Messung der Wasseraktivität in der Pharmaindustrie

AW-Monitoring ist der Schlüssel zu Produktstabilität, -qualität und -haltbarkeit

Die Wasseraktivität (aw) ist - oder sollte - eine wesentliche Qualitätsmessung bei der Formulierung und Herstellung einer breiten Palette von festen und wässrigen, nicht sterilen pharmazeutischen Produkten sein. Die Kenntnis der Wasseraktivität ist wichtig, um unerwünschte chemische Reaktionen und mikrobielles Wachstum sowie unerwartete Veränderungen der physikalischen Eigenschaften wie Fließverhalten, Verdichtung, Härte und Auflösungsgeschwindigkeit zu verhindern.

Der Gesamtwassergehalt oder Feuchtigkeitsgehalt eines pharmazeutischen Produkts oder Inhaltsstoffs umfasst sowohl das freie Wasser als auch das gebundene Wasser im Produkt.

• Gebundenes Wasser ist ein Bestandteil des Produkts, der molekular an Produktbestandteile wie den Wirkstoff oder Hilfsstoffe gebunden ist und daher für die meisten biologischen oder chemischen Reaktionen mit anderen Bestandteilen nicht ohne weiteres zur Verfügung steht.
• Freies Wasser ist per Definition nur lose im Produkt gebunden. Es kann daher als Medium fungieren, das Reaktionen begünstigt, die die Qualität und Stabilität des Arzneimittels und seine Fähigkeit, die gesetzlichen Anforderungen zu erfüllen, beeinträchtigen.

Die Wasseraktivität ist also ein Maß für das freie Wasser, das in einem pharmazeutischen Produkt oder Inhaltsstoff vorhanden ist, und spiegelt das Energieniveau des Wassers wider.

Wenn Sie mehr über die Theorie der Wasseraktivität erfahren möchten, sehen Sie sich diese Seite an Blogbeitrag zur Wasseraktivitätstheorie

Mikrobielles Wachstum

Das mikrobielle Wachstum ist vielleicht das häufigste Problem im Zusammenhang mit einer hohen Wasseraktivität. Es ist seit langem bekannt, dass die Verfügbarkeit von freiem Wasser die Fähigkeit eines pharmazeutischen Produkts bestimmt, das Wachstum von Mikroorganismen zu fördern; außerdem gibt es einen Wert für die Wasseraktivität, unterhalb dessen kein mikrobielles Wachstum stattfinden kann. Dieser Wert ist für jeden Mikroorganismus unterschiedlich, aber die untere Grenze liegt in der Regel bei 0,6 - die Messskala für die Wasseraktivität reicht von 0,0 (völlig trocken) bis 1,0 (Wasser).

Andere häufige Probleme, die durch ein hohes Maß an Wasseraktivität verursacht werden

Mikrobielles Wachstum ist nicht das einzige Problem, das durch eine hohe Wasseraktivität verursacht werden kann. Zu den weiteren potenziellen Gefahren für die Produktqualität oder -stabilität gehört die Feuchtigkeitsmigration, die dazu führen kann, dass Gelkapseln aufgrund eines Unterschieds in der Wasseraktivität zwischen dem Gel und dem Arzneimittel in der Kapsel zerbrechen.

Eine hohe Wasseraktivität kann auch chemische Reaktionen wie Oxidation, Hydrolyse und Zersetzung beschleunigen, was zu einem Verlust der Wirksamkeit des Arzneimittels führt. Darüber hinaus kann sie zu physikalischen Veränderungen wie Zerfall, Aufquellen und Verklumpen von pulverförmigen Arzneimitteln führen und vor allem das Risiko mit sich bringen, dass die Produkte die entsprechenden gesetzlichen Normen nicht erfüllen.

So ist beispielsweise die Stabilitätsprüfung eine behördliche Anforderung für jedes Programm zur Freigabe von Arzneimitteln. Der Internationale Rat für die Harmonisierung der technischen Anforderungen an Humanarzneimittel (ICH) legt die Testbedingungen für die Bestimmung des Trockenheitsgrads jedes pharmazeutischen Produkts fest, wobei auch die Temperatur- und Feuchtigkeitsbedingungen gemessen werden müssen. Die Methodik ist in ICH Q6A definiert, wo klar zum Ausdruck kommt, dass die Messung und das Verständnis der Auswirkungen der Wasseraktivität ein wesentlicher Bestandteil jedes Qualitätsprogramms zur Wirkstofffreisetzung sein sollte.

Kontrolle der Wasseraktivität

Das richtige Maß an Wasseraktivität, das für jedes pharmazeutische Produkt erforderlich ist, kann auf verschiedene Weise gesteuert werden. Die Wasseraktivitäten können durch den Einsatz von Trockenmitteln und Vakuum- oder Gefriertrocknung, durch die Mischung des Produkts mit einem Material mit geringerer Wasseraktivität, durch die Zugabe von Chemikalien, die das freie Wasser binden, und durch die Verwendung einer geeigneten Verpackung mit Feuchtigkeitsbarriere verringert werden. Die Wahl der Kontrolltechnik hängt von der Produktformulierung, dem Produkttyp und den verschiedenen Herstellungs-, Lagerungs- und Transportverfahren ab.

Messung der Wasseraktivität

Die gebräuchlichsten und effektivsten Instrumente zur Messung der Wasseraktivität sind spezielle tragbare Geräte wie unser AwEasy, das sich ideal für Stichprobenmessungen in jeder Phase des Produktionsprozesses eignet, oder Labormessgeräte und -sonden für die Wasseraktivität, wie unsere, AwTherm und HygroLab Geräte. Diese wurden für schnelle und genaue Messungen entwickelt und sind mit einer Reihe von Zubehör und Analysesoftware erhältlich.

Weitere Optionen für Online-Prozesse sind kapazitive Feuchtigkeitssensoren, die eine präzise Messung der relativen Luftfeuchtigkeit ermöglichen, oder Taupunktmessgeräte zur Messung der Temperatur, bei der Kondensation auftritt. Beide Instrumente liefern Messungen innerhalb von Produktions- und Lagerprozessen, aus denen anschließend die Wasseraktivität berechnet werden kann.

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