Cómo Optimizar la Compresión de Comprimidos

En el entorno de producción farmacéutica, sin embargo, el número de estaciones tiene una función poco importante en cuanto al número de comprimidos que se puede producir con una determinada prensa. La mayoría de comprimidos farmacéuticos no se fabrican a máxima velocidad de compresión de la tableteadora debido a que no se pueden producir comprimidos de calidad aceptable a altas velocidades de rotación. Ocurren defectos como capping, adherencia y laminación, y los comprimidos quedan sometidos a variaciones de peso y contenido. En muchos casos, estos problemas se evitan si se reduce la velocidad de rotación de la máquina. Como tal, se observará una relación simple entre una velocidad de rotación más baja y menos comprimidos fuera de especificación.

Por lo general, se utilizan tasbleteadoras excéntricas o rotativas pequeñas a baja velocidad para desarrollar comprimidos. Con frecuencia, el proceso de desarrollo está enfocado en optimizar las características del comprimido, como su dureza, tiempo de desintegración, estabilidad y/o desmenuzabilidad. Se presta menos atención al proceso de fabricación, pues durante la producción a escala completa se utilizarán parámetros operativos muy diferentes. De manera característica, los problemas con la producción de comprimidos solo ocurren durante el escalado y cuando se utilizan máquinas a alta velocidad. Este fenómeno se explica más adelante utilizando como ejemplo el capping de comprimidos.

Si una determinada sustancia se expone a una carga de presión, reaccionará de distintas maneras.

• Si un material de modelado se deforma con energía mecánica, por ejemplo, la masa conservará su forma incluso cuando la fuerza externa deje de aplicarse; esto se denomina deformabilidad plástica.
• Si un muelle es deformado mecánicamente, volverá a su estado inicial incluso cuando la fuerza externa deje de aplicarse; esto se denomina deformabilidad elástica.
• Si se aplica una carga mecánica a un copo de maíz, por ejemplo, se produce el fenómeno de fractura por fragilidad.
• Además, es posible que se produzca viscoelasticidad — una combinación de las reacciones antes mencionadas; esto describe las sustancias que reaccionan de manera plástica o elástica de un modo dependiente del tiempo. Un ejemplo que ilustra lo anterior es cuando inflamos la rueda de una bicicleta con una bomba de mano: si la carga se aplica despacio, el pistón se comprime hacia abajo y el aire pasa al neumático; si el pistón se presiona demasiado rápido, el aire no fluye al neumático y la bomba de mano reacciona elásticamente.

La probabilidad de que se produzca "capping" en un comprimido depende del tipo de deformación de sus componentes individuales. Si se utilizan materiales que se deforman plásticamente o que sufren fractura por fragilidad, el riesgo es bajo. Sin embargo, si la formulación del comprimido contiene sustancias que se deforman elásticamente o que demuestran deformación viscoelástica, hay un algo riesgo de "capping", particularmente si las cargas se aplican con rapidez. La situación se ve exacerbada si el ingrediente farmacéutico activo (API) también muestra este comportamiento y es necesario incorporarlo al comprimido en altas concentraciones. En casi todos los demás casos, el capping se puede evitar si se seleccionan los excipientes farmacéuticos adecuados. Por otra parte, siempre se producirá un capping si, después de la compresión, se acumula en el comprimido más energía elástica de la que puede absorber su estructura interna.

Aparte de la selección de excipientes, los procesos que preceden a la fabricación también influyen en la tendencia del comprimido al capping. En el caso de compresión directa, las propiedades de compresión de las sustancias que se utilicen definirán el potencial de capping. Otro problema que se asocia a la compresión directa es que hay una proporción más alta de finos, que también incrementan la tendencia al capping. La granulación húmeda, por contraste, hace que se minimice el capping, según la homogeneidad con que se distribuya el aglutinante durante la granulación. Por lo tanto, los granulados que se producen con granulación por atomización suelen tener menos tendencia al capping que los que se fabrican con un granulador mezclador intensivo.

Otra causa de taponado es el aire atrapado que se ha comprimido en la compresión principal y que sacude el comprimido como resultado de un comportamiento elástico perfecto. Cuantos más poros abiertos tiene un material — según se discierne por su bajo peso específico — más aire contiene. La mayor parte del aire debe eliminarse durante la precompresión. El problema es que se producen comprimidos a alta velocidad cuando hay menos tiempo disponible. Los distintos fabricantes de tableteadoras han desarrollado varios conceptos para solucionar esta circunstancia; como tal, la velocidad de la prensa pueden aumentarse por cuatro en el caso de formulaciones críticas [1].

Si el diámetro del rotor de la prensa es de X cm, la matriz cubre una distancia de S = X * π cm durante una rotación. La velocidad circunferencial (V), medida en m/s, puede calcularse como sigue: V = S * rpm/60 (siendo rpm el número de rotaciones por minuto). Es necesario dividir entre 60 para definir la velocidad en m/s.

Si la tableteadora utiliza a una velocidad de rotación menor para evitar problemas de "capping", esto puede ser similar a reducir la velocidad circunferencial. En otras palabras, se puede evitar el "capping" si la tableteadora funciona por debajo de determinada velocidad circunferencial. Por ello, si una formulación tiene una fuerte tendencia al capping, el número de comprimidos producido por hora no puede incrementarse aunque se utilicen más estaciones de prensado. Una reducción de la distancia entre las matrices, lo cual ofrecen varios fabricantes, es lo único que puede mejorar el resultado (Tabla I) [2,3].

La prensa A es la referencia. La prensa B es idéntica pero tiene un rotor más grande. La prensa C tiene el mismo rotor que la prensa B, aunque se ha incrementado el número de estaciones de prensado al reducir la distancia entre las matrices [2,3]. Si asumimos que la velocidad circunferencial máxima es de 2,5 m/s por causa del capping, esto da como resultado que las tableteadoras más grandes (B y C) tengan que funcionar a una reducida velocidad de rotación, comparado con la prensa A. Como resultado de la correlación lineal, en el caso de la prensa B, esto contrarresta el efecto del mayor número de estaciones de prensado. La mayor producción conseguida con la prensa C es resultado de la menor distancia entre las matrices individuales.

Por lo general, no se puede cambiar la formulación durante el escalado de I+D a producción para reducir la tendencia al capping. En casi todos los casos, solo pueden realizarse pequeños ajustes para optimizar los procesos aguas arriba. Aparte de reducir el número de rotaciones y, con ello, la velocidad circunferencial, solo hay otras dos opciones. Por otro lado, pueden utilizarse punzones con cabezales grandes. Además, es posible retraer el punzón superior con más lentitud después de la compresión principal. Como resultado, en muchos casos, la energía almacenada se puede transferir al punzón superior sin que los comprimidos sean destruidos por capping.

Todos los procesos de fabricación de comprimidos buscan una producción con un peso constante. Sin embargo, como resultado de la variación en la densidad del material de alimentación y el llenado parcial o incompleto de las matrices, siempre hay variaciones del peso (la farmacopea especifica los niveles de variación aceptables). La amenaza de variación del peso se minimiza si el material de alimentación se produce por granulación o compactación; de manera ideal, la composición del material de alimentación debe determinarse según las características de las partículas. Si el material de alimentación tiene partículas anchas y/o una distribución de densidad ancha, el riesgo de segregación, de variación del peso — y del contenido del comprimido — es alto. Este peligro se puede minimizar al desacoplar mecánicamente la prensa y el material de alimentación para reducir el riesgo de segregación. Además, debe evitarse que caiga libremente el material de alimentación entre la operación de las unidades.

De manera similar al capping, la variación del contenido es más pronunciado con una alta velocidad de la tableteadora: al aumentar la velocidad de rotación, también se incrementa la velocidad del eje, por lo que se acorta el periodo que la matriz permanece debajo de la unidad de llenado. Esto significa que con altas velocidades de la tableteadora, las exigencias en cuanto a fluidez del material de alimentación son superiores. Un método alternativo sería imponer una velocidad circunferencial máxima para cada tasa de fluidez de los polvos, a fin de garantizar un llenado uniforme de las matrices.

Hay diferentes maneras de caracterizar la fluidez, como el factor de Hausner o por determinación del ángulo de reposo, y una de las tareas fundamentales a la hora de desarrollar procesos generales es mejorar significativamente la fluidez del material de alimentación. Una consideración detallada está fuera del alcance de este artículo; pero en general, deben hacerse todos los esfuerzos por granular el material con la máxima energía mecánica posible y minimizar la formación de grumos y endurecimientos. Este material tiene que ser triturado de nuevo durante el procesado posterior, lo que resulta en un incremento de la cantidad de finos y una mala fluidez.

Durante el escalado de I+D a producción, los procesos del lado ascendente solo pueden optimizarse, normalmente, en límites muy pequeños. Sin embargo, la situación suele mejorarse si se utiliza un enfoque de ‘llenado forzado’. Si el punzón inferior se retrae antes de que la matriz llegue a la unidad de llenado, el material entra en la matriz como resultado de la gravedad. Con el llenado forzado, sin embargo, el punzón inferior está a nivel de la mesa de matrices. El punzón inferior se empuja a su posición objetivo debajo de la unidad de llenado. El material es absorbido dentro de la matriz como resultado del vacío, que permite utilizar altas velocidades de prensado aunque el material no fluya de manera óptima.

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