Mediciones de líquidos en la fabricación farmacéutica: índice de refracción como herramienta PAT

La salud es un activo social y económico fundamental y el desarrollo de medicamentos efectivos va de la mano con el desarrollo humano y de las sociedades modernas. Podemos curar, prevenir y controlar enfermedades más que nunca. Sin embargo, con las condiciones y enfermedades médicas emergentes, los investigadores de productos farmacéuticos están en constante búsqueda de nuevos desarrollos de medicamentos.

Los medicamentos constan de dos partes: los Ingredientes farmacéuticos activos (API), que son los componentes curativos de la enfermedad y los excipientes químicamente inactivos apropiados, que son el vehículo que administra el fármaco al cuerpo humano o animal. Un enfoque importante en la Investigación y Desarrollo de productos farmacéuticos e ingeniería de productos es explorar nuevos componentes API para desarrollar nuevos medicamentos, innovadores y quizás en el futuro personalizados.

La complejidad de la fabricación de productos farmacéuticos

El desarrollo de nuevos medicamentos es un proceso de alto riesgo, costoso y largo. El Centro Tufts para el Estudio de Desarrollo de Medicamentos estimó que llevar un medicamento al mercado cuesta más de USD 2 mil millones y, según Pharmaceutical Journal, solo 1 de cada 10 medicamentos que comienzan la fase clínica llegan al mercado, solo para dar una idea. Además, se necesitan entre 10 y 15 años para desarrollar un medicamento y para cuando esté disponible para la venta, podrían pasar hasta 10 años para recuperar el alto costo de inversión. Para equilibrar los riesgos involucrados en la fabricación de nuevos medicamentos, muchas compañías farmacéuticas fabrican productos genéricos, enfocándose en productos de patentes vencidas o modificando ligeramente una patente.

Otros desafíos que enfrentan las compañías farmacéuticas son las estrictas regulaciones relacionadas con la fabricación de medicamentos y los elevados costos operativos que conllevan. La fabricación de medicamentos requiere un sistema que garantice que el producto final cumpla con las especificaciones predeterminadas. El enfoque convencional ha sido producir medicamentos en procesos por lotes con pasos distintos, que incluyen largos tiempos de almacenamiento y control de calidad fuera de línea después de cada etapa. La producción por lotes puede incluso requerir que el producto intermedio se transfiera de una instalación a otra para otras etapas de producción. Este enfoque garantiza el cumplimiento y los productos de alta calidad, pero también crea importantes obstáculos e ineficiencias en el proceso, extendiendo el tiempo total de procesamiento y aumentando considerablemente los costos de producción.

Todo esto afecta el desempeño financiero de las compañías farmacéuticas y, en última instancia, los costos de los productos para los pacientes y la sociedad. Al mismo tiempo, existe una creciente presión en bajar los precios de los medicamentos y, como solución, las compañías farmacéuticas están en la búsqueda de nuevas formas de trabajar. Muchos de los líderes de la industria están invirtiendo fuertemente en Investigación y Desarrollo para explorar soluciones técnicas que puedan acelerar el tiempo de desarrollo de medicamentos y hacer que el proceso sea rentable.   

Implementación de Fabricación Continua (CM)

La Administración de Alimentos y Medicamentos (FDA) se encuentra en la misión de apoyar la innovación y la modernización farmacéutica como parte de su compromiso de proteger y promover la salud pública. Sobre esta base, la FDA lanzó la iniciativa de Tecnología Analítica de Procesos (PAT) y publicó un marco, que respalda el uso de mediciones oportunas y herramientas analíticas que proporcionan medios para obtener información suficiente para la comprensión del proceso. La estrategia PAT también proporciona la base correcta para pasar de los procesos por lotes a la fabricación continua (CM) en la producción farmacéutica y biofarmacéutica.

Para implementar la CM, se requiere una comprensión completa del proceso para crear una estrategia de control que minimice la variación de material entrante. Se deben identificar los atributos críticos de calidad del medicamento, así como las variables de producción que tienen efecto sobre ellos, para establecer tolerancias de desviación aceptables y definir las herramientas PAT correctas para el monitoreo y el control. Las mediciones en tiempo real desde las primeras etapas del descubrimiento de fármacos ayudan a recopilar una gran cantidad de datos para obtener conocimiento científico para mitigar los riesgos asociados con el desarrollo de nuevos fármacos y para diseñar procesos sólidos capaces de ofrecer una alta calidad del producto de manera consistente.

Índice de refracción como herramienta PAT

PAT implica no solo el uso de sensores de proceso convencionales como de presión, de temperatura y de pH, sino también nuevas tecnologías de analizador en línea. Una tecnología emergente es el índice de refracción (RI), una medición directa de la concentración de líquido basada en la refracción de la luz. Otras industrias han adoptado las mediciones de RI durante décadas, por ejemplo, en pulpas y papel para la medición del contenido sólido de licor negro y la industria azucarera para la medición de Brix en la fabricación de azúcar,   pero para cuando comenzó la iniciativa PAT todavía era bastante inexplorado en el sector farmacéutico.

Una ventaja importante de RI es que se puede medir en línea mediante un refractómetro de proceso, lo que respalda la tendencia actual en la industria farmacéutica de avanzar hacia el procesamiento continuo. Los refractómetros de proceso se utilizan principalmente para medir, monitorear y controlar las concentraciones de líquidos. Estas mediciones también son importantes en el procesamiento farmacéutico, ya que muchos pasos de procesamiento se llevan a cabo en un medio líquido. Pero es en las aplicaciones menos convencionales donde el principio detrás de la medición, el índice de refracción, ofrece muchas otras oportunidades para el desarrollo y procesamiento de medicamentos.

Las mediciones del índice de refracción han demostrado ser precisas para la identificación del producto, incluso más que las mediciones de densidad y conductividad, ya que cada producto químico tiene un valor de índice de refracción distintivo. Esta característica única revela el potencial del índice de refracción como herramienta analítica PAT en otras aplicaciones, como la detección de interfaz entre diferentes solventes o entre solvente y producto y el monitoreo de la reacción donde el valor RI de la mezcla cambia a medida que los reactivos se convierten en productos. Las mediciones del índice de refracción en línea proporcionan una ventana al proceso e información que no se pudo obtener mediante las pruebas tradicionales de laboratorio fuera de línea.

El índice de refracción brinda un enorme potencial para la comprensión del proceso fundamental

Una gran compañía farmacéutica en Europa realizó un estudio hace unos años donde identificó 11 aplicaciones potenciales para el índice de refracción únicamente en la fabricación de API. Los científicos concluyeron que al medir el RI en tiempo real, se obtiene un perfil de proceso específico para el proceso, que puede usarse como referencia para el desarrollo LEAN y la ampliación del proceso y, en última instancia, para reducir considerablemente el trabajo y tiempo del desarrollo de medicamentos.

Los beneficios de las mediciones del índice de refracción no se limitan a la fabricación de API. Las mediciones del IR ya se aplican ampliamente en el procesamiento biofarmacéutico y los refractómetros se utilizan actualmente para monitorear aplicaciones como fermentación, cultivo celular, vacunas, proteínas, plasma sanguíneo y producción de enzimas.

El índice de refracción se está convirtiendo en un método revolucionario que crea una comprensión del proceso fundamental. Además, es útil investigar varias dinámicas de procesos e interacciones químicas requeridas para el diseño de procesos sólidos rentables y estrategias de control que reduzcan la variabilidad del producto. Los ejemplos presentados anteriormente son solo algunos, pero no hay duda de que las oportunidades aumentarán, ya que las compañías farmacéuticas comienzan a mirar hacia el futuro y las mediciones del índice de refracción se utilizan al máximo potencial en los procesos farmacéuticos.

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