Modellbasierte Qualitätsregelung in der kontinuierlichen Produktion pharmazeutischer Granulate und Tabletten (QC4CM)

• Antragsteller: Dr. Stefan Klinken-Uth; Dr.-Ing. Sebastian Stemmler
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 504702251

Die Prozesskette der Nassgranulierung und Trocknung stellt einen essenziellen Schritt in der pharmazeutischen Herstellung festen oralen Darreichungsform dar. Typischerweise erfolgt dieser Prozess diskontinuierlich. Die Erforschung kontinuierlicher Prozesse sowie die Echtzeitüberwachung und -regelung kritischer Qualitätsattribute (CQAs) gewinnt jedoch zunehmend an Bedeutung. In der ersten Projektphase des SPP haben die Antragsteller ein "Quality-by-Control"-Konzept innerhalb einer kontinuierlich arbeitenden Granulier- und Trocknungsanlage entwickelt. Ziel dieser Arbeiten war die Integration geeigneter Prozessanalytik (PAT), die Erweiterung des Prozessverständnisses sowie die Regelung kritischer Granulat-CQA. Aufbauend auf dem Quality-by-Control-Ansatz für die Granulatherstellung liegt der Fokus der zweiten Förderperiode auf der Integration der untersuchten Prozesse in eine durchgängige Prozesskette zur Tablettenproduktion. Dies erfordert die Berücksichtigung sowohl vor- als auch nachgelagerter Prozesse. Erstere umfassen kontinuierliches Dosieren und Mischen, während Letztere die Tablettierung des Granulats als Zwischenprodukt beinhaltet. Ziel ist die Entwicklung von Methoden, mit denen sich Granulate mit solchen Qualitätsmerkmalen herstellen lassen, die eine optimale Tablettenqualität gewährleisten. Im Rahmen unserer Forschungshypothese soll untersucht werden, wie sich Variationen in der Vormischung des Pulvers sowie in der Massenflussrate auf die Granulierung und die Tabletteneigenschaften auswirken. Hierdurch soll unter anderem eine Maximierung des Produktstroms erfolgen. Ein zentraler Aspekt dieser Projektphase ist die Entwicklung fortgeschrittener Strategien zur Versuchsplanung, einschließlich automatisierter Ansätze, die den experimentellen Aufwand durch eine effiziente Erkundung des Design Space unter Berücksichtigung verfahrenstechnischer Randbedingungen deutlich reduzieren. Insbesondere soll untersucht werden, wie die Eigenschaften des hergestellten Granulats den Tablettierungsprozess sowie die Qualität der Tabletten beeinflussen. Von besonderem Interesse ist hierbei die Partikelgrößenverteilung des Granulats in Bezug auf die Matrizenfüllung während der Tablettierung. Die gewonnenen Daten sollen anschließend für eine prozessübergreifende Optimierung der Tabletteneigenschaften durch gezielte Anpassung der Granulateigenschaften genutzt werden. Dieser Ansatz wird durch die in der ersten Förderperiode entwickelte verbesserte geschlossene Regelung der Granulat-CQAs ermöglicht. Durch die enge Verknüpfung von Granulierungs- und Tablettierungsprozessschritten streben wir ein tiefes Verständnis der gesamten Herstellungskette an, um optimale Strategien zur Prozessregelung für eine robuste kontinuierliche Tablettenproduktion mittels Nassgranulierung zu entwickeln.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2364: Autonome Prozesse in der Partikeltechnik - Erforschung und Erprobung von Konzepten zur modellbasierten Führung partikeltechnischer Prozesse
• Mitverantwortliche: Professor Dr. Jörg Breitkreutz; Professorin Dr.-Ing. Heike Vallery