Skaitliskajā modelēšanā balstīta metode farmaceitisko kokristālu kristalizācijas procesa mērogošanai

Projekta nosaukums: “Skaitliskajā modelēšanā balstīta metode farmaceitisko kokristālu kristalizācijas procesa mērogošanai”
Projekta līguma numurs: 1.1.1.3/1/24/A/151
Projekta īstenošanas termiņš: 01.09.2025. - 31.08.2028. (36 mēneši)
Projekta kopējais finansējums: 656 455,14 EUR (ERAF 510 065,65 EUR; Valsts budžeta finansējums 89 934,35 EUR; Privātās attiecināmās izmaksas 56 455,14 EUR)
Projekta vadītājs / vadošais pētnieks: LU Medicīnas un dzīvības zinātņu fakultātes profesors Dr. chem. Agris Bērziņš

Projekta administratīvais vadītājs: Laureta Buševica, e-pasts: laureta.busevica@lu.lv

Projekts ir saistīts ar farmaceitisko vielu ražošanu un risina farmācijas rūpniecības kristalizācijas procesa mērogošanas vajadzības (NACE 2 kods 21.10).

Projektu īsteno Latvijas Universitāte sadarbībā ar industrijas partneri AS Olpha.

AS Olpha ir viens no vadošajiem farmācijas uzņēmumiem Latvijā un Baltijā, kas specializējas farmaceitisko pamatvielu un gatavo zāļu formu ražošanā.

Projekta mērķi

Projekta mērķis ir izstrādāt skaitliskajā modelēšanā balstītu metodoloģiju farmaceitisko kokristālu kristalizācijas mērogošanai.

Kokristāli ir perspektīva farmaceitisko produktu klase, kurā, izmantojot kristālinženierijas stratēģiju, ir iespējams uzlabot vairākas farmaceitiski nozīmīgas īpašības, tādas kā šķīdību, plūstamību un tabletējamību. Šajā projektā tiks apvienoti eksperimentāli noteikti kokristālu stabilitātes un veidošanās kinētikas indikatori ar skaitlisko modelēšanu, izmantojot daļiņu bilances modeli kopā ar skaitlisko hidrodinamiku.

Projekta īstenošanas rezultātā tiks veicināta jaunu farmaceitisko kokristālu ražošanas procesa izstrāde, padarot kristalizācijas mērogošanas stadiju ātrāku un izmaksu ziņā efektīvāku.

Projekta problēma un aktualitāte

Aptuveni 40% apstiprināto zāļu un gandrīz 90% izstrādes procesā esošo zāļu ir klasificējamas kā zemas šķīdības vielas. Zāļu vielu ražošana kokristālu formā var būt efektīva stratēģija, lai uzlabotu zāļu šķīdību un citas farmaceitiski nozīmīgas īpašības. Tomēr kokristālu kristalizācijas mērogošana no laboratorijas uz ražošanas mērogu ir tehnoloģisks izaicinājums.

Galvenās problēmas:

• Mērogošanā ir jānodrošina reproducējamība, fāzes un ķīmiskā tīrība, labs iznākums un noteiktas kristālu īpašības.
• Izaicinājumi rodas nukleācijas stohastiskā rakstura un iekārtu būtiskās ietekmes uz kristalizācijas rezultātiem dēļ.
• Kokristālu kristalizācija parasti ietver vismaz trīskomponentu fāžu diagrammu, kas rada papildu sarežģītību.
• Tradicionālās mērogošanas metodes prasa ievērojamas investīcijas laboratorijas iekārtās un ir resursu un darbaspēka ietilpīgas.

Risinājuma pieeja

Mūsdienās spēcīgs rīks tehnoloģisko procesu izpētei ir skaitliskā modelēšana. Šajā projektā tiks apvienoti:

• Eksperimentāli noteikti kokristālu stabilitātes un veidošanās kinētikas indikatori
• Daļiņu bilances modelis
• Skaitliskā hidrodinamika

Šāda pieeja ļaus izstrādāt vispārīgu metodoloģiju farmaceitisko kokristālu kristalizācijas mērogošanai, padarot šo stadiju ātrāku un izmaksu ziņā efektīvāku.

Projekta rezultāti

• 4 zinātniskie raksti, kas publicēti vadošajos starptautiskajās datubāzēs (Scopus, Web of Science) indeksētos žurnālos
• 1 patenta pieteikums
• 1 komplekss matemātiskais modelis kokristālu kristalizācijas procesa skaitliskai modelēšanai
• 1 mērogota kristalizācijas metode farmaceitiski nozīmīga kokristāla iegūšanai
• 1 funkcionālais prototips – kristalizācijas reaktors, kas paredzēts optimālai izvēlēta farmaceitiskā kokristāla iegūšanai.
• 6 prezentācijas starptautiskās zinātniskās konferencēs.

Projekta ieguvumi un ietekme

Zinātniskie ieguvumi

• Jaunas zināšanas par kokristālu kristalizācijas mērogošanu, apvienojot eksperimentālos rezultātus un skaitliskās modelēšanas pieeju
• CFD-PBM modeļa izstrāde tieši kokristālu kristalizācijai
• Sistemātiska pieeja, izpētot vairākus ķīmiski un strukturāli atšķirīgus kokristālus
• Modeļa validācija, izmantojot gan laboratorijas, gan liela mēroga eksperimentus

Praktiskie ieguvumi

• Ātrāka un izmaksu ziņā efektīvāka kristalizācijas mērogošanas stadija farmaceitiskajā ražošanā
• Samazināts resursu un darbaspēka patēriņš kristalizācijas procesa izstrādē
• Potenciāli ātrāka nozīmīgu zāļu parādīšanās laiks tirgū
• Jaunas ražošanas metodes farmaceitisko kokristālu iegūšanai

Sociālekonomiskā ietekme

• Latvijas ekonomikas pārveide uz augstākākas pievienotās vērtības produktiem
• Sekmēta farmācijas nozares attīstība Latvijā
• Jaunu zāļu formu ar uzlabotām īpašībām izstrādes veicināšana
• Lētāki medikamenti ar potenciāli ātrāku pieejamību

Plānotās projekta darbības

1. Galvenās pētniecības darbības:

• Kokristālu termodinamisko un kinētisko parametru eksperimentāla noteikšana
• Optimālu kristalizācijas apstākļu noteikšana laboratorijas mērogā
• Daļiņu bilances modeļa (PBM) izstrāde kokristālu kristalizācijai
• Skaitliskās hidrodinamikas (CFD) modeļa izstrāde un integrācija ar PBM
• Kristalizācijas metodes mērogošana un kristalizācijas reaktora prototipa izstrāde un testēšana

2. Projektā radīto zināšanu izplatīšana un intelektuālā īpašuma aizsardzība

3. Sabiedrības informēšana un projekta rezultātu popularizēšana.