Παραγωγή βιοαποικοδομήσιμων νανοσφαιρών

Οι βιοαποικοδομήσιμες μικροσφαίρες και νανοσφαίρες μπορούν να παραχθούν με μια συνεχή διαδικασία χωρίς επαφή και χωρίς επιμόλυνση, η οποία μπορεί εύκολα να διεξαχθεί υπό στείρες συνθήκες.

Εισαγωγή

Οι βιοαποικοδομήσιμες μικροσφαίρες και νανοσφαίρες (MS, NS) από poly(lactide-coglycolide) (PLGA) ή άλλα υλικά αποτελούν ιδιαίτερα αποτελεσματικά συστήματα χορήγησης φαρμάκων και αντιγόνων, με εγγενή δυνατότητα στοχευμένης χορήγησης φαρμάκων και αντιγόνων. Οι σημερινές μέθοδοι παραγωγής νανοσφαιρών PLGA είναι τυπικές διαδικασίες κατά παρτίδες και παρουσιάζουν δυσκολίες κατά την αύξηση της κλίμακας παραγωγής υπό στείρες συνθήκες. Εδώ παρουσιάζουμε μια νέα και κομψή μέθοδο παραγωγής νανοσφαιρών PLGA με μια συνεχή διαδικασία χωρίς επαφή και χωρίς επιμόλυνση, η οποία μπορεί εύκολα να διεξαχθεί υπό στείρες συνθήκες. Καθ’ όλη τη διαδικασία παραγωγής, το προϊόν έρχεται σε άμεση επαφή μόνο με στείρους σωλήνες από γυαλί και Teflon®. Η διαδικασία μπορεί να διεξαχθεί σε κλειστό σύστημα για την αποτροπή οποιασδήποτε περιβαλλοντικής επιμόλυνσης.

Σχηματική απεικόνιση της διάταξης για τη σύνθεση νανοσωματιδίων χωρίς επιμόλυνση με χρήση της κυψελίδας ροής Dmini της Hielscher για κατεργασία με υπερήχους χωρίς επαφή

Μέθοδος παραγωγής νανοσφαιρών με υπερήχους χωρίς επαφή

Τα νανοσωματίδια PLGA50:50 (Resomer® RG503H, Boehringer Ingelheim) παρήχθησαν με μια τροποποιημένη διαδικασία εκχύλισης/εξάτμισης διαλύτη. Το PLGA, διαλυμένο σε διχλωρομεθάνιο (2 ή 5%), διασπάρθηκε σε υδατικό διάλυμα PVA 0,5% (w/w) με τη βοήθεια της νέας πειραματικής διάταξης, η οποία περιλαμβάνει μια κυψελίδα συνεχούς ροής Dmini για κατεργασία με υπερήχους χωρίς επαφή. Η αδρή διασπορά O/W προαναμίχθηκε αρχικά με μαγνητικό αναδευτήρα και στη συνέχεια ομογενοποιήθηκε στην κυψελίδα συνεχούς ροής υπερήχων Dmini χωρίς επαφή (οι παροχές των φάσεων O και W ήταν σε αναλογία 1:8). Τα νανοσταγονίδια PLGA-διαλύτη που σχηματίστηκαν αρχικά στερεοποιήθηκαν σταδιακά κατά τη διέλευσή τους από τους σωλήνες, σχηματίζοντας νανοσωματίδια PLGA. Η τελική σκλήρυνση των σωματιδίων επιτεύχθηκε σε μεγαλύτερο όγκο διαλύματος PVA 0,5%.

Κυψελίδα ροής υπερήχων Dmini χωρίς επαφή για σύνθεση νανοσωματιδίων χωρίς επιμόλυνση

Αποτελέσματα

Νανοσωματίδια με μέση διάμετρο 485 nm παρασκευάστηκαν εύκολα από διάλυμα PLGA 2% σε DCM με ισχύ κατεργασίας με υπερήχους 32W (Πίν. 1). Η κατανομή μεγέθους ήταν μονοτροπική με ελαφρά ουρά (Εικ. 3A). Τα μεγέθη των νανοσωματιδίων κυμαίνονταν από 175 έως 755 nm σύμφωνα με τα εκατοστημόρια 10 και 90%. Η επαναληψιμότητα της διαδικασίας παραγωγής ήταν σταθερά καλή, όπως αποτυπώνεται στην ελάχιστη μόνο μεταβλητότητα της μέσης διαμέτρου των σωματιδίων. Η μείωση Πίνακας 1. Μέση διάμετρος νανοσφαιρών PLGA50:50 που παρασκευάστηκαν υπό διαφορετικές συνθήκες. Μέση τιμή δύο παρτίδων ± απόλυτη απόκλιση.[/caption]

Τέλος, το περισσότερο υδρόφιλο PLGA αντικαταστάθηκε από το περισσότερο υδρόφοβο PLA χαμηλότερου μοριακού βάρους, χωρίς αξιοσημείωτες αλλαγές στο μέσο μέγεθος και στην κατανομή μεγέθους των σωματιδίων. Δεν παρατηρήθηκαν διαφορές στη μορφολογία των διαφορετικών παρτίδων σωματιδίων που παρασκευάστηκαν από διαλύματα πολυμερούς 2%. Όλα παρουσίαζαν απόλυτα σφαιρικά σχήματα και λείες επιφάνειες (Εικ. 3B). Ωστόσο, τα σωματίδια που παρασκευάστηκαν από το διάλυμα PLGA 5% ήταν λιγότερο σφαιρικά, παρουσίαζαν ελαφρώς ρυτιδωμένες επιφάνειες και συντήξεις δύο ή, ορισμένες φορές, περισσότερων σωματιδίων (Εικ. 3C).

Εικ. 3: Νανοσωματίδια PLGA. (A): Κατανομή μεγέθους σωματιδίων που παρασκευάστηκαν με συγκέντρωση πολυμερούς/ ισχύ κατεργασίας με υπερήχους 2%/ 32W, 5%/ 32W και 2%/ 25W%· χρόνος παραμονής = 14 s. (B),(C): Εικόνες SEM σωματιδίων που παρασκευάστηκαν από διαλύματα πολυμερούς 2 και 5%, αντίστοιχα. Χρόνος παραμονής = 14s· ισχύς κατεργασίας με υπερήχους = 32W. Οι γραμμές κλίμακας αντιστοιχούν σε 1 μικρόμετρο.
(Μελέτη και εικόνες: © Freitas et al., 2006)

Συζήτηση και συμπέρασμα

Διαπιστώθηκε ότι η κυψελίδα συνεχούς ροής υπερήχων είναι ιδιαίτερα κατάλληλη για την παραγωγή βιοαποικοδομήσιμων πολυμερικών νανοσφαιρών με μέθοδο που βασίζεται στη γαλακτωματοποίηση και την εκχύλιση/εξάτμιση διαλύτη. Η μελλοντική έρευνα θα επικεντρωθεί στην αύξηση της κλίμακας της διαδικασίας και της εισερχόμενης ισχύος, ώστε να παραχθούν ακόμη λεπτόκοκκα γαλακτώματα. Επιπλέον, θα μελετηθεί η καταλληλότητα της κυψελίδας για την παρασκευή γαλακτωμάτων νερού σε έλαιο, π.χ. για περαιτέρω επεξεργασία προς μικροσφαίρες φορτωμένες με φάρμακα.

Βιβλιογραφία

• 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.