Inovasi Pelapisan Kering dalam Formulasi Farmasi: Optimalisasi Proses melalui Pendekatan Quality by Design (QbD)

Pendahuluan: Transformasi Pendekatan Kualitas dalam Sains Farmasi

Industri farmasi telah lama didominasi oleh paradigma Quality by Testing (QbT), di mana kualitas produk diuji pasca-produksi. Namun, pendekatan ini terbukti tidak efisien dalam menjamin kualitas secara konsisten. Paper ini menandai pergeseran penting menuju Quality by Design (QbD)—sebuah pendekatan sistematis berbasis risiko yang menekankan pentingnya membangun kualitas sejak awal tahap pengembangan.

Penelitian ini menawarkan sebuah studi mendalam mengenai pengembangan partikel fungsional (functionalised particles, FPs) menggunakan teknik pelapisan kering (dry coating), tanpa pelarut atau panas, yang menjadi solusi alternatif terhadap metode konvensional. Dengan mengadopsi kerangka kerja QbD, penulis menjelaskan bagaimana kualitas produk dapat diintegrasikan ke dalam proses itu sendiri, bukan hanya diuji pada akhir.

Kerangka Konseptual: Quality by Design sebagai Dasar Ilmiah

QbD mendasarkan pengembangan produk pada prinsip bahwa kualitas harus dirancang dan tidak sekadar diuji. Dalam konteks ini, penulis memetakan Quality Target Product Profile (QTPP) untuk memastikan pelepasan obat yang terkendali, dan kemudian menetapkan Critical Quality Attributes (CQAs) yang mencerminkan parameter utama produk:

• Homogenitas kandungan (RSD)

• Laju disolusi ibuprofen

• Distribusi ukuran partikel (X10)

• Interaksi molekuler melalui spektrum FTIR

Proses produksi dikaji melalui empat Critical Process Parameters (CPPs):

• Kecepatan pengaduk

• Tekanan udara

• Waktu pemrosesan

• Ukuran batch

Dengan demikian, paper ini membangun struktur hubungan sebab-akibat antara variabel proses dan atribut mutu akhir.

Metodologi: Integrasi DoE dan Penilaian Risiko

Perancangan Eksperimen:

Desain eksperimen menggunakan pendekatan D-optimal, menghasilkan 26 kombinasi eksperimental (termasuk 4 replikasi) untuk mengevaluasi pengaruh CPP terhadap CQAs.

Penilaian Risiko Awal:

Analisis awal menunjukkan keempat CPP memiliki tingkat risiko sedang hingga tinggi terhadap keseluruhan CQAs, memperkuat urgensi optimasi sistematis.

Hasil Eksperimen dan Refleksi Konseptual

1. Kandungan Homogen (RSD)

Nilai RSD terbaik (2,08%) diperoleh pada kecepatan tinggi (≥1200 rpm), tekanan tinggi (40 psi), waktu singkat (15 menit), dan batch kecil (6 g).

Refleksi teoretis: Ini menunjukkan bahwa gaya mekanis yang optimal memungkinkan partikel ibuprofen terdistribusi merata di permukaan pembawa (MCC), menghindari aglomerasi atau segregasi.

2. Laju Disolusi Ibuprofen

Laju disolusi menurun pada kondisi pelapisan efektif. Campuran fisik menunjukkan 99% pelarutan dalam 60 menit, sedangkan partikel berpelapis hanya 84%—mengindikasikan keberhasilan pembentukan lapisan yang memperlambat pelepasan.

Makna teoritis: Keberhasilan pelapisan mencerminkan modifikasi permukaan yang membatasi kelarutan instan, selaras dengan QTPP pelepasan lambat.

3. Distribusi Ukuran Partikel (X10)

Nilai X10 lebih tinggi tercapai pada kecepatan rendah dan waktu proses panjang, mengindikasikan pembentukan aglomerat. Sebaliknya, batch kecil dan kecepatan tinggi menghasilkan distribusi lebih seragam.

Interpretasi konseptual: Hal ini menunjukkan bahwa kontrol kinetik dan mekanik mendukung pencapaian ukuran partikel target tanpa menciptakan gumpalan tidak diinginkan.

4. Validasi Interaksi Molekuler dengan FTIR

Spektrum FTIR menunjukkan penurunan intensitas pita C=O pada 1708 cm⁻¹ pada partikel berlapis dibandingkan campuran fisik, menandakan terbentuknya ikatan hidrogen antara ibuprofen dan MCC.

Refleksi konseptual: Penurunan ini bukan sekadar data analitik, melainkan representasi molekuler dari terbentuknya interaksi yang mengatur pelepasan obat. Ini memperluas definisi CQA menjadi sesuatu yang juga bersifat kimiawi, bukan hanya fisik.

Visualisasi Desain Ruang Proses (Design Space)

Peta desain mengidentifikasi zona proses optimal:

• Kecepatan: 850–1500 rpm

• Waktu: 15–60 menit

• Tekanan: 40 psi

• Ukuran batch: 6 g

Model prediktif menghasilkan R² ≥ 0,85 untuk semua CQAs, membuktikan kekuatan desain DoE dalam memodelkan hasil. Verifikasi kondisi optimal menunjukkan hasil aktual berada dalam deviasi <10% dari prediksi.

Argumentasi Penulis: Dari Eksperimen Menuju Sistem Mutu

Penulis membangun narasi bahwa teknik pelapisan kering, jika diintegrasikan dengan prinsip QbD, mampu menghasilkan produk dengan kualitas yang tidak hanya terukur, tetapi juga terprediksi. Alih-alih memperbaiki kualitas di akhir, proses ini mengarahkan desain sejak awal agar sesuai dengan profil produk target.

Daftar Poin: Kontribusi Ilmiah Utama Paper Ini

• Inovasi teknik: Penggunaan pelapisan kering tanpa pelarut sebagai alternatif ramah lingkungan dan hemat energi.

• Validasi molekuler: Integrasi FTIR sebagai CQA menambah dimensi kimia dalam pengendalian mutu.

• Prediktivitas proses: Desain eksperimen memungkinkan pencapaian design space yang stabil dan direplikasi.

• Penerapan penuh QbD: Dari QTPP hingga verifikasi eksperimental dilakukan secara menyeluruh.

Kritik dan Refleksi Metodologis

Kekuatan:

• Pendekatan sistematis dan menyeluruh terhadap prinsip QbD.

• Model statistik robust dengan validasi eksperimental aktual.

• Integrasi pengukuran molekuler (FTIR) memperkaya dimensi evaluasi.

Kelemahan:

1. Skalabilitas: Ukuran batch maksimum hanya 20 g, belum mencerminkan kondisi industri.

2. Model API tunggal: Hanya menggunakan ibuprofen, sehingga generalisasi masih terbatas.

3. Ketergantungan pada alat prototipe: Implementasi komersial bisa terhambat tanpa spesifikasi peralatan terbuka.

Saran:

Studi lanjutan sebaiknya mencakup skala pilot dan bahan aktif yang memiliki sifat kelarutan berbeda untuk menguji generalisasi metode ini secara lebih luas.

Implikasi dan Potensi Ilmiah

Penelitian ini membuka cakrawala baru dalam formulasi farmasi, terutama dalam:

• Menyederhanakan proses manufaktur tanpa kehilangan kontrol mutu.

• Mengurangi dampak lingkungan dengan menghilangkan pelarut.

• Meningkatkan efisiensi validasi regulasi dengan model yang dapat dijustifikasi secara statistik dan molekuler.

Secara konseptual, studi ini memperlihatkan bagaimana QbD bukan hanya alat manajemen mutu, tetapi kerangka kerja ilmiah untuk memahami dan mengendalikan proses formulasi secara menyeluruh.

Kesimpulan: Memformulasikan Ulang Definisi Kualitas dalam Farmasi

Dengan menyandingkan teknik pelapisan kering dan kerangka kerja QbD, paper ini menunjukkan bahwa kualitas adalah hasil desain yang cermat, bukan sekadar hasil akhir yang diperiksa. Dengan memvalidasi seluruh proses melalui data dan pemahaman molekuler, pendekatan ini membuktikan bahwa masa depan formulasi farmasi terletak pada interseksi antara inovasi proses dan sains mutu.

📎 Link resmi paper (DOI):
https://doi.org/10.1371/journal.pone.0206651