Verständnis der Pulverkompressionsphase – und Vermeidung von Tablettenfehlern
Der Prozess der Tablettierung sieht einfach aus, ist jedoch komplex und irreversibel: Wie die Universität Bordeaux mit den Tablettierspezialisten gemeinsame Lernschritte macht. Experte für Physik und Mechanik und Koryphäe im Bereich der Galenik: Professor Dr. Vincent Mazel widmet sich seit 2008 zunächst an der Universität Paris-Sud und jetzt am I2M, dem Institut de Mécanique et d’Ingénierie in Bordeaux, den pharmazeutischen Pulvern und ihren Verarbeitungsschritten (siehe Kasten S. 16). Dabei ist ein Aspekt für ihn forschungsleitend: „Mich interessieren die Tabletteneigenschaften, ihre mechanische Widerstandsfähigkeit und die Gründe für Defekte wie Deckeln und Delamination.“ Daher will der Wissenschaftler mit seinem Team die komplexe – und vor allem irreversible – Phase der Verpressung ergründen und verstehen, wie sich „das Zusammenspiel von Pulvermerkmalen und Prozessparametern auf die endgültige Tablette auswirkt.“
STYL’One Evo, ein vielseitiges Tool
Presskraft, Geschwindigkeit, Verweilzeiten: Jeder Parameter im Tablettierprozess ist variabel, aber entscheidend. Das französische Team verschafft sich auf zwei ineinandergreifenden Wegen Zugang zu den kinematischen Faktoren: experimentell und numerisch. Beim zweiten Ansatz werden die Kompressionsvorgänge mathematisch modelliert. Dazu plant Mazel auch die Entwicklung eines digitalen Zwillings, der das Verhalten des Pulvers so nachbildet, dass Informationen über die prozessualen Belastungen der Tablette erhoben werden können.
Systematisch werden die numerischen Ergebnisse mit denen der experimentellen Laborversuche abgeglichen. Dies wird auf dem Kompaktierungssimulator STYL’One Evo von MEDELPHARM und einer Rundlaufpresse durchgeführt. Ersterer ist in diesem Projekt ein besonderes „2-in-1-Tool“, so der Wissenschaftler. Um die Folgen für die Tabletteneigenschaften und Defekte zu erkennen, ermöglicht er zum einen, „mit der Kinematik zu spielen und ihre Auswirkungen auf die Rundlaufpresse vorauszusehen“. Zum anderen kann das instrumentierte Gerät mit seinen Presskraft- und Wegsensoren das Verdichtungsverhalten des Pulvers charakterisieren und somit wichtige Parameter für die numerische Modellierung erzeugen.
STRAP: vom Kompaktierungssimulator zur Rundlaufpresse
Das von der Universität Bordeaux entwickelte Fachwissen und die Methoden werden in Zusammenarbeit mit der TU Braunschweig in einem neuen Forschungsprojekt namens „STRAP“ angewandt. Es wird noch bis zum Jahr 2026 von der Agence Nationale de la Recherche (ANR) und der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert, um deutsch-französische Wissenschaftsvorhaben zu forcieren. Mit Erfolg, denn: „Dieses Thema ist zuvor noch nie untersucht worden“, freut sich Mazel darüber, gemeinsam mit dem deutschen Team die Auswirkungen von geänderten Formulierungen auf den Gesamtprozess der Tablettierung zu ergründen.
Ein Jahrzehnt der erfolgreichen Zusammenarbeit
Die Zusammenarbeit des I2M mit MEDELPHARM ist etabliert; Vincent Mazel ist ein langjähriger und vielseitiger Nutzer des MEDELPHARM-Equipments: Schon seit 2011 nutzt das Institut die STYLCAM, den ersten mechanischen Kompaktierungssimulator von MEDELPHARM. Das Gerät setzt er immer noch ein, bevorzugt bei Demonstrationen und für Ausbildungszwecke, weil „seine mechanischen Funktionen Grundlegendes verständlich machen“.
Schon kurze Zeit später, im Jahr 2013, kam das Nachfolgemodell, die STYL’One Evo hinzu – damals noch als Prototyp, heute in der neuesten Version. Sie ist auch bei speziellen Forschungszwecken einsetzbar, „die tief in die Technologie eindringen“, erläutert Mazel und betont gleichzeitig, dass diese Flexibilität erst durch die Unterstützung des MEDELPHARM-Teams ermöglicht wird: „Wir gehen gemeinsam Lernschritte, indem wir uns zur Software austauschen, über die Matrizenwand-Sensoren diskutieren oder uns gegenseitig Feedback zu den Prozessaktivitäten geben.“
Wissenschaftliche Veröffentlichungen: ein Instrument für die Entwicklung von Menschen und Technologien
Dieser Austausch trägt auch wesentlich zum Verständnis der Unternehmen für pharmazeutische Produktlinien bei: Dr. Friederike Gütter, Prozessexpertin im INNOVATION CENTER von KORSCH, nutzt die Daten und Veröffentlichungen des I2M „für die interne Schulung unserer Maschinenbauingenieure – so stellen wir sicher, dass das Wissen über die Tablette und ihre Verpressung direkt in die Geräteentwicklung einfließt.“
Bruno Leclercq, Koordinator des KORSCH INNOVATION CENTER und des MEDELPHARM Science Lab, integriert die wissenschaftlichen Erkenntnisse des Instituts in die Kundenberatung, sodass „einige sich seit Jahren auf Publikationen des I2M beziehen“.
Aus seiner Sicht ist es insbesondere dem Forscher Vincent Mazel zu verdanken, dass das STYL’One-Konzept heute so weit verbreitet ist: „Der Markt für Kompaktionssimulatoren war früher sehr klein, nur wenige Unternehmen haben sie genutzt. Vincent Mazel hat unsere Marktentwicklung maßgeblich beeinflusst.“
Für Gütter bieten die größeren Rundläuferpressen im KORSCH INNOVATION CENTER dem I2M einen besonderen Forschungsvorteil: „Der Weg von der Entwicklung zum Endprodukt – von der Idee bis zum Test auf einer Rundläuferpresse – ist bei uns schnell und unkompliziert.“
Das „STRAP“-Projekt – Scale Transfer in Pharmaceutical compression
– von Kompaktionssimulatoren zu Rundläuferpressen
Das Projekt wird in Kooperation zwischen dem Institut für Partikeltechnik (iPAT) der Technischen Universität Braunschweig und dem Institut de Mécanique et d’Ingénierie (I2M) der Universität Bordeaux durchgeführt. Die Projektleitung liegt bei Dr. Jan Hendrik Finke in Braunschweig und Dr. Vincent Mazel in Bordeaux. STRAP untersucht die Auswirkungen verschiedener Formulierungen auf den Gesamtprozess – sowohl auf dem Kompaktionssimulator Styl’One Evo als auch auf der XL 100.
Zu diesem Zweck konzentriert sich das deutsch-französische Team auf die beiden qualitätsbestimmenden Teilprozesse „Füllen“ und „Verpressen“ auf Rundläuferpressen. Das iPAT untersucht das Materialverhalten beim Matrizenfüllen auf dem Kompaktionssimulator und dessen Übertragbarkeit auf die Rundläuferpresse, während sich das I2M auf den Verpressungsprozess und die Reproduzierbarkeit von Tablettierungsfehlern fokussiert. Nach den getrennten Analysen werden die Ergebnisse miteinander korreliert, um eine verlässliche Vorhersage von Prozessparametern und den damit verbundenen Produkteigenschaften im industriellen Maßstab zu ermöglichen. Das Team unter der Leitung von Dr. Vincent Mazel untersucht die Probleme, die im Zusammenhang mit pharmazeutischen Pulvern und deren Verarbeitungsschritten auftreten.
Das Institut de Mécanique et d’Ingénierie (I2M)
Die Universität Bordeaux beschäftigt sich mit der Dekonstruktion und Rekonstruktion mechanischer Zusammenhänge. Rund 340 Mitarbeitende betrachten interdisziplinär die physikalischen und physikalisch-chemischen Wechselwirkungen zwischen Herstellungsprozessen und Materialien. Das Team um Dr. Vincent Mazel untersucht dabei speziell die Herausforderungen im Umgang mit pharmazeutischen Pulvern und deren Verarbeitungsschritten.
Über Vincent Mazel
Vincent Mazel promovierte 2006 in Physik und Materialchemie. Von 2008 bis 2014 war er Dozent an der Universität Paris-Süd, seit 2014 hat er eine Professur am Institut für Mechanik und Ingenieurwissenschaften (Institut de Mécanique et d’Ingénierie) der Universität Bordeaux inne.
