Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

La demande actuelle croissante d’excipients multifonctionnels par les laboratoires pharmaceutiques, amène les fabricants de matières premières à développer de nouveaux matériaux pouvant répondre à ces critères de performance. Parmi les différents procédés disponibles pour de telles productions, les techniques de co-traitement sont les plus sollicitées. Considérant l’évaluation de la fonctionnalité de différents excipients désintégrants, l’objectif de cette thèse a été de développer un tel excipient, original, économiquement intéressant et pouvant être utilisé dans la fabrication de comprimés par compression directe.Dans ce travail, nous nous sommes tout d’abord intéressés à étudier et à comparer la fonctionnalité de différents désintégrants commerciaux, en évaluant notamment l’influence des milieux réactionnels sur cette fonctionnalité.La chitine, deuxième polysaccharide naturel le plus abondant au monde, et présentant des propriétés physico-chimiques et pharmacotechniques pertinentes, a retenu notre intérêt. Un mélange co-processé, de chitine et de carbonate de calcium (CC) a été développée, et sa préparation optimisée afin de pouvoir disposer d’un matériau aux propriétés maîtrisées. Par des études conduites sur simulateur de compression, nous avons pu, d’une part, établir un profil complet de compression du CC, d’autre part, évaluer ses performances en compression directe en le formulant avec des proportions variables de composants actifs pharmaceutiques retenus comme traceurs modèles. Des études de stabilité ont enfin été réalisées, afin de déterminer ses meilleures conditions d’utilisation.Les résultats les plus marquants ont montré que la chitine présente une comprimabilité satisfaisante et des propriétés de désintégration qui ne sont pas influencées par l’environnement physico-chimique de la formulation. L’excipient co-processé CC a révélé des propriétés très intéressantes et notamment, une densité vraie et une coulabilité améliorées, par rapport à la chitine seule. Ses propriétés désintégrantes sont également particulièrement notables (comprises entre 2 et 5 s.). Son comportement en compression est par ailleurs très satisfaisant avec, une comprimabilité, une compressibilité et une compactibilité performantes; il est également à noter, que dans nos conditions de formulations, il n’a pas nécessité l'addition de lubrifiant. Les comprimés élaborés avec les composants actifs modèles ont fourni des profils de compression également performants et des aptitudes à la désintégration très satisfaisantes. Quant aux profils de dissolution pharmaceutique, ils ont révélé que, avec une teneur en CC égale à 30% m/m, la libération des actifs était rapide. Les études de stabilité conduites afin de définir les conditions optimales de conservation, ont montré que des précautions de température et d'humidité doivent être prises pour les produits formulés avec CC.L’excipient CC co-traité développé dans cette Etude présente toutes les caractéristiques d’un excellent excipient multifonctionnel (diluant, désintégrant, liant). Valorisant l’usage d’une matière première de base naturelle et très abondante (la chitine), facile à produire et économiquement rentable, il devrait pouvoir trouver un intérêt dans la formulation et la production de comprimés à dissolution rapide par compression directe. / Nowadays, there is an increasing demand for multifunctional excipients that replaces the need and use of multiple excipients. Pharmaceutical excipients coprocessing techniques represent important methods for new excipients development with enhanced functionalities. The objective of this thesis is to develop a cost-effective multifunctional excipient (filler-disintegrant-binder) used in tablet manufacturing by direct compression.In this thesis, we’ve studied and compared disintegrants functionality for different materials and evaluated the effect of media on their disintegrant’s functionality. In addition, chitin was chosen as a base to develop a multifunctional excipient used in direct compression as it showed a good and promising physicochemical and pharmaceutical properties. Chitin-Calcium carbonate (CC) coprocessed excipient was developed and its production was further optimized to ensure better powder properties and functionality. In addition, CC compression profile was established by studying its compression behavior under different conditions and formulating with active pharmaceutical ingredients to determine how it affects the formulation at different percentages. Finally, stability study was carried out to determine best conditions for the excipient handling.Results showed that chitin has good tabletability and disintegration properties that were not influenced by the physicochemical environment of the formulation. CC showed an enhancement in true density and flowability (that are considered as drawbacks for raw chitin use as an excipient) and fast disintegration (2-5s). The excipient had good tabletability, compressibility, compactibility, and it doesn’t need the use of a lubricant. CC showed a good compression profile at different manufacturing conditions (multiple lubrication levels, compression speeds and dwell times) while maintaining fast disintegration. It causes rapid disintegration and dissolution when formulated with active pharmaceutical ingredients starting from 30% w/w, and its inclusion was reflected positively on tablets strength. Stability studies showed that precautions on temperature and humidity conditions would need to be taken on CC formulated products. The results showed that the excipient serves as an excellent multifunctional excipient (filler, disintegrant, binder) used for fast disintegrating tablets produced by direct compression. It represents a cost-effective product that is efficient and easily produced at pilot plant and upon scale-up.

Ce manuscrit est consacré à l'étude des transformations polymorphiques induites au cours du procédé de compression directe, et à son incidence sur les propriétés mécaniques des comprimés. L'objectif principal de ce travail est d'apporter des éléments de compréhension sur la transition polymorphique de la caféine (principe actif modèle) Forme I en Forme II survenant lors du procédé de compression directe, et de déterminer si celle-ci a un impact sur la contrainte à la rupture du comprimé. L'utilisation du simulateur de compression Styl'One Classique (Médel'Pharm) et d'une machine de fatigue (Instron®) pour la fabrication des comprimés, a permis d'étudier deux paramètres de procédé (pression et vitesse de fabrication) et deux paramètres de formulation (dilution du principe actif et nature du diluant) représentatifs de conditions industrielles. Les transitions de phase de la caféine ont été évaluées par analyse calorimétrique différentielle (ACD). De plus, des études cinétiques ont été conduites durant plusieurs mois afin d'observer l'influence de ces différents paramètres sur la transition polymorphique de la caféine anhydre Forme I en Forme II dans les comprimés au cours de leur stockage. Enfin, l'analyse du mécanisme de transition de ce principe actif a été réalisée au moyen d'une loi exponentielle étirée, issue du modèle de Johnson-Mehl-AvramiLa contrainte à la rupture des comprimés (caractéristique globale) a été mesurée par un test de rupture diamétrale, la dureté de surface des comprimés (caractéristique locale) par nano-indentation. Un premier modèle de prédiction de la contrainte à la rupture selon la teneur en caféine a été développé. Les principales caractéristiques du cycle de compression calculées à partir des données enregistrée par le simulateur de compression ont permis d'analyser le comportement des formules lors de la compression puis d'établir un second modèle de prédiction de la contrainte à la rupture.Les résultats de transition polymorphique et de propriétés physiques de comprimés seront alors confrontés / Direct compression process is widely used in the pharmaceutical industry for tablet manufacturing. This work is dedicated to the study of the polymorphic transformation induced by a direct compression process, and its impact on tablet mechanical properties. The main objective is to improve the understanding of the phase transition of caffeine Form I into Form II occurring during the direct compression process, and whether it has an impact on the tablet tensile strength. In this way, several studies have been conducted on the impact of operating conditions on the polymorphic transformation of a model active pharmaceutical ingredient (API) and on few physical properties of the tablets.The use of a compression simulator Styl’One Classique (Médel’Pharm) and a fatigue equipment (Instron®) for the manufacture of tablets, allowed studying two process parameters (compression load and compression speed) and two formulation parameters (dilution of the API and nature of the diluent). Caffeine phase transitions have been evaluated by differential scanning calorimetry (DSC). Moreover, during several months after tableting, kinetic studies were conducted in order to observe the influence of these parameters on the polymorphic transition of the anhydrous caffeine Form I into Form II in tablets during storage. Finally, the analysis of the transition mechanism of this API was performed thanks to a stretched exponential law, derived from the Johnson-Melh-Avrami model.The tensile strength of tablets (global property) was measured by a diametral compression test and their surface hardness (local property) by nanoindentation. A first predictive model for tablet tensile strength according to the caffeine content was developed. The compression cycle characteristics calculated from the data recording with the compression simulator allowed analyzing the behavior of different blends during the compression process. A second model for predicting the tensile strength was then established.Finally, results obtained for the polymorphic transition and physical properties of tablets will then be confronting