Résumé : À partir de 2002, grâce à l’introduction du concept de la Qualité par la Conception (en anglais Quality by Design : QbD) par l’agence américaine des produits alimentaires et médicamenteux, l’industrie pharmaceutique a intensifié les efforts et les investissements pour permettre une libération en temps réel des lots commerciaux. Le QbD propose que la qualité soit construite dès la conception initiale du médicament plutôt que d'être évaluée à la fin de sa fabrication. Ainsi, avec l’initiative QbD, les tests de contrôle de la qualité des médicaments, réalisés après la fabrication des comprimés, peuvent être éliminés si les paramètres qui les influencent sont contrôlés. En effet, ces tests de contrôle qualité dits traditionnels requièrent en général plusieurs heures pour leurs préparations et leurs réalisations. Tel est le cas du test de dissolution. Ce test est très consommateur de ressources matérielles et humaines. La réalisation de stratégies de contrôle pour les tests de dissolution basée sur une approche QbD pourrait être bénéfique pour l'industrie pharmaceutique. À travers ce travail, nous avons pu : • proposer différentes stratégies novatrices de contrôle du test de dissolution de comprimés pharmaceutiques sur la base des principes du QbD, • apporter un nouvel éclairage sur la compréhension des phénomènes impliqués dans la dissolution de comprimés pharmaceutiques. Les résultats de ce projet de recherche ont permis 1) la mise en évidence des paramètres critiques influençant le test de dissolution, 2) l’élaboration et l’évaluation de modèles statistiques pour les combinaisons de variation de paramètres selon un plan d’expérience préalablement conçu, 3) la corrélation du test de dissolution à des paramètres critiques de procédés de fabrication et d’attributs de matériaux grâce aux technologies d’analyse de procédés. // Abstract : With the introduction in 2002 of the concept of Quality by Design (QbD) by the Food and Drug Administration, the pharmaceutical industry intensified efforts and investments to reach real time release of commercial batches, reducing time between manufacturing and availability to the patient. QbD proposes that quality should be built in the initial design of a product rather than being assessed at the end of the tablet manufacturing. Thus, with the QbD initiative, quality control tests of tablets like dissolution testing performed after manufacturing could be removed if the parameters impacting them are controlled. Indeed, quality control tests such as traditional dissolution tests generally require several hours for their preparation and their realizations. Dissolution tests are time consuming, require large amounts of material and human resources. The elimination of these tests through a QbD approach could be beneficial for the pharmaceutical industry. Thanks to this work, it was possible to :  propose different innovative strategies to control the dissolution test of pharmaceutical tablets based on the principles of Quality by Design,  have a better understanding of this quality control test. The main results relies on 1) the identification of critical parameters influencing the dissolution test, 2) the development and evaluation of statistical models for the combination of variation of parameters according to an experimental design, 3) the correlation of dissolution test to critical manufacturing process parameters and attributes of materials through process analysis technology.

A partir de 2002, grâce à l'introduction du concept de la Qualité par la Conception (en anglais Quality by Design : QbD) par l'agence américaine des produits alimentaires et médicamenteux, l'industrie pharmaceutique a intensifié les efforts et les investissements pour permettre une libération en temps réel des lots commerciaux. Le QbD propose que la qualité soit construite dès la conception initiale du médicament plutôt que d'être évaluée à la fin de sa fabrication. Ainsi, avec l'initiative QbD, les tests de contrôle de la qualité de médicaments, réalisés après la fabrication des comprimés, peuvent être éliminés si les paramètres qui les influencent sont contrôlés.En effet, ces tests de contrôle qualité dits traditionnels requièrent en général plusieurs heures pour leurs préparations et leurs réalisations. Tel est le cas du test de dissolution. Ce test est très consommateur de ressources matérielles et humaines. La réalisation de stratégies de contrôle pour les tests de dissolution basée sur une approche QbD pourrait être bénéfique pour l'industrie pharmaceutique.À travers ce travail, nous avons pu :• proposer différentes stratégies novatrices de contrôle du test de dissolution de comprimés pharmaceutiques sur la base des principes du QbD,• apporter un nouvel éclairage sur la compréhension des phénomènes impliqués dans la dissolution de comprimés pharmaceutiques.Les résultats de ce projet de recherche ont permis 1) la mise en évidence des paramètres critiques influençant le test de dissolution, 2) l'élaboration et l'évaluation de modèles statistiques pour les combinaisons de variation de paramètres selon un plan d'expérience préalablement conçu, 3) la corrélation du test de dissolution à des paramètres critiques de procédés de fabrication et d'attributs de matériaux grâce aux technologies d'analyse de procédés. / With the introduction in 2002 of the concept of Quality by Design (QbD) by the Food and Drug Administration, the pharmaceutical industry intensified efforts and investments to reach real time release of commercial batches, reducing time between manufacturing and availability to the patient. QbD proposes that quality should be built in the initial design of a product rather than being assessed at the end of the tablet manufacturing. Thus, with the QbD initiative, quality control tests of tablets like dissolution testing performed after tablets manufacturing could be removed if the parameters impacting them are controlled.Indeed, quality control tests such as traditional dissolution tests generally require several hours for their preparation and their realizations. Dissolution tests are very consuming of time, material, equipment and human resources. The elimination of these tests through a QbD approach could be beneficial for the pharmaceutical industry.Thanks to this work, it was possible to :• propose different innovative strategies to control the dissolution test of pharmaceutical tablets based on the principles of Quality by Design,• have a better understanding of this quality control test.The main results relies on 1) the identification of critical parameters influencing the dissolution test, 2) the development and evaluation of statistical models for the combination of variation of parameters according to an experimental design, 3) the correlation of dissolution test to critical manufacturing process parameters and attributes of materials through process analysis technology.

<p dir="ltr">The dissolution profile is one of the most important critical quality attributes (CQAs) for pharmaceutical solid oral dosage forms, as failure to meet the dissolution specification can impact bioavailability. Dissolution tests are essential to assess lot-to-lot product quality and guide the development of new formulations. Therefore, predictive dissolution reduced-order models (ROM) are crucial for the successful implementation of any real-time release testing (RTRT) strategy. Mechanistic and semi-mechanistic ROMs of tablet dissolution for realizing quality by control (QbC) and RTRT frameworks in continuous manufacturing are still scarce or nonexistent. Moreover, realizing the underlying coupled mechanics of wetting, swelling, disintegration, and dissolution is still an open question. This dissertation contributes to developing a mechanistic ROM of pharmaceutical tablet dissolution for the design, optimization, and control of manufacturing processes. We follow several steps towards the progression of the mechanistic model development. First, we develop a semi-mechanistic ROM to capture the relationship between critical process parameters (CPPs), critical material attributes (CMAs), and dissolution profiles. We demonstrate the versatility and the capability of the semi-mechanistic ROM to estimate changes in dissolution due to process disturbances in tablet porosity, lubrication conditions, and moisture content in the powder blend. Next, to understand the underlying coupled mechanism of wetting, swelling, disintegration, and dissolution, we use dynamic micro-computed tomography (micro-CT) with a high temporal resolution to visualize water penetration through the porous network of immediate-release tablets. We couple liquid penetration due to capillary pressure described by the Lucas-Washburn theory with the first-order swelling kinetics of the excipients to provide a physical interpretation of the experimental observations. From the mechanistic understanding of the water penetration kinetics using the micro-CT tests, we propose a two-stage mechanistic ROM, which is comprised of (i) a mechanistic dissolution model of the active pharmaceutical ingredient (API) that solves a population balance model (PBM) for a given API crystal size distribution and dissolution rate coefficient, and (ii) a tablet wetting function that estimates the rate at which the API is exposed to the buffer solution. These two sub-models are coupled by means of convolution in time to capture the start time of the API dissolution process as water uptake, swelling, and disintegration take place. Finally, we demonstrate the versatility and the capability of the mechanistic API dissolution model and the two-stage tablet dissolution ROM to represent the dissolution profile of different pharmaceutical formulations and its connection with CMAs, CPPs, and other CQAs, namely initial API crystal size distribution, porosity, composition, and dimensions of the tablet. In all of the cases considered in this work, the estimations of the model are in good agreement with experimental data. </p>