Produktion af biologisk nedbrydelige nanosfærer

Bionedbrydelige mikro- og nanosfærer kan produceres i en kontinuerlig, kontakt- og kontamineringsfri proces, der let kan køres under sterile forhold.

Indførelsen

Biologisk nedbrydelige mikro- og nanosfærer (MS, NS) fremstillet af poly(lactid-coglycolid) (PLGA) eller andre materialer er meget effektive systemer til levering af lægemidler og antigener med et iboende potentiale for målrettet levering af lægemidler og antigener. De nuværende metoder til fremstilling af PLGA-NS er typiske batchprocesser og har problemer med opskalering under sterile betingelser. Her præsenterer vi en ny og elegant metode til fremstilling af PLGA-nanosfærer i en kontinuerlig, kontakt- og kontamineringsfri proces, der let kan udføres under sterile betingelser. Under hele fremstillingsprocessen er produktet kun i direkte kontakt med sterile glas- og Teflon®-rør. Processen kan køres i et lukket system for at forhindre enhver forurening fra omgivelserne.

Oversigt over opsætningen til en kontamineringsfri syntese af nanopartikler ved hjælp af Hielschers berøringsfri sonikerings-flowcelle Dmini

Fremgangsmåde til kontaktfri fremstilling af nanokugler ved hjælp af ultralyd

PLGA 50:50-nanopartikler (Resomer® RG503H, Boehringer Ingelheim) blev fremstillet ved hjælp af en modificeret opløsningsmiddelekstraktions- og fordampningsproces. PLGA opløst i dichlormethan (2 eller 5 %) blev dispergeret i en vandig 0,5 % (w/w) PVA-opløsning ved hjælp af det nye eksperimentelle setup, der involverede en kontaktfri gennemstrømningscelle til ultralydsbehandling, Dmini. Den grove O/W-dispersion blev først forblandet med en magnetomrører og derefter homogeniseret i den kontaktfri gennemstrømnings-ultralydscelle Dmini (gennemstrømningshastighederne for O- og W-faserne var 1:8). De oprindeligt dannede PLGA-opløsningsmiddel-nanodråber størknede gradvist under passagen gennem rørene og blev til PLGA-nanopartikler. Den endelige hærdning af partiklerne fandt sted i et større volumen af 0,5 % PVA-opløsning.

Ultralydsbaseret, berøringsfri flowcelle Dmini til kontamineringsfri syntese af nanopartikler

Resultater

Nanopartikler med en gennemsnitlig diameter på 485 nm blev let fremstillet fra en 2% PLGA-opløsning i DCM ved 32W sonikeringseffekt (Tab. 1). Størrelsesfordelingen var monomodal med en let hale (Fig. 3A). Nanopartikelstørrelser strakte sig fra 175 til 755 nm i henhold til 10 og 90 % percentilerne. Repeterbarheden af produktionsprocessen var konsekvent god, hvilket afspejles i kun mindre variationer i den gennemsnitlige partikeldiameter. Sænkning af Tabel 1. Gennemsnitsdiameter for PLGA50:50-nanosfærer fremstillet under forskellige betingelser. Gennemsnit af to batcher ± absolut afvigelse.[/caption]

Endelig blev den mere hydrofile PLGA udskiftet med den mere hydrofobe og lavere molekylvægt PLA uden mærkbare ændringer i partikelgennemsnitsstørrelse og størrelsesfordeling. Der blev ikke observeret forskelle i morfologien af de forskellige partier af partikler fremstillet af 2% polymeropløsninger. De udviste alle perfekt sfæriske former og glatte overflader (fig. 3B). Partiklerne fremstillet af 5% PLGA-opløsningen var imidlertid mindre sfæriske, viste let rynkede overflader og fusioner af to eller nogle gange flere partikler (fig. 3C).

Fig. 3: PLGA nanopartikler. (A): Størrelsesfordeling af partikler fremstillet ved polymerkoncentration / sonikeringseffekt på 2% / 32W, 5% / 32W og 2% / 25W%; opholdstid = 14 s. (B),(C): SEM-billeder af partikler fremstillet af henholdsvis 2 og 5% polymeropløsninger. Opholdstid = 14 sek.; sonikeringseffekt = 32W. Søjler repræsenterer 1 mikron.
(Studie og billeder: © Freitas et al., 2006)

Diskussion og konklusion

Det blev konstateret, at ultralyds-gennemstrømningscellen var velegnet til fremstilling af biologisk nedbrydelige polymere nanosfærer ved hjælp af emulsions-opløsningsmiddelekstraktion og -fordampning. Fremtidig forskning vil fokusere på at opskalere processen og øge effektindgangen for at opnå endnu finere emulsioner. Derudover vil cellens egnethed til fremstilling af vand-i-olie-emulsioner, f.eks. til videreforarbejdning til lægemiddelbelastede mikrosfærer, blive undersøgt.

Litteratur