Výroba biologicky odbouratelných nanokuliček
Biologicky odbouratelné mikro- a nanokuličky lze vyrábět v kontinuálním, bezkontaktním a bezkontaminačním procesu, který lze snadno provádět za sterilních podmínek.
Úvod
Biodegradabilní mikro- a nanosféry (MS, NS) vyrobené z poly(laktid-koglykolidu) (PLGA) nebo jiných materiálů jsou velmi účinné systémy pro dodávání léčiv a antigenů s inherentním potenciálem pro cílení léčiv a antigenů. Současné metody výroby PLGA NS jsou typickými dávkovými procesy a trpí obtížemi při upscalingu za sterilních podmínek. Zde představujeme novou a elegantní metodu výroby PLGA NS v kontinuálním, kontaktním a Proces bez kontaminace které lze snadno spustit za sterilních podmínek. Během celého výrobního procesu je výrobek v přímém kontaktu pouze se sterilním sklem a teflonovými® trubicemi. Proces může být spuštěn v uzavřeném systému, aby se zabránilo jakékoli kontaminaci životního prostředí.
metody
Nanočástice PLGA50:50 (Resomer® RG503H, Boehringer Ingelheim) byly vyrobeny modifikovaným procesem extrakce/odpařování rozpouštědlem [1]. PLGA rozpuštěná v dichlormethanu (2 nebo 5 %) byla dispergována ve vodném 0,5% (hmotnostním) roztoku PVA pomocí nového experimentálního uspořádání zahrnujícího bezkontaktní průtok ultrazvuková buňka. Hrubá disperze O/W byla nejprve předem promíchána magnetickým míchadlem a poté homogenizována v Ultrazvuková průtočná cela (průtoky fází O a W byly 1:8). Původně vytvořené nanokapičky PLGA-rozpouštědla během průchodu zkumavkami postupně tuhly a stávaly se z nich nanočástice PLGA. Konečného vytvrzení částic bylo dosaženo ve větším objemu 0,5% roztoku PVA.
Obr. 1: Experimentální uspořádání pro výrobu PLGA nanokuliček
Obr. 2: Návrh Ultrazvuková průtočná cela
Výsledky
Nanočástice se středním průměrem 485 nm byly snadno připraveny z 2% roztoku PLGA v DCM při sonikačním výkonu 32W (tab. 1). Distribuce velikosti byla monomodální s mírným chvostem (obr. 3A). Velikost nanočástic se rozšířila od 175 do 755 nm podle 10 a 90% percentilů. Opakovatelnost výrobního procesu byla konzistentně dobrá, což se projevovalo pouze malou variabilitou ve středním průměru částic. Snížení emulze je Doba setrvání ve zvukovém poli od 14 do 7 s měla jen malý vliv na velikost nanočástic. Snížení výkonu ultrazvuku z 32 na 25 W však vedlo k významnému zvýšení průměrné velikosti částic ze 485 na 700 nm, což bylo způsobeno výraznějším zatroubením křivky distribuce velikosti (obr. 3A). Méně výrazné, i když významné zvýšení průměrné velikosti částic ze 485 na 600 nm bylo zjištěno při použití 5% místo 2% roztoku PLGA.
Nakonec byla hydrofilní PLGA vyměněna za hydrofobní PLA s nižší molekulovou hmotností bez znatelných změn ve střední velikosti částic a distribuci velikosti. Nebyly pozorovány žádné rozdíly v morfologii různých šarží částic připravených z 2% polymerních roztoků. Všechny vykazovaly dokonale kulovité tvary a hladké povrchy (obr. 3B). Částice vyrobené z 5% roztoku PLGA však byly méně kulovité, vykazovaly mírně zvrásněný povrch a fúze dvou nebo někdy více částic (obr. 3C).
Tabulka 1. Průměrný průměr nanokuliček PLGA50:50 připravených za různých podmínek. Průměr dvou šarží ± absolutní odchylkou.
Obr. 3: Nanočástice PLGA. (A): Distribuce velikosti částic připravených při koncentraci polymeru / sonikačním výkonu 2% / 32W, 5% / 32W a 2% / 25W%; doba zdržení = 14 s. (B),(C): SEM obrázky částic připravených z 2 a 5% polymerních roztoků. Doba zdržení = 14s; sonikační výkon = 32W. Tyče představují 1 mikron.
Diskuse a závěry
Ten Ultrazvuková průtočná cela Bylo zjištěno, že je vhodný pro extrakci emulzí a rozpouštědlem/výrobu biodegradabilních polymerních nanokuliček založenou na odpařování. Budoucí výzkum bude zaměřen na rozšíření procesu a zvýšení příkonu, aby se získaly ještě jemnější emulze. Kromě toho vhodnost článku pro přípravu vody v oleji emulze, např. pro další zpracování do mikrosfér s obsahem léčiva.
Literatura
Freitas, S.; Hielscher, G.; Merkle, H. P.; Gander, B.:Rychlá a jednoduchá metoda výroby biologicky rozložitelných nanokuliček, in: Evropské buňky a materiály sv. 7. Suppl. 2, 2004 (str. 28)
Tyto informace byly prezentovány na konferenci Swiss Society of Biomaterials
Obr. 2: Design einer Ultraschall-Durchflusszelle
Ergebnisse
Nanopartikel mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 485nm konnten vollständig aus einer 2% PLGA-Lösung in DCM bei 32W Beschallungsleistung gewonnen werden (Tab. 1). Die Größenverteilung zeigt sich monomodal mit einem leicht verzögertem Auslaufen der Kurve (obr. 3A). Entsprechend des Perzentilwertes von 10 und 90% erstreckte sich die Nanopartikelgröße von 175 bis 755nm. Die Wiederholbarkeit des Produktionsprozesses war durchwegs gut, was auf die nur geringe Variabilität des durchschnittlichen Partikeldurchmessers zurückzuführen ist. Eine Verringerung der Beschallungszeit, bei der die emulze statt 14 nur noch 7 Sekunden dem Ultraschallfeld ausgesetzt wird, hat nur wenig Auswirkung auf die Größe der Nanopartikel. Ein Herabsetzen der Beschallungsleistung von 32 auf 25W bewirkt hingegen einen beträchtlichen Anstieg des durchschnittlichen Partikeldurchmessers von 485 auf 700nm, der durch ein deutlicheres Verschieben der Größenverteilungskurve hervorgerufen wird (obr. 3A). Ein nicht so markanter, aber trotzdem beachtenswerter Anstieg der durchschnittlichen Partikelgröße von 485 auf 600nm konnte festgestellt werden, wenn anstatt einer 2% eine 5% PLGA-Lösung verwendet wurde. Abschließend wurde das hydrophile PLGA gegen das hydrophobe PLA, welches zudem ein niedrigereres Molekulergewicht aufweist, ausgetauscht, wobei allerdings keine bemerkenswerten Veränderungen bezüglich der durchschnittlichen Partikelgröße und der Größenverteilung beobachtet werden können. In ihrer Morphologie zeigten die verschiedenen Batches, die eine 2% Polymerlösung enthielten, keine Unterschiede. Alle zeigten perfekte Kugelformen und glatte Oberflächen (obr. 3B). Die Partikel aus einer 5% PLGA-Lösung zeigen hingegen weniger perfekte Kugelformen, wiesen leicht faltige Oberflächen und Fusionen zwei oder mehrerer Partikel auf (Fig. 3C).
Tabelle 1. Durchschnittlicher Durchmesse von PLGA50:50 Nanosphären, unter variierenden Bedingungen aufbereitet. Durchschnitt zweier Batches ± der absoluten Abweichung.
Obr. 3: PLGA Nanopartikel. (A): Größenverteilung bei Partikeln, die bei einer Polymerkonzentration/Beschallungsintensität von 2%/ 32W, 5%/ 32W und 2%/ 25W%; Verweilzeit = 14 s. (B),(C): SEM Bilder der Partikel, die aus 2% bzw. 5% Polymerlösungen vorbereitet wurden. Verweilzeit = 14 šilinků; Beschallungsintensität = 32W. Die Balken zeigen jeweils den Maßstab von 1 Mikrometer an.
Diskussion und Schlussfolgerung
zemřít Ultraschall-Durchflusszelle wurde speziell für die Emulsion-Lösungsmittel-Extraktion / Evaporation basierte Herstellung von biologisch abbaubaren Polymer-Nanosphären entworfen. Die zukünftige Forschung auf diesem Gebiet wird auf ein Scale-up des Prozesses ausgerichtet sein, ebenso wie auf eine Steigerung des Leistungseintrages, um noch feinere Emulsionen zu erhalten. Zudem wird Zelle auf ihre Tauglichkeit bei der Herstellung von Wasser-in-Öl-Emulsionen Untersucht, Z. B. für die weiteren Entwicklungen von mit Wirkstoff angereicherten Mikrosphären (z.B für Depotarzneimittel).
Literatur
Freitas, S.; Hielscher, G.; Merkle, H. P.; Gander, B.:Rychlá a jednoduchá metoda výroby biologicky rozložitelných nanokuliček, in: Evropské buňky a materiály sv. 7. Suppl. 2, 2004 (str. 28)
Dieser Artikel wurde von der Swiss Society of Biomaterials veröffentlich.