Ролята на електродиализата във фармацевтичното пречистване

Производството на фармацевтични продукти е по същество поредица от химични реакции. Вземете за пример типичен синтез на антибиотик: две суровини реагират в разтворител, за да образуват целевата молекула. ​​Когато реакцията приключи обаче, съдът съдържа не само целевия продукт, но и голямо количество примеси, включително нереагирали суровини и странични продукти, киселини, използвани за поддържане на pH на реакцията (като солна киселина, HCl), соли, получени чрез неутрализация (като натриев хлорид, NaCl), катализатори (като паладий, платина и други комплекси с благородни метали) и органични разтворители (като метанол, етанол, ацетон и др.). Тези примеси имат едно общо нещо: те се смесват с целевия продукт, така че целевият продукт трябва да бъде пречистен.

Традиционните мембрани за обратна осмоза (RO) работят, като блокират почти всичко и пропускат само вода, подобно на изключително тясна врата, през която могат да преминат само водни молекули. Това е идеално за производство на пречистена вода, но не може да задържи ценни фармацевтични молекули, разтворени във водата. Електродиализа (ЕД), за разлика от това, работи под въздействието на постоянен ток: катионите (Na+, K+, Ca2+ и металните йони от катализаторите) мигрират към катода, докато анионите (Cl-, SO42- и анионите на органичните киселини) мигрират към анода и навлизат в концентратната камера, където се отстраняват. Фармацевтичните молекули, които служат като целеви продукт, ако са незаредени, остават в захранващия разтвор.

Сценарий 1: Обезсоляване.

Това е най-класическото приложение на ЕД във фармацевтичното производство. След завършване на реакцията на органичен синтез, често се добавят киселини или основи за неутрализация, генерирайки големи количества неорганични соли (NaCl, Na2SO4, NH4Cl и др.). Ако тези соли не бъдат отстранени, това може да повлияе на последващата кристализация, сушенето и формулирането. Вземайки за пример цефалоспориновите антибиотици, ферментационният бульон съдържа целевите антибиотични молекули (MW приблизително 300-500 Da), както и голямо количество неорганични соли, останали от ферментационната среда. Ултрафилтрацията (UF) първо се използва за отстраняване на клетки и протеини, а ЕД се използва след това за обезсоляване. Антибиотичните молекули (неутрални или слабо заредени) остават в камерата за разреждане, докато Na+, Cl- и SO42- мигрират в камерата за концентрат и се изхвърлят. След обезсоляване потокът може директно да влезе в процеса на кристализация. Предимството на ЕД е, че почти няма влияние върху преминаването на неутралните молекули на активните фармацевтични съставки (API), като същевременно предпазва чувствителните към топлина лекарства от повреди, причинени от високотемпературна дестилация.

Сценарий 2: Повторна употреба на майчина луга.

При фармацевтичната кристализация, добивът от единична стъпка на кристализация често е само 60-80%. Останалите 20-40% се изхвърлят заедно с матерния разтвор. Матерният разтвор съдържа целевия активен фармацевтичен субстанция (API) плюс големи количества остатъчни соли и органични разтворители. ED първо отстранява неорганичните соли, намалявайки натоварването при последващата обработка. След обезсоляване, матерният разтвор може да претърпи възстановяване на разтворителя, последвано от вторична кристализация, или може да бъде директно концентриран за извличане на API. В резултат на това общият добив може да се увеличи от 60-80% до над 90%.

Сценарий 3: Пречистване на протеинови лекарства.

Производственият процес на биофармацевтични продукти, като моноклонални антитела, инсулин и ваксини, обикновено следва следната последователност: клетъчна култура → експресия на протеини → пречистване. По време на пречистването, протеиновият разтвор често трябва да се обменя между различни буфери, например от елуиращ буфер с високо съдържание на сол към буфер за формулиране с ниско съдържание на сол. Традиционните методи за обмен на буфери, като диализа или гел филтрационна хроматография, са бавни, консумират големи количества вода и не са подходящи за мащабно производство. Чрез "електродиализа плюс дифузионна диализа (ED+DD)В режим ", ED може да намали концентрацията на сол в протеинов разтвор до целевото ниво в рамките на няколко часа, като същевременно почти не причинява загуба на протеин.

Сценарий 4: Фармацевтична вода.

Фармацевтичната вода има строги класификации: питейна вода → пречистена вода → вода за инжекции (WFI). Традиционно WFI се произвежда чрез многоефективна дестилация, която консумира много голямо количество енергия. Съвременните процеси все по-често използват метод „двустепенен RO + EDI (електродейонизация)“: RO премахва повече от 99% от соли, органични вещества и микроорганизми, докато EDI намалява остатъчните йони до ниво ppb. Крайният продукт вода има проводимост по-малка от 0,1 μS/cm (еквивалентно на TDS <0,05 мг/л), отговарящи на стандартите в множество страни. В сравнение с дестилацията, RO+EDI консумира само една пета до една десета от енергията и не изисква котелна пара.

Въпреки че ЕД е принципно осъществима, по-широкото ѝ приложение във фармацевтичната индустрия все още е изправено пред практически ограничения. 1. Лекарствената молекула не трябва да носи силен заряд. ЕД разделя веществата, като използва разликите в електрическия заряд. Ако активната фармацевтична съставка (АФИ) е силно киселинна (като някои лекарства с нуклеинови киселини) или силно основна (като някои алкалоиди), тя ще бъде откъсната от ЕД точно както сол. 2. Стабилността на мембраната в органични разтворители е друго ограничение. Много фармацевтични синтези се извършват в органични разтворители, като метанол, ацетон и DMF, а не във вода. Стандартните ЕД мембрани, които са йонообменни мембрани, базирани на полистирен-дивинилбензолова рамка, могат да набъбнат или дори да се разтворят в силно полярни органични разтворители. Въпреки че мембраните за нанофилтрация с органични разтворители (OSN) се развиват бързо, ЕД мембраните, проектирани специално за системи с органични разтворители, все още са в ранен етап на развитие.

Основната ценност на електродиализата във фармацевтичното производство е „обезсоляване без загуба на лекарството“. Тя не е предназначена да замести RO, UF или дестилацията. ED прецизно отделя заредените солеви йони от скъпи фармацевтични разтвори, като същевременно запазва лекарствените молекули. Тази на пръв поглед недооценена технология прави фармацевтичното пречистване по-ефективно, по-щадящо и по-екологично.

ЧЗВ:

1. Кои фармацевтични процеси са съвместими с тази електродиализна система?

Той се адаптира към четири основни сценария: обезсоляване на активни фармацевтични съединения (пречистване на цефалоспорини и други антибиотици), възстановяване на маточен разтвор от фармацевтична кристализация, пречистване на протеинови лекарства и буферен обмен (моноклонални антитела, инсулин, ваксини и други биофармацевтични продукти) и приготвяне на вода за инфузия чрез съчетаване с двустепенна RO система.

2. Какъв ефект може да постигне оборудването при обработката на кристализационна матерна луга?

Той може ефективно да отстранява неорганични соли от кристализационния матернен разтвор, да подпомага вторичната кристализация, възстановяването на разтворителя и концентрирането на матерния разтвор и да увеличава общия добив на API от 60%-80% до над 90%.

3. Какво е основното предимство на оборудването при обработката на протеинови лекарства?

Той може бързо да завърши буферния обмен от високосолеви към нискосолеви буфери за биофармацевтични разтвори с нулева загуба на протеини по време на целия процес, подходящ за мащабно производство и решава проблемите с ниската ефективност и високата консумация на вода при традиционната диализа и гел филтрационна хроматография.