Rejoignez Gregory Sacha, Ph.D. de Baxter BioPharma Solutions pour une introduction à la lyophilisation et à l’anatomie d’un lyophilisateur. Présenté devant un lyophilisateur à l’échelle d’un laboratoire, le Dr. Sacha démontre la mise en place d’un thermocouple, le chargement manuel et discute des paramètres de processus et de la conception des équipements qui affectent les cycles de lyophilisation. Hooke College of Applied Sciences propose un cours de lyophilisation.
Transcription
Commençons donc par comprendre d’abord quelles sont les étapes de la lyophilisation et pourquoi nous les ferions. La base de la lyophilisation est que nous avons besoin de quelque chose de lyophilisé si nous prolongeons sa durée de conservation, par exemple, il n’est pas stable en solution. La lyophilisation nous permet d’éliminer de la glace ou de l’eau, d’un produit sans détruire nos molécules volatiles. Pas nécessairement volatiles, mais ceux qui pourraient être sensibles à la chaleur élevée. Ainsi, ces produits sont placés dans un lyophilisateur, refroidis et congelés, puis un vide est établi pour éliminer la glace sous forme de sublimation.
Ainsi, ces étapes comprendront d’abord le remplissage des flacons avec une solution, puis la prise de ces flacons et leur placement dans un lyophilisateur, puis le refroidissement des flacons jusqu’à environ -40 degrés C. Cette étape est l’étape de congélation.
Refroidissez les flacons, laissez-les geler complètement à -40, disons environ deux heures. Et puis maintenant, nous pouvons initier un vide, ce vide pourrait être d’environ, disons 100 millitorr, et ensuite, en fonction des propriétés de ceux en solution, c’est-à-dire de ces propriétés caractéristiques thermiques, nous pourrons peut-être augmenter la température du plateau à environ -20 ou même plus, tout en continuant à tirer ce vide. Cette étape est le séchage primaire; c’est là que nous enlevons la glace en vrac.
Après avoir enlevé toute la glace en vrac, il est maintenant sûr d’augmenter la température du produit. C’est sûr parce que toute cette eau gelée a été enlevée.
Maintenant, nous devons augmenter la température du produit pour chasser l’eau non gelée. Cette section est connue sous le nom de séchage secondaire.
Il existe également une étape qui peut être utilisée lors de la première étape de congélation — cette étape est connue sous le nom de recuit. C’est là que si un produit peut cristalliser, nous pouvons encourager la cristallisation en augmentant la température du produit et en le laissant ensuite reposer, sans tirer le vide. Cette étape est connue sous le nom de recuit. Ce temps de recuit permet un mouvement moléculaire qui peut favoriser la cristallisation d’un composant cristallisant, voire favoriser la croissance de cristaux de glace.
Donc, notre but est alors de remplir des flacons, et voici un exemple de flacon rempli, notre but est, après lyophilisation, de maintenir la même hauteur et le même volume de la solution qui a été remplie. Comme exemple de produit lyophilisé, avec une apparence acceptable, c’est ce que nous espérons faire. Ce que nous espérons ne pas faire, c’est produire quelque chose comme ça; c’est l’effondrement. Cela se produit si, par exemple, nous ne comprenons pas le comportement thermique de notre produit et que nous dépassons les températures critiques pendant le séchage primaire. C’est ce que nous voulons éviter.
Une autre chose que vous remarquerez peut-être est que, contrairement à la formulation de solution, cette formulation a un bouchon partiellement assis. Vous verrez que ce bouchon a un seul évent. Cet évent unique permet l’évacuation de la vapeur d’eau pendant le processus.
Avant de passer à autre chose, comprenons d’abord un peu le lyophilisateur lui-même.
Je vais vous rapprocher un peu plus du lyophilisateur, il s’agit d’un lyophilisateur à l’échelle du laboratoire. Vous verrez qu’il a une porte avec une autre chambre à l’avant, je vous en parlerai dans une minute. À l’intérieur, c’est la chambre du produit. Il y a trois étagères dans une chambre de produit — pour faciliter la démonstration au cours de cette session, j’ai soulevé les deux étagères supérieures afin que nous ayons beaucoup de place.
Si on regarde un peu plus bas, on voit le condenseur. Le condenseur est l’endroit où la glace est éliminée sous forme de vapeur d’eau lors de la sublimation, elle est piégée sur ces bobines dans le condenseur. Ces bobines sont maintenues à une température autour de -65 ou -70, quelque part là-bas. Alors, permettez-moi de lever un peu cet appareil photo.
Comment cette vapeur d’eau arrive-t-elle dans la chambre jusqu’au condenseur? C’est une chose importante à retenir, tous les lyophilisateurs ne sont pas créés de la même manière. Ces lyophilisateurs ont ce qu’on appelle une pièce de bobine entre la chambre de produit et le condenseur. Ce morceau de bobine est comme un filet. Je vais vous tourner vers un autre lyophilisateur que j’ai avec le panneau latéral retiré. Ce que nous voyons ici, nous voyons un peu, ce morceau de col juste ici entre la chambre et le condenseur. C’est le morceau de bobine. C’est important à retenir car certains lyophilisateurs n’ont pas de bobine. Ils peuvent juste avoir cette chambre de produit, et juste à côté de cette chambre de produit où les étagères sont placées se trouve le condenseur, ce qui signifie des bobines vraiment froides. Ces bobines peuvent influencer la température de votre produit. Ce n’est ni bon ni mauvais, mais c’est quelque chose dont il faut être conscient lors du développement de votre processus et de son transfert. D’autres lyophilisateurs peuvent toujours ne pas avoir de col, mais juste cette paroi entre la chambre et le condenseur, avec une plaque qui monte et tombe en fonction de l’étape du processus.
Une autre chose dont nous devons discuter est de savoir comment refroidir ces flacons? D’où vient cette température froide?
Ces étagères sont creuses. Ils ont un fluide de refroidissement, ou un fluide caloporteur, qui tourne et s’écoule à travers eux. Quelque chose d’autre qui est différent entre les différents lyophilisateurs est la façon dont ce fluide s’écoule. Sur certaines étagères, il coule en serpentin, de haut en bas. D’autres étagères couleront dans un motif en spirale, c’est un peu exagéré, je suis terrible en dessin, mais c’est une spirale.
Pourquoi nous soucions-nous? Nous nous en soucions car cela déterminera certainement comment notre chaleur est distribuée sur les étagères. Ni l’un ni l’autre n’a d’avantage ni d’inconvénient, c’est juste que nous devons en être conscients car il y a quelque chose qui est connu sous le nom d’effet de bord sur une étagère. Lorsque nous aurons une étagère pleine de flacons, les flacons de la partie intérieure de l’étagère, la partie intérieure, seront beaucoup plus frais que ceux qui se trouvent sur le bord même. Ce qui entre en vigueur est la température du mur, la température de la porte, la largeur de ces canaux et la manière dont ils couvrent toute l’étagère. C’est quelque chose dont nous devons être conscients.
Lorsque nous remplissons des flacons, nous les remplissons sur un plateau, voici une opération manuelle dans notre laboratoire. Nous avons des flacons remplis sur un plateau, tous les bouchons sont partiellement assis.
Vous remarquerez un tas de fils. Ces fils conduisent à des flacons équipés de thermocouples, afin que nous puissions surveiller la température de notre produit pendant le processus. Voici un flacon avec un thermocouple placé à l’intérieur. Ce que nous essayons de faire, puisque ces thermocouples sont des capteurs ponctuels, nous essayons d’aligner ce point aussi près que possible au centre du flacon dans le fond central. Nous faisons cela parce que lorsque la glace est enlevée, elle est retirée du haut vers le bas. Le fond sera le plus froid, et cela peut nous fournir une mesure de la fin de notre cycle de séchage primaire. Ce n’est pas la meilleure façon de mesurer, mais c’est une mesure possible. C’est également un moyen de déterminer à quel point nous sommes proches de cette température de point de défaillance pour un produit. Vous remarquerez que j’ai un thermocouple placé à l’avant, au milieu et au centre. Différentes personnes les placent avec différentes méthodes. La zone la plus froide sera au centre, les zones de bordure vous indiqueront à quel point il pourrait faire chaud — la température la plus chaude que vous pourriez ressentir pendant le processus.
Comment les placer dans le lyophilisateur? Sur un plateau, le plateau a un anneau autour, nous le plaçons donc dans le lyophilisateur et faisons glisser cette partie supérieure vers l’avant en poussant. Maintenant, le fond du plateau et les flacons entrent en contact direct avec l’étagère. On peut ensuite brancher les thermocouples dans les différents ports. Cela nous permet de surveiller la température du produit tout au long du processus.
Il existe d’autres types de thermocouples dont nous devons être conscients, ou des systèmes de surveillance de la température. Nous n’entrerons pas dans tous les détails ici, mais il y a RGD, il y a un thermocouple que nous plaçons directement dans le flacon, puis il y a aussi ces capteurs de température sans fil. Celui-ci vient de Tempress et vous verrez qu’il a un grand, pas vraiment grand, mais un fond de verre. Ce fond contient un cristal qui vibre. Et cette vibration ou cette oscillation se traduira directement par la température de notre produit.
Une des raisons pour lesquelles nous aimons ces capteurs sans fil est qu’ils peuvent être stérilisés à la vapeur afin qu’ils puissent être utilisés dans notre processus de production et que nous n’avons pas non plus tous ces fils. L’un des défis de la mise en place de thermocouples dans une zone de fabrication est que nous pouvons affecter négativement l’assurance de la stérilité. Dans une zone de production, nous ne pourrons peut-être tester ou surveiller que les flacons les plus proches de l’avant de la porte afin de ne pas dépasser et d’affecter négativement l’assurance de la stérilité. Ces thermocouples sans fil nous permettent de placer des flacons et des capteurs de température le long de la ligne, ils peuvent être placés de manière aléatoire sur une étagère entière.
Après avoir branché ces thermocouples, nous fermons la porte. Fermez la porte de la chambre du condenseur, puis démarrez notre processus, en vous rappelant que la première partie est la congélation, le séchage primaire et le séchage secondaire.
Choses que nous surveillons pendant le processus; séchage primaire. Séchage primaire nous voulons déterminer quand la fin de celui-ci est. Cette fin est déterminée par un, lorsque nous retirons complètement la glace de nos flacons et que la température de notre produit devient similaire à la température de notre étagère. Une autre méthode, et probablement une méthode plus fiable, je dis plus fiable parce que cette méthode représente ce qui se passe sur toute l’étagère ou sur toutes les étagères, et c’est la mesure de pression comparative. Dans ce lyophilisateur, il y a un manomètre compactif pour mesurer la pression de consigne, par exemple si on le fait pour 100 millitorr il s’affichera quand il sera à 100 millitorr. Une autre mesure de la pression est la mesure de la pression de résistance, connue sous le nom de jauge pirani. Cette résistance électrique est affectée par le niveau de vapeur d’eau dans la chambre. Lorsque la vapeur d’eau est élevée, la pression enregistrée par la jauge pirani est beaucoup plus élevée que la pression enregistrée par le manomètre à compacité. Cela nous fournit une mesure du moment où toute la vapeur d’eau est éliminée de notre chambre de produit. À ce stade, la mesure de la jauge Pirani deviendra très similaire à la mesure du manomètre compactif. Cela nous indique que nous pouvons maintenant procéder à un séchage secondaire.
Il y a deux petites étapes ici que je voudrais aborder. La première est lorsque nous éliminons la vapeur d’eau, que va-t-il d’autre dans la chambre pour équilibrer cette pression? Continuellement, tout au long de ce processus, il y a une purge d’azote d’une petite quantité d’azote dans la chambre qui remplace la vapeur d’eau qui a été éliminée. Cela signifie que lorsque ces flacons sont finalement scellés, ils sont scellés sous un environnement d’azote.
La prochaine partie que j’aimerais aborder est, qu’est-ce que c’est? Quelle est cette boîte ici? Il y a quelque chose que nous devons savoir pendant notre processus. Autrement dit, quelle est l’humidité résiduelle finale de notre produit? Nous commençons à regarder cela vers la fin du séchage primaire, puis dans le séchage secondaire, car nous voulons pouvoir prélever des échantillons pendant les étapes qui représenteront le niveau élevé d’humidité résiduelle, le niveau moyen et le niveau faible. Nous prélevons ces échantillons, les plaçons sur la stabilité et examinons l’effet de l’humidité résiduelle. Cela nous dit à quel point nous devons aller bas.
Ensuite, une fois que nous connaissons le niveau d’humidité résiduelle dont nous avons besoin, nous devons maintenant savoir à quelle température de conservation — combien de temps devons-nous le maintenir à cette température de conservation pour atteindre le niveau d’humidité résiduelle souhaité. Nous faisons tout cela en prélevant des échantillons dans la chambre. Nous voulons le faire sans briser complètement le vide. Une méthode pour le faire est cet échantillonneur de voleur. Cet échantillonneur de voleurs a une porte à l’avant, nous pouvons la sceller en place, et il y a une porte à l’arrière qui va directement dans la chambre. Nous pouvons tirer un aspirateur sur cette boîte externe jusqu’à ce que nous puissions ouvrir la porte intérieure. Lorsque nous faisons cela, nous avons maintenant accès à la partie interne de la chambre.
On peut alors atteindre ce bras, ça peut être difficile à voir, mais il y a un petit dispositif de préhension à l’extrémité du bras. Nous pouvons y entrer, extraire un échantillon, le retirer, le sceller, puis faire capturer un échantillon à ce point du processus représentant la certaine humidité résiduelle. Ferme ça.
À la fin du processus, il vous appartient maintenant de choisir si vous souhaitez sceller sous vide ou non. L’étanchéité sous vide signifie que nous nous assurons qu’il y a encore un vide lorsque nous compressons nos étagères pour sceller les bouchons. C’est ainsi que les bouchons sont scellés. Les étagères sont relevées à l’aide d’un bouton jusqu’à ce que les flacons entrent en contact avec l’étagère ci-dessus et qu’ils soient pressés pour sceller les bouchons.
Il y a un autre élément sur lequel je voudrais aborder et c’est ce qui est vraiment la force motrice pour éliminer cette vapeur d’eau? C’est une idée fausse commune que c’est que le vide le retire des flacons. Ce n’est vraiment pas comme ça que ça marche. Ce que nous faisons pendant le séchage primaire, c’est ajuster la pression dans la chambre et la température de la tablette pour obtenir la température de produit souhaitée. Ce faisant, nous établissons une différence de pression entre celui-ci et la chambre, ainsi qu’une différence de température. Cette différence de pression, la pression de vapeur de la glace sur la chambre est très faible. Nous avons une pression de chambre très basse. Ici, nous avons une température beaucoup plus élevée pour aider à augmenter le taux de sublimation. Lorsque cela se produit, il n’y a pas de différence de pression. La pression de vapeur de la glace est beaucoup plus élevée ici, donc nous éliminons la vapeur d’eau et maintenant elle est piégée dans la zone de très basse pression, une basse température, piégée là sur les bobines du condenseur.
C’est votre introduction à la lyophilisation et votre introduction à l’anatomie d’un lyophilisateur. J’espère que vous vous joindrez à nous pour l’atelier de cours de courte durée afin que nous puissions entrer dans plus de détails.