 |
Innovative, continuous technologies for downstream processing of sensitive drugs
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
128241 |
| Type |
PD |
| Principal investigator |
Démuth, Balázs |
| Title in Hungarian |
Innovatív, folyamatos technológiák érzékeny hatóanyagok feldolgozására |
| Title in English |
Innovative, continuous technologies for downstream processing of sensitive drugs |
| Keywords in Hungarian |
amorf szilárd diszperziók, biohatóanyagok, ikercsigás technológiák, folyamatos gyártás, nanoszálképzés |
| Keywords in English |
amorphous solid dispersions, biodrugs, twin-screw technologies, continuous manufacturing, nanofiber spinning |
| Discipline |
| Technology of Organic Chemistry and Pharmaceutical Technology (Council of Physical Sciences) | 90 % | | Analytical Chemistry (Council of Physical Sciences) | 10 % | | Ortelius classification: Spectrochemistry |
|
| Panel |
Chemistry 2 |
| Department or equivalent |
Department of Organic Chemistry and Technology (Budapest University of Technology and Economics) |
| Starting date |
2018-10-01 |
| Closing date |
2019-08-31 |
| Funding (in million HUF) |
5.269 |
| FTE (full time equivalent) |
0.69 |
| state |
closed project |
Summary in Hungarian A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
A kutatás három fő részre bontható. Az első rész fő célja innovatív, folyamatos granulálási technológiák pl.: nedves és olvadékos granulálás fejlesztése (és a folyamatok szakaszos változatainak adaptációja folyamatos üzemben), illetve támogató analitikai módszerek kitalálása. Vizsgált jellemzőnek a hatóanyag-tartalom (homogenitás) vagy a szemcseméret választható, melyek különböző módszerekkel mérhetők (pl.: nagy felbontású kamera). A második rész célja, hogy gyenge gördülékenységű és rosszul tablettázható amorf szilárd diszperziók feldolgozhatóságának javítására általános megoldásokat keressünk. A szilárd diszperziók előállítására elektrosztatikus szálképzést és porlasztva szárítást alkalmaznánk. Erre alkalmasak lehetnek az előzőleg említett folyamatos granulálási eljárások, melyeket úgy szükséges kivitelezni, hogy az amorf hatóanyag kristályosodását elkerüljük. A harmadik rész fő célja az lenne, hogy biohatóanyagok (pl.: gyulladásos bélbetegségek kezelésére szolgáló nagymolekulák) vastagbél specifikus leadását megvalósítsuk. Ehhez szükséges a hatóanyagok kíméletes szárítása, melyet elektrosztatikus szálképzéssel végzünk el. A kapott (nano)szálak őrlése, majd tablettává alakítása lenne az ezt követő feladat. Természetesen cél, hogy az egész folyamat során a biohatóanyag aktivitása a lehető legjobban megmaradjon. Ennek a résznek további célja, hogy tanulmányozzuk biohatóanyagok szilárd formálásának lehetőségét. Pontosabban, hogy folyamatos nedves granulálással (és az azt követő szárítással) szilárd formába hozható-e az enzim vagy baktérium jelentős aktivitás vesztés nélkül.
Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
A kutatás alapkérdése, hogy hogyan dolgozhatók fel, alakíthatók praktikus gyógyszerformává a gyógyszeripar számára rendkívül hasznos érzékeny (amorf és biológiai) hatóanyagok. A kutatás kiinduló hipotézise, hogy folyamatos technológiák segítségével (pl.: elektrosztatikus szálképzés, ikercsigás granulálás) ezen hatóanyagok feldolgozhatósága jelentősen javul, végleges gyógyszerforma kialakítása könnyebben megvalósítható. További feltevés, hogy az új technológiák segítségével lehetőség nyílhat kedvezőtlen folyamatok kiváltására és innovatív gyógyszerformák létrehozására.
Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
Az amorf szilárd diszperziók a gyógyszeripari fejlesztések középpontjába tartoznak. Az amorf szilárd diszperziók segítségével egyrészt újonnan felfedezett, originális molekulák formálása valósítható meg, mely sok esetben más módon nem oldható meg. Másrészről pedig már forgalomban levő gyógyszerhatóanyagok tulajdonságai javíthatók (például kisebb dózissal magasabb vérszint elérése és ezáltal a mellékhatások elkerülése). Az amorf szilárd diszperziók előállítására nemzetközi szinten rengeteg kutatás fókuszál, és az így elérhető kioldódás- és biohasznosulás-növekedés rengeteg publikációban jelenik meg. Azonban jóval kisebb figyelem irányul a diszperziók feldolgozására, továbbalakítására gyógyszerformává, ami talán választ adhat arra, miért van relatíve kevés amorf szilárd diszperziós készítmény a piacon a nagy akadémiai és ipari érdeklődés ellenére. A kevés adatból viszont az látszódik, hogy változások következhetnek eme folyamat során, ami elkerülendő. Ezért lenne érdemes olyan kutatásokat végezni, amik megoldást kínálnak az előállított szilárd diszperziós rendszerek továbbalakítására.
A biológiai hatóanyagok sokrétűek és rendkívül biztatóak terápiás szempontból. Segítségükkel lehetőség nyílik korábban nehezen vagy nem gyógyítható betegségek (pl.: Crohn-betegség) kezelésére is. Azonban eme hatóanyagok kezelése különleges körültekintést igényel érzékenységük miatt. A biológiai hatóanyagok szárítására manapság leginkább az idő- és energiaigényes fagyasztva szárítást alkalmazzák. A fagyasztva szárítás ígéretes alternatívája az elektrosztatikus szálképzés. A technológiával, annak méretnövelésével és a kapott szálak feldolgozásával kutatócsoportunknak rengeteg tapasztalata van. Az elért eredmények nem csupán tudományos, hanem ipari érdeklődésre is szert tehetnek a biologikumok változatossága és növekvő jelentősége miatt.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
Napjainkban a gyógyszeripari kihívások közül kiemelkedik a rossz vízoldhatóságú és a biológiai hatóanyagokat tartalmazó gyógyszerkészítmények létrehozása. A rossz vízoldhatóság a hatóanyag forgalomba kerülését akadályozhatja meg. Amorf szilárd diszperziók előállításával javítható a kioldódás. Az amorf anyagok instabilak, így tárolás, készítménytechnológiai feldolgozás vagy feloldódás során a stabilabb kristályos formává alakulhat át.
A biológiai hatóanyagok jelentősége évről évre nő, a legnagyobb forgalmat generáló készítmények néhány kivételtől eltekintve mind nagy molekulát tartalmaznak. Azonban ezen érzékeny hatóanyagok szárítása, kezelése és feldolgozása még ma is rengeteg kihívás elé állítja a fejlesztőket.
A kutatás arra keres választ, hogy ezek az érzékeny (amorf és biológiai) hatóanyagok hogyan alakíthatók megfelelő gyógyszerformává, praktikusan tablettává. Olyan újszerű technológiák kidolgozása a cél, melyek – alkalmazkodva a legújabb gyógyszeripari trendekhez – folyamatosak és elkerülhetők velük az érzékeny anyagok állapotának megváltozása. Fontos cél, hogy amorf szilárd diszperziók esetén megtaláljuk azokat a folyamatokat, paramétereket és segédanyagokat, melyekkel javítható ezen rendszerek feldolgozhatósága. Másik jelentős célkitűzés biohatóanyagok szilárd formálása innovatív technológiákkal (pl.: nanoszálképzés), melyekkel korábban nem ismert készítmények hozhatók létre. Természetesen fontos a technológiai és anyagismeretek széleskörű elsajátítását, mely kifejezetten hasznos lehet ipari partnereknek is.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
The research can be divided into three main parts. The main goal of the first part is to develop innovative, continuous granulation processes such as wet and melt granulations (and to transform the batch versions of the technologies into a continuous manner), and to elaborate supporting analytical tools. Drug content (homogeneity) and particle size can be chosen as the investigated characteristics, which can be measured by several methods (e.g. high resolution camera). The aim of the second part is to find general solutions how to enhance the processability of amorphous solid dispersions with weak flowability and tabletability. High speed electrospinning and spray drying would be applied for preparation of the dispersions. For this purpose, the aforementioned continuous granulation processes could be applied, which should be carried out without the crystallization of the amorphous drug. The first goal of the third part would be to accomplish the colon specific delivery of biomolecules (e.g. drugs for the treatment of inflammatory bowel disease). For this, drying of these large molecules is aimed to be performed by electrostatic spinning. Grinding and converting of the obtained (nano)fibers to tablets would be the following task. Naturally, it is included among our goals to maintain the stability of these biodrugs to the possible best during the whole process. The second goal of this part of the work is to study the solid formulation of biodrugs. More precisely, the question is whether it is possible to formulate enzymes and bacteria via continuous wet granulation (+ drying) into solid dosage forms without any significant loss of activity.
What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
The basic question of the research is how to process, convert the important but sensitive (amorphous and biological) drugs to applicable forms. The hypothesis of the research is that the downstream processing of these substances and the development of a final formulation can be facilitated with the aid of continuous technologies (e.g. electrospinning, twin-screw granulation). Another supposition is that by applying the novel technologies, replacing disadvantageous processes and creating innovative formulation would be doable.
What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
The amorphous solid dispersions belong to the mainstream of the pharmaceutical developments. On one hand, with the aid of amorphous solid dispersions, the formulation of the newly discovered, original molecules can be feasible, which is often hindered. On the other hand, characteristics of already marketed drugs can be improved by them (e.g. achieving higher blood concentration with smaller dose and thus, avoiding side effects). Many researchers are focusing on the fabrication of these dispersions, and the available dissolution and bioavailability enhancement appear in a lot of papers. Much less attention is paid to the downstream processing of the dispersions, which perhaps gives an answer why there are not many products containing amorphous solid dispersions on the market despite the large academic and industrial interest. However, it seems from the small available data that some changes can occur during this process, which should be avoided. Therefore, it would be worth carrying out researches finding solutions for the conversion of amorphous solid dispersions to products.
The biodrugs are versatile and very promising from treatment points of view. With them, treatment of previously hardly curable or incurable diseases can be solved (e.g. Crohn’s disease). However, handling these substances requires caution due to their sensitivity. Freeze drying – a time and energy consuming process – is the most applied technology for drying of these biomolecules. Electrostatic spinning is a promising alternative of freeze drying. Our research group has large knowledge about this technique, its scale-up, and the downstream processing of the obtained fibers. The gained results could be of not just scientific but industrial interest as well due to the versatility and increasing importance of the large molecules.
Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
Nowadays formulation of drugs with weak solubility and biodrugs emerges as one of the largest challenges in the pharmaceutical sector. The low solubility can hamper the marketing of the precious drug. The dissolution can be enhanced by the formation of amorphous solid dispersions. Amorphous drugs are unstable, thus, during storage, downstream processing or dissolution they can transform into the more stable crystalline form.
The importance of biodrugs is increasing year by year; apart from several exceptions all top-selling products are containing large molecules. However, drying, handling and downstream processing of these sensitive substances pose huge challenges to the developers.
The research is looking for answers how these sensitive (amorphous and biological) drugs can be converted into appropriate drug products, mainly tablets. It is intended to develop novel, continuous technologies with which the change in the state of the sensitive materials can be avoided. It is an important goal to find those processes, parameters, and materials with which processability of amorphous solid dispersion can be improved. The other relevant aim is to formulate biodrugs with innovative technologies (e.g. nanofiber spinning), which creates a possibility to produce previously unknown material systems. Naturally, acquiring the technological and material knowledges – that can be useful for industrial partners as well – is also of importance.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
