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Vaccin intranasal nano-encapsulé contre S. Pneumoniae par ultrasons

Les vecteurs de médicaments à base de nanoparticules constituent une technologie en évolution, qui permet de formuler des systèmes de délivrance de vaccins offrant un taux de protection élevé contre diverses maladies. L’émulsification et l’encapsulation par ultrasons constituent une méthode très efficace pour préparer des vecteurs de médicaments nano-structurés chargés tels que les nanoparticules, les nanoparticules lipidiques solides, les vecteurs de médicaments polymériques et les liposomes.

Avantage des vaccins contre S. pneumoniae encapsulés dans des nanoparticules

L'ultrasonicateur UP200St dans une cuve agitée pour l'émulsification des réactifsMott et al. (2013) ont déterminé l’efficacité de la délivrance intranasale d’un vaccin construit à partir de nanoparticules d’acide poly(lactique-co-glycolique) de 234 ± 87,5nm pour établir une protection contre une infection pneumococcique respiratoire expérimentale. Les nanoparticules encapsulant Streptococcus pneumoniae inactivé par la chaleur (NP-HKSP) ont été retenues dans les poumons 11 jours après l’administration nasale par rapport aux NP vides. L’immunisation par NP-HKSP a produit une résistance significative contre l’infection à S. pneumoniae par rapport à l’administration de HKSP seul. L’augmentation de la protection était corrélée à une augmentation significative de la réponse cytokinique IFN-c associée aux Th1 et spécifique de l’antigène par les lymphocytes pulmonaires. Cette étude établit l’efficacité de la technologie à base de NP comme approche non invasive et ciblée pour l’immunisation naso-pulmonaire contre les infections pulmonaires.

Protocole de préparation de nanoparticules par ultrasons

Lyse par ultrasons

1×106 nanoparticules encapsulant Streptococcus pneumoniae inactivé par la chaleur (NP-HKSP) ont été lysées par sonication dans 200 µl de solution saline tamponnée au phosphate (PBS), et 70 mg d’acide poly(lactique-co-glycolique) (PLGA) ont été dissous dans 1 ml d’acétate d’éthyle. Ces deux solutions ont été mélangées et agitées au vortex à vitesse maximale pendant 1 min pour former une émulsion primaire eau-dans-huile.

Encapsulation par ultrasons

Méthode de la double émulsion : l’émulsion primaire a ensuite été mélangée à 3 ml d’une solution d’alcool polyvinylique (PVA) à 1 %. Cette solution a été soniquée à l’aide d’un processeur à ultrasons UP200H (Hielscher Ultrasonics GmbH, Allemagne) à 40 % d’amplitude pendant 2 min en mode continu (cycle 100 %), dans un flacon en verre propre immergé dans la glace pour la dissipation de la chaleur, afin de préparer des nanoparticules de PLGA encapsulant les HKSP. La solution a ensuite été diluée à 20 ml avec de l’eau autoclavée (stérilisée par filtration à 0,22µ) et agitée pendant 1 h à température ambiante sous vide léger pour évaporer l’acétate d’éthyle. La solution a ensuite été centrifugée pour recueillir les NP, et ce processus a été répété deux fois afin d’éliminer l’excès de PVA. Le culot de nanoparticules a été remis en suspension dans 500 µl d’eau autoclavée et lyophilisé. Les nanoparticules finales ont été conservées à -20 °C jusqu’à leur utilisation ultérieure.

Mesure de la taille des particules de nanoparticules chargées de Streptococcus pneumoniae inactivé par la chaleur préparées par ultrasons.

Taille des particules de nanoparticules de PLGA encapsulant Streptococcus pneumoniae inactivé par la chaleur. La taille des particules d’une suspension aqueuse de nanoparticules mesurée par diffusion dynamique de la lumière montre la taille moyenne et la distribution gaussienne des particules dans le lot.
Source : Mott et al. : Intranasal delivery of nanoparticle-based vaccine increases protection against S. pneumoniae. J Nanopart Res (2013) 15:1646.

Processeur à ultrasons UIP2000hdT (2kW) avec réacteur discontinu agité

Homogénéisateur à ultrasons UIP2000hdT (2kW) avec réacteur discontinu à agitation continue

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Processeurs à ultrasons pour formulations pharmaceutiques

Hielscher Ultrasonic possède une longue expérience dans la conception, la fabrication, la distribution et l’entretien d’homogénéisateurs à ultrasons haute performance pour l’industrie pharmaceutique et alimentaire.
La préparation de liposomes, de nanoparticules lipidiques solides, de nanoparticules polymériques et de complexes de cyclodextrine de haute qualité sont des procédés pour lesquels les systèmes à ultrasons Hielscher sont utilisés avec une grande fiabilité et un résultat d’une qualité supérieure. Les ultrasonicateurs Hielscher permettent un contrôle précis de tous les paramètres du procédé, tels que l’amplitude, la température, la pression et l’énergie de sonication. Le logiciel intelligent enregistre automatiquement tous les paramètres de sonication (heure, date, amplitude, énergie nette, énergie totale, température, pression) sur la carte SD intégrée.

L’avantage de la préparation de nanoparticules de PLGA par ultrasons

  • Émulsification haute performance
  • Contrôle précis de la taille des particules et de la charge
  • Charge élevée en substances actives
  • Contrôle précis des paramètres du procédé
  • Procédé rapide
  • Contrôle non thermique et précis de la température
  • Évolutivité linéaire
  • Reproductibilité
  • Standardisation du procédé / BPF
  • Sondes et réacteurs autoclavables
  • CIP / SIP

Le tableau ci-dessous vous donne une indication de la capacité de traitement approximative de nos ultrasonicateurs :

Volume du lot Débit Appareils recommandés
1 à 500 mL 10 à 200 mL/min UP100H
10 à 2000 mL 20 à 400 mL/min UP200Ht, UP400St
0,1 à 20 L 0,2 à 4 L/min UIP2000hdT
10 à 100 L 2 à 10 L/min UIP4000hdT
n.a. 10 à 100 L/min UIP16000
n.a. supérieur grappe de UIP16000

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Hielscher Ultrasonics fabrique des homogénéisateurs à ultrasons haute performance pour la dispersion, l'émulsification et l'extraction cellulaire.

Homogénéisateurs à ultrasons haute puissance, du laboratoire à l’échelle pilote et industrielle.



Faits intéressants à connaître

Vecteurs de médicaments nano-structurés

Les vecteurs de médicaments de taille nanométrique tels que les nano-émulsions, les liposomes, les nanoparticules lipidiques solides, les nanoparticules polymériques et les vecteurs lipidiques nano-structurés sont utilisés pour formuler des produits pharmaceutiques dotés de fonctionnalités améliorées telles qu’une meilleure biodisponibilité, une biocompatibilité accrue, une délivrance ciblée, une demi-vie sanguine favorable et une toxicité très faible ou nulle pour les tissus sains. La sonication est une technique très efficace pour formuler diverses formes de nanothérapeutiques. En savoir plus sur les applications ultrasonores dans la production pharmaceutique !

Liposomes

Un liposome est une vésicule de forme sphérique possédant au moins une bicouche lipidique, qui encapsule le cœur de substances hydrophobes. La taille ainsi que le caractère hydrophobe et hydrophile font des liposomes de puissants systèmes de délivrance de médicaments, par exemple la vitamine C liposomale. Les caractéristiques des liposomes sont fortement influencées par la composition lipidique, la charge de surface, la taille et la technique de préparation. Cliquez ici pour en savoir plus sur la préparation de liposomes par ultrasons !

Nano-émulsions

Les nanoémulsions ou émulsions submicroniques sont des émulsions dont la taille des gouttelettes est comprise entre 20-200nm et dont la distribution des gouttelettes est étroite. Les gouttelettes de taille nanométrique offrent plusieurs avantages pour l’administration orale ainsi que pour la délivrance topique / transdermique de substances pharmaceutiques et bioactives, par exemple les nanoémulsions de CBD. Les gouttelettes de taille nanométrique, avec leur capacité à dissoudre efficacement les médicaments lipophiles ainsi que le taux d’absorption amélioré, font des nano-émulsions une forme d’administration fréquemment utilisée pour une biodisponibilité élevée. Les formulations nano-émulsionnées peuvent aussi être utilisées pour une libération prolongée de médicaments lipophiles ou hydrophiles.
En savoir plus sur la production de nano-émulsions par ultrasons !

Nanoparticules lipidiques solides

Une nanoparticule lipidique solide (SLN) est une nanoparticule sphérique d’un diamètre moyen compris entre 10 et 1000 nanomètres. Les nanoparticules lipidiques solides possèdent une matrice centrale lipidique solide dans laquelle des molécules lipophiles (substances actives) peuvent être solubilisées de sorte que la nanoparticule agit comme un vecteur de médicaments. Le cœur lipidique est stabilisé par un agent émulsifiant ou un tensioactif. Avec des applications pour l’administration parentérale et orale ainsi que pour la délivrance oculaire, pulmonaire et topique de médicaments, les nanoparticules lipidiques solides sont utilisées pour améliorer l’efficacité du traitement et réduire les effets secondaires systémiques.
En savoir plus sur la synthèse assistée par ultrasons de nanoparticules lipidiques solides !

Vecteurs lipidiques nano-structurés

Comme les nanoparticules lipidiques solides (SLN), les vecteurs lipidiques nano-structurés (NLC) sont une autre forme de nanoparticules à base de lipides. Les vecteurs lipidiques nano-structurés (NLC) sont des nanoparticules lipidiques solides modifiées constituées d’un mélange de lipides solides et liquides et offrent une stabilité et une capacité de charge améliorées.
Les vecteurs lipidiques nano-structurés peuvent être préparés par la méthode d’émulsion par ultrasons.

Cristaux de taille nanométrique

La cristallisation et la précipitation par ultrasons constituent un moyen très efficace d’encapsuler des substances à faible solubilité dans l’eau dans un cristal enrobé. Zheng et al. (2020) rapportent l’encapsulation par ultrasons de la curcumine, un composé bioactif aux nombreux bienfaits pour la santé, mais à faible biodisponibilité en raison de sa faible solubilité dans l’eau. L’équipe de recherche a développé une formation de nanocoque polyélectrolyte couche par couche (LbL) pour encapsuler les molécules de curcumine. Ils déclarent que « [C]ontrairement aux méthodes d’émulsification couramment utilisées, notre encapsulation LbL assistée par ultrasons permet d’obtenir des nanoparticules de taille bien plus petite. Pour la curcumine, nous avons obtenu des nanoparticules cristallines d’une taille moyenne de 80 nm et un potentiel ξ de +30 mV ou -50 mV, ce qui a assuré la stabilité de ces nanocolloïdes pendant des mois (conservés dans une solution de médicament saturée). La formation de coques à deux bicouches de polyélectrolytes biocompatibles a permis une libération lente du médicament pendant environ 20 heures. »
Le protocole de nucléation de la curcumine : la poudre de curcumine a été dissoute dans une solution éthanol / eau à 60 %. Après dissolution complète de la curcumine, des polycations aqueux, le poly(chlorhydrate d’allylamine), PAH, ou du sulfate de protomine biodégradable (PS) ont été ajoutés . Ensuite, la solution a été soniquée avec un UIP1000, un puissant ulötrasonicateur de 1kW de Hielscher Ultrasonic, à 100watts par mL de solution. Pendant l’ultrasonication, de l’eau a été ajoutée lentement à la solution. En raison de l’eau ajoutée, le solvant devient plus polaire, ce qui réduit la solubilité de la curcumine. Lorsque la concentration d’équilibre dépasse le seuil de solubilité, une sursaturation de la curcumine est obtenue et la nucléation des cristaux commence. Sous ultrasonication de haute puissance, la croissance des particules de médicament est arrêtée aux stades initiaux.
En savoir plus sur la précipitation et la cristallisation par ultrasons de nano-cristaux !

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