Nanoindkapslet intranasal vaccine mod S. Pneumoniae med ultralyd
Fordel ved nanopartikelindkapslede vacciner mod S. pneumoniae
Mott et al. (2013) undersøgte effektiviteten af intranasal administration af en vaccinekonstruktion baseret på nanopartikler af poly(mælkesyre-co-glykolsyre) med en størrelse på 234 ± 87,5nm til at etablere beskyttelse mod eksperimentel pneumokokinfektion i luftvejene. Nanopartikler med indkapslet varmedræbt Streptococcus pneumoniae (NP-HKSP) blev tilbageholdt i lungerne i 11 dage efter nasal administration sammenlignet med tomme NP. Immunisering med NP-HKSP gav betydelig resistens mod infektion med S. pneumoniae sammenlignet med administration af HKSP alene. Øget beskyttelse korrelerede med en betydelig stigning i det antigenspecifikke, Th1-associerede IFN-c-cytokinrespons fra lungelymfocytter. Denne undersøgelse påviser effektiviteten af NP-baseret teknologi som en ikke-invasiv og målrettet tilgang til nasal-pulmonal immunisering mod lungeinfektioner.
Protokol for fremstilling af nanopartikler med ultralyd
Lyse med ultralyd
1×106 nanopartikler med indkapslet varmedræbt Streptococcus pneumoniae (NP-HKSP) blev lyseret ved sonikering i 200µl fosfatbufferet saltvand (PBS), og 70 mg poly(mælkesyre-co-glykolsyre) (PLGA) blev opløst i 1 ml ethylacetat. Disse to opløsninger blev blandet og vortexblandet ved maksimal hastighed i 1 min for at danne en primær vand-i-olie-emulsion.
Indkapsling med ultralyd
Dobbeltemulsionsmetode: Den primære emulsion blev derefter blandet med 3 ml 1 % polyvinylalkoholopløsning (PVA). Denne opløsning blev sonikeret med en ultralydsprocessor UP200H (Hielscher Ultrasonics GmbH, Tyskland) ved 40 % amplitude i 2 min i kontinuerlig tilstand (100% cyklus) i et rent hætteglas, som var nedsænket i is for at bortlede varme, for at fremstille PLGA-nanopartikler med indkapslet HKSP. Opløsningen blev yderligere fortyndet til 20ml med autoklaveret vand (filtersteriliseret med 0,22µ) og omrørt i 1 h ved stuetemperatur under svagt vakuum for at fordampe ethylacetat. Opløsningen blev derefter centrifugeret for at opsamle NP, og denne proces blev gentaget to gange for at fjerne overskydende PVA. Nanopartikelpelleten blev resuspenderet i 500µl autoklaveret vand og frysetørret. De færdige nanopartikler blev opbevaret ved -20°C indtil videre brug.
Partikelstørrelse for PLGA-nanopartikler med indkapslet varmedræbt Streptococcus pneumoniae. Partikelstørrelsen i en vandig suspension af nanopartikler, målt ved dynamisk lysspredning, viser den gennemsnitlige størrelse og partiklernes Gauss-fordeling i batchen.
Kilde: Mott et al.: Intranasal administration af nanopartikelbaseret vaccine øger beskyttelsen mod S. pneumoniae. J Nanopart Res (2013) 15:1646.
Ultralydshomogenisator UIP2000hdT (2kW) med kontinuerligt omrørt batchreaktor
Ultralydsprocessorer til farmaceutiske formuleringer
Hielscher Ultrasonic har mange års erfaring med design, fremstilling, distribution og service af højtydende ultralydshomogenisatorer til lægemiddel- og fødevareindustrien.
Fremstilling af liposomer, faste lipidnanopartikler, polymere nanopartikler og cyclodextrinkomplekser af høj kvalitet er processer, hvor Hielschers ultralydssystemer anvendes med høj pålidelighed og giver produkter af overlegen kvalitet. Hielschers ultralydsapparater giver mulighed for præcis styring af alle procesparametre såsom amplitude, temperatur, tryk og sonikeringsenergi. Den intelligente software registrerer automatisk alle sonikeringsparametre (tid, dato, amplitude, nettoenergi, samlet energi, temperatur, tryk) på det indbyggede SD-kort.
- Højtydende emulgering
- Præcis styring af partikelstørrelse og indhold
- Højt indhold af aktive stoffer
- Præcis styring af procesparametre
- Hurtig proces
- Ikke-termisk, præcis temperaturstyring
- Lineær skalerbarhed
- Reproducerbarhed
- Processtandardisering / GMP
- Autoklaverbare prober og reaktorer
- CIP / SIP
Tabellen nedenfor giver en indikation af vores ultralydsapparaters omtrentlige behandlingskapacitet:
| Batchvolumen | Flowhastighed | Anbefalede apparater |
|---|---|---|
| 1 til 500mL | 10 til 200mL/min | UP100H |
| 10 til 2000mL | 20 til 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 til 20L | 0,2 til 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 til 100L | 2 til 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 til 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | højere | en klynge af UIP16000 |
Kontakt os! / Spørg os!
Ultralydshomogenisatorer med høj effekt fra laboratorieskala til pilotskala og industriel skala.
Litteratur/referencer
- Brittney Mott; Sanjay Thamake; Jamboor Vishwanatha; Harlan P. Jones (2013): Intranasal delivery of nanoparticle-based vaccine increases protection against S. pneumoniae. J Nanopart Res (2013) 15:1646.
- Zhiguo Zheng; Xingcai Zhang; Daniel Carbo; Cheryl Clark; Cherie-Ann Nathan; Yuri Lvov (2010): Sonication-assisted synthesis of polyelectrolyte-coated curcumin nanoparticles. Langmuir: the ACS Journal of Surfaces and Colloids, 01 Jun 2010, 26(11):7679-7681.
Værd at vide
Nanostrukturerede lægemiddelbærere
Lægemiddelbærere i nanostørrelse såsom nanoemulsioner, liposomer, faste lipidnanopartikler, polymere nanopartikler og nanostrukturerede lipidbærere anvendes til at formulere lægemidler med forbedrede funktionelle egenskaber såsom forbedret biotilgængelighed, øget biokompatibilitet, målrettet levering, gunstig halveringstid i blodet og meget lav eller ingen toksicitet over for sundt væv. Sonikering er en yderst effektiv teknik til at formulere forskellige former for nanoterapeutika. Læs mere om anvendelser af ultralyd i lægemiddelproduktionen!
Liposomer
Et liposom er en kugleformet vesikel med mindst ét lipid-dobbeltlag, som indkapsler kernen af hydrofobe stoffer. Både størrelsen og den hydrofobe og hydrofile karakter gør liposomer til effektive lægemiddelleveringssystemer, f.eks. liposomalt C-vitamin. Liposomers egenskaber påvirkes i væsentlig grad af lipidsammensætningen, overfladeladningen, størrelsen og fremstillingsteknikken. Klik her for at læse mere om fremstilling af liposomer med ultralyd!
Nanoemulsioner
Nanoemulsioner eller submikronemulsioner er emulsioner med en dråbestørrelse mellem 20–200nm og en snæver dråbestørrelsesfordeling. Dråberne i nanostørrelse giver flere fordele ved oral administration samt ved topikal / transdermal levering af farmaceutiske og bioaktive stoffer, f.eks. CBD-nanoemulsioner. Dråberne i nanostørrelse med deres evne til effektivt at opløse lipofile lægemidler samt den øgede absorptionshastighed gør nanoemulsioner til en ofte anvendt administrationsform til at opnå høj biotilgængelighed. Nanoemulgerede formuleringer kan også anvendes til forlænget frigivelse af lipofile eller hydrofile lægemidler.
Læs mere om fremstilling af nanoemulsioner med ultralyd!
Faste lipidnanopartikler
En fast lipidnanopartikel (SLN) er en kugleformet nanopartikel med en gennemsnitlig diameter mellem 10 og 1000 nanometer. Faste lipidnanopartikler har en fast lipidkernematrix, hvori lipofile molekyler (aktive stoffer) kan solubiliseres, så nanopartiklen fungerer som lægemiddelbærer. Lipidkernen stabiliseres af et emulgeringsmiddel eller et overfladeaktivt stof. Med anvendelser til parenteral og oral administration samt okulær, pulmonal og topikal lægemiddellevering bruges faste lipidnanopartikler til at øge behandlingseffektiviteten og reducere systemiske bivirkninger.
Læs mere om ultralydsassisteret syntese af faste lipidnanopartikler!
Nanostrukturerede lipidbærere
Ligesom faste lipidnanopartikler (SLN’er) er nanostrukturerede lipidbærere (NLC’er) en anden form for lipidbaserede nanopartikler. Nanostrukturerede lipidbærere (NLC) er modificerede faste lipidnanopartikler, der består af en blanding af faste og flydende lipider og giver forbedret stabilitet og kapacitet til optagelse af aktive stoffer.
Nanostrukturerede lipidbærere kan fremstilles ved en emulgeringsmetode med ultralyd.
Krystaller i nanostørrelse
Krystallisation og udfældning med ultralyd er en yderst effektiv måde at indkapsle stoffer med lav vandopløselighed i en belagt krystal på. Zheng et al. (2020) rapporterer om indkapsling med ultralyd af curcumin, en bioaktiv forbindelse med mange sundhedsfordele, men lav biotilgængelighed på grund af lav vandopløselighed. Forskerholdet udviklede dannelse af nanoskaller af polyelektrolytter lag for lag (LbL) til at indkapsle curcuminmolekylerne. De skriver, at “[u]i modsætning til de almindeligt anvendte emulgeringsmetoder kan vores ultralydsassisterede LbL-indkapsling opnå nanopartikler af meget mindre størrelse. For curcumin opnåede vi krystallinske nanopartikler med en gennemsnitlig størrelse på 80 nm og et ξ-potentiale på +30 mV eller -50 mV, hvilket sikrede disse nanokolloiders stabilitet i månedsvis (opbevaret i en mættet lægemiddelopløsning). Dannelse af skaller med to dobbeltlag af biokompatible polyelektrolytter muliggjorde langsom lægemiddelfrigivelse over ca. 20 timer.”
Protokollen for kernedannelse af curcumin: Curcuminpulver blev opløst i en 60 % ethanol / vand-opløsning. Efter fuldstændig opløsning af curcumin blev vandige polykationer, poly(allylaminhydrochlorid), PAH, eller biologisk nedbrydeligt protomine-sulfat (PS) tilsat. Derefter blev opløsningen sonikeret med en UIP1000, et kraftigt ultralydsapparat på 1kW fra Hielscher Ultrasonic, ved 100watt pr. mL opløsning. Under sonikeringen blev vand langsomt tilsat opløsningen. Det tilsatte vand gør opløsningsmidlet mere polært, hvilket reducerer curcumins opløselighed. Når ligevægtskoncentrationen overstiger opløselighedsgrænsen, opnås overmætning af curcumin, og krystalkernedannelsen begynder. Ved sonikering med høj effekt standses lægemiddelpartiklernes vækst i de indledende stadier.
Læs mere om udfældning og krystallisation af nanokrystaller med ultralyd!