Easy Coating

Pharmazeutische Überzüge (Coatings) gewinnen zunehmend an Bedeutung. Aus Gründen des Marketings wird es immer wichtiger, Tabletten farblich zu kodieren, neu entwickelte Arzneistoffe gegen Umwelteinflüsse zu schützen oder eine definierte Wirkstofffreigabe zu erreichen.

Die Ummantelung von Feststoffteilchen mit Hüllsubstanzen hat in verschiednen Industriezweigen in der letzten Zeit an Bedeutung gewonnen. Eine wichtige Ursache dafür dürfte in den immer höheren Anforderungen begründet sein, die an Feststoffformulierungen gestellt werden. Neben den hohen Ansprüchen an die Rezepturgenauigkeit wird es immer interessanter, die Freisetzung bestimmter in den Feststoffformulierungen enthaltener Wirkstoffe voraussagen zu können. So ist es zum Beispiel insbesondere in der pharmazeutischen Industrie von entscheidender Bedeutung, wann und unter welchem Milieu die in einer Tablette oder in einem Dragee enthaltenen Wirkstoffe freigesetzt werden und wie schnell diese Freisetzung geschieht. Aber auch in anderen Industriezweigen wie z. B. der Landwirtschaft können durch die Ummantelung von pflanzlichen Samen (Samenpillierung) mit Herbiziden, Fungiziden, Wachstumsstimulatoren, Düngemitteln und anderen Substanzen erhebliche Effekte bei der Einsparung von Schädlingsbekämpfungsmitteln und beim Schutz der Keimlinge bei gleichzeitiger Optimierung der Gestalt der Samenpille erreicht werden. Auch die Entwicklung von sphärisch aufgebauten Düngemittelgranulaten mit definierter Wirkstofffreisetzung und optimalen Eigenschaften der Partikel für die Ausbringung in der Landwirtschaft ist auf diese Art möglich. Auch in der Nahrungs- und Genussmittelindustrie lassen sich eine Reihe von Anwendungsgebieten nennen, wie zum Beispiel die Kandierung von Bohnenkaffe, die Verkapselung von Vitaminen u. a [1].

Wenn Coatings in der pharmazeutischen Industrie verwendet werden sollen, sind folgende Fragen zu beantworten:

Wirbelschichtverfahren wurden ursprünglich in der chemischen Verfahrenstechnik angewandt. Ende der 1950er Jahre fand die Wirbelschichttrocknung Eingang in die pharmazeutische Industrie, da eine verbesserte Trocknungseffizienz im Vergleich zu bestehenden Verfahren erzielt werden konnte. Viele Granulationsprozesse wurden durch Feuchtgranulation in einem Zwangsmischer durchgeführt, worauf ein Trocknungsschritt in einem Hordentrockner folgte. Je nach Produktqualität kann eine Hordentrocknung allerdings mehrere Tage dauern. Derart lange Trocknungszeiten können bei Anwendung der Wirbelschichttrocknung häufig auf weniger als eine Stunde verkürzt werden. Die Wirbelschichttrocknung ist eine besonders effektive und schonende Art der Trocknung, da die gesamte Oberfläche der einzelnen Partikel für den Wärme- und Feuchteübergang zur Verfügung steht.

Die unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften der in der pharmazeutischen Industrie vorkommenden Feststoffprodukte, wie z.B. Pulver, Kristalle, Granulate, Pellets und Tabletten unterschiedlicher Form, Größe, Dichte und Wichte, befüllte Hart- und Weichgelatinekapseln, bringen es mit sich, dass diese nicht nach dem gleichen Verfahren, d.h. nicht mit der gleichen Technologie, in der geforderten Qualität gecoatet und getrocknet werden können. So weisen z.B. kleinere und leichter fluidisierbare Charaktere bei deren Behandlung stärker ausgebildete Flug- und Schwebeeigenschaften aus, als größere und weniger leicht fluidisierbare Teilchen.

Die BASF SE bietet ein breites Produktportfolio an Polymeren, die als Hilfsstoffe beim Filmcoating Verwendung finden. Bereits seit Jahrzehnten finden sich die Produkte Kollidon® (Polyvinyl Pyrrolidon – PVP) sowie Kollidon® VA64 (Copovidone) in unzähligen Formulierungen. Entweder als reiner Filmbildner, als Additiv zur Verbesserung des Feuchtigkeitsschutzes oder als Porenbildner leisten diese Polymere umfangreiche Dienste. Darüber hinaus bietet die BASF viele weitere innovative Hilfsstoffe aus eigener Entwicklung. Die so genannten Kollicoat® Produkte repräsentieren hierbei eine Gruppe von Polymeren, die speziell für die Anwendung im Bereich Filmcoating entwickelt wurden (Tab. 6-1).

Die Cellulosederivate können in Polymere ohne Modifikation der Freisetzung und Polymere mit Modifikation der Freisetzung unterteilt werden. Die Filmbildner auf Cellulosebasis sind teilweise wässrig, organisch sowie organisch/wässrig verarbeitbar.

Proteine sind natürliche Biopolymere mit einem sehr hohen „funktionellen Potenzial“. Unter funktionellem Potential wird die Gesamtheit an techno-funktionellen Eigenschaften verstanden, die ein Protein auf Grund seiner nativen Struktur besitzt [1].

Biopolymere sind Polymere, die in der Natur vorkommen bzw. mit einigen Prozessen weiter bearbeitet werden, sodass sie für bestimmte Zwecke eingesetzt werden können. Häufig sind sie durch ihre Bioabbaubarkeit, Biokompatibilität und nicht vorhandene bzw. geringe Toxizität von Interesse für den Einsatz in der Medizin bzw. Pharmazie.

Die Anforderungen des Marketings bestimmen neben den gewünschten Polymereigenschaften in erheblichem Maße die Entscheidung für ein bestimmtes Coatingmaterial. Im betrieblichen Ablauf ist dann zu klären, ob die Suspension selbst entwickelt und produziert oder eine passende Fertigware (sogenanntes „Ready made“) eingekauft wird.

Aktuelle Befilmungsmethoden basieren auf wässrigen oder organischen Lösemitteln. Flüchtige organische Lösemittel (VOC: Volatile Organic Compounds) müssen mit technisch aufwendigen Verfahren aus dem Produkt entfernt werden, um die maximal zulässigen VOCGrenzwerte (maximaler „daily intake“) einzuhalten. Die bestehende Explosionsgefahr ist durch entsprechende Maßnahmen zu vermeiden.

Die Charakterisierung eines Coatings ermöglicht Vergleichbarkeit und Qualitätskontrolle. Standardisierte Methoden sind dabei von großem Nutzen. An praktischen Beispielen sollen verschiedene Charakterisierungsmethoden demonstriert werden. Der Einsatz dieser Methoden ist sowohl bei freien Filmen als auch bei überzogenen Kernen (z.B. Tabletten, Pellets) möglich.

Die Rheologie beschreibt die Fließ- und Deformationseigenschaften von Materialien. Der Begriff Rheologie ist aus dem Griechischen abgeleitet: rhein - fließen. Erst im Jahre 1930 entwickelte E.C. Bingham und M. Reiner in Easton (USA) die Rheologie zu einer eigenständigen Wissenschaft. Aber bereits seit dem 17. Jahrhundert wurden wesentliche Einzelbeiträge zu Fließphänomenen veröffentlich, so z.B. 1676 von R. Hooke (Hookesches Gesetz) und 1687 von I. Newton (Newtonsches Gesetz). Die Rheologie hat sich bis heute immer mehr zu einer interdisziplinären Wissenschaft entwickelt, die die mechanischen Eigenschaften von Materialien charakterisiert.