Vacuna intranasal nanoencapsulada contra S. Pneumoniae con ultrasonidos

Los portadores de fármacos basados en nanopartículas son una tecnología en evolución, que permite formular sistemas de administración de vacunas con un alto índice de protección contra diversas enfermedades. La emulsificación y encapsulación por ultrasonidos es un método muy eficaz para preparar portadores de fármacos nanoestructurados cargados, como nanopartículas, nanopartículas de lípidos sólidos, portadores de fármacos poliméricos y liposomas.

Ventajas de las vacunas contra S. pneumoniae encapsuladas en nanopartículas

El ultrasonicador UP200St en un recipiente agitado para la emulsificación de reactivosMott et al. (2013) determinaron la eficacia de la administración intranasal de un constructo de vacuna de nanopartículas de ácido poli-láctico-co-glicólico de 234 ± 87,5 nm para establecer la protección contra la infección neumocócica respiratoria experimental. Las nanopartículas que encapsulan Streptococcus pneumoniae muerto por calor (NP-HKSP) se retuvieron en los pulmones 11 días después de la administración nasal en comparación con las NP vacías. La inmunización con NP-HKSP produjo una resistencia significativa frente a S. pneumoniae en comparación con la administración de HKSP sola. La mayor protección se correlacionó con un aumento significativo de la respuesta de citocinas IFN-c asociadas a Th1 específicas del antígeno por parte de los linfocitos pulmonares. Este estudio establece la eficacia de la tecnología basada en NP como un enfoque no invasivo y dirigido para la inmunización nasal-pulmonar contra las infecciones pulmonares.

Protocolo de preparación de nanopartículas por ultrasonidos

lisis ultrasónica

1×106 nanopartículas que encapsulan células muertas por calor Streptococcus pneumoniae (NP-HKSP) se lisaron por sonicación en 200µl de solución salina tamponada con fosfato (PBS), y se disolvieron 70 mg de ácido poli-láctico-co-glicólico (PLGA) en 1 ml de acetato de etilo. Estas dos soluciones se mezclaron y se agitaron en vórtex a velocidad máxima durante 1 minuto para formar una emulsión primaria de agua en aceite.

encapsulación ultrasónica

Método de doble emulsión: La emulsión primaria se mezcló a continuación con 3 ml de solución de alcohol polivinílico (PVA) al 1 %. Esta solución se sonicó utilizando un procesador ultrasónico UP200H (Hielscher Ultrasonics GmbH, Alemania) al 40% de amplitud durante 2 min en modo continuo (ciclo del 100%), en un vial de vidrio limpio sumergido en hielo para disipar el calor, para preparar HKSP encapsulando nanopartículas de PLGA. La solución se diluyó a 20 ml con agua esterilizada en autoclave (filtro de 0,22 µ esterilizado) y se agitó durante 1 h a temperatura ambiente bajo vacío suave para evaporar el acetato de etilo. A continuación, la solución se centrifugó para recoger las NPs, y este proceso se repitió dos veces para eliminar el exceso de PVA. El precipitado de nanopartículas se resuspendió en 500µl de agua esterilizada en autoclave y se liofilizó. Las nanopartículas finales se almacenaron a -20°C hasta su uso posterior.

Medición del tamaño parcial de nanopartículas cargadas de Streptococcus pneumoniae muertas por calor y preparadas por ultrasonidos.

Tamaño de las partículas Streptococcus pneumoniae-nanopartículas de PLGA encapsuladas. El tamaño de partícula de una suspensión acuosa de nanopartículas medido mediante dispersión dinámica de la luz muestra el tamaño medio y la distribución gaussiana de las partículas del lote.
Fuente: Mott et al: La administración intranasal de una vacuna basada en nanopartículas aumenta la protección contra S. pneumoniae. J Nanopart Res (2013) 15:1646.

Procesador ultrasónico UIP2000hdT (2 kW) con reactor discontinuo agitado

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Procesadores ultrasónicos para formulaciones farmacéuticas

Hielscher Ultrasonic cuenta con una larga experiencia en el diseño, fabricación, distribución y servicio de homogeneizadores ultrasónicos de alto rendimiento para la industria farmacéutica y alimentaria.
La preparación de liposomas de alta calidad, nanopartículas lipídicas sólidas, nanopartículas poliméricas y complejos de ciclodextrina son procesos en los que los sistemas de ultrasonidos de Hielscher se utilizan con gran fiabilidad y resultados de calidad superior. Los ultrasonidos de Hielscher permiten un control preciso de todos los parámetros del proceso, como la amplitud, la temperatura, la presión y la energía de sonicación. El software inteligente registra automáticamente todos los parámetros de sonicación (hora, fecha, amplitud, energía neta, energía total, temperatura, presión) en la tarjeta SD integrada.

Ventajas de la preparación ultrasónica de nanopartículas de PLGA

  • Emulsificación de alto rendimiento
  • Control exacto del tamaño y la carga de las partículas
  • Alta carga de sustancias activas
  • Control exacto de los parámetros del proceso
  • Proceso rápido
  • Control no térmico y preciso de la temperatura
  • escalabilidad lineal
  • reproducibilidad
  • Normalización de procesos / BPF
  • Sondas y reactores autoclavables
  • CIP / SIP

En la siguiente tabla encontrará algunas indicaciones sobre la capacidad de procesamiento aproximada de nuestros sonicadores:

Volumen del loteTasa de flujoDispositivos recomendados
1 a 500 mL10 a 200 mL/min.UP100H
10 a 2000 mL20 a 400 mL/min.UP200Ht, UP400St
0,1 a 20 L0,2 a 4 L/minUIP2000hdT
10 a 100 L2 a 10 L/minUIP4000hdT
n.a.10 a 100 L/minUIP16000
n.a.mayorGrupo de UIP16000

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Información interesante

portadores de fármacos nanoestructurados

Los nanotransportadores de fármacos, como las nanoemulsiones, los liposomas, las nanopartículas de lípidos sólidos, las nanopartículas poliméricas y los transportadores lipídicos nanoestructurados, se utilizan para formular fármacos con funcionalidades mejoradas, como una mayor biodisponibilidad, una mayor biocompatibilidad, una administración dirigida, una semivida sanguínea favorable y una toxicidad muy baja o nula para los tejidos sanos. La ultrasonicación es una técnica muy eficaz para formular diversas formas de nanoterapéuticos. Más información sobre las aplicaciones de los ultrasonidos en la producción farmacéutica.

liposomas

Un liposoma es una vesícula de forma esférica con al menos una bicapa lipídica, que encapsula el núcleo de sustancias hidrófobas. Tanto el tamaño como el carácter hidrófobo e hidrófilo convierten a los liposomas en potentes sistemas de administración de fármacos, por ejemplo, la vitamina C liposomal. Las características de los liposomas se ven influidas sustancialmente por la composición lipídica, la carga superficial, el tamaño y la técnica de preparación. Haga clic aquí para obtener más información sobre la preparación ultrasónica de liposomas.

Nanoemulsiones

Las nanoemulsiones o emulsiones submicrónicas son emulsiones con un tamaño de gota de entre 20-200 nm y una distribución de gota estrecha. Las gotas nanométricas ofrecen varias ventajas para la administración oral, así como para la administración tópica / transdérmica de sustancias farmacéuticas y bioactivas, por ejemplo, las nanoemulsiones de CBD. Las gotitas de tamaño nanométrico, con su capacidad para disolver eficazmente fármacos lipofílicos, así como la mayor tasa de absorción, hacen de las nanoemulsiones una forma de administración frecuentemente utilizada para lograr una elevada biodisponibilidad. Las formulaciones nanoemulsionadas también pueden utilizarse para la liberación prolongada de fármacos lipofílicos o hidrofílicos.
Más información sobre la producción ultrasónica de nanoemulsiones.

nanopartículas de lípidos sólidos

Una nanopartícula lipídica sólida (SLN) es una nanopartícula esférica con un diámetro medio de entre 10 y 1000 nanómetros. Las nanopartículas lipídicas sólidas tienen una matriz central lipídica sólida en la que se pueden solubilizar moléculas lipofílicas (sustancias activas) para que la nanopartícula actúe como portadora del fármaco. El núcleo lipídico se estabiliza mediante un agente emulsionante o tensioactivo. Las nanopartículas de lípidos sólidos se utilizan para mejorar la eficacia de los tratamientos y reducir los efectos secundarios sistémicos, con aplicaciones para la administración parenteral y oral, así como para la administración ocular, pulmonar y tópica de fármacos.
Más información sobre la síntesis asistida por ultrasonidos de nanopartículas de lípidos sólidos.

Portadores lipídicos nanoestructurados

Al igual que las nanopartículas lipídicas sólidas (SLN), los portadores lipídicos nanoestructurados (NLC) son otra forma de nanopartículas basadas en lípidos. Los portadores lipídicos nanoestructurados (NLC) son nanopartículas lipídicas sólidas modificadas que consisten en una mezcla de lípidos sólidos y líquidos y ofrecen una mayor estabilidad y capacidad de carga.
Los portadores lipídicos nanoestructurados pueden prepararse mediante el método de emulsión ultrasónica.

Cristales nanométricos

La cristalización y precipitación por ultrasonidos es una forma muy potente de encapsular sustancias poco solubles en agua en un cristal recubierto. Zheng et al. (2020) informan de la encapsulación ultrasónica de curcumina, un compuesto bioactivo con muchos beneficios para la salud, pero escasa biodisponibilidad debido a su baja solubilidad en agua. El equipo de investigación desarrolló una formación de nanoshell de capa por capa (LbL) de polielectrolito para encapsular las moléculas de curcumina. Afirman que "[a] diferencia de los métodos de emulsión utilizados habitualmente, nuestra encapsulación LbL asistida por ultrasonidos puede lograr nanopartículas de tamaño mucho menor. En el caso de la curcumina, obtuvimos nanopartículas cristalinas con un tamaño medio de 80 nm, y ξ-potencial de +30 mV o -50 mV, lo que garantizó la estabilidad de estos nanocoloides durante meses (mantenidos en solución saturada del fármaco). La formación de conchas con dos bicapas de polielectrolitos biocompatibles permitió la liberación lenta del fármaco durante unas 20 horas."
El protocolo de nucleación de la curcumina: La curcumina en polvo se disolvió en una solución de etanol / agua al 60 %. Tras la disolución completa de la curcumina, se añadieron policationes acuosos, clorhidrato de poli(alilamina), PAH, o sulfato de protomina biodegradable, (PS). A continuación, la solución se sometió a ultrasonidos con un UIP1000, un potente ultrasonicador de 1 kW de Hielscher Ultrasonic, a 100 vatios por mL de solución. Durante la ultrasonicación, se añadió lentamente agua a la solución. Debido al agua añadida, el disolvente se vuelve más polar, lo que reduce la solubilidad de la curcumina. Cuando la concentración de equilibrio supera el umbral de solubilidad, se produce la sobresaturación de la curcumina y comienza la nucleación de cristales. Bajo ultrasonidos de alta potencia, el crecimiento de las partículas del fármaco se detiene en las fases iniciales.
Más información sobre la precipitación y cristalización de nanocristales por ultrasonidos.

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