Pharmaverpackung

Durch das Aufbringen von hauchdünnen und hoch effektiven Barriereschichten können chemische Beständigkeit sowie Stabilität pharmazeutischer Primärpackmittel optimiert werden. Neuste Beschichtungsprodukte von SCHOTT sind Fläschchen mit hydrophoben Beschichtungen. Foto: SCHOTT/T. Hauser
Michael Bonewitz

Schichten schützen sensible Arzneien

SCHOTT setzt hochtechnologische Beschichtungsverfahren ein, um Pharmaverpackungen für die Zukunft
fit zu machen.


Die Pharmaindustrie investiert Milliarden in die Forschung von neuen Wirkstoffen. Gesucht werden immer bessere, wirksamere und patientenfreundlichere Medikamente. Doch bevor ein neuer Wirkstoff beim Arzt oder in der Klinik eingesetzt werden darf, sind unzählige Hürden zu meistern. Ganz vorne stehen Sicherheit und Qualität. Die entsprechenden Genehmigungsverfahren können Jahre oder sogar Jahrzehnte dauern. Dabei beschäftigen sich Wissenschaftler und Behörden nicht nur mit den Arzneien, sondern auch mit den Behältern, die unmittelbar mit den medizinischen Wirkstoffen in Berührung kommen. Man nennt sie pharmazeutische Primärverpackungen, gemeint sind Fläschchen, Spritzen, Karpulen oder Ampullen. Neben Aspekten der Produktintegrität und Benutzerfreundlichkeit stellt sich die Frage: Wie werden sensible, neue Wirkstoffe optimal verpackt und gelagert ?

Ein aktuelles Thema ist beispielsweise die ungewollte Adsorption, das heißt die Anlagerung von Wirkstoffen an den Behälter, oder der Umgang mit sogenannten »Extractables«, das sind für das bloße Auge unsichtbare Elemente, die sich im Laufe der Zeit aus der pharmazeutischen Verpackung herauslösen und dadurch die Wirkung des darin enthaltenen Medikamentes beeinträchtigen können. „Selbst bei Borosilicatglas von höchster Qualität zeigt sich dieser Effekt”, erklärt Dr. Claudia Dietrich, Product Manager Vials & Coating bei SCHOTT forma vitrum. Ein Lösungsansatz, wie die chemische Beständigkeit des Verpackungsmaterials verbessert werden kann, ist das Aufbringen von Barriereschichten auf die innere Oberfläche des Pharmabehälters – hauchdünn und hoch effektiv.

Fünf Buchstaben haben sich dabei in der Industrie einen bedeutenden Namen geschaffen: picvd, sie stehen für »Plasma Impulse Chemical Vapor Deposition«. Das Verfahren wurde vom Mainzer Technologiekonzern SCHOTT in den 80er Jahren weiterentwickelt und in einer Vielzahl von Ländern patentiert. Die erste Massenanwendung waren Kaltlichtreflektoren: Von innen beschichtet, können sie den Wirkungsgrad von Halogenlampen drastisch erhöhen.

Auch in der pharmazeutischen Industrie eröffnen die Plasma-Schichten neue Dimensionen. Ausgangsprodukt sind qualitativ hochwertige Glasfläschchen aus Fiolax® Glasröhren, die an den elf verschiedenen Produktionsstandorten von SCHOTT forma vitrum gefertigt werden. Die geformten Fläschchen werden zunächst in einer pharmazeutischen Waschmaschine gewaschen und dann in einem elektrischen Wärmetunnel getrocknet. Danach kommen die Behältnisse in den Plasma-Reaktor. In einem Zyklus, der etwa eine Minute dauert, können gleichzeitig mehrere Fläschchen beschichtet werden. In dem gepulsten Plasmaverfahren werden mehrere Lagen von Siliciumdioxid-Molekülen an der inneren Oberfläche der Behältnisse aufgebracht, die gesamte Schicht ist nur etwa 100 bis 200 Nanometer dünn und hat daher keinen Einfluss auf die dimensionellen Abmessungen des Pharma-Behältnisses.
In einer speziellen Anlage werden die Pharmafläschchen zunächst gewaschen und getrocknet, bevor in einem Plasma-Reaktor nur etwa 100 bis 200 Nanometer dünne Siliciumdioxid-Schichten aufgebracht werden. Foto: SCHOTT/T. Hauser
Hydrophobe Schichten für Biopräparate

Die Beschichtung, die im Rahmen eines validierten und permanent inspizierbaren Prozesses erfolgt, verringert die Adsorption von radioaktiven Diagnostika und Proteinen und verbessert die chemische Beständigkeit sowie die Stabilität des Verpackungsmaterials. Die von SCHOTT forma vitrum hergestellten, beschichteten Fläschchen eignen sich vor allem für pH-sensible Wirkstoffe, da durch die Vermeidung von »Extractables« der pH-Wert stabil gehalten werden kann und die Glasoberfläche nicht angegriffen wird. Damit können die empfindlichen Medikamente länger gelagert werden. Die Methode ist als wirksame Diffusionsbarriere wissenschaftlich geprüft: So vermindert sich die Auslaugung von im Glas natürlich vorkommenden Ionen auf ein Maß, das unter der Nachweisgrenze liegt. Seit 1997 beschichtet SCHOTT bereits am Standort Müllheim in Deutschland Behältnisse, die unter dem Markennamen SCHOTT Type I plus® weltweit vertrieben werden und in den letzten Jahren dank zunehmender Marktnachfrage ein starkes Wachstum verzeichneten. Jüngstes Beschichtungsprodukt sind Fläschchen mit sogenannten hydrophoben Schichten, die ebenfalls im PIVCD-Verfahren hergestellt werden. Erste Musterprodukte gehen derzeit an interessierte Kunden. Hydrophobe, d. h. wasserabweisende Schichten zeichnen sich durch eine extrem homogene (glatte) Oberfläche aus, was unter anderem große Vorteile für lyophilisierte (gefriergetrocknete) Medikamente bringt. Lyophilisierungsprozesse kennt man schon sehr lange, sie werden etwa für die Haltbarmachung von Kaffee eingesetzt (Instant-Kaffee). Im Pharmabereich wird die Lyophilisierung insbesondere für die Haltbarmachung von empfindlichen Biopräparaten eingesetzt. Dies ist ein wichtiges Zukunftsfeld, schon heute sind bei über 50 Prozent der Produktentwicklungen innerhalb der pharmazeutischen Therapie Biomoleküle im Einsatz. Um dieser Entwicklung Rechnung zu tragen, bauen derzeit immer mehr Pharmaunternehmen zusätzliche Lyophilisierungsanlagen für diese anspruchsvollen Produkte auf. Bei der Gefriertrocknung wird dem Medikament Wasser entzogen, zurück bleibt eine Art Pulver. Sobald es beim Patienten zum Einsatz kommen soll, wird es wieder mit Wasser in Verbindung gebracht und darin aufgelöst. Angewendet wird dies vor allem bei hochwertigen Inhaltsstoffen wie Proteinen, die zum Teil biotechnologisch hergestellt werden. Vorteile der Gefriertrocknung: Die Produkte sind länger haltbar, die Wirkung bleibt stabil und die hochwirksamen, zugleich hochsensiblen Inhaltsstoffe werden besser geschützt. Solche Präparate werden beispielsweise in der Onkologie (Krebsbehandlung) eingesetzt. „Die Interessen der Pharmaindustrie, aber auch die der Patienten liegen auf der Hand”, so Dr. Dietrich, „sie möchten die hochwertigen und teuren Medikamente gerne so gut wie möglich schützen und ihre Wirksamkeit so lange wie möglich erhalten.” Fläschchen mit hydrophoben Schichten sind an ihrer Oberfläche so homogen, dass die gefriergetrockneten Substanzen nicht an den Innenwänden der Fläschchen haften bleiben. Das sieht nicht nur optisch besser aus, sondern erleichtert auch die Auflösung mit Wasser.

Doch nicht nur Glas lässt sich durch Schichten verbessern, auch bei Kunststoffen gibt es interessante Optimierungsmöglichkeiten. Wobei hier durch die PIVCD-Beschichtung vor allem die Sauerstoff- und Wasserdampfbarriere verbessert wird, was beispielsweise für Biopharmazeutika neue Möglichkeiten eröffnet.

Im Kommen: Schichten mit organischen Molekülen

Sehr eng wird bei SCHOTT forma vitrum mit Experten der pharmazeutischen Industrie zusammengearbeitet, um schon frühzeitig die Anforderungen künftiger Pharmaverpackungslösungen herauszufinden. Aufgrund langjähriger Entwicklungsarbeit verfügt SCHOTT an Forschungsstandorten in Mainz, Deutschland und Duryea, Pennsylvania, USA, nun auch über ausreichend Technologien und Expertisen, um Interaktionen zwischen beschichteten Oberflächen und Biomolekülen zu analysieren. „Wir haben Wissenschaftler auf den Gebieten der Materialwissenschaften, der Molekularbiologie, der Protein-Biochemie, der organischen und anorganischen Chemie sowie der Beschichtung”, so Dr. Robert Hormes, Director Product Development bei SCHOTT forma vitrum. „Es ist die Kombination unterschiedlicher Disziplinen, die uns so einzigartig macht”, erklärt Hormes, „wir verfügen über wertvolles Know-how zum einen bei Materialien wie Glas und Kunststoffen, zum anderen bei Glasformungsprozessen, Beschichtungen bis hin zur Biotechnologie.”

Auf dieser Basis bietet SCHOTT den Biopharmazeuten Know-how zum Screening von Wechselwirkungen zwischen Proteinlösungen mit verschiedenen Oberflächen von Pharmaprimärverpackungen an. Der Kunde hat die Möglichkeit, unterschiedliche Proteinformulierungsansätze auf Borosilicatglas oder Kunststoffen jeweils mit oder ohne Beschichtung testen zu lassen, um das ideale Material mit der geringsten Adsorptionsneigung zu ermitteln. Inzwischen wurden in Duryea sogar eine Reihe von organischen Molekülen identifiziert, mit denen Glasoberflächen beschichtet werden können, die dann hochsensible Proteine vor Interaktionen mit der Verpackungsoberfläche noch besser schützen können. Dr. Dietrich: „Die Ergebnisse sind sehr vielversprechend. Erste Versuche laufen bereits, um die organische Beschichtung für die Massenproduktion tauglich zu machen.”
Links: Nachdem die Pharmafläschchen gewaschen und in einem elektrischen Wärmetunnel getrocknet sind, werden sie in einem Kassettensystem zum Beschichtungsreaktor transportiert. Rechts: Vor dem Verpacken erfolgt die visuelle Qualitätsprüfung der beschichteten Fläschchen. Fotos: SCHOTT/T. Hauser
Ergänzende Informationen
Dünne Schichten – große Wirkung