Guía completa sobre la distribución y el análisis del tamaño de las partículas

Comprender la distribución del tamaño de las partículas de su producto puede ayudarle a predecir su capacidad de fabricación, eficacia, calidad, biodisponibilidad y vida útil. Las partículas más grandes pueden disminuir la porosidad, lo que limita el paso del fármaco y puede impedir que llegue a su lugar de destino. Por el contrario, las partículas muy pequeñas pueden aumentar la superficie del fármaco, lo que puede provocar efectos secundarios no deseados. En resumen, un tamaño de partícula inadecuado puede interferir en la producción, el rendimiento y los beneficios. 

Casi todos los productos bioterapéuticos contienenpartículas subvisibles ( entre 2 y 100 µm de diámetro), que varían en volumen y forma. La propiedad más importante de las muestras de partículas es el tamaño de las mismas, que puede ser crucial para el éxito de su producto final.  

El análisis de la distribución del tamaño de las partículas es un diagrama estadístico de partículas de diferentes tamaños. Mide el número y la variación del tamaño de las partículas en un medicamento. Esta distribución suele representarse como una curva de distribución de frecuencias.  

La mayoría de los análisis del diámetro de las partículas forman una curva de campana: en este caso, el eje x representa el tamaño de las partículas y el eje y representa la frecuencia de una partícula de un tamaño determinado. Por lo general, se calcula una serie de parámetros estadísticos. Estos parámetros pueden incluir: 

• Media: el tamaño promedio de una población. 

• Mediana: el tamaño medio, en el que la mitad de la población se encuentra por debajo y la otra mitad por encima de ese tamaño. 

• Modo: el tamaño que se da con mayor frecuencia. 

Probablemente, cada curva de campana tendrá una forma diferente, y esa forma ayuda a caracterizar las partículas de su producto. La ubicación de la media, la mediana y la moda ayuda a determinar esa forma. Los fabricantes farmacéuticos también utilizan valores D para calcular una curva de distribución del tamaño:

Las curvas de distribución más estrechas tendrán estos tres valores D agrupados más cerca. Una curva de distribución estrecha es óptima porque, bajo esa curva, los tamaños de las partículas son más similares.  

Técnicas para el análisis del tamaño de las partículas

Existen varios métodos analíticos para determinar el tamaño de las partículas. La técnica adecuada dependerá del tipo de partículas analizadas y de su tamaño. Entre los métodos se incluyen: 

Tamizado: Uno de los métodos más antiguos para clasificar partículas por tamaño. Los tamices de ensayo consisten en una malla metálica tejida que crea poros del tamaño deseado. El tamizado mecánico funciona mejor cuando la mayoría de las partículas son mayores de 75 µm, y es más útil para grados más gruesos de polvo o gránulos.  

Sedimentación: Mide el tiempo que tardan las partículas en atravesar un líquido viscoso. Las partículas más pequeñas tardan más en atravesarlo que las más grandes, y esta técnica es útil para tamaños inferiores a 10 µm. Esta técnica no puede medir partículas submicrométricas.  

Difracción láser: También conocida como dispersión estática de luz láser, este método mide el tamaño de forma indirecta mediante la detección de las distribuciones de intensidad de la luz láser dispersada por las partículas. No permite evaluar la forma (asume que todas las partículas son esféricas) y presenta desventajas como su baja resolución y sensibilidad. No es tan eficaz en muestras polidispersas.  

Dispersión dinámica de luz (DLS): En este método, las partículas pasan por delante de una cámara y se analizan en tiempo real. Con este método se pueden examinar millones de partículas en cuestión de minutos. La DLS puede proporcionar información sobre diversos parámetros de tamaño y forma. Actualmente, la DLS es el método más utilizado para el análisis de la distribución del tamaño de las partículas bioterapéuticas.  

Imágenes (microscopía, SEM): aquí, las partículas se miden comparando su tamaño con una cuadrícula de líneas y contándolas. Sin embargo, es necesario medir millones de partículas para obtener un análisis estadísticamente válido. El análisis automatizado de micrografías electrónicas ayuda a superar esta barrera. Este método es útil para tamaños de partículas comprendidos entre 0,2 y 100 µm. 

IMC/FMM: Backgrounded membrane imaging (IMC), combinado con microscopía de membrana fluorescente, son la base del Sistema de análisis de partículas Aura. La BMI, una técnica de imagen de alto contraste, genera imágenes nítidas de las partículas presentes en una muestra. Solo requiere 5 µl de muestra y puede ofrecer resultados en un minuto. La imagen de membrana por fluorescencia (FMM) marca las partículas utilizando tintes fluorescentes específicos o inmunoensayos, lo que permite una identificación sencilla y definitiva. 

Equipo para la medición del tamaño de las partículas 

Particle size measurement equipment pueden variar en complejidad, desde un simple tamiz de malla y sedimentación hasta microscopía electrónica de barrido más automatizada y la tecnología de análisis BMI/FMM de Aura. Los analizadores de tamaño de partículas que utilizan óptica o difracción láser pueden proporcionar información sobre una amplia gama de tamaños de partículas, mientras que el sistema Aura puede determinar el número y el tipo de partículas en su muestra. Otros métodos, como los contadores Coulter, miden los cambios temporales en la conductividad del líquido. 

La precisión de las mediciones variará entre estas técnicas e instrumentos. En general, cuanto más sofisticada sea la tecnología y más automatizado sea el proceso, más precisas serán las mediciones generadas. Si se analizan partículas más grandes y homogéneas, puede que solo sea necesario un análisis con tamiz o sedimentos. Sin embargo, la mayoría de las formulaciones bioterapéuticas tienen distribuciones de tamaño de partículas complejas que requieren métodos más sofisticados para obtener resultados útiles.  

Choosing the right particle size distribution analysis equipment is largely dependent on what particle size you want to measure, accurately. FDA and USP <788> demand a virtual elimination of subvisible particles (below 100 µm), so most biotherapeutic/pharmaceutical analyses will need to include that size range. Dynamic image analysis can detect down to 0.8 µm, while laser diffraction can detect particles down to 10 nm, and dynamic light scattering down to 0.3 nm; due to particle size limitations of these methods, they are not well suited for subvisible and visible particle analysis. The Aura System can detect visible and subvisible particles, down to 1 µm.  

En la fabricación de productos farmacéuticos, obtener la distribución correcta del tamaño de las partículas mediante el análisis adecuado garantiza la consistencia y la calidad del producto. Una distribución incorrecta del tamaño de las partículas puede impedir que el principio activo farmacéutico llegue a la parte adecuada del cuerpo en la concentración adecuada. Las partículas demasiado grandes también pueden afectar a los medicamentos inhalados, ya que, si son demasiado grandes, se quedan atascadas en la garganta. Si son demasiado pequeñas, es probable que el paciente las exhale antes de que puedan llegar a la parte adecuada de los pulmones. Los tamaños de partícula más pequeños también pueden eliminar la necesidad de comer mientras se toma un medicamento oral. Las partículas más pequeñas son menos propensas a irritar el tracto gastrointestinal.  

La distribución del tamaño de las partículas también es importante para determinar la calidad de fabricación de un medicamento. Las partículas pequeñas suelen impedir el flujo (cómo se mueven las partículas entre sí y en relación con su envase). El tamaño también determina la cohesión de un comprimido, lo que a su vez determina la vida útil de un producto.  

Software y normas para la distribución del tamaño de partículas 

Contar con el software adecuado para el análisis del tamaño de partículas es fundamental para que la investigación sea más sencilla, rápida y eficiente. Herramientas como Particle Vue Automated Particle Analysis Software Combina análisis y algoritmos con visualización multidimensional, detectando y analizando partículas en una variedad de muestras. Con algoritmos avanzados, análisis del tamaño de las partículas y navegación por imágenes, puedes ver imágenes y datos en una sola vista sencilla. También te permitirá profundizar en el análisis de tus muestras con una gestión de datos y visualizaciones avanzadas. Un buen paquete de software te permitirá analizar subpoblaciones de partículas, lo que te ayudará a tomar decisiones más inteligentes.  

International standards and regulations for particle size distribution are set by the US Pharmacopeia (USP), particularly USP <788>, and the US Food and Drug Administration (FDA). USP standards for injectable therapies maintain that the average number of particles in tested samples does not exceed 12 per ml equal to or greater than 10 µm and does not exceed 2 per mL equal to or greater than 25 µm. 

Según la FDA estadounidense, la distribución del tamaño de las partículas debe medirse (como mínimo) en el momento del lanzamiento. La mayoría de las partículas deben tener un tamaño inferior a 5 µm, «solo un número mínimo debe superar los 10 µm», según las directrices de la FDA. Anteriormente, las directrices de la FDA eran ambiguas, pero ya no lo son. Las recientes cartas de advertencia de la FDA a las empresas farmacéuticas aconsejan que, al menos, determinados envases de productos estén libres de partículas. 

Retos y soluciones del análisis de la distribución del tamaño de las partículas 

Los retos del análisis de la distribución del tamaño de las partículas se centran en dos áreas principales: los requisitos normativos/USP y la naturaleza compleja de las formulaciones bioterapéuticas. Sin embargo, es importante producir un medicamento que se pueda vender a un precio elevado, que tenga unas tasas de rechazo o pérdidas por lotes mínimas y que cumpla con las normativas y estándares.  

Higher resolution is key to compliance since the FDA and USP <788> require virtual elimination of subvisible particles in a sample. This means that instruments and analysis must be able to both detect and measure particles down to at least 5 µm. Not all techniques can achieve this. Shape of a particle is also important to characterize, since assuming all particles are spherical (or at least the same shape) introduces the probability of increased error and decreased accuracy. Determining particle shape is only possible by introducing microscopy- or light-diffusion methods.  

Las herramientas de medición y análisis en el Aura System Puede revelar datos sobre partículas invisibles, lo que conduce a resultados más precisos, una mejor toma de decisiones y un mayor cumplimiento de las normas y regulaciones. BMI proporciona imágenes de partículas más nítidas que nunca y ofrece esos datos rápidamente. FMM utiliza tintes específicos o anticuerpos marcados con fluorescencia para identificar agregados específicos. Además, la imagen de membrana con iluminación lateral (SIMI), que forma parte de todas las mediciones de BMI, caracteriza las partículas extrínsecas o inorgánicas de la muestra. Por otra parte, se mejora el control y el aseguramiento de la calidad, ya que estas pruebas se pueden realizar con muy poca muestra (5 µl) y se pueden iniciar mucho antes en las fases de descubrimiento y desarrollo del bioterapéutico propuesto.  

Tendencias futuras e innovaciones en la distribución del tamaño de partículas

El avance hacia bioterapéuticos complejos —terapia celular, terapia génica, proteínas terapéuticas y vacunas— se está acelerando. Estos nuevos fármacos suelen ser más eficaces y específicos, con el potencial de tratar enfermedades que antes no tenían cura, con menos efectos secundarios.  

Esta promesa solo puede cumplirse con una calidad superior del producto. El análisis del tamaño de las partículas desempeña un papel muy importante en esta promesa, ya que reduce los riesgos para la salud y la calidad que plantean un exceso de partículas y partículas de tamaño incorrecto. Las innovaciones en imagen y detección y recuento de partículas, como la familia Aura Systems, mejorarán la resolución, lo que permitirá obtener productos de mayor calidad y detectar problemas relacionados con las partículas en fases más tempranas del desarrollo. Las nuevas innovaciones, como el aprendizaje automático, también mejorarán las herramientas analíticas y el software, lo que permitirá tomar decisiones mejores y más precisas con mayor rapidez.  

Un análisis más preciso de la distribución del tamaño de las partículas es clave para la calidad y la seguridad. 

La distribución del tamaño de las partículas se ha convertido en una medida importante de la calidad y la seguridad de los productos bioterapéuticos, a medida que más fabricantes se inclinan por la adopción de medicamentos y vacunas celulares, genéticos y proteicos. Dado que las partículas son mucho más frecuentes en estas formulaciones, tanto los reguladores como los fabricantes han buscado un análisis más preciso como clave para aprobar y crear estas terapias. Distribución del tamaño de las partículas: 

• Realice mediciones estadísticas (media, mediana y moda) para determinar la composición de una muestra. Estas distribuciones conforman las normas y regulaciones de la USP y la FDA sobre la aprobación de un nuevo producto. 

• Muchas tecnologías pueden producir curvas de distribución del tamaño de las partículas, pero relativamente pocas pueden detectar con precisión las partículas subvisibles que presentan los mayores riesgos para la calidad y el rechazo del producto. 

• Los métodos más recientes que utilizan Aura Systems pueden obtener imágenes y caracterizar partículas más pequeñas, lo que proporciona una visión más completa de la distribución de partículas en sus muestras.  

Si desea continuar la conversación sobre la distribución del tamaño de las partículas y la familia de sistemas Aura, please contact us. 

Referencias

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0168365919301130