חיסון תוך־אפי נגד S. Pneumoniae בכימוס ננומטרי באמצעות אולטרסאונד
היתרון של חיסונים נגד S. pneumoniae המכומסים בננו־חלקיקים
Mott ועמיתיו (2013) בדקו את יעילות המתן התוך־אפי של תרכיב חיסון המבוסס על ננו־חלקיקי חומצה פולי(לקטית־קו־גליקולית) בגודל 234 ± 87.5nm בהקניית הגנה מפני זיהום פנאומוקוקלי ניסויי בדרכי הנשימה. ננו־חלקיקים המכילים Streptococcus pneumoniae שהומתו בחום (NP-HKSP) נותרו בריאות 11 ימים לאחר המתן דרך האף, בהשוואה לננו־חלקיקים ריקים. חיסון באמצעות NP-HKSP יצר עמידות משמעותית לזיהום של S. pneumoniae בהשוואה למתן HKSP בלבד. ההגנה המוגברת נמצאה במתאם עם עלייה משמעותית בתגובת הציטוקין IFN-c הקשורה ל־Th1 והספציפית לאנטיגן, מצד לימפוציטים בריאות. מחקר זה מבסס את יעילותה של טכנולוגיה המבוססת על ננו־חלקיקים כגישה לא פולשנית וממוקדת לחיסון דרך האף והריאות מפני זיהומים ריאתיים.
פרוטוקול להכנה אולטרסונית של ננו־חלקיקים
ליזיס אולטרסוני
1×106 ננו־חלקיקים המכילים חיידקי Streptococcus pneumoniae שהומתו בחום (NP-HKSP) עברו ליזיס באמצעות סוניקציה בתוך 200µl של תמיסת מלח מבופרת בפוספט (PBS), ו־70 mg של חומצה פולי(לקטית־קו־גליקולית) (PLGA) הומסו ב־1 ml של אתיל אצטט. שתי התמיסות עורבבו וטופלו במערבל וורטקס במהירות המרבית במשך 1 min ליצירת תחליב ראשוני של מים בשמן.
כימוס אולטרסוני
שיטת התחליב הכפול: לאחר מכן עורבב התחליב הראשוני עם 3 ml של תמיסת פוליוויניל אלכוהול (PVA) בריכוז 1 %. תמיסה זו עברה סוניקציה באמצעות מעבד אולטרסוני UP200H (Hielscher Ultrasonics GmbH, גרמניה) במשרעת של 40 % במשך 2 min במצב רציף (מחזור של 100%), בבקבוקון זכוכית נקי הטבול בקרח לפיזור חום, להכנת ננו־חלקיקי PLGA המכילים HKSP. התמיסה דוללה עוד לנפח של 20ml באמצעות מים שעברו עיקור באוטוקלב (עיקור בסינון של 0.22µ), ועורבבה במשך 1 h בטמפרטורת החדר תחת ואקום מתון לאידוי האתיל אצטט. לאחר מכן עברה התמיסה צנטריפוגציה לאיסוף הננו־חלקיקים, ותהליך זה חזר על עצמו פעמיים להסרת עודפי PVA. משקע הננו־חלקיקים הורחף מחדש ב־500µl של מים שעברו עיקור באוטוקלב ויובש בהקפאה. הננו־חלקיקים הסופיים אוחסנו ב־-20°C עד לשימוש נוסף.
גודל החלקיקים של ננו־חלקיקי PLGA המכילים חיידקי Streptococcus pneumoniae שהומתו בחום. מדידת גודל החלקיקים בתרחיף מימי של ננו־חלקיקים באמצעות פיזור אור דינמי מציגה את הגודל הממוצע ואת ההתפלגות הגאוסיאנית של החלקיקים באצווה.
מקור: Mott ועמיתיו: מתן תוך־אפי של חיסון המבוסס על ננו־חלקיקים מגביר את ההגנה מפני S. pneumoniae. J Nanopart Res (2013) 15:1646.
הומוגנייזר אולטרסוני UIP2000hdT (2kW) עם ריאקטור מנתי בערבול רציף
מעבדים אולטרסוניים לפורמולציות פרמצבטיות
ל־Hielscher Ultrasonic ניסיון רב שנים בתכנון, בייצור, בהפצה ובשירות של הומוגנייזרים אולטרסוניים בעלי ביצועים גבוהים לתעשיות התרופות והמזון.
הכנת ליפוזומים באיכות גבוהה, ננו־חלקיקי ליפידים מוצקים, ננו־חלקיקים פולימריים וקומפלקסים של ציקלודקסטרין היא בין התהליכים שבהם נעשה שימוש במערכות האולטרסוניות של Hielscher באמינות גבוהה ועם תוצרים באיכות מעולה. המכשירים האולטרסוניים של Hielscher מאפשרים שליטה מדויקת בכל פרמטרי התהליך, כגון משרעת, טמפרטורה, לחץ ואנרגיית הסוניקציה. התוכנה החכמה מתעדת באופן אוטומטי את כל פרמטרי הסוניקציה (זמן, תאריך, משרעת, אנרגיה נטו, אנרגיה כוללת, טמפרטורה, לחץ) בכרטיס ה־SD המובנה.
- תחלוב בעל ביצועים גבוהים
- שליטה מדויקת בגודל החלקיקים ובכמות החומר המוטען
- טעינה גבוהה של חומרים פעילים
- שליטה מדויקת בפרמטרי התהליך
- תהליך מהיר
- תהליך לא תרמי, בקרת טמפרטורה מדויקת
- הגדלת קנה מידה ליניארית
- הדירות
- תקנון תהליכים / GMP
- גשושים וריאקטורים הניתנים לעיקור באוטוקלב
- CIP / SIP
הטבלה שלהלן מספקת אינדיקציה לכושר העיבוד המשוער של המכשירים האולטרסוניים שלנו:
| נפח אצווה | ספיקת זרימה | מכשירים מומלצים |
|---|---|---|
| 1 עד 500mL | 10 עד 200mL/min | UP100H |
| 10 עד 2000mL | 20 עד 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 עד 20L | 0.2 עד 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 עד 100L | 2 עד 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 עד 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | גבוהה יותר | אשכול של UIP16000 |
צרו איתנו קשר! / שאלו אותנו!
הומוגנייזרים אולטרסוניים בהספק גבוה, מקנה מידה של מעבדה ועד לקנה מידה של פיילוט וייצור תעשייתי .
ספרות ומקורות
- 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.
עובדות שכדאי לדעת
נשאי תרופות בעלי מבנה ננומטרי
נשאי תרופות בגודל ננומטרי, כגון ננו־תחליבים, ליפוזומים, ננו־חלקיקי ליפידים מוצקים, ננו־חלקיקים פולימריים ונשאי ליפידים בעלי מבנה ננומטרי, משמשים ליצירת תכשירים פרמצבטיים בעלי תכונות תפקודיות משופרות, כגון זמינות ביולוגית משופרת, תאימות ביולוגית מוגברת, העברה ממוקדת, זמן מחצית חיים רצוי בדם ורעילות נמוכה מאוד או היעדר רעילות לרקמות בריאות. סוניקציה היא טכניקה יעילה ביותר ליצירת צורות שונות של תכשירים ננו־תרפויטיים. קראו עוד על יישומים אולטרסוניים בייצור תרופות!
ליפוזומים
ליפוזום הוא שלפוחית כדורית בעלת לפחות דו־שכבה ליפידית אחת, העוטפת ליבה של חומרים הידרופוביים. הן הגודל והן האופי ההידרופובי וההידרופילי הופכים את הליפוזומים למערכות יעילות למתן תרופות, למשל ויטמין C ליפוזומלי. מאפייני הליפוזומים מושפעים במידה ניכרת מהרכב הליפידים, ממטען פני השטח, מהגודל ומשיטת ההכנה. לחצו כאן למידע נוסף על הכנה אולטרסונית של ליפוזומים!
ננו־תחליבים
ננו־תחליבים או תחליבים תת־מיקרוניים הם תחליבים בעלי גודל טיפות בטווח 20–200nm והתפלגות צרה של גודלי הטיפות. הטיפות בגודל ננומטרי מציעות כמה יתרונות למתן פומי וכן למתן מקומי / דרך העור של חומרים פרמצבטיים וחומרים בעלי פעילות ביולוגית, למשל ננו־תחליבי CBD. הטיפות בגודל ננומטרי, בעלות היכולת להמיס ביעילות תרופות ליפופיליות, יחד עם שיעור הספיגה המוגבר, הופכות ננו־תחליבים לצורת מתן נפוצה להשגת זמינות ביולוגית גבוהה. פורמולציות בתחלוב ננומטרי יכולות לשמש גם לשחרור ממושך של תרופות ליפופיליות או הידרופיליות.
קראו עוד על ייצור אולטרסוני של ננו־תחליבים!
ננו־חלקיקי ליפידים מוצקים
ננו־חלקיק ליפידי מוצק (SLN) הוא ננו־חלקיק כדורי בעל קוטר ממוצע בין 10 ל־1000 ננומטר. לננו־חלקיקי ליפידים מוצקים יש מטריצת ליבה ליפידית מוצקה שבה ניתן להמיס מולקולות ליפופיליות (חומרים פעילים), כך שהננו־חלקיק פועל כנשא תרופה. הליבה הליפידית מיוצבת באמצעות חומר מתחלֵב או חומר פעיל שטח. ננו־חלקיקי ליפידים מוצקים משמשים להגברת יעילות הטיפול ולהפחתת תופעות לוואי מערכתיות, ביישומים למתן פרנטרלי ופומי וכן למתן תרופות לעיניים, לריאות ובאופן מקומי.
קראו עוד על סינתזה של ננו־חלקיקי ליפידים מוצקים בסיוע אולטרסאונד!
נשאי ליפידים בעלי מבנה ננומטרי
בדומה לננו־חלקיקי ליפידים מוצקים (SLNs), נשאי ליפידים בעלי מבנה ננומטרי (NLCs) הם צורה נוספת של ננו־חלקיקים המבוססים על ליפידים. נשאי ליפידים בעלי מבנה ננומטרי (NLC) הם ננו־חלקיקי ליפידים מוצקים שעברו שינוי, המורכבים מתערובת של ליפידים מוצקים ונוזליים ומציעים יציבות וקיבולת טעינה משופרות.
ניתן להכין נשאי ליפידים בעלי מבנה ננומטרי באמצעות שיטת תחלוב אולטרסונית.
גבישים בגודל ננומטרי
גיבוש ושיקוע אולטרסוניים הם דרך יעילה ביותר לכמס חומרים בעלי מסיסות נמוכה במים בתוך גביש מצופה. Zheng ועמיתיו (2020) מדווחים על כימוס אולטרסוני של כורכומין, תרכובת בעלת פעילות ביולוגית ויתרונות בריאותיים רבים, אך בעלת זמינות ביולוגית נמוכה עקב מסיסות נמוכה במים. צוות המחקר פיתח יצירה של ננו־מעטפת פוליאלקטרוליטית בשיטת שכבה אחר שכבה (LbL) לכימוס מולקולות הכורכומין. הם מציינים כי ״[u]בניגוד לשיטות התחלוב הנפוצות, הכימוס שלנו בשיטת LbL בסיוע אולטרסאונד יכול להשיג ננו־חלקיקים בגודל קטן בהרבה. עבור כורכומין, קיבלנו ננו־חלקיקים גבישיים בגודל ממוצע של 80 nm ובעלי פוטנציאל ξ של +30 mV או -50 mV, שהבטיח את יציבותם של ננו־קולואידים אלה במשך חודשים (בהחזקה בתמיסת תרופה רוויה). יצירת מעטפות בעלות שתי דו־שכבות של פוליאלקטרוליטים בעלי תאימות ביולוגית אפשרה שחרור איטי של התרופה במשך כ־20 שעות.״
פרוטוקול ההתגרענות של כורכומין: אבקת כורכומין הומסה בתמיסת אתנול / מים בריכוז 60 %. לאחר המסה מלאה של הכורכומין, נוספו פוליקטיונים בתמיסה מימית, פולי(אלילאמין הידרוכלוריד), PAH, או פרוטומין סולפט המתפרק ביולוגית, (PS). לאחר מכן עברה התמיסה סוניקציה באמצעות UIP1000, מכשיר אולטרסוני רב־עוצמה בהספק 1kW מתוצרת Hielscher Ultrasonic, ב־100watts לכל mL של תמיסה. במהלך הסוניקציה נוספו מים לתמיסה באיטיות. עקב הוספת המים, הממס נעשה קוטבי יותר, והדבר מפחית את מסיסות הכורכומין. כאשר ריכוז שיווי המשקל עולה על סף המסיסות, מתקבל רוויון־יתר של כורכומין ומתחילה התגרענות גבישים. תחת סוניקציה בהספק גבוה, גדילת חלקיקי התרופה נעצרת בשלבים הראשוניים.
קראו עוד על שיקוע וגיבוש אולטרסוניים של ננו־גבישים!