Fremstilling af biologisk nedbrydelige nanosfærer

Biologisk nedbrydelige mikro- og nanosfærer kan fremstilles i en kontinuerlig, kontakt- og kontaminationsfri proces, der let kan gennemføres under sterile forhold.

Indledning

Biologisk nedbrydelige mikro- og nanosfærer (MS, NS) fremstillet af poly(lactide-coglycolide) (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 er forbundet med vanskeligheder ved opskalering under sterile forhold. Her præsenterer vi en ny og elegant metode til fremstilling af PLGA-nanosfærer i en kontinuerlig, kontakt- og kontaminationsfri proces, der let kan gennemføres under sterile forhold. Under hele fremstillingsprocessen er produktet kun i direkte kontakt med sterile glas- og Teflon®-rør. Processen kan gennemføres i et lukket system for at forhindre enhver kontamination fra omgivelserne.

Skematisk illustration af opstillingen til kontaminationsfri syntese af nanopartikler ved hjælp af Hielschers kontaktfri gennemstrømningscelle Dmini til sonikering

Metode til kontaktfri fremstilling af nanosfærer med ultralyd

PLGA50:50-nanopartikler (Resomer® RG503H, Boehringer Ingelheim) blev fremstillet ved hjælp af en modificeret proces med ekstraktion/fordampning af opløsningsmiddel. PLGA opløst i dichlormethan (2 eller 5%) blev dispergeret i en vandig 0,5% (w/w) PVA-opløsning ved hjælp af den nye forsøgsopstilling, som omfattede en kontaktfri gennemstrømningscelle Dmini til sonikering. Den grove O/W-dispersion blev først forblandet med en magnetomrører og derefter homogeniseret i den kontaktfri ultralydsgennemstrømningscelle Dmini (flowhastighederne for O- og W-faserne var i forholdet 1:8). De nanodråber af PLGA og opløsningsmiddel, der først blev dannet, størknede gradvist under passagen gennem rørene og blev til PLGA-nanopartikler. Den endelige hærdning af partiklerne blev opnået i et større volumen 0,5% PVA-opløsning.

Kontaktfri ultralydsgennemstrømningscelle Dmini til kontaminationsfri syntese af nanopartikler

Resultater

Nanopartikler med en gennemsnitlig diameter på 485 nm blev let fremstillet af en 2% PLGA-opløsning i DCM ved en sonikeringseffekt på 32W (tab. 1). Størrelsesfordelingen var unimodal med en svag haledannelse. (Fig. 3A). Nanopartiklernes størrelser spændte fra 175 til 755 nm ifølge 10- og 90%-percentilerne. Fremstillingsprocessens repeterbarhed var gennemgående god, hvilket afspejledes i kun små variationer i den gennemsnitlige partikeldiameter. Reduktion af Tabel 1. Gennemsnitlig diameter af PLGA50:50-nanosfærer fremstillet under forskellige betingelser. Gennemsnit af to batcher ± absolut afvigelse.[/caption]

Til sidst blev det mere hydrofile PLGA erstattet med det mere hydrofobe PLA med lavere molekylvægt uden mærkbare ændringer i partiklernes gennemsnitlige størrelse og størrelsesfordeling. Der blev ikke observeret forskelle i morfologien mellem de forskellige batcher af partikler fremstillet af 2% polymeropløsninger. De havde alle perfekt sfærisk form og glatte overflader (fig. 3B). Partiklerne fremstillet af 5% PLGA-opløsningen var imidlertid mindre sfæriske, havde let rynkede overflader og udviste sammenvoksninger af to eller undertiden flere partikler (fig. 3C).

Fig. 3: PLGA-nanopartikler. (A): Størrelsesfordeling af partikler fremstillet ved en 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 = 14s; sonikeringseffekt = 32W. Skalabjælkerne repræsenterer 1 mikrometer.
(Undersøgelse og billeder: © Freitas et al., 2006)

Diskussion og konklusion

Ultralydsgennemstrømningscellen viste sig at være velegnet til fremstilling af biologisk nedbrydelige polymere nanosfærer baseret på emulsion og ekstraktion/fordampning af opløsningsmiddel. Fremtidig forskning vil fokusere på at opskalere processen og øge den tilførte effekt for at opnå endnu finere emulsioner. Desuden vil cellens egnethed til fremstilling af vand-i-olie-emulsioner, f.eks. til videre forarbejdning til mikrosfærer med lægemidler, blive undersøgt.

Litteratur

• Freitas, S.; Hielscher, G.; Merkle, H. P.; Gander, B.: A Fast and Simple Method for Producing Biodegradable Nanospheres, in: European Cells and Materials Vol. 7. Suppl. 2, 2004 (page 28). This study was presented at the Swiss Society of Biomaterials.