Article

1 - PHÉNOMÈNES PHYSIQUES À LA BASE DE LA LYOPHILISATION

2 - ÉQUIPEMENT ET MODE OPÉRATOIRE

3 - OPTIMISATION ET CONTRÔLE DU MODE OPÉRATOIRE

4 - FORMULATION

  • 4.1 - Agents tampon
  • 4.2 - Agents stabilisants
  • 4.3 - Agents de masse
  • 4.4 - Agents modificateurs de température d'effondrement
  • 4.5 - Agents isotonisants
  • 4.6 - Agents tensio-actifs
  • 4.7 - Agents antioxydants
  • 4.8 - Agents antimicrobiens

5 - CRITÈRES DE QUALITÉ REQUIS POUR UN LYOPHILISAT À USAGE THÉRAPEUTIQUE

  • 5.1 - État physique du lyophilisat
  • 5.2 - Apparence physique du lyophilisat
  • 5.3 - Degré d'humidité résiduelle
  • 5.4 - Temps de reconstitution
  • 5.5 - pH
  • 5.6 - Intégrité du principe actif

6 - CONCLUSION

Article de référence | Réf : PHA2026 v1

Lyophilisation de produits pharmaceutiques et biopharmaceutiques

Auteur(s) : Alain HEDOUX

Relu et validé le 12 févr. 2021

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Sommaire

Présentation

RÉSUMÉ

La lyophilisation est un processus industriel utilisé pour améliorer la stabilité de produits biopharmaceutiques très labiles en solution et pendant leur stockage. Il s'agit d'un procédé très consommateur en temps et énergie (sur plusieurs jours s'il n'est pas optimisé). Les phénomènes physiques associés à ce processus (transformations de phase de l'eau, transferts de chaleur et de matière) sont décrits afin d'optimiser les paramètres du mode opératoire (température d'étagère, pression de chambre, durée de congélation) ou lors de la préparation d'un cycle (formulation, volume, conteneur, équipement). Cette analyse permet de minimiser rationnellement le coût de la procédure tout en respectant les normes requises de qualité du lyophilisat.

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ABSTRACT

Lyophilization of pharmaceutical and biopharmacetical products

Lyophilization is an industrial process used in order to improve the stability of very labile biopharmaceutical products in solution and during storage. It is a time and energy consuming process (which can last several days if not optimized). The physical phenomena involved (phase transformations of water, heat and matter transfer) are described in order to optimize the parameters of the operating mode (shelf temperature, chamber pressure, freezing time) or during the preparation of a cycle (formulation, volume, container and equipment). This analysis allows for minimizing the process cost whilst respecting the quality standards required for the lyophilizate.

Auteur(s)

  • Alain HEDOUX : Professeur des Universités - Enseignant au département Mesures Physiques de l'IUT A de l'Université de Lille 1 - Chercheur dans l'Unité Matériaux et Transformations, UMET – UMR CNRS 8207, Université de Lille 1

INTRODUCTION

La lyophilisation est un processus de déshydratation, consistant à éliminer l'eau à partir de la sublimation de la glace. La substance résultant de cette opération, le lyophilisat, se présente à l'état solide friable et très poreux. De ce fait, il se caractérise par une très grande affinité avec un solvant (l'eau en général). Cette propriété est probablement à l'origine de la dénomination du processus de lyophilisation, le mot lyophile signifiant « ami des solvants » d'après le grec « lyophile ». Il s'agit à l'origine d'un phénomène naturel, qui permettait la conservation de certains aliments, par des populations bénéficiant de la combinaison de différentes conditions climatiques (vents froids et secs, chaleur solaire et atmosphère raréfiée) réunies dans des régions montagneuses. La lyophilisation a commencé à être utilisée à l'échelle industrielle pendant la seconde guerre mondiale, pour pouvoir acheminer le sang humain sur de longues distances, lorsque la demande est devenue critique. Elle est devenue aujourd'hui une opération industrielle particulièrement répandue dans les domaines de l'agroalimentaire et de la pharmacie. Malgré cette industrialisation et une utilisation croissante, la technologie basée sur le maintien d'un produit sous vide à basse température pendant de longues durées reste très coûteuse et utilisée pour des produits à forte valeur ajoutée. Dans le domaine pharmaceutique, la lyophilisation est utilisée pour conserver les vaccins, et de nombreux produits pharmaceutiques et biopharmaceutiques, très labiles en solution, émanant du développement intensif des biotechnologies pour ces derniers.

Afin de réduire les coûts d'un cycle de lyophilisation et d'obtenir un lyophilisat conforme aux normes requises pour la commercialisation, il est nécessaire d'optimiser les différents paramètres, liés à la formation de la glace, et à la transformation de la glace en vapeur d'eau afin de réduire la durée de l'opération de sublimation de la glace. L'optimisation de ces paramètres, pour réduire la durée de la sublimation, nécessite la compréhension de phénomènes physiques associés aux transfert thermique, transfert de matière et transformation de phase de l'eau et des mélanges eau-soluté. Les opérations de congélation et de sublimation doivent pouvoir être contrôlées, de manière à être stoppées dès que nécessaire afin de ne pas allonger inutilement la durée d'un cycle de lyophilisation.

Lors de la lyophilisation de produits biopharmaceutiques (peptides, protéines), ceux-ci sont exposés à différentes sources de stress (telles que la formation de glace, la forte variation de pH, la basse température, la déshydratation...), qui peuvent induire une perte d'activité biologique et rendre le principe actif inefficace. Des excipients sont souvent utilisés, constituant des formulations complexes et élaborées de manière empirique.

Cet article montre les différents phénomènes physiques impliqués dans la technique de lyophilisation, et présente les principaux paramètres (aussi bien au niveau du mode opératoire que de la formulation) qui doivent être optimisés et/ou contrôlés de manière à ce que le produit pharmaceutique respecte les normes requises pour être commercialisable et à moindre coût.

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KEYWORDS

state of art   |   phase transformations of water   |   heat and mass transfers   |   pharmaceutical   |   food industries   |   cryogénics   |   vacuum techniques

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-pha2026


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BIBLIOGRAPHIE

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  • (6) - PIKAL (M.)...

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