Contenitori di vetro per i prodotti biotecnologici: indagine sulla delaminazione e le tecniche di valutazione

This thesis starts with a brief description of Biotechnology, a rapidly evolving interdisciplinary science which offers a wide range of applications. One of these is the “Red Biotechnology”, a sub-class of Biotechnology that focuses on the application of technological principles on human health. It is important to introduce this concept as it is possible to find a definition of biological and biotechnological drug in it. Hereafter, the dissertation concentrates on the characteristics of biotech drugs and their differences with respect to the traditional ones. Starting from a short analysis of these aspects, the choice of the most suitable container for this category of drugs is then treated. Therefore, the paper proceeds with a description of glass containers for pharmaceutical use and offers a classification according to the chemical composition and stability of the material. In literature, the chemical stability of glass is given by its hydrolytic resistance. The analysis of this property is hence discussed following the guidelines proposed by the Official Italian Pharmacopoeia (XII edition). From test results it is then possible to give a second and more specific classification of glass containers for pharmaceutical use. For each container the main characteristics and formulations for which they are conceived are reported. The thesis continues with a brief interlude in which the stability and safety of glass containers treated so far are discussed. In fact, since 2010, FDA has recalled from the market some pharmaceutical products due to an issue related to glass containers: the delamination. For this complex and undesired phenomenon a definition and the mechanisms of action are reported and its causes are then identified. The attention is then moved towards the analytical techniques exploited to study and comprehend this phenomenon. In particular, the combination of different methodologies used for the evaluation of the risk of glass delamination is described. The work proceeds towards the end offering an overview of stereomicroscopy, SEM and SEM/EDS microscopy, ICP, ToF-SIMS and finally the highest resolution microscopic technique: the Atomic Force Microscopy. In conclusion, the thesis underlines the importance of the evaluation of delamination phenomenon and provides some solutions that pharmaceutical companies can adopt in order to minimize this issue that recently arose in the innovative field of biotechnological products.

La tesi inizia con una breve descrizione della biotecnologia, scienza interdisciplinare in rapida evoluzione che offre un’ampia gamma di applicazioni. Una di queste e la Red Biotechnology, sottoclasse della biotecnologia che si concentra sull’applicazione di principi tecnologici nel settore della salute umana. E importante introdurre questo concetto in quanto, in esso, è possibile ricercare una definizione di farmaco biologico e biotecnologico. Di seguito, l’elaborato si concentra sulle caratteristiche dei biotech e sulle differenze che hanno rispetto ai farmaci tradizionali. Da una breve analisi di questi aspetti si passa poi alla scelta del contenitore più adatto per questa tipologia di farmaco. Di conseguenza, il testo procede con la descrizione dei contenitori di vetro per uso farmaceutico e offre, successivamente, una loro classificazione in base alla composizione e alla stabilita chimica del materiale. In letteratura, la stabilita chimica del vetro è espressa dalla resistenza idrolitica. Viene perciò discussa la valutazione di questa proprietà, seguendo le linee guida proposte dalla Farmacopea Ufficiale italiana XII ed. Dai risultati del test e possibile fornire poi una seconda e più specifica classificazione dei contenitori di vetro per uso farmaceutico. Per ogni tipologia di recipiente sono indicate le caratteristiche principali e le formulazioni per la quale sono ideati. La tesi procede con un breve intermezzo in cui si mette in discussione la stabilità e la sicurezza dei contenitori di vetro finora trattati. Infatti, dal 2010, la FDA ha richiamato dal mercato alcuni prodotti farmaceutici in merito ad una problematica riguardante i contenitori di vetro per uso farmaceutico: la delaminazione. Per questo complesso e indesiderato fenomeno, viene fornita una definizione, i meccanismi di azione e ne vengono individuate le cause. L’attenzione viene poi orientata verso le tecniche analitiche usate per studiare e comprendere questo fenomeno. In particolare, viene descritta la combinazione di diverse metodiche usate per la valutazione del rischio di delaminazione del vetro. L’elaborato procede al termine offrendo una panoramica della stereomicroscopia, del microscopio SEM e SEM/EDS, la ICP, ToF-SIMS e per finire, la tecnica microscopica con la più alta risoluzione disponibile: la Atomic Force Microscopy. Per concludere, la tesi sottolinea l’importanza della valutazione del fenomeno della delaminazione e fornisce alcune soluzioni che le aziende farmaceutiche posso adottare per minimizzare questa problematica emersa da poco nell’innovativo campo dei prodotti biotecnologici.