 2는 분사 방법을 이용하고, 실험 3 및 4는 초음파 분무를 이용한다.
도 3은 과립화 후의 입자 크기 분포를 나타낸다. 체 분석은 초음파 분무를 이용할 때의 과립이 분사 방법으로 제조된 과립에 비해 더 좁은 분포를 가지고 더 균질하다는 것을 나타낸다.
도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 새로운 방법에 의해 제조된 과립은 조사된 모든 펀칭력에서 가장 높은 내파열성을 가지는 정제를 얻는다. 이에 대한 설명은 분사 방법에 의해 제조된 과립의 더 높은 벌크 밀도일 수 있고, 이에 대해서는 도 2e를 참조한다. 비교할 만한 참 밀도를 가지는 분말들의 높은 벌크 밀도는 감소된 기공도와 관련 있고, 이것은 보통 감소된 압축성과 관련된다.
과립화는 고전단 혼합기(에어로매틱-필더(Aeromatic-Fielder), GP-1)에서 실시하였다. 모든 과립화는 약 40%의 충전 수준에 상응하는 1000 g의 회분 크기로 수행하였다. 과립화 전, 제제 성분들을 혼합기에서 250 rpm으로 3 분 동안 블렌딩하였다. 과립화 동안, 임펠러 속도는 350 rpm으로 설정하였고, 분쇄기 속도는 1000 rpm으로 일정하게 유지하였다. 과립화에 초음파 분무 방법을 이용할 때는, 분쇄기를 내려놓고 사용하지 않았다.
또한, 본 발명이 기술된 실시양태에 제한되지 않고, 첨부된 특허 청구 범위의 범위에서 벗어남이 없이 많은 상이한 방법으로 변경할 수 있음을 이해할 것이다.

Claims (9)

  1. 하나 이상의 제약학적 생성물의 미세 입자상 고체가 혼합기 주변을 따라서 제1 회전 운동으로 회전하게 할 수 있도록 배열된 회전 수단이 하부에 제공된 실질적으로 원형인 혼합기, 및
    액체 결합제를 제공하는 공급 기기에 연결되고 상기 고체가 회전 운동하는 동안 그의 표면 상에 상기 액체 결합제를 액적 형태로 분포시키도록 배열된 하나 이상의 초음파 노즐
    을 포함하는, 하나 이상의 제약학적 생성물의 미세 입자상 고체의 표면 상에 액체 결합제를 균일하게 분포시키는 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 혼합기에 고체가 적어도 제2 회전 운동으로 회전하게 할 수 있도록 배열된 원추형 표면이 상부에 추가로 제공되고, 제1 회전 운동의 회전축이 제2 회전 운동의 회전축으로부터 기울어진 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 액적의 크기가 직경 25 ㎛ 내지 300 ㎛인 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 액체 결합제의 유속이 10 g/분 내지 2000 g/분인 시스템.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 액체 결합제의 온도가 5 ℃ 내지 75 ℃인 시스템.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 둘 이상의 노즐이 포함되고, 상기 노즐이 혼합기의 주변 둘레에 배열된 시스템.
  7. 제약학적 생성물 중 하나 이상이 겔화 중합체를 포함하는, 제6항에 따른 시스템의 용도.
  8. 하나 이상의 제약학적 생성물의 미세 입자상 고체를 혼합기의 주변을 따라서 제1 회전 운동시키는 단계, 및
    제약학적 생성물의 미세 입자상 고체가 회전하는 동안 그의 표면 상에 액체 결합제를 액적 형태로 분포시키는 단계
    를 포함하며, 상기 액적이 주위 공기와 동일한 압력을 가지는 것인, 혼합기에서 하나 이상의 제약학적 생성물의 미세 입자상 고체의 표면 상에 액체 결합제를 균일하게 분포시키는 방법.
  9. 제8항에 있어서, 고체를 제2 회전 운동시키는 단계를 더 포함하고, 제1 회전 운동의 회전축이 제2 회전 운동의 회전축으로부터 기울어진 방법.
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