Biohajoavien nanopallojen valmistus

Biohajoavia mikro- ja nanopalloja voidaan valmistaa jatkuvatoimisella, kosketuksettomalla ja kontaminaatiottomalla prosessilla, joka voidaan helposti toteuttaa steriileissä olosuhteissa.

Johdanto

Poly(lactide-coglycolide)-polymeeristä (PLGA) tai muista materiaaleista valmistetut biohajoavat mikro- ja nanopallot (MS, NS) ovat erittäin tehokkaita lääkkeiden ja antigeenien kuljetusjärjestelmiä, joilla on luontainen potentiaali lääkkeiden ja antigeenien kohdentamiseen. Nykyiset PLGA-nanopallojen valmistusmenetelmät ovat tyypillisiä eräprosesseja, joiden skaalaaminen suurempaan mittakaavaan steriileissä olosuhteissa on vaikeaa. Tässä esittelemme uuden ja elegantin menetelmän PLGA-nanopallojen valmistamiseen jatkuvatoimisella, kosketuksettomalla ja kontaminaatiottomalla prosessilla, joka voidaan helposti toteuttaa steriileissä olosuhteissa. Koko valmistusprosessin ajan tuote on suorassa kosketuksessa ainoastaan steriilin lasin ja Teflon®-putkien kanssa. Prosessi voidaan toteuttaa suljetussa järjestelmässä ympäristöstä tulevan kontaminaation estämiseksi.

Kaavio laitteistosta nanopartikkelien kontaminaatiottomaan synteesiin Hielscherin kosketuksettomalla ultraäänikäsittelyn Dmini-virtauskennolla

Menetelmä nanopallojen kosketuksettomaan valmistukseen ultraäänellä

PLGA50:50-nanopartikkeleita (Resomer® RG503H, Boehringer Ingelheim) valmistettiin muokatulla liuotinuutto-/haihdutusprosessilla. Dikloorimetaaniin liuotettu PLGA (2 tai 5 %) dispergoitiin 0,5 %:n (w/w) PVA-vesiliuokseen uudella koejärjestelyllä, johon kuului kosketukseton läpivirtaava ultraäänikäsittelyn Dmini-kenno. Karkea O/W-dispersio esisekoitettiin ensin magneettisekoittimella ja homogenisoitiin sitten kosketuksettomassa läpivirtaavassa ultraääni-Dmini-kennossa (O- ja W-faasien tilavuusvirrat olivat 1:8). Aluksi muodostuneet PLGA-liuottimen nanopisarat kiinteytyivät vähitellen kulkiessaan putkissa ja muuttuivat PLGA-nanopartikkeleiksi. Partikkelien lopullinen kovettuminen saavutettiin suuremmassa tilavuudessa 0,5 %:n PVA-liuosta.

Kosketukseton ultraäänivirtauskenno Dmini nanopartikkelien kontaminaatiottomaan synteesiin

Tulokset

Nanopartikkeleita, joiden keskimääräinen halkaisija oli 485 nm, valmistettiin helposti 2 %:n PLGA-liuoksesta DCM:ssä 32 W:n ultraäänikäsittelyteholla (taul. 1). Kokojakauma oli yksihuippuinen, ja siinä oli lievä häntä. (kuva 3A). Nanopartikkelien koot vaihtelivat 175–755 nm:n välillä 10 ja 90 %:n persentiilien mukaan. Valmistusprosessin toistettavuus oli johdonmukaisesti hyvä, mikä ilmeni vain vähäisenä vaihteluna partikkelien keskimääräisessä halkaisijassa. Pienentäminen Taulukko 1. Eri olosuhteissa valmistettujen PLGA50:50-nanopallojen keskimääräinen halkaisija. Kahden erän keskiarvo ± absoluuttinen poikkeama.[/caption]

Lopuksi hydrofiilisempi PLGA korvattiin hydrofobisemmalla ja molekyylipainoltaan pienemmällä PLA:lla ilman havaittavia muutoksia partikkelien keskimääräisessä koossa tai kokojakaumassa. Eri partikkelierien morfologiassa ei havaittu eroja, kun ne valmistettiin 2 %:n polymeeriliuoksista. Kaikki partikkelit olivat täysin pallomaisia ja pinnaltaan sileitä (kuva 3B). Sen sijaan 5 %:n PLGA-liuoksesta valmistetut partikkelit olivat vähemmän pallomaisia, niiden pinnat olivat hieman ryppyisiä ja niissä esiintyi kahden tai toisinaan useamman partikkelin yhteen sulautumista (kuva 3C).

Kuva 3: PLGA-nanopartikkelit. (A): Partikkelien kokojakauma, kun valmistuksessa käytetty polymeeripitoisuus / ultraäänikäsittelyteho oli 2 % / 32 W, 5 % / 32 W ja 2 % / 25W%; viipymäaika = 14 s. (B),(C): SEM-kuvat partikkeleista, jotka valmistettiin vastaavasti 2 ja 5 %:n polymeeriliuoksista. Viipymäaika = 14 s; ultraäänikäsittelyteho = 32 W. Mittakaavajanat vastaavat 1 mikrometriä.
(Tutkimus ja kuvat: © Freitas et al., 2006)

Pohdinta ja johtopäätökset

Läpivirtaavan ultraäänikennon todettiin soveltuvan hyvin biohajoavien polymeerinanopallojen valmistukseen emulsion liuotinuuttoon/haihdutukseen perustuvalla menetelmällä. Tuleva tutkimus kohdistuu prosessin skaalaamiseen suurempaan mittakaavaan ja syötetyn tehon lisäämiseen entistä hienojakoisempien emulsioiden aikaansaamiseksi. Lisäksi tutkitaan kennon soveltuvuutta vesi öljyssä -emulsioiden valmistukseen esimerkiksi jatkojalostusta varten lääkettä sisältäviksi mikropalloiksi.

Kirjallisuus

• 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.