Mai 2007 - n°121
Aérial : Le laboratoire de Lyophilisation Expérimentale
Le laboratoire de lyophilisation Louis REY a été transféré
chez Aérial en janvier 2005. Ce laboratoire est spécialisé
dans l'étude du procédé de lyophilisation, en particulier,
des produits chimiques ou biologiques utilisés comme médicaments.
En 2006, cette activité représente 11,5% des activités
d’Aérial (contrats industriels, publics et sur objectifs). Un
excellent chiffre pour une activité qui débute seulement.
Aérial est un Centre de Ressources Technologiques situé en Alsace
qui propose divers services aux industries agro-alimentaires et à l’ensemble
des secteurs industriels concernés par les techniques d’ionisation.
Ses laboratoires travaillent dans les domaines de la dosimétrie, l'évaluation
sensorielle, la nutrition, la microbiologie et sur la lyophilisation, depuis
2005.
La lyophilisation
La lyophilisation vient du grec « qui aime l’eau » et consiste
à enlever l’eau d’un produit, à l’aide de
l’action combinée du froid et du vide. Elle peut avoir lieu naturellement
(séchage en montagne), ou, plus rapidement et de manière plus
contrôlée, dans un lyophilisateur.
En effet, le processus de lyophilisation était déjà connu
par la civilisation Inca. Les Incas stockaient leurs pommes de terre et autres
récoltes dans les hauteurs du Machu Picchu. Les températures
négatives des montagnes gelaient la nourriture et l’eau contenue
dans les aliments s’évaporait lentement sous la basse pression
des hautes altitudes.
Durant la seconde guerre mondiale, le process de lyophilisation a été
développé commercialement et fut utilisé pour préserver
le plasma et la pénicilline.
Depuis, le café lyophilisé est le produit alimentaire lyophilisé
le plus connu. C’est le groupe Nestlé qui a inventé ce
produit après avoir été sollicité par le Brésil
afin de l’aider à trouver une solution pour son surplus de café.
La lyophilisation comporte généralement trois étapes
:
La congélation, la sublimation (ou dessiccation primaire) et la désorption
(ou dessiccation secondaire). La première étape consiste à
congeler à une température qui permette une congélation
totale du produit. De cette manière on évite les phénomènes
de fusion ou microfusion afin de sublimer l’eau dans la solution (dessiccation
primaire). La dernière étape (dessiccation secondaire) quant
à elle consiste à supprimer l’eau liée du produit.
C’est une étape délicate, car poussée trop loin,
elle peut dénaturer le produit. A ce stade, le vide est poussé
jusqu’aux environs de 5 µbars. On maintient ou on augmente la
température du produit pour arracher les molécules.
Les paramètres du processus de lyophilisation sont déterminés
en laboratoire et expérimentés avant d’être industrialisés.
La description des étapes de la lyophilisation est appelée «
une recette » qui peut paramétrer un cycle de plusieurs jours.
Le laboratoire de lyophilisation expérimentale d’Aérial
bénéficie de 50 années d’expérience en recherches
fondamentales et appliquées, développées par le Pr Louis
Rey, le pionnier dans le domaine de la lyophilisation.
Couplé aux autres compétences d’Aérial, le laboratoire
de lyophilisation expérimentale complète l’offre proposée
aux bio-industries pour la mise au point de produits sensibles et pour l’étude
de leur aptitude à la conservation et à la stérilisation.
En supprimant plus de 95% de l’eau des produits sans altérer
leurs propriétés fondamentales, la lyophilisation permet de
conserver des biomatériaux tout en stabilisant parfaitement leurs principes
actifs.
Les prestations d’Aérial dans ce
domaine
Les prestations d’Aérial s’adressent aux industries pharmaceutiques
cherchant à développer de nouveaux produits à usage thérapeutique
(dans le cycle de vie d'un médicament, cette prestation se situe en
amont des essais cliniques, voire pré-cliniques), ainsi qu’aux
industries cosmétiques. Parmi ces prestations :
1- Mise au point de cycles de lyophilisation : La qualité
galénique d'un lyophilisat (product elegance) se caractérise
par sa présentation (morphologie et compacité de la galette),
sa stabilité en cours de stockage et sa facilité de remise en
solution. Cette qualité est maîtrisable par la définition
d'une recette de lyophilisation adaptée (combinaison de la température
et de la pression dans l'enceinte de lyophilisation au cours du temps).
2- Réalisation d'essais pilotes : Le lyophilisateur
Telstar Lyobeta 25 possède 4 plateaux d'une surface totale d'environ
1 m2. Il permet de lyophiliser une quantité de flacons allant
de quelques dizaines à quelques milliers en fonction de leur diamètre.
3- Analyse du comportement du produit à basse température
: La connaissance du comportement thermique et électrique
d'une solution à lyophiliser est essentielle pour la définition
d'un cycle (recette) de lyophilisation optimum. L'Analyse Thermique Différentielle
et l'impédancemétrie sont les deux techniques mises en oeuvre
permettant de déterminer les températures de congélation
totale, de fusion commençante, la présence éventuelle
de phases vitreuses instables ainsi que la rigidité électrique
au cours de la congélation ou du réchauffement de la solution.
4- Caractérisation du produit final sec : Cette caractérisation
concerne la détermination de l'humidité résiduelle dans
les lyophilisats par la méthode Karl Fischer ou encore par une méthode
non destructive d'évaluation de la pression de vapeur saturante (à
l’intérieur du flacon de lyophilisation). L'humidité résiduelle
est en effet un des paramètres critiques à maîtriser pour
assurer une stabilité temporelle optimale du lyophilisat. Le caractère
'lyophile' (qui aime l'eau) peut également être mesuré
en déterminant la surface spécifique interne d'un produit lyophilisé
ainsi que la taille de ses pores. La méthode utilisée est la
méthode BET du nom de ses inventeurs (BRUNNAUER, EMMETT, TELLER)
5 - Combinaison de techniques de lyophilisation et d'irradiation :
Si la lyophilisation est la technique la plus onéreuse pour
extraire l'eau d'un produit, avec néanmoins des avantages essentiels
incontestables, une lyophilisation en conditions stériles nécessite
des investissements beaucoup plus importants. La combinaison d'une lyophilisation
en salle et conditions 'propres', associée à un traitement ultérieur
par irradiation permettant d'assurer la stérilité du produit
final peut répondre à bon nombre de situations pour peu que
l'API (principe actif) soit peu ou pas dégradé par l’interaction
des rayonnements ionisants.
Aérial a l’avantage de posséder des équipements
performants permettant de contrôler tous les paramètres des cycles
de lyophilisation, et ce, en complément de ses autres compétences,
par exemple la validation de la stérilisation des produits lyophilisés
par irradiation.
Aérial est donc à même
* d’analyser le comportement à basse température du produit,
afin d'établir le cycle optimal de lyophilisation par la mise en oeuvre
de méthodes spécifiques:
- Analyse Thermique Différentielle
- Impédancemétrie
- Vitesse de cristallisation
* de conduire sur la base de ces données, une opération-pilote
de lyophilisation sur un nombre significatif d’échantillons
* de caractériser, enfin, le produit sec final par :
- évaluation de sa surface spécifique interne (méthode
BET)
- évaluation de l’humidité résiduelle (Méthode
Karl Fischer et méthode non destructive)
* de combiner les techniques de lyophilisation et d'irradiation afin de garantir
la stérilité des médicaments ou vaccins injectables par
des méthodes originales faisant appel, entre autres aux techniques
d’irradiation par les rayons Gamma, les rayons X ou des faisceaux d'électrons;
et en appliquant, les normes internationales en vigueur pour le traitement
des produits à usage médical et en assurant la validation de
la dose de stérilisation.