Ultraäänellä nanokapseloitu intranasaalinen rokote S. Pneumoniae -bakteeria vastaan
Nanopartikkeleihin kapseloitujen S. pneumoniae -rokotteiden etu
Mott ym. (2013) selvittivät, kuinka tehokkaasti intranasaalisesti annettu, kooltaan 234 ± 87,5nm:n polylaktidi-ko-glykolidi-nanopartikkeleihin perustuva rokoterakenne tuotti suojan kokeellista hengitysteiden pneumokokki-infektiota vastaan. Kuumentamalla tapettuja Streptococcus pneumoniae -bakteereja kapseloivat nanopartikkelit (NP-HKSP) säilyivät keuhkoissa 11 päivää nenän kautta antamisen jälkeen verrattuna tyhjiin nanopartikkeleihin. Immunisointi NP-HKSP:llä tuotti merkittävän vastustuskyvyn S. pneumoniae -infektiota vastaan verrattuna pelkän HKSP:n antamiseen. Lisääntynyt suoja korreloi keuhkolymfosyyttien antigeenispesifisen, Th1-soluihin liittyvän IFN-c-sytokiinivasteen merkittävän lisääntymisen kanssa. Tämä tutkimus osoittaa nanopartikkeleihin perustuvan teknologian tehokkuuden ei-invasiivisena ja kohdennettuna menetelmänä nenän ja keuhkojen kautta toteutettavassa immunisoinnissa keuhkoinfektioita vastaan.
Nanopartikkelien ultraäänivalmistuksen protokolla
Ultraäänilyysi
1×106 nanopartikkelia, jotka kapseloivat kuumentamalla tapettuja Streptococcus pneumoniae -bakteereja (NP-HKSP), hajotettiin ultraäänikäsittelyllä 200µl:ssa fosfaattipuskuroitua suolaliuosta (PBS), ja 70 mg polylaktidi-ko-glykolidia (PLGA) liuotettiin 1 ml:aan etyyliasetaattia. Nämä kaksi liuosta yhdistettiin ja sekoitettiin vortex-sekoittimella suurimmalla nopeudella 1 min ajan primaarisen vesi öljyssä -emulsion muodostamiseksi.
Ultraäänikapselointi
Kaksoisemulsiomenetelmä: Primaarinen emulsio sekoitettiin tämän jälkeen 3 ml:aan 1 %:n polyvinyylialkoholiliuosta (PVA). Tämä liuos käsiteltiin ultraäänellä käyttäen ultraääniprosessoria UP200H (Hielscher Ultrasonics GmbH, Saksa) 40 %:n amplitudilla 2 min ajan jatkuvassa toimintatilassa (100%:n käyttöjakso), puhtaassa lasipullossa, joka oli upotettu jäähän lämmön poistamiseksi, HKSP:tä kapseloivien PLGA-nanopartikkelien valmistamiseksi. Liuos laimennettiin edelleen 20ml:aan autoklavoidulla vedellä (steriloitu 0,22µ:n suodattimella) ja sitä sekoitettiin 1 h ajan huoneenlämpötilassa lievässä alipaineessa etyyliasetaatin haihduttamiseksi. Liuos sentrifugoitiin sitten nanopartikkelien keräämiseksi, ja tämä vaihe toistettiin kahdesti ylimääräisen PVA:n poistamiseksi. Nanopartikkelipelletti suspendoitiin uudelleen 500µl:aan autoklavoitua vettä ja kylmäkuivattiin. Lopulliset nanopartikkelit säilytettiin -20°C:ssa myöhempään käyttöön asti.
Kuumentamalla tapettuja Streptococcus pneumoniae -bakteereja kapseloivien PLGA-nanopartikkelien hiukkaskoko. Nanopartikkelien vesisuspension dynaamisella valonsironnalla mitattu hiukkaskoko osoittaa erän hiukkasten keskimääräisen koon ja Gaussin jakauman.
Lähde: Mott ym.: Nanopartikkeleihin perustuvan rokotteen intranasaalinen anto lisää suojaa seuraavaa bakteeria vastaan: S. pneumoniae. J Nanopart Res (2013) 15:1646.
Ultraäänihomogenisaattori UIP2000hdT (2kW) jatkuvasti sekoitetulla panosreaktorilla
Ultraääniprosessorit lääkevalmisteiden valmistukseen
Hielscher Ultrasonicilla on pitkä kokemus tehokkaiden ultraäänihomogenisaattorien suunnittelusta, valmistuksesta, jakelusta ja huollosta lääke- ja elintarviketeollisuudelle.
Korkealaatuisten liposomien, kiinteiden lipidinanopartikkelien, polymeeristen nanopartikkelien ja syklodekstriinikompleksien valmistuksessa Hielscherin ultraäänijärjestelmät tarjoavat suuren luotettavuuden ja erinomaisen lopputuotteen laadun. Hielscherin ultraäänilaitteet mahdollistavat kaikkien prosessiparametrien, kuten amplitudin, lämpötilan, paineen ja ultraäänikäsittelyn energian, tarkan hallinnan. Älykäs ohjelmisto tallentaa automaattisesti kaikki ultraäänikäsittelyn parametrit (aika, päivämäärä, amplitudi, nettoenergia, kokonaisenergia, lämpötila, paine) sisäänrakennetulle SD-kortille.
- Tehokas emulgointi
- Hiukkaskoon ja latauksen tarkka hallinta
- Suuri vaikuttavien aineiden lataus
- Prosessiparametrien tarkka hallinta
- Nopea prosessi
- Ei-terminen prosessi, tarkka lämpötilan hallinta
- Lineaarinen skaalautuvuus
- Toistettavuus
- Prosessin standardointi / GMP
- Autoklavoitavat anturit ja reaktorit
- CIP / SIP
Alla oleva taulukko antaa käsityksen ultraäänilaitteidemme likimääräisestä käsittelykapasiteetista:
| Erätilavuus | Tilavuusvirta | Suositellut laitteet |
|---|---|---|
| 1–500mL | 10–200mL/min | UP100H |
| 10–2 000mL | 20–400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1–20L | 0,2–4L/min | UIP2000hdT |
| 10–100L | 2–10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10–100L/min | UIP16000 |
| n.a. | suurempi | laiteryhmä: UIP16000 |
Ota yhteyttä! / Kysy meiltä!
Suuritehoiset ultraäänihomogenisaattorit laboratoriomittakaavasta aina pilottimittakaavaan ja teolliseen mittakaavaan.
Kirjallisuus ja lähteet
- 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.
Hyödyllistä tietoa
Nanorakenteiset lääkeaineen kantajat
Nanokokoisia lääkeaineen kantajia, kuten nanoemulsioita, liposomeja, kiinteitä lipidinanopartikkeleja, polymeerisiä nanopartikkeleja ja nanorakenteisia lipidikantajia, käytetään valmistamaan lääkkeitä, joiden toiminnallisia ominaisuuksia on parannettu. Tällaisia ominaisuuksia ovat esimerkiksi parempi biologinen hyötyosuus, suurempi bioyhteensopivuus, kohdennettu kuljetus, suotuisa puoliintumisaika veressä sekä erittäin vähäinen tai olematon toksisuus terveille kudoksille. Ultraäänikäsittely on erittäin tehokas menetelmä erilaisten nanoterapeuttisten valmisteiden valmistamiseen. Lue lisää ultraäänen sovelluksista lääkkeiden valmistuksessa!
Liposomit
Liposomi on pallomainen rakkula, jossa on vähintään yksi lipidikaksoiskerros, joka kapseloi hydrofobisista aineista koostuvan ytimen. Sekä koko että hydrofobinen ja hydrofiilinen luonne tekevät liposomeista tehokkaita lääkeaineiden kuljetusjärjestelmiä, joista esimerkkinä on liposomaalinen C-vitamiini. Liposomien ominaisuuksiin vaikuttavat merkittävästi lipidikoostumus, pintavaraus, koko ja valmistusmenetelmä. Napsauta tästä ja lue lisää liposomien valmistamisesta ultraäänellä!
Nanoemulsiot
Nanoemulsiot eli submikroniemulsiot ovat emulsioita, joiden pisarakoko on 20–200nm ja pisarakokojakauma kapea. Nanokokoiset pisarat tarjoavat useita etuja sekä suun kautta annettaessa että lääkeaineiden ja bioaktiivisten aineiden paikallisessa / ihon läpi tapahtuvassa annossa, esimerkiksi CBD-nanoemulsioissa. Nanokokoisten pisaroiden kyky liuottaa tehokkaasti lipofiilisiä lääkeaineita sekä parantunut imeytymisnopeus tekevät nanoemulsioista usein käytetyn antomuodon suuren biologisen hyötyosuuden saavuttamiseksi. Nanoemulgoituja valmisteita voidaan käyttää myös lipofiilisten tai hydrofiilisten lääkeaineiden pitkitettyyn vapautumiseen.
Lue lisää nanoemulsioiden valmistamisesta ultraäänellä!
Kiinteät lipidinanopartikkelit
Kiinteä lipidinanopartikkeli (SLN) on pallomainen nanopartikkeli, jonka keskimääräinen halkaisija on 10–1 000 nanometriä. Kiinteillä lipidinanopartikkeleilla on kiinteä lipidiydinmatriisi, johon lipofiilisiä molekyylejä (vaikuttavia aineita) voidaan liuottaa siten, että nanopartikkeli toimii lääkeaineen kantajana. Lipidiydin stabiloidaan emulgointiaineella tai pinta-aktiivisella aineella. Kiinteitä lipidinanopartikkeleja käytetään hoidon tehokkuuden parantamiseen ja systeemisten haittavaikutusten vähentämiseen parenteraalisessa ja suun kautta tapahtuvassa annossa sekä silmiin, keuhkoihin ja paikallisesti tapahtuvassa lääkeaineiden annossa.
Lue lisää kiinteiden lipidinanopartikkelien ultraääniavusteisesta synteesistä!
Nanorakenteiset lipidikantajat
Kiinteiden lipidinanopartikkelien (SLN) tavoin nanorakenteiset lipidikantajat (NLC) ovat lipidipohjaisten nanopartikkelien toinen muoto. Nanorakenteiset lipidikantajat (NLC) ovat muokattuja kiinteitä lipidinanopartikkeleja, jotka koostuvat kiinteiden ja nestemäisten lipidien seoksesta ja tarjoavat paremman stabiiliuden ja latauskapasiteetin.
Nanorakenteisia lipidikantajia voidaan valmistaa ultraääniemulsiomenetelmällä.
Nanokokoiset kiteet
Ultraäänikiteytys ja -saostus on erittäin tehokas tapa kapseloida huonosti vesiliukoisia aineita päällystettyyn kiteeseen. Zheng ym. (2020) raportoivat kurkumiinin ultraäänikapseloinnista. Kurkumiini on bioaktiivinen yhdiste, jolla on monia terveyshyötyjä mutta huono biologinen hyötyosuus vähäisen vesiliukoisuuden vuoksi. Tutkimusryhmä kehitti polyelektrolyyttisen nanokuoren muodostamisen kerros kerrokselta (LbL) kurkumiinimolekyylien kapseloimiseksi. He toteavat, että ”[u]toisin kuin yleisesti käytetyillä emulsiomenetelmillä, ultraääniavusteisella LbL-kapseloinnillamme voidaan saada aikaan paljon pienempiä nanopartikkeleja. Kurkumiinista saimme kiteisiä nanopartikkeleja, joiden keskimääräinen koko oli 80 nm ja ξ-potentiaali +30 mV tai -50 mV, mikä varmisti näiden nanokolloidien stabiiliuden kuukausiksi (säilytettyinä kyllästetyssä lääkeaineliuoksessa). Kuorten muodostaminen kahdesta bioyhteensopivien polyelektrolyyttien kaksoiskerroksesta mahdollisti lääkeaineen hitaan vapautumisen noin 20 tunnin ajan.”
Kurkumiinin ydintymisprotokolla: Kurkumiinijauhe liuotettiin 60 %:n etanoli-vesiliuokseen. Kun kurkumiini oli liuennut kokonaan, lisättiin vesiliuoksessa olevia polykationeja, poly(allyyliamiinihydrokloridia), PAH:ta, tai biohajoavaa protomiinisulfaattia (PS). Tämän jälkeen liuos käsiteltiin ultraäänellä käyttäen Hielscher Ultrasonic -yhtiön tehokasta 1kW:n ultraäänilaitetta UIP1000 teholla 100 wattia liuoksen mL:aa kohti. Ultraäänikäsittelyn aikana liuokseen lisättiin hitaasti vettä. Lisätyn veden vuoksi liuotin muuttuu polaarisemmaksi, mikä vähentää kurkumiinin liukoisuutta. Kun tasapainopitoisuus ylittää liukoisuusrajan, kurkumiinista tulee ylikylläistä ja kiteiden ydintyminen alkaa. Suuritehoisessa ultraäänikäsittelyssä lääkeainehiukkasten kasvu pysäytetään alkuvaiheessa.
Lue lisää nanokiteiden ultraäänisaostuksesta ja -kiteytyksestä!