はじめに
乳糖一水和物は、製薬業界で最も広く使用されている添加剤の一つです。 入手しやすく、加工性に優れ、圧縮性や流動性にも優れているため、錠剤やカプセルの充填剤や希釈剤として広く使用されています。製品品質の一貫性を確保するためには、保管や加工の過程で材料に生じる可能性のある変化を確実に検出することが不可欠です。
保管、吸湿、あるいは構造変化は、粉末状の医薬品原料の物理的特性に影響を与える可能性があります。熱特性評価の確立された手法に加え、ライトフラッシュ分析（LFA、図1に概略図を示します）は、材料の熱拡散率を測定するための、高速で非接触、かつ非破壊的な手法です。 この手法では、平面平行な試料の前面を短いエネルギーパルスで加熱し、その結果として生じる裏面の温度上昇を赤外線検出器で記録し、熱拡散率を算出します。
保存による影響を可視化する：新鮮な乳糖と期限切れの乳糖の比較
2種類の乳糖一水和物粉末、すなわち新品の試料と使用期限切れの試料について調査を行いました。両方の粉末を、比較可能な試料形状および接触条件を得るために、同一の条件（20 kNで20分間）でペレットに成形しました。 本研究の目的は、室温から80°Cまでの低温範囲において、これら2つの材料の熱拡散率に違いがあるかどうかを明らかにすることでした。
「」を用いた高精度なLFA測定 LFA 717 HyperFlash®
測定は、LFA 717 HyperFlash® を用いて行われました。この装置は、幅広い材料の熱拡散率を高精度かつ迅速に測定するように設計されており、所定の雰囲気下での分析が可能です。本測定シリーズでは、直径12.6 mm、高さ3 mmの円筒形ペレットを対象に、アルゴン雰囲気下で分析を行いました。
明確な差異を確実に検出
図2は、25 °Cから80 °Cの範囲における、2種類の乳糖一水和物ペレットの熱拡散率を温度の関数として示したものです。 どちらの試料についても、温度の上昇に伴い熱拡散率が低下することが観察されます。この挙動は、多くの材料に見られる一般的な傾向と一致しており、高温下でのフォノン間相互作用の増大が熱輸送に影響を及ぼしています。
調査した全温度範囲において、製造直後の乳糖試料は、有効期限切れの試料よりも低い値を示しています。 その差は最大で約16％に達します。この違いは、新しい試料における非晶質成分の割合が高いことに起因していると考えられます。非晶質領域は、結晶構造よりもペレット内部の熱伝達を強く阻害するため、熱拡散率が低くなる結果となります。
医薬品の品質評価における貴重なツールとしてのLFA
本研究により、LFA 717 HyperFlash® が、乳糖一水和物試料間の物質的な差異に対して高い感度を持つことが実証されました。25°Cから80°Cという中程度の温度範囲であっても、製造直後の乳糖と使用期限切れの乳糖との間で、熱拡散率に明らかな違いが検出されました。 したがって、ライトフラッシュ分析は、医薬品添加剤の特性評価や、保存に伴う変化の評価を行う上で、有用な手法であると言えます。
測定データの一覧
| パラメータ | 設定 |
|---|---|
| 試料 | 乳糖一水和物（製造直後および使用期限切れ） |
| 装置 | LFA 717 HyperFlash® |
| 検出器 | MCT |
| 試料ホルダー | Ø 12.7 mm、標準 |
| 雰囲気 | アルゴン |
| 昇温速度 | 10 K/分 |
| 温度範囲 | 25°C ～ 80°C |
| 試料の寸法 | 直径 12.6 mm、高さ 3 mm |
| 評価モデル | 標準 |
| 試料の作製 | 20 kNの荷重で20分間プレス加工 |
結論
熱拡散率は、乳糖粉末内部で熱がどのくらいの速さで広がるかを決定します。これは温度分布、ひいては粉末にかかる熱応力を決定づけるため、乳糖の安定性に間接的に影響を及ぼします。 熱拡散率が高いと、加熱や冷却がより速く均一に行われますが、熱拡散率が低いと温度勾配が生じ、粉末の部位によって熱応力にさらされる時間が異なってしまう可能性があります。
熱拡散率に加え、温度、曝露時間、および水分含有量も、安定性に影響を与える重要な要因です。高温多湿の環境下では、メイラード反応*、変色、および乳糖の結晶構造や結晶水含有量の変化が生じる可能性があります。
*メイラード反応とは、還元性糖とタンパク質やアミノ酸のアミノ基との間で起こる化学反応のことです。主に高温によって促進され、多くの場合、水分によっても促進されます。一般的な結果として、褐色や黄色がかった色素の生成や、その他の反応生成物の生成が挙げられ、これらは製品の特性を変化させる可能性があります。