Production de nanosphères biodégradables

Les microsphères et nanosphères biodégradables peuvent être produites par un procédé continu, sans contact et sans contamination, qui peut facilement être mis en œuvre dans des conditions stériles.

Introduction

Les microsphères et nanosphères biodégradables (MS, NS) constituées de poly(lactide-co-glycolide) (PLGA) ou d’autres matériaux sont des systèmes très performants d’administration de médicaments et d’antigènes, offrant un potentiel intrinsèque pour leur ciblage. Les méthodes actuelles de production de NS de PLGA sont généralement des procédés par lots et présentent des difficultés de mise à l’échelle dans des conditions stériles. Nous présentons ici une méthode nouvelle et élégante permettant de produire des nanosphères de PLGA par un procédé continu, sans contact et sans contamination, qui peut facilement être mis en œuvre dans des conditions stériles. Pendant tout le procédé de fabrication, le produit n’est en contact direct qu’avec du verre stérile et des tubes en Teflon®. Le procédé peut être mis en œuvre dans un système fermé pour prévenir toute contamination provenant de l’environnement.

Schéma du montage pour la synthèse de nanoparticules sans contamination à l’aide de la cellule à circulation Dmini de Hielscher pour la sonication sans contact

Méthode de production de nanosphères par ultrasons sans contact

Des nanoparticules de PLGA50:50 (Resomer® RG503H, Boehringer Ingelheim) ont été produites au moyen d’un procédé modifié d’extraction/évaporation du solvant. Le PLGA dissous dans du dichlorométhane (2 ou 5%) a été dispersé dans une solution aqueuse de PVA à 0,5% (w/w) au moyen du nouveau montage expérimental comprenant une cellule à circulation Dmini pour la sonication sans contact. La dispersion grossière O/W a d’abord été prémélangée à l’aide d’un agitateur magnétique, puis homogénéisée dans la cellule à circulation Dmini à ultrasons sans contact (les débits des phases O et W étaient dans un rapport de 1:8). Les nanogouttelettes de PLGA-solvant initialement formées se sont progressivement solidifiées pendant leur passage dans les tubes pour devenir des nanoparticules de PLGA. Le durcissement final des particules a été obtenu dans un volume plus important de solution de PVA à 0,5%.

Cellule à circulation Dmini à ultrasons sans contact pour la synthèse de nanoparticules sans contamination

Résultats

Des nanoparticules d’un diamètre moyen de 485 nm ont été facilement préparées à partir d’une solution de PLGA à 2% dans le DCM, avec une puissance de sonication de 32W (Tab. 1). La distribution des tailles était unimodale, avec une légère traîne (Fig. 3A). Les tailles des nanoparticules s’étendaient de 175 à 755 nm, selon les percentiles de 10 et 90%. La répétabilité du procédé de production était constamment bonne, comme en témoigne la faible variabilité du diamètre moyen des particules. La réduction de Tableau 1. Diamètre moyen des nanosphères de PLGA50:50 préparées dans différentes conditions. Moyenne de deux lots ± écart absolu.[/caption]

Enfin, le PLGA, plus hydrophile, a été remplacé par du PLA, plus hydrophobe et de masse moléculaire plus faible, sans changement notable de la taille moyenne des particules ni de la distribution des tailles. Aucune différence n’a été observée dans la morphologie des différents lots de particules préparées à partir de solutions de polymère à 2%. Toutes présentaient des formes parfaitement sphériques et des surfaces lisses (Fig. 3B). Les particules issues de la solution de PLGA à 5% étaient toutefois moins sphériques, présentaient des surfaces légèrement plissées et des fusions de deux particules, voire parfois davantage (Fig. 3C).

Fig. 3: Nanoparticules de PLGA. (A): Distribution des tailles des particules préparées avec une concentration de polymère/puissance de sonication de 2%/ 32W, 5%/ 32W et 2%/ 25W%; temps de séjour = 14 s. (B),(C): Images MEB de particules préparées à partir de solutions de polymère à 2 et 5%, respectivement. Temps de séjour = 14s; puissance de sonication = 32W. Les barres représentent 1 micron.
(Étude et images: © Freitas et al., 2006)

Discussion et conclusion

La cellule à circulation à ultrasons s’est révélée bien adaptée à la production de nanosphères polymériques biodégradables par un procédé d’émulsion suivi d’une extraction/évaporation du solvant. Les recherches futures porteront sur la mise à l’échelle du procédé et l’augmentation de la puissance apportée afin d’obtenir des émulsions encore plus fines. En outre, l’aptitude de la cellule à préparer des émulsions eau-dans-huile, par exemple en vue de leur transformation ultérieure en microsphères chargées en médicaments, sera étudiée.

Bibliographie

• 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.