Glossar

Wirkstoff (API)-Charakterisierung

Unter API- oder Wirkstoff-Charakterisierung versteht man den Prozess der Bewertung und Definition der physiochemischen und biologischen Eigenschaften eines pharmazeutischen Wirkstoffs (API, Abkürzung für active pharmaceutical ingredient). Sie umfasst in der Regel die Identifizierung der molekularen Struktur des Arzneistoffs und seines festen Zustands – amorph oder kristallin – sowie die Bestimmung seiner Partikelgröße, Löslichkeit, Stabilität, Viskoelastizität, seines Fließverhaltens und seiner biologischen Aktivität. Als grundlegender Schritt in der pharmazeutischen Formulierung wird die Wirkstoffcharakterisierung mit verschiedenen analytischen Methoden wie UV-Spektroskopie, Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC), Röntgenpulverdiffraktometrie (XRPD), thermoanalytischen Methoden und Rheologie durchgeführt.

Auf dem Gebiet der thermischen Analyse werden die Dynamische Differenz-Kalorimetrie (DSC) und die Thermogravimetrische Analyse (TGA) in großem Umfang zur Charakterisierung der molekularen und makroskopischen Eigenschaften pharmazeutischer Substanzen und zur Untersuchung der Verträglichkeit von Wirkstoffen und mit Hilfsstoffen, die im pharmazeutischen Endprodukt enthalten sein können, eingesetzt. Eine Übersicht der Anwendungen ist in Tabelle 1 dargestellt.

Die Rheologie ist die Lehre von den Fließ- und Deformationseigenschaften von Stoffen. Sie ist wichtig für das Verständnis und die Bestimmung der Viskosität, des Fließverhaltens, der viskoelastischen Eigenschaften und der Stabilität von pharmazeutischen Substanzen; siehe Tabelle 1.

Die thermische und rheologische Charakterisierung von Wirkstoffen liefert grundlegende Informationen zur Unterstützung der Entwicklung pharmazeutischer Substanzen, die in verschiedenen Arzneibüchern beschrieben sind. In der US Pharmacopeia (USP) beispielsweise wird die thermische Analyse im allgemeinen Kapitel 891 beschrieben, während die Kapitel 911, 912, 913 und 1911 der Viskositätsbestimmung und rheologischen Prüfung gewidmet sind. Internationale Normungsorganisationen, wie beispielsweise die American Society for Testing and Materials (ASTM) und die International Organization for Standardization (ISO), beschreiben ebenfalls Standardprüfverfahren für diese Techniken.

Tabelle 1: Thermische Analyse in der API-Charakterisierung

	Eigenschaft	DSC	TG	Rheologie
Molekulare Eigenschaften*	ideale Löslichkeit	x
	Hygroskopizität		x
	Thermische StabilitätEin Material ist thermisch stabil, wenn es sich unter Temperatureinfluss nicht zersetzt. Eine Möglichkeit, die thermische Stabilität einer Substanz zu bestimmen ist die Verwendung eines TGA (thermogravimetrischer Analysator).thermische Stabilität		x
	oxidative Stabilität		x
	Zersetzungsbeginn	x	x
Makroskopische Eigenschaften*	Schmelzpunkt	x		x
	Schmelztemperaturen und SchmelzenthalpienDie Schmelzenthalpie einer Substanz, auch bekannt als latente Wärme, stellt ein Maß der Energiezufuhr dar, typischerweise Wärme, welche notwendig ist, um eine Substanz vom festen in den flüssigen Zustand zu überführen. Der Schmelzpunkt einer Substanz ist die Temperatur, bei der die Substanz von einem festen (kristallinen) in den flüssigen Zustand (isotrope Schmelze) übergeht.Schmelzenthalpie	x
	GlasübergangstemperaturDer Glasübergang gilt als eine der wichtigsten Eigenschaften amorpher und teilkristalliner Materialien, wie z.B. anorganische Gläser, amorphe Metalle, Polymere, Pharmazeutika und Lebensmittel, usw., und bezeichnet den Temperaturbereich, in dem sich die mechanischen Eigenschaften des Material von einem harten und spröden Zustand in einen weicheren, verformbaren oder gummiartigen Zustand ändern.Glasübergangstemperatur	x		x
	Screening der PolymorphiePolymorphie ist die Fähigkeit eines festen Materials, verschiedene kristalline Strukturen (Synonym: Formen, Modifikationen) auszubilden.Polymorphie	x
	Salz-Screening	x
	Eutektische ReinheitEin eutektisches System ist eine homogene Mischung aus 2 Komponenten mit dem Schmelz- und Erstarrungsverhalten einer reinen Substanz. Das Vorhandensein einer zusätzlichen Komponente („Verunreinigung“) erniedrigt den Schmelzpunkt der Hauptkomponente. Dieser Effekt lässt sich mittels dynamischer Differenz-Kalorimetrie (DSC) bestimmen.Eutektische Reinheit	x
	Viskosität			x
	viskoelastische Eigenschaften			x
	Stabilität der Rezeptur			x
	Fließgrenze			x
Wechselwirkungen der Substanzen	Freisetzung von flüchtigen Stoffen	x	x
	Weichmachereffekt	x
	Verträglichkeit	x	x
	(thermische) Kinetik	x	x	x

*Molekulare Eigenschaften sind intrinsisch und werden durch die Molekülstruktur bestimmt, während sich makroskopische Eigenschaften von intermolekularen Wechselwirkungen herleiten.