Método de inducción de nucleación de un material.

Un método de inducción de nucleación de una transición de fase en una solución de base acuosa que comprende las etapas de:

llevar la solución de base acuosa a una temperatura cerca o inferior a una temperatura de transición de fase; y disminuir la presión cercana de la solución de base acuosa para inducir la nucleación de la transición de fase en la solución de base acuosa;

caracterizado porque la solución de base acuosa se enfría a una temperatura en el intervalo de 3ºC por debajo de la temperatura de transición de fase a 20ºC por debajo de la temperatura de transición de fase antes de la despresurización.

Método de inducción de nucleación de un material Referencia cruzada a las solicitudes relacionadas Esta solicitud reivindica la prioridad de la solicitud de patente provisional de Estados Unidos número de serie 60/771.868, presentada el 10 de febrero, 2006.

Campo de la invención La presente invención se refiere a un procedimiento de nucleación, y más en particular, a un método de inducción de la nucleación de una transición de fase en un material, en donde el material se lleva inicialmente a una temperatura cerca o por debajo de una temperatura de transición de fase y posteriormente se despresuriza de modo que se induzca la nucleación del material.

Antecedentes de la invención El control del procedimiento en general aleatorio de nucleación en la etapa de congelación de un procedimiento de liofilización o secado por congelación, tanto para disminuir el tiempo de procesamiento necesario para completar la liofilización o secado por congelación como para aumentar la uniformidad del producto de un vial a otro en el producto acabado, sería muy deseable en la técnica. En un procedimiento de liofilización farmacéutico típico, se ponen múltiples viales que contienen una solución acuosa común en estantes que se enfrían, en general a una velocidad controlada, a bajas temperaturas. La solución acuosa en cada vial se enfría por debajo de la temperatura de congelación termodinámica de la solución y permanece en un estado líquido metaestable subenfriada hasta que se produce la nucleación.

El intervalo de temperaturas de nucleación a lo largo de los viales está distribuido aleatoriamente entre una temperatura cerca a la temperatura de congelación termodinámica y algún valor significativamente inferior (p. ej., hasta aproximadamente 30ºC) que la temperatura de congelación termodinámica. Esta distribución de temperaturas de nucleación produce variaciones de un vial a otro en la estructura cristalina del hielo y finalmente en las propiedades físicas del producto liofilizado. Además, la etapa de secado del procedimiento de liofilización debe ser excesivamente larga para acomodar el intervalo de tamaños de los cristales de hielo y las estructuras producidas por el fenómeno de nucleación estocástica natural.

Se han usado aditivos para aumentar la temperatura de nucleación de las soluciones subenfriadas. Estos aditivos pueden tener muchas formas. Es bien conocido que determinadas bacterias (p. ej., Pseudomonas syringae) sintetizan proteínas que ayudan a la formación del hielo nucleado en las soluciones acuosas subenfriadas. Se pueden añadir las bacterias o sus proteínas aisladas a las soluciones para aumentar la temperatura de nucleación. Varios aditivos inorgánicos también demuestran un efecto de nucleación; el más común de dichos aditivos es el yoduro de plata, AgI. En general, cualquier aditivo o contaminante tiene el potencial de servir como un agente de nucleación. En los viales de liofilización preparados en entornos que contienen niveles altos de partículas, en general se produce nucleación y congelación a un grado menor de subenfriamiento que en los viales preparados en entornos con niveles bajos de partículas.

Todos los agentes de nucleación descritos antes son etiquetados como "aditivos", porque cambian la composición del medio en el que producen la nucleación de una transición de fase. Estos aditivos típicamente no son aceptables para los productos farmacéuticos liofilizados regulados y aprobados por la FDA. Estos aditivos tampoco proporcionan control sobre el tiempo ni la temperatura cuando se produce la nucleación y congelación en los viales. Más bien, los aditivos solo funcionan para aumentar la temperatura de nucleación media de los viales.

Los propios cristales de hielo pueden actuar ellos mismos como agentes de nucleación para la formación de hielo en soluciones acuosas subenfriadas. En el método de la "niebla helada", un liofilizador húmedo se llena con un gas frío para producir una suspensión en vapor de pequeñas partículas de hielo. Las partículas de hielo son transportadas a los viales e inician la nucleación cuando se ponen en contacto con la interfase de fluido.

El método de la "niebla helada" no controla la nucleación de múltiples viales simultáneamente en un tiempo y temperatura controlados. En otras palabras, el suceso de nucleación no se produce de forma simultánea o instantánea en todos los viales tras la introducción del vapor fío en el liofilizador. Los cristales de hielo tardarán algún tiempo en tener su efecto en cada uno de los viales para iniciar la nucleación, y es probable que los tiempos de transporte sean diferentes para los viales en diferentes posiciones dentro del liofilizador. Para los liofilizadores industriales a gran escala, la implementación del método de "niebla helada" requeriría cambios de diseño del sistema, ya que pueden ser necesarios dispositivos de convección internos para ayudar a una distribución más uniforme de la "niebla helada" por todo el liofilizador. Cuando los estantes del liofilizador se enfrían continuamente, la diferencia de tiempo entre cuando congela el primer vial y congela el último vial creará una diferencia de temperatura entre los viales, que aumentará la no uniformidad de un vial a otro en los productos liofilizados.

También se ha usado el pretratamiento de viales mediante marcado, rascado o rugosidad para disminuir el grado de

subenfriamiento necesario para la nucleación. Como con los otros métodos de la técnica anterior, el pretratamiento de los viales tampoco imparte ningún grado de control sobre el tiempo y la temperatura cuando se produce la nucleación y congelación de los viales individuales, si no que en su lugar solo aumenta la temperatura media de nucleación de todos los viales.

También se ha usado la vibración para la nucleación de una transición de fase en un material metaestable. La vibración suficiente para inducir nucleación ocurre a frecuencias superiores a 10 kHz y se puede producir usando una variedad de equipamiento. A menudo las vibraciones en este intervalo de frecuencias se denominan "ultrasónicas", aunque las frecuencias en el intervalo de 10 kHz a 20 kHz típicamente están dentro del intervalo audible de seres humanos. La vibración ultrasónica a menudo produce cavitación, o la formación de pequeñas burbujas de gas, en una solución subenfriada. En el régimen de cavitación transitoria o inercial, las burbujas de gas cercen rápidamente y colapsan, produciendo presión localizada muy alta y fluctuaciones de temperatura. La capacidad de que la vibración ultrasónica induzca nucleación en un material metaestable a menudo se atribuye a perturbaciones producidas por la cavitación transitoria. El otro régimen de cavitación, denominado estable o no inercial, se caracteriza por burbujas que presentan volumen estable u oscilaciones de forma sin colapso. La solicitud de patente de EE.UU. 20020031577 A1 describe que la vibración ultrasónica puede inducir nucleación incluso en el régimen de cavitación estable, pero no se ofrece una explicación del fenómeno. La solicitud de patente de GB 2400901A también describe que la probabilidad de producir cavitación, y por lo tanto nucleación, en una solución usando vibraciones con frecuencias superiores a 10 kHz se puede aumentar reduciendo la presión ambiente alrededor de la solución o disolviendo un fluido volátil en la solución.

También se ha usado un método de electrocongelación en el pasado para inducir la nucleación en líquidos subenfriados. La electrocongelación en general se lleva a cabo suministrando campos eléctricos relativamente altos (~1 V/nm) de una forma continua o pulsada entre electrodos estrechamente espaciados sumergidos en un líquido o solución subenfriada. Los inconvenientes asociados con un procedimiento de electrocongelación en aplicaciones de liofilización típicas incluyen la complejidad relativa y el coste para implementación y mantenimiento, en particular para aplicaciones de liofilización, usando múltiples viales o envases. Además, la electrocongelación no se puede aplicar directamente a soluciones que contienen especies iónicas (p. ej., NaCl) .

Hay estudios recientes que examinan el concepto de "congelación de la superficie inducida por vacío" (véase, p. ej., la patente de EE.UU. nº 6.684.524) . En dicha "congelación de la superficie inducida por vacío", los viales que contienen una solución acuosa se cargan en un estante de temperatura controlada en un liofilizador y se mantienen inicialmente a aproximadamente 10ºC. Después se extrae el aire de la cámara del liofilizador hasta casi presión de vacío (p. ej., 1 mbar) lo que produce la congelación de la superficie de las soluciones acuosas hasta profundidades... [Seguir leyendo]

1. Un método de inducción de nucleación de una transición de fase en una solución de base acuosa que comprende las etapas de:

llevar la solución de base acuosa a una temperatura cerca o inferior a una temperatura de transición de fase; y disminuir la presión cercana de la solución de base acuosa para inducir la nucleación de la transición de fase en la solución de base acuosa;

caracterizado porque la solución de base acuosa se enfría a una temperatura en el intervalo de 3ºC por debajo de la temperatura de transición de fase a 20ºC por debajo de la temperatura de transición de fase antes de la despresurización.

2. El método de la reivindicación 1, que además comprende la etapa de continuar el enfriamiento de la solución de base acuosa nucleada después de despresurización a o por debajo de una temperatura final que asegure la transición de fase completa de la solución de base acuosa.

3. El método de la reivindicación 1 o 2, en donde la temperatura de transición de fase es el punto de congelación termodinámico de la solución.

4. El método de la reivindicación 1 o 2, en donde la solución de base acuosa comprende una o más sustancias disueltas y la temperatura de transición de fase es una temperatura de saturación a la que una sustancia disuelta precipitará o cristalizará en la solución.

5. El método de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende la etapa de presurizar la atmósfera que rodea la solución de base acuosa.

6. El método de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde la presión se disminuye en una cantidad mayor que 48, 3 kPa (7 psi) .

7. El método de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde la presión se disminuye de modo que la relación de presiones absolutas, Pi/Pf, es 1, 2 o mayor.

8. El método de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde la presión se disminuye a una velocidad de disminución de la presión, P/t, mayor que 1, 38 kPa (0, 2 psi) por segundo.

9. El método de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde la presión disminuye en 40 segundos o menos.

10. El método de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde la solución de base acuosa contiene un componente que comprende virus vivos o atenuados; ácidos nucleicos; anticuerpos monoclonales o policlonales; biomoléculas; análogos no peptídicos; péptidos; y proteínas.

11. El método de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde la despresurización se inicia cuando la solución de base acuosa alcanza una temperatura de nucleación deseada.

12. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en donde la despresurización se inicia un tiempo deseado después de iniciar la etapa de enfriamiento y cuando la temperatura de la solución de base acuosa está por debajo de la temperatura de transición de fase.