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2016|17 Jahresbericht Fraunhofer IGB - Funktionelle Verkapselung von Wirkstoffen mittels Sprühtrocknung

GESUNDHEIT 1 (cid:20)(cid:19) (cid:375)m 2 Druckluft Düse Polymerlösungen Heizspirale Trocknungs- zylinder Hoch- leistungs- zyklon Produkt Aspirator Abluft- ilter FUNKTIONELLE VERKAPSELUNG VON WIRKSTOFFEN MITTELS SPRÜHTROCKNUNG Michael Walz, Achim Web er Wirkstoffverkapselung Die Verkapselung von Wirkstoffen ist aufgrund mehrerer Aspekte für die Industrie im Bereich der Pharma- und Medizin- technik interessant. Einerseits können Kapseln zum Schutz der Wirkstoffe vor äußeren Einlüssen dienen, wie beispielsweise der Magensaftresistenz bei oraler Applikation. Andererseits lässt sich durch kontrollierte Freisetzung die Behandlung der Patienten verbessern. Geringere Wirkstoffkonzentrationen durch eine kontinuierliche Freisetzung können zur Senkung von Nebenwirkungen führen. Vor allem ist jedoch die Hand- habung bzw. die Sicherheit der Therapie gegenüber konven- tionellen Methoden verbessert. Ein Wirkstoffdepot kann über mehrere Tage bis Monate den Wirkstoff freisetzen und so eine regelmäßige Tabletteneinnahme reduzieren, was hinsichtlich der Überalterung der Gesellschaft als großer Vorteil gesehen wird. Formulierung mittels Sprühtrocknung Zur Formulierung solcher Wirkstoffsysteme müssen verschie- dene Aspekte, wie die Stabilität, Biokompatibilität, Zytotoxi- zität und das Freisetzungsverhalten berücksichtigt werden. In Zusammenarbeit mit dem Institut für Grenzlächenver- fahrenstechnik und Plasmatechnologie IGVP der Universität Stuttgart untersuchen wir am Fraunhofer IGB daher die Nutzung von Biopolymeren aus nachwachsenden Rohstoffen als Matrixmaterial für Wirkstoffformulierungen. Im Rahmen eines Projekts wurde Inulin als Biopolymer in Sprühverfahren mittels Zweistoff- und Dreistoffdüse (Abb. 3) zur Wirkstoffver- kapselung verwendet. Inulin wurde dabei zusätzlich chemisch modiiziert, um den Einluss auf die Freisetzungseigenschaften zu untersuchen. Zur Herstellung der beladenen Wirkstoffpartikel verwenden wir unter anderem das einstuige Verfahren der Sprühtrock- nung. Dabei wird eine Polymerlösung in einem Trocknungs- zylinder mithilfe eines Gases in feine Tröpfchen zerstäubt. Durch den heißen Gasstrom wird das Lösungsmittel verdampft und die resultierenden Partikel abgeschieden (Abb. 2). Ein großer Vorteil ist, dass durch die Anwendung der Sprühtrock- nung keine weitere Aufreinigung notwendig ist. Verkapselungen mit der Zweistoffdüse Mithilfe der statistischen Versuchsplanung werden die opti- malen Parameter für den Spühtrocknungsprozess ermittelt. Dabei werden Trocknungstemperatur, Zerstäubungsgas, Pumpgeschwindigkeit und Konzentration der Polymerlösung variiert. Anschließend werden verschiedene Wirkstoffe ver- kapselt, wie Dexpanthenol für Anwendungen auf der Haut. Bei natürlichem Inulin konnten wir feststellen, dass der Wirk- stoff innerhalb von wenigen Stunden vollständig freigesetzt wird. Eine Modiikation des Biopolymers mit Essigsäure- und Pro pionsäureanhydrid konnte die Stabilität der Partikel in wässrigen Lösungen deutlich verbessern (Abb. 4). Es zeigte sich auch eine verlängerte Freisetzung nach der Verkapselung von Dexpanthenol mit diesen modiizierten Inulinderivaten. Herstellung von Kern-Schale-Partikeln Unlösliche Wirkstoffe müssen vor der Sprühtrocknung in stabile Emulsionen oder Suspensionen überführt werden. Dafür sind meistens hohe Scherkräfte und Stabilisatoren notwendig, die je nach Substanz negative Wechselwirkungen verursachen. Daher wird in diesem Projekt der Einsatz der Dreistoffdüse untersucht (Abb. 3). Es können zwei voneinan- der unabhängige Stoffströme mit einem Gasstrom zerstäubt 5 8

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