L’estrusione a caldo (Hot Melt Extrusion, HME) è il processo di lavorazione di materiali polimerici al di sopra della loro temperatura di transizione vetrosa (Tg) al fine di ottenere una miscelazione di leganti termoplastici e/o polimeri e composti attivi. Nella produzione farmaceutica, l’HME viene utilizzata per disperdere gli API in una matrice a livello molecolare, formando così soluzioni solide. Ciò consente di realizzare sistemi di rilascio di farmaci scarsamente solubili o forme farmaceutiche specializzate, come i film per i cerotti transdermici.
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La scelta di un polimero adeguato come matrice per formare soluzioni solide stabili è fondamentale nell’HME: un’elevata capacità di solubilizzazione è infatti particolarmente adatta perché permette di sciogliere grandi quantità di farmaci. Oltre a determinate caratteristiche di lipofilicità/liofilicità dovute alla natura chimica e alla struttura macromolecolare, i polimeri per l’estrusione a caldo devono presentare caratteristiche termoplastiche e devono essere termicamente stabili alla temperatura di estrusione. Nello sviluppo di un sistema farmacologico HME, le temperature di transizione vetrosa e di fusione sono fattori critici. L’estrudibilità di un polimero è determinata principalmente dalla Tg o Tm e dalla viscosità del fuso; inoltre la maggior parte dei polimeri presenta un comportamento tixotropico in cui la viscosità si riduce in funzione dell’aumento dello sforzo di taglio. Sistemi di caratterizzazione termica e reologica sono perciò imprescindibili per un corretto sviluppo di una formulazione polimerica per HME.
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Le aziende farmaceutiche utilizzano estrusori conici ed estrusori bi-vite per miscelare molecole di farmaci con polimeri bioattivi, in tutti i casi in cui gli ingredienti dei farmaci sono scarsamente solubili o instabili durante la lavorazione. L’attuale metodo di “drug discovery” produce librerie di farmaci candidati con dimensioni molecolari e lipofilia crescenti, con conseguente scarsa solubilità e permeabilità. Meno del 10% dei nuovi farmaci candidati dimostra un’elevata solubilità e permeabilità e il 30-40% dei farmaci che compaiono nell’elenco dei farmaci essenziali dell’Organizzazione Mondiale della Sanità sono stati segnalati come scarsamente idrosolubili o lipofili. Il processo di HME consente di disperdere il farmaco nella matrice polimerica a livello molecolare, formando una soluzione solida. Gli estrusori sono utili anche per preparare dosaggi enterici, dosaggi a rilascio prolungato, per il mascheramento del gusto e per creare forme “particolari” come film e tubi sottili.
L’HME è disponibile per diverse applicazioni, tra i quali: dispersione solida amorfa, sistemi a rilascio controllato, generazione di polimorfi, co-cristallizzazione continua senza solventi, sistemi polimerici porosi e tecnologia analitica di processo (Process Analytical Technology, PAT).
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Nel processo di estrusione a caldo, l’API e gli eccipienti vengono introdotti nell’estrusore e quindi riscaldati, plastificati, miscelati, dispersi e infine modellati attraverso una trafila. Lo sviluppo di un progetto di produzione di HME richiede il controllo di diversi parametri di lavorazione che influenzano la distribuzione del tempo di permanenza e il consumo specifico di energia meccanica, come la temperatura della massa fusa nella filiera dell’estrusore, la pressione nella filiera e il momento meccanico (torque).
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Ulteriori approfondimenti:
Hot Melt Extrusion, Drug Molecules | Thermo Fisher Scientific – IT
Scale-Up and Pilot Projects for Hot Melt Extrusion | Thermo Fisher Scientific – IT
Continuous Granulation in the Pharmaceutical Industry | Thermo Fisher Scientific – IT
