Partikelzählung und -identifizierung

Ultrafeine Partikel und Nanopartikel sind beide Arten von Partikeln mit Abmessungen im Nanometer-Maßstab, die sich jedoch in ihren Quellen, Eigenschaften und Applikationen unterscheiden. Ultrafeine Partikel sind Partikel mit einer Größe, die typischerweise im Bereich von 1 bis 100 Nanometern liegt und die aus natürlichen oder anthropogenen Quellen stammen, wie Verbrennungsprozessen, Industrieemissionen oder atmosphärischen Aerosolen. Nanopartikel hingegen umfassen einen breiteren Bereich von Partikelgrößen bis zu 1000 Nanometern und können für verschiedene Applikationen entwickelt oder synthetisiert werden, darunter Medikamentenverabreichung, Bildgebung, Diagnostik und Materialwissenschaft. Während sowohl Ultrafeinpartikel als auch Nanopartikel aufgrund ihrer geringen Größe einzigartige physikalisch-chemische Eigenschaften aufweisen, werden Nanopartikel entwickelt und manipuliert, um bestimmte Funktionen oder Verhaltensweisen zu erreichen, während Ultrafeinpartikel als Nebenprodukte natürlicher oder menschlichen Aktivitäten entstehen können.

Subsichtbare Partikel, d. h. Partikel, die größer als 1 Mikrometer sind, können mit verschiedenen Analysetechniken gemessen werden, um die Qualität und Sicherheit von pharmazeutischen Produkten zu bewerten. Gebräuchliche Methoden zur Messung subsichtbarer Partikel sind:

1. Lichtundurchlässigkeit (LO): LO-Methoden verwenden eine Lichtquelle und einen Fotodetektor, um die Abnahme der Lichtintensität zu messen, die durch Partikel verursacht wird, die eine kleine Detektionszone passieren, was die Quantifizierung der Partikelkonzentration und Größenverteilung in flüssigen Formulierungen ermöglicht.
2. Mikroskopische Partikelzählung: Mikroskopische Techniken wie optische Mikroskopie oder Phasenkontrast-Mikroskopie überprüfen flüssige Proben unter einem Mikroskop visuell, um Partikel manuell zu zählen und ihre Größe zu bestimmen, und qualitative und quantitative Daten zu den Partikeleigenschaften zu liefern. Aura Systems sind automatisierte optische Mikroskopieplattformen, die speziell für die Analyse und Messung von subsichtbaren Partikeln entwickelt wurden.
3. Flow Imaging Microscopy (FIM): FIM-Systeme erfassen Bilder von Partikeln in flüssigen Proben, die durch einen Mikrofluidkanal fließen, und ermöglichen dadurch eine automatische Zählung, Größenbestimmung und Charakterisierung von Partikeln basierend auf ihrer Morphologie, Größe und ihren optischen Eigenschaften.
4. Laserbeugung: Laserbeugungsmethoden analysieren die Streuungsmuster des Laserlichts, das durch eine flüssige Probe fällt, die Partikel enthält, und liefern Informationen über die Partikelgrößenverteilung und die Konzentration.
5. Fluoreszenzmembran-Mikroskopie (FMM): Als Schlüsselkomponente der Aura+ und Aura PTx Systeme verwendet FMM spezifische Fluoreszenzfarbstoffe oder konjugierte Antikörper, um subsichtbare Partikel zu erkennen und zu quantifizieren.

Diese Methoden ermöglichen die Detektion, Quantifizierung und Charakterisierung von subsichtbaren Partikeln in pharmazeutischen Formulierungen und stellen die Einhaltung von gesetzlichen Standards und Produktspezifikationen sicher.

Die Bestimmung der Partikelgröße umfasst die Messung der Abmessungen der Partikel in einer Probe, die je nach Applikation und Analysetechnik von Nanometern bis Mikrometern variieren können. Gebräuchliche Methoden zur Bestimmung der Partikelgröße sind unter anderem:

1. Laserbeugung: Laserbeugungstechniken analysieren die Streuungsmuster des Laserlichts, das durch eine Probe mit Partikeln fällt, und liefern Informationen zur Partikelgrößenverteilung basierend auf dem Beugungsmuster.
2. Dynamische Lichtstreuung (DLS): DLS misst die Schwankungen der Streulichtintensität, die durch die Brown'sche Bewegung von Partikeln in einer Suspension verursacht werden, und liefert Informationen zur Partikelgrößenverteilung auf Basis der Autokorrelationsfunktion der Intensität.
3. Nanopartikel-Tracking-Analyse (NTA): NTA-Systeme visualisieren und verfolgen einzelne Nanopartikel in Suspension mithilfe von Lichtmikroskopie- und Partikelverfolgungsalgorithmen und liefern Echtzeitdaten zur Größenverteilung und Konzentration.
4. Elektronenmikroskopie: Elektronenmikroskopie-Techniken wie die Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) und die Rasterelektronenmikroskopie (SEM) liefern hochauflösende Bilder einzelner Partikel, die eine direkte Visualisierung und Messung der Partikelgröße und Morphologie ermöglichen.
5. Coulter-Zähler: Coulter-Zähler nutzen das Prinzip der elektrischen Impedanz, um Partikel beim Passieren einer kleinen Öffnung zu erkennen und zu zählen, und liefern Informationen zur Partikelgrößenverteilung auf Basis der Änderungen des elektrischen Widerstands.
6. Sieben: Bei Siebverfahren wird eine Probe durch eine Reihe von Sieben mit immer kleineren Netzgrößen geleitet, wobei die Partikel nach Größe getrennt und Informationen über die Partikelgrößenverteilung nach Gewicht oder Volumen geliefert werden.
7. Lichtmikroskopie: Mit dieser traditionellen Technik können subsichtbare Partikel im Größenbereich von 0,8–150 µm, wie sowohl in USP 788 als auch Ph.Eur.2.9.19 beschrieben, direkt gezählt und charakterisiert werden. Dennoch weist die manuelle Lichtmikroskopie einen geringen Durchsatz auf und liefert weniger genaue Ergebnisse als die Lichtundurchlässigkeitstechnik. Aura Systeme sind automatisierte optische Mikroskopieplattformen.

Diese Methoden bieten komplementäre Ansätze für die Charakterisierung der Partikelgröße, sodass Forscher die am besten geeignete Technik auf der Grundlage von Probeneigenschaften, Größenbereich und Messanforderungen auswählen können.

Quantitative Methoden zur Bestimmung der Partikelgrößenverteilung umfassen die Messung der Häufigkeit oder des Anteils der Partikel innerhalb spezifischer Größenbereiche in einer Probe. Gebräuchliche quantitative Methoden umfassen:

1. Laserbeugung: Laserbeugungstechniken analysieren die Streuungsmuster des Laserlichts, das durch eine Probe mit Partikeln geht, und liefern Informationen zur Partikelgrößenverteilung basierend auf der Intensität des gestreuten Lichts bei verschiedenen Winkeln.
2. Dynamische Lichtstreuung (DLS): DLS misst die Schwankungen der Streulichtintensität, die durch die Brown'sche Bewegung von Partikeln in einer Suspension verursacht werden, und liefert Informationen zur Partikelgrößenverteilung, die auf der Autokorrelationsfunktion der Intensitätsschwankungen basieren.
3. Nanopartikel-Tracking-Analyse (NTA): NTA-Systeme visualisieren und verfolgen einzelne Nanopartikel in Suspension mithilfe von Lichtmikroskopie- und Partikelverfolgungsalgorithmen und liefern Echtzeitdaten zur Größenverteilung und Konzentration.
4. Sedimentationsmethoden: Sedimentationstechniken wie die analytische Ultrazentrifugation (AUC) oder zentrifugale Sedimentation messen die Sedimentationsrate von Partikeln in einem flüssigen Medium und liefern Informationen über die Partikelgrößenverteilung basierend auf dem Sedimentationskoeffizienten oder Größenverteilungskoeffizienten.
5. Mikroskopische Bildanalyse: Mikroskopische Techniken wie optische Mikroskopie oder Elektronenmikroskopie in Kombination mit Bildanalysesoftware quantifizieren die Anzahl und Größe der Partikel in den aufgenommenen Bildern und liefern Daten zur Partikelgrößenverteilung auf der Grundlage der Bildverarbeitung, wie z. B. Aura Systems mit der Particle Vue Software.

Diese quantitativen Methoden bieten präzise und zuverlässige Ansätze für die Charakterisierung der Partikelgrößenverteilung, sodass Forscher die Gleichmäßigkeit, Stabilität und Leistung von Proben mit Partikeln in verschiedenen Applikationen beurteilen können

Partikelförmige Verunreinigungen in pharmazeutischen Produkten können aus verschiedenen Quellen stammen und Fremdpartikel wie Glasscherben, Metallfragmente, Fasern oder mikrobielle Verunreinigungen enthalten. Häufige partikelförmige Verunreinigungen, die bei der pharmazeutischen Herstellung anfallen, sind sichtbare Partikel (> 50 Mikrometer), nicht sichtbare Partikel (1–50 Mikrometer) und mikrobielle Partikel (z. B. Bakterien, Pilze). Diese Kontaminanten können aus Rohmaterialien, Verpackungskomponenten, Produktionsausrüstung oder Umgebungsquellen stammen. Eine Verunreinigung durch Partikel stellt ein Risiko für die Produktqualität, Wirksamkeit und Patientensicherheit dar. Daher sind während des gesamten Herstellungsprozesses strenge Qualitätskontrollmaßnahmen und analytische Tests erforderlich, um Kontaminationsprobleme zu erkennen und zu mindern.

Die Messung der Partikelzahl in der Pharmaindustrie umfasst die Quantifizierung der Anzahl und Größenverteilung von Partikeln in pharmazeutischen Formulierungen oder Herstellungsprozessen. Diese Prüfung ist für die Beurteilung der Produktqualität, die Einhaltung gesetzlicher Standards und die Identifizierung potenzieller Kontaminationsprobleme von entscheidender Bedeutung. USP 788 wurde weitestgehend als Industriestandard für Richtlinien zur Prüfung der Partikelzahl akzeptiert. Gebräuchliche Methoden zur Prüfung der Partikelzahl umfassen Lichtundurchlässigkeit, mikroskopische Partikelzählung und dynamische Bildanalyse. Diese Techniken liefern quantitative Daten über die Konzentration und Größenverteilung der Partikel, wodurch Hersteller die Partikelkonzentrationen innerhalb akzeptabler Grenzen überwachen und steuern können. Die Geräte der Aura-Serie können mikrobielle Partikel einfach, genau und schnell identifizieren, ihre Größe bestimmen und sie zählen. Die Prüfung der Partikelzahl ist besonders wichtig für injizierbare Arzneimittel, bei denen übermäßige Partikelmengen ein Risiko für die Patientensicherheit darstellen können, wie z. B. Embolien oder Reaktionen an der Injektionsstelle.

Die Vermeidung von Kontaminationen erfordert umfassende Qualitätskontrollmaßnahmen und die Einhaltung der Guten Herstellungspraxis (GMP). Zu den wichtigsten Strategien zur Kontaminationskontrolle gehören:

1. Anlagendesign und -wartung: Konzeption von Anlagen mit kontrollierten Umgebungen, ausreichender Belüftung und getrennten Bereichen für verschiedene Herstellungsprozesse, um Kreuzkontaminationen zu vermeiden.
2. Personalschulung und Hygiene: Schulung in Bezug auf richtige Bekleidungsverfahren, Hygienepraktiken und aseptische Techniken zur Minimierung des Risikos einer mikrobiellen Kontamination.
3. Kontrolle von Rohmaterialien und Geräten: Verfahren zur Qualifizierung und Validierung von Rohmaterialien, Geräten und Verpackungskomponenten, um deren Eignung und Sauberkeit sicherzustellen.
4. Reinigung und Desinfektion: Erstellung robuster Reinigungs- und Desinfektionsprotokolle für Geräte, Einrichtungen und Produktionsbereiche, um mikrobielles Wachstum und Kreuzkontamination zu verhindern.
5. Umgebungsüberwachung: Routinemäßige Überwachung von Luft, Wasser und Oberflächen auf mikrobielle Kontamination, um potenzielle Kontaminationsquellen zu identifizieren und zu beheben.
6. Qualitätskontrolle: Durchführung analytischer Tests und Prüfungen von Rohmaterialien, Zwischenprodukten und fertigen Produkten, um Kontaminationsprobleme zu erkennen und zu mindern.
7. Einhaltung gesetzlicher Vorschriften: Einhaltung von aufsichtsrechtlichen Richtlinien und Standards wie behördliche Vorschriften, Richtlinien der Guten Herstellungspraxis (GMP) und Anforderungen der Pharmakopöen, um Qualität und Sicherheit der Produkte zu gewährleisten.

Alle Zellen haben bestimmte grundlegende Eigenschaften, darunter auch die folgenden:

• Plasmamembran: Zellen sind von einer Plasmamembran umgeben, die die Zelle von ihrer Umgebung abtrennt und den Durchgang von Molekülen in die Zelle und aus ihr heraus regelt.
• Genetisches Material: Zellen enthalten genetisches Material, typischerweise DNA (Desoxyribonukleinsäure) in Form von Chromosomen, die die Anweisungen für die Zellfunktion und Vererbung tragen.
• Cytoplasma: Das Cytoplasma ist die gelartige Substanz in der Zelle, die verschiedene Organellen wie Mitochondrien, endoplasmatisches Retikulum und Ribosomen enthält, die an zellulären Prozessen beteiligt sind.
• Metabolismus: Zellen führen Stoffwechselprozesse durch, um Energie zu gewinnen und Biomoleküle zu synthetisieren, die für das Wachstum, den Erhalt und die Funktion der Zelle notwendig sind.
• Fortpflanzung: Zellen haben die Fähigkeit, sich zu reproduzieren und sich zu teilen, um durch Prozesse wie Mitose oder Meiose neue Zellen zu produzieren.

Diese grundlegenden Eigenschaften sind für das Überleben und die Funktion aller Zellen, unabhängig von ihrer Art oder Funktion innerhalb eines Organismus, unerlässlich.

Der Polydispersitätsindex (PDI) ist ein Maß für die Breite der Partikelgrößenverteilung in einer Probe. Ein niedriger PDI weist auf eine gleichmäßigere Partikelgröße hin, die für die Stabilität und Leistung in pharmazeutischen Formulierungen häufig erwünscht ist.