A liofilização é legal – literalmente! É o único método de secagem que não requer elevação da temperatura da amostra e funciona por sublimação. E a água só sublima porque tem ponto triplo. Portanto, se você quiser entender como funciona a liofilização, o Pharma Drama o ajudará.

Bem-vindo ao Pharma Drama, o canal onde analisamos a ciência e os produtos de saúde. Neste vídeo, falarei sobre um método de secagem superlegal – a liofilização. Portanto, aqueça-se e vamos ao que interessa.

Acho, portanto, que devo começar explicando a diferença entre evaporação e sublimação.

Como a maioria dos materiais farmacêuticos está à temperatura ambiente, qualquer água que eles contenham deve estar no estado líquido. Quando secamos o material, a água se transfere para o ar circundante e, portanto, se torna um vapor. Quando um material passa do estado líquido para o estado de vapor, o processo é chamado de evaporação. Tenho certeza que você está familiarizado com a evaporação – ela acontece quando você sua, por exemplo. Há um caso especial, porém, em que um material pode passar diretamente do estado sólido para o vapor, sem se tornar líquido, e isso se chama sublimação. A sublimação é um fenômeno bastante incomum e poucos compostos químicos o fazem. A razão é porque, para sublimar, um composto precisa ter uma propriedade especial chamada ponto triplo. Felizmente, do ponto de vista da secagem, a água é um daqueles raros compostos que tem ponto triplo!

O que leva à pergunta 'O que é um ponto triplo Simon?' – e isso, claro, é uma boa pergunta. A resposta pode ser encontrada considerando os diagramas de fase. Na minha experiência, as pessoas acham os diagramas de fase um tanto complicados (ou devo dizer chatos...?) mas são fáceis de entender se você souber o que está vendo. Um diagrama de fase simplesmente mostra em qual fase (sólida, líquida ou gasosa) um material existe em função da temperatura e da pressão. Então, se considerarmos a água à pressão atmosférica, abaixo de zero graus centígrados ela existe como um sólido (gelo), entre zero e cem graus centígrados ela existe como um líquido (água) e acima de cem graus centígrados ela existe como um gás ( vapor). Tenho certeza que você já sabia disso. O que você talvez não saiba é que conforme mudamos a pressão, as temperaturas nas quais a água se converte entre as fases mudarão. Ainda me lembro da aula de física na escola colocando água sob vácuo em um frasco de fundo redondo e depois segurando o frasco na minha mão - como a água ferve a uma temperatura muito mais baixa sob vácuo, você pode fazê-la ferver com o calor do seu corpo!

Se criássemos um gráfico das fases da água em função da temperatura e da pressão, obteríamos algo parecido com isto. Parece bastante complicado, mas não tema! Na verdade, é bem simples. À pressão atmosférica (dez elevado a cinco Pascais), você pode ver que a água é um sólido, depois um líquido e finalmente um gás à medida que aumentamos a temperatura, exatamente como esperávamos. À medida que a pressão é reduzida, o ponto de fusão da água aumenta e o ponto de ebulição diminui. Essa tendência continua com a redução da pressão até atingir um ponto especial onde as linhas se cruzam – esse valor, chamado de ponto triplo, ocorre a uma pressão de seiscentos e dez Pascal e zero vírgula zero zero sete cinco graus centígrados. Chama-se ponto triplo porque a água existe nas três fases da matéria ao mesmo tempo, se é que você consegue imaginar... (não, eu também não).

O ponto triplo em si não é tão importante - em vez disso, observe o que acontece com as fases da água em pressões abaixo do ponto triplo. Em baixas temperaturas, a água existe como gelo sólido, como esperamos, mas quando a aquecemos, há apenas uma mudança de fase – de sólido para gasoso. Em outras palavras, não há fase líquida. É por isso que materiais que possuem ponto triplo são capazes de sublimar; a pressões abaixo de seu ponto triplo, eles nunca existem em uma fase líquida e, portanto, sempre são capazes de mudar de fase de sólido diretamente para gás. Devo dizer aqui que não existem muitos solventes úteis que tenham um ponto triplo como este. A água obviamente, e com muita facilidade, é um e o butanol terciário é outro. Mas é isso aí!

Está tudo muito bem, mas como isso se traduz em um método de secagem, também ouço você perguntar? Afinal, esse é o objetivo deste vídeo. E posso responder a isso com este diagrama. Ele mostra quatro pontos, marcados de um a quatro, que indicam como secamos um material em um liofilizador. Carregamos o material a ser seco no liofilizador à temperatura e pressão ambiente, indicadas pelo ponto número um no diagrama. Então, mantendo a pressão constante, a temperatura do material é reduzida, de forma que a água se transforme em gelo. Isso é representado pela mudança do ponto um para o ponto dois, e é por isso que a técnica é chamada de liofilização! Em seguida, o secador coloca o material congelado sob vácuo, movendo a amostra do ponto dois para o ponto três. É absolutamente crítico que a pressão seja reduzida para menos de seiscentos e dez Pascais – você consegue ver por quê? É porque podemos então aquecer a amostra de volta à temperatura ambiente e, ao fazê-lo, a água se transformará de sólido em gás. Isso é mostrado pela linha do ponto três ao ponto quatro. Se a pressão não for reduzida para menos de seiscentos e dez Pascais, a água não sublimará. Você verá que secamos a amostra, mas em nenhum momento aumentamos a temperatura acima da temperatura ambiente! Coisas muito inteligentes, acho que você vai concordar. Para completar, direi que é possível aquecer a amostra acima de sua temperatura inicial, se você quiser, e às vezes isso é feito para secar completamente os materiais.

Como a liofilização é o único método de secagem que não envolve o aquecimento da amostra, ela é perfeitamente adequada para a secagem de materiais sensíveis ao calor, como vacinas, que geralmente são RNA, e drogas biológicas, que são proteínas. Como as amostras que são secas com liofilização começam como soluções, há muita água para congelar. Quando a água sublima, ela deixa muitos espaços vazios e, portanto, os materiais liofilizados tendem a ser altamente porosos e têm uma área de superfície muito alta. Para dar um exemplo, na tela está a imagem de um material liofilizado, tirada com um microscópio eletrônico de varredura. Acho que dá para ver como o material é poroso. Isso é muito benéfico, porque a área de superfície é um fator chave na rapidez com que um material se dissolverá. Quanto maior a área de superfície, mais rápida a taxa de dissolução.

Além disso, como a etapa inicial de congelamento pode ser bastante rápida, o material liofilizado costuma ser amorfo (isto é, as moléculas são ordenadas aleatoriamente). Mais uma vez, os materiais amorfos se dissolvem muito rapidamente, porque não há energia da rede cristalina a ser vencida. Portanto, a liofilização normalmente resulta em um material amorfo com uma enorme área de superfície e, portanto, eles se dissolvem muito rapidamente.

Esses benefícios são utilizados especificamente em dois tipos de formulação; pós para injeção e comprimidos orodispersíveis. Um pó para injeção soa estranho – ninguém gostaria de injetar um pó e por um bom motivo! Pequenas partículas no sangue bloqueariam os capilares, e isso seria muito ruim. Portanto, os pós para injeção precisam ser dissolvidos primeiro e isso é feito adicionando uma solução isotônica (ou da mesma composição) com sangue. Geralmente é uma solução salina de zero ponto nove por cento. É absolutamente essencial que o pó se dissolva instantânea e completamente na solução salina e o fato de ser liofilizado é o que garante isso.

Os comprimidos de dispersão de oro são muito diferentes. São comprimidos concebidos para serem tomados sem água – coloca-se um na língua e a humidade da boca faz com que se dissolvam. E por que eles se dissolvem tão rapidamente? Porque eles são liofilizados! Portanto, eles são porosos e amorfos. Se você já segurou uma dessas pastilhas verá que são muito leves e fáceis de amassar, justamente por serem porosas.

Então aqui estamos nós. A liofilização remove a água de uma amostra (geralmente uma solução ou suspensão) por sublimação e só é possível fazer isso porque a água tem um ponto triplo. Em pressões abaixo do ponto triplo, a água não existe como um líquido. Portanto, se congelarmos uma amostra e a mantivermos sob vácuo, podemos sublimar qualquer água aquecendo-a de volta à temperatura ambiente. Ao fazer isso, geralmente produzimos um material altamente poroso que é amorfo e, portanto, se dissolve muito rapidamente. Usamos esses benefícios para fabricar produtos que precisam ser de dissolução rápida, como pós para injeção e comprimidos orodispersíveis, ou para secar amostras que podem ser degradadas pelo calor, como medicamentos biológicos ou vacinas. Podemos remover qualquer solvente que tenha um ponto triplo dessa maneira.