Pulverdosierung Good Vibrations bei der Dosierung

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Harro Höfliger Verpackungsmaschinen GmbH

Präzision und Flexibilität statt Geschwindigkeit – darauf kommt es bei der Herstellung von Prüfpräparaten für klinische Studien an. Mit Blick auf diese Anforderungen hat Harro Höfliger ein automatisiertes Pulver-Dosiersystem für Mikromengen konstruiert. PharmaTEC hat mit Dr. Elke Sternberger-Rützel, Leiterin der Abteilung Pharma Services, über den Trick mit dem Piezokristall und den idealen Einsatz gesprochen.

Alles nur eine Frage der Dosis – das wusste schon Paracelsus und das Prinzip ist auch heute noch ein entscheidender Schritt in der Karriere eines potenziellen Arzneimittels. Nicht zu viel, nicht zu wenig, aber wirksam – die klinischen Studien in denen das ermittelt wird, sind aufwändig und die Arzneimittel, die den Probanden verabreicht werden, oft in Handarbeit entstanden. Bevorzugte Darreichungsform sind Kapseln, weil flexibel befüllbar. Für die klinischen Studien können diese mit unterschiedlichen Pulvermengen gefüllt hergestellt werden, um die optimale Dosis zu ermitteln.

Manuelle Kapselbefüllung ist oft noch die Regel

Das Befüllen der Kapseln erfolgt oft per Hand, weil die Probenserien zu klein für eine maschinelle Befüllung sind oder weil für jede Kapsel eine andere Menge erforderlich ist, was eine Automatisierung schwierig macht. Wer jemals eine Hartgelatine-Kapsel, womöglich auch noch unter dem Isolator, mit einem hochaktiven API gefüllt und verschlossen hat, weiß, welches Geduldsspiel das ist und dass das Hantieren mit dem Spatel eine ruhige Hand erfordert. Aber es gibt mittlerweile echte Alternativen.

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„Wir haben festgestellt, dass für klinische Studien immer häufiger „pure API“ abgefüllt wird. Der Pharmazeut will hier vor allem Flexibilität, Präzision und möglichst wenig Restmengen“, erklärt Dr. Elke Sternberger-Rützel, Leiterin der Abteilung Pharma Services bei Harro Höfliger. Diese Wünsche haben triftige Gründe, die auch Sternberger-Rützel von ihren Kundenversuchen nur allzu gut kennt.

Dosierversuche, um das am besten geeignete Dosiersystem für neue Wirkstoffe heraus zu finden, gehören zu ihrer täglichen Arbeit.

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Wie Flexibilität zur Trumpfkarte der Pharmaproduktion wird

Daher weiß sie, dass gerade zu Beginn der Entwicklung der Wirkstoff nur in begrenzten Mengen verfügbar ist – vor allem, wenn es dabei um völlig neue Molekülzusammensetzungen geht. Synthesen werden parallel zu den ersten Dosisstudien entwickelt und es gibt nur wenige Gramm der zu prüfenden Substanz. „In dieser Phase ist die Substanz sehr teuer und wertvoll. Wir wollen daher Verschwendung unter allen Umständen vermeiden“, erklärt Sternberger-Rützel.

Der Trick mit dem Piezokristall

Die Dosierung kleiner, definierter Pulvermengen, gleich ob in Vials oder in Kapseln, ist also für die Pharmaentwicklung ein entscheidender Schritt. Und genau diesen haben sich die Ingenieure von Harro Höfliger nun vorgenommen. Herausgekommen ist Micro Vibe – ein Dosiersystem, dessen prägnanteste Eigenschaft schon im Namen steckt: Es dosiert nämlich Mikromengen mittels einer vibrierenden Kapillare hochgenau und mit minimalem Pulververlust.

Kontrolliert von einer gravimetrischen Waage, dosiert das System nach dem „Fill-to-Weight“-Prinzip und zwar Mengen von einem halben Milligramm aufwärts. Clou dabei ist der Piezokristallantrieb, der die Füllkapillare zur Vibration anregt und die Pulverdosis in Miniportionen weiterbefördert. Stoppt der Piezoantrieb, bildet sich eine Produktbrücke über der Kapillare und der Pulverfluss versiegt sofort.

Die dosierte Menge pro Zeit (Massestrom) ist abhängig von den Pulvereigenschaften und von der Frequenz und Amplitude der anliegenden Schwingung. „Das Prinzip ermöglicht hohe Präzision“, erklärt Sternberger-Rützel. Um unterschiedliche Pulver exakt dosieren zu können, haben die Entwickler die Kapillare modular aufgebaut. Damit kann sie leicht an die Pulvereigenschaften angepasst werden.

Dosierung per Knopfdruck

Und auch sonst steckt in dem handlichen Gerät allerhand drin – vor allem viel Automatisierung. Das Zielgewicht kann über das HMI in der Maschinensteuerung programmiert werden. Da die Wiegezelle mit dem Antrieb über eine Feedbackschleife gekoppelt ist, erfolgt die Dosierung einfach auf Knopfdruck.

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Der hohe Automatisierungsgrad vereinfacht das Handling und hält die Zahl der Formatteile gering. Das Pulverreservoir oberhalb der Zuführrinne ist variabel und kann auch in Einweg ausgeführt werden, was dann die sterile Dosierung ermöglicht. Auch verschiedene Containmentstufen sind möglich – in der frühen Phase der Entwicklung kennt man oft die endgültige Potenz des Wirkstoffes noch nicht.

Von der Halbautomatik zur automatisierten Dosierung

Micro Vibe wurde vor einigen Jahren im Rahmen einer Promotionsarbeit entwickelt und war bisher als semiautomatisches Tischgerät verfügbar: „Jetzt haben wir den nächsten Schritt gemacht und Micro Vibe als Dosierwagen in die vollautomatische Kapselfüllmaschine Modu-C LS integriert“ erzählt Sternberger-Rützel. Über 1000 Kapseln in der Stude schafft die Maschine und bietet damit eine Plattform für alle Phasen von der frühen Entwicklung über die klinische Chargenproduktion bis hin zur kommerziellen Produktion.

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„Mit dem Trolley-System können wir einen einfachen Wechsel der Dosiermethode ermöglichen, wenn es für die spätere Produktion gewünscht wird“, erklärt Sternberger-Rützel.

Seine Feuertaufe besteht Micro Vibe gerade bei einem Auftragshersteller, der klinische Prüfmuster für frühe Phasen herstellt und für den die Flexibilität des Dosiersystems extrem wichtig ist.

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