PAT-basierte Entwicklung kontinuierlicher Kristallisationen - METTLER TOLEDO
Webinar - On Demand

PAT-basierte Entwicklung kontinuierlicher Kristallisationen

Webinar - On Demand

Pfropfenströmungs- und MSMPR-Kristallisation

Steven Ferguson, 1. Solid State Pharmaceutical Cluster, School of Chemical and Bioprocess Engineering, University College Dublin. 2. Novartis-MIT Center for Continuous Manufacturing & Department of Chemical Engineering Massachusetts Institute of Technology. Now at Biogen, Idec, Cambridge, MA
25 Minuten
English

Diskutiert wird eine PAT-unterstützte (Prozessanalysetechnologie) Entwicklungsmethodik, welche eine schnelle Untersuchung und Bewertung unterschiedlicher kontinuierlicher Pfropfenströmungs- und MSMPR-Kristallisationen erlaubt, im Vergleich zu den entsprechenden absatzweise betriebenen Kristallisationen.

Es wurde eine Plattform für die Pfropfenströmungskristallisation entwickelt, die mithilfe neuer Durchflusszellen die In-Situ-Anwendung von Prozessanalysetechnologien (FBRM, PVM, FTIR) ermöglicht. Diese Kristallisationsplattform wurde für die Entwicklung der Antisolvenskristallisation von Benzoesäure aus wässriger Ethanollösung verwendet. 2, 3 Die entsprechende absatzweise MSMPR-Kristallisation wurde ebenfalls mittels PAT in einem kontinuierlich gerührten Tank mit einer pneumatischen Technologie zum Suspensionstransfer charakterisiert.1,4,5  Diese kontinuierlichen Kristallisationen wurden mit den entsprechenden absatzweise betriebenen Kristallisationen verglichen, um die tatsächliche Leistung der kontinuierlichen Kristallisationen zu bestimmen.1 Erwartungsgemäss lieferten die kontinuierlichen Kristallisationen eine deutliche Produktionsintensivierung mit etwa der gleichen Produktionsmenge, generiert in einem Pfropfenstrom von ~40 ml, 9 L MSMPR und 42, 10 000 L absatzweisen Kristallisationen pro Jahr. Auch ermöglichte die veränderte Prozessdynamik und Mischumgebung der Pfropfenströmungs- und MSMPR-Technologie einen grösseren Bereich von Partikelgrössen und Morphologien, als nur mit den Möglichkeiten der absatzweisen Kristallisation möglich gewesen wäre.1,3

Die In-Situ-PAT bietet die Möglichkeit, die Prozessentwicklungszeit drastisch zu reduzieren. Sie lässt sich darüber hinaus auch für die Überwachung und Steuerung kontinuierlicher Kristallisationen in industriellen Anwendungen einsetzen. Es besteht die Hoffnung, dass solche Methoden die Aufnahme kontinuierlicher Kristallisationsverfahren in standardmässige, kommerzielle Prozesse der Pharmaindustrie ermöglichen.

Gastmoderator – Steven Ferguson

Zurzeit arbeitet Steven bei Biogen Idec in Cambridge, MA, USA in der Forschungs- und Entwicklungsgruppe für chemische Prozesse. Seine Arbeit dort konzentriert sich auf die Entwicklung, das Scale-Up und die Optimierung von API-Prozessen mit kleinen Molekülen und erstreckt sich von vorklinischen Studien bis hin zu kommerziellen Prozessen mit dem Schwerpunkt Kristallisation. Davor arbeitete Steven mehrere Jahre als Postdoctoral Associate im Novartis-MIT Centre for Continuous Manufacturing in den Myerson/Trout Research Groups beim MIT. Hier führte er mehrere Projekte mit dem Fokus auf kontinuierliche Kristallisation und Isolation sowie Polymorphie und Membranreinigung durch.

Bei seiner PhD-Forschung befasste sich Steven mit der Entwicklung der kontinuierlichen Kristallisationstechnologie für pharmazeutische Anwendungen. Diese Arbeit leistete er in der Glennon Research Group (SSPC) am University College Dublin (UCD), wo sich sein Fokus auf die Entwicklung leistungsstarker Röhrenkristallisatoren und kontinuierlich gerührter Tankkristallisatoren sowie auf die Entwicklung von Techniken zur schnellen Charakterisierung und Optimierung durch neue PAT-Anwendungen richtete.

Unterstützt durch: Brian Glennon, Solid State Pharmaceutical Cluster, School of Chemical and Bioprocess Engineering, University College Dublin.

Präsentationsreferenzen

1.     Ferguson, S., Morris, G., Hao, H., Barrett, M., Glennon, B., 2013. Characterization of anti-solvent batch, plug flow and MSMPR crystallization of benzoic acid. Chem. Eng. Sci. 104, 44-54.

2.     Ferguson, S., Morris, G., Hao, H., Barrett, M., Glennon, B., 2012. In-situ Monitoring and Characterization of Plug Flow Crystallizers. Chem. Eng. Sci. 77, 105-111.

3.     Ferguson, S., Morris, G., Hao, H., Barrett, M., Glennon, B., 2014. Automated self-seeding of batch crystallizations via plug flow seed generation. Chem. Eng. Res & Des. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0263876214000689

4.     Morris, G.; Hou, G.; Barrett, M.; Ferguson, S.; Glennon, B. Development and  Characterization of a Multistage Continuous Cooling Crystallization Process using In-line Process Analytical Technology (PAT). Cryst. Growth Des. 2014, Submitted

5.     Hou, G., Power, G., Barrett, M., Glennon, B., Morris, G., Zhao, Y. 2014. Development and Characterization of a Single Stage Mixed- Suspension, Mixed-Product-Removal Crystallization Process with a Novel Transfer Unit. Cryst. Growth & Des. 14 (2), 617- 627.3.

Publikationen

1.     Hao, H., Barrett, M., Hu, Y., Su., W., Ferguson, S., Wood, B., Glennon, B., 2012. The use of In-situ tools to monitor the enantiotropic transformation of p-aminobenzoic acid polymorphs. Org. Process. Res. Dev, 16 (1),  35-41.

2.     Ferguson, S., Morris, G., Hao, H., Barrett, M., Glennon, B., 2012. In-situ Monitoring and Characterization of Plug Flow Crystallizers. Chem. Eng. Sci. 77, 105-111.

3.     Ferguson, S., Morris, G., Hao, H., Barrett, M., Glennon, B., 2013. Characterization of anti-solvent batch, plug flow and MSMPR crystallization of benzoic acid. Chem. Eng. Sci. 104, 44-54.

4.     Ferguson, S., Ortner, O., Quon, J., Peeva, L., Livingston, Trout, B.L., Myerson, A.S. 2014. Use of continuous MSMPR crystallization with integrated nanofiltration membrane recycle for enhanced yield and purity in API crystallization. Chem. Eng. Sci. 14 (2), 617- 627.

5.     Ferguson, S., Morris, G., Hao, H., Barrett, M., Glennon, B., 2014. Automated self-seeding of batch crystallizations via plug flow seed generation. Chem. Eng. Res & Des. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0263876214000689

6.     Characterization of a Multistage Continuous Cooling Crystallization Process using In-line Process Analytical Technology (PAT). Cryst. Growth Des. 2014, Submitted

Dieses Webinar beschreibt eine Untersuchung zur Charakterisierung, zum Design und zum Betrieb der kontinuierlichen Kristallisation. Robuste Kristallisationsprozesse werden über mehrere Batch- und kontinuierliche Konfigurationen hinweg entwickelt.

Es wurde eine kontinuierliche Kristallisationsplattform entwickelt, die es ermöglichte, Process Analytical Technologies (PAT) mittels neuartiger Durchflusszellen in situ anzuwenden. Auf dieser Kristallisationsplattform wurde die lösungsmittelfreie Kristallisation von Benzoesäure aus wässriger Ethanollösung entwickelt. 2, 3 Die äquivalente, auf einem Tank basierende Mixed-Suspension, Mixed-Product-Removal (MSMPR)-Kristallisation wurde auch durch die Verwendung von PAT in einem kontinuierlich gerührten Tank unter Verwendung einer pneumatischen Slurry-Transfer-Technik charakterisiert.1,4,5 Diese kontinuierlichen Kristallisationen wurden mit den äquivalenten Batch-Kristallisationen verglichen, so dass ein echtes Maß für die Leistungsfähigkeit der kontinuierlichen Kristallisationen gemacht werden konnte.1 Erwartungsgemäß boten die kontinuierlichen Kristallisationen eine enorm intensivierte Produktion mit ungefähr der gleichen Menge an Material, die durch einen Pfropfenfluss von ~40 ml, 9 L MSMPR und 42, 10.000 L Batch-Kristallisationen pro Jahr erzeugt wurde. Darüber hinaus ermöglichten die alternativen Prozessdynamiken und Mischungsumgebungen, die durch den Plug Flow und MSMPR angeboten werden, eine größere Bandbreite an Partikelgrößen und Morphologien, als es bei Betrachtung der Batch-Kristallisationsoptionen möglich wäre.1,3

Der Einsatz von in situ PAT ermöglicht eine signifikante Verkürzung der Prozessentwicklungszeit und kann auch zur Überwachung und Steuerung kontinuierlicher industrieller Kristallisationen eingesetzt werden. Es wird gehofft, dass solche Methoden die Einbeziehung kontinuierlicher Kristallisationskonfigurationen in Standard-Pharmakommerzialisierungsverfahren erleichtern können.

Gastmoderator - Steven Ferguson

Steven arbeitet derzeit in der Chemical Process R&D Group bei Biogen Idec in Cambridge, MA, wo er sich auf die Entwicklung, das Scale-up und die Optimierung von niedermolekularen API-Prozessen von präklinischen Targets bis hin zu kommerziellen Prozessen mit Schwerpunkt Kristallisation konzentriert. Zuvor war Steven einige Jahre am Novartis-MIT Centre for Continuous Manufacturing als Postdoc in den Myerson/Trout Research Groups am MIT tätig. Dort führte er mehrere Projekte mit den Schwerpunkten kontinuierliche Kristallisation und Isolierung, Polymorphismus und Membranreinigung durch.

Stevens Doktorarbeit befasste sich mit der Entwicklung einer kontinuierlichen Kristallisationstechnologie für pharmazeutische Anwendungen. Dies geschah in der Glennon Research Group (SSPC) am University College Dublin (UCD) und konzentrierte sich auf das Design von röhrenförmigen Hochintensitätskristallisatoren und kontinuierlichen Rührkesselkristallisatoren sowie die Entwicklung von schnellen Charakterisierungs- und Optimierungstechniken mittels neuartiger PAT-Anwendungen.

Unterstützt durch: Brian Glennon, Solid State Pharmaceutical Cluster, School of Chemical and Bioprocess Engineering, University College Dublin.

Präsentationsreferenzen

1.     Ferguson, S., Morris, G., Hao, H., Barrett, M., Glennon, B., 2013. Characterization of anti-solvent batch, plug flow and MSMPR crystallization of benzoic acid. Chem. Eng. Sci. 104, 44-54.

2.     Ferguson, S., Morris, G., Hao, H., Barrett, M., Glennon, B., 2012. In-situ Monitoring and Characterization of Plug Flow Crystallizers. Chem. Eng. Sci. 77, 105-111.

3.     Ferguson, S., Morris, G., Hao, H., Barrett, M., Glennon, B., 2014. Automated self-seeding of batch crystallizations via plug flow seed generation. Chem. Eng. Res & Des. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0263876214000689

4.     Morris, G.; Hou, G.; Barrett, M.; Ferguson, S.; Glennon, B. Development and  Characterization of a Multistage Continuous Cooling Crystallization Process using In-line Process Analytical Technology (PAT). Cryst. Growth Des. 2014, Submitted

5.     Hou, G., Power, G., Barrett, M., Glennon, B., Morris, G., Zhao, Y. 2014. Development and Characterization of a Single Stage Mixed- Suspension, Mixed-Product-Removal Crystallization Process with a Novel Transfer Unit. Cryst. Growth & Des. 14 (2), 617- 627.3.

Veröffentlichungen

1.     Hao, H., Barrett, M., Hu, Y., Su., W., Ferguson, S., Wood, B., Glennon, B., 2012. The use of In-situ tools to monitor the enantiotropic transformation of p-aminobenzoic acid polymorphs. Org. Process. Res. Dev, 16 (1),  35-41.

2.     Ferguson, S., Morris, G., Hao, H., Barrett, M., Glennon, B., 2012. In-situ Monitoring and Characterization of Plug Flow Crystallizers. Chem. Eng. Sci. 77, 105-111.

3.     Ferguson, S., Morris, G., Hao, H., Barrett, M., Glennon, B., 2013. Characterization of anti-solvent batch, plug flow and MSMPR crystallization of benzoic acid. Chem. Eng. Sci. 104, 44-54.

4.     Ferguson, S., Ortner, O., Quon, J., Peeva, L., Livingston, Trout, B.L., Myerson, A.S. 2014. Use of continuous MSMPR crystallization with integrated nanofiltration membrane recycle for enhanced yield and purity in API crystallization. Chem. Eng. Sci. 14 (2), 617- 627.

5.     Ferguson, S., Morris, G., Hao, H., Barrett, M., Glennon, B., 2014. Automated self-seeding of batch crystallizations via plug flow seed generation. Chem. Eng. Res & Des. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0263876214000689

6.     Characterization of a Multistage Continuous Cooling Crystallization Process using In-line Process Analytical Technology (PAT). Cryst. Growth Des. 2014, Submitted

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