כימוס אולטרסוני של פפטידי GLP-1 בליפוזומים: טכנולוגיה הניתנת להגדלת היקף הייצור למתן פפטידים דרך הפה

סמגלוטייד ופפטידי GLP-1 אחרים משנים את הטיפול בסוכרת ובהשמנה, אך רוב התרופות הפפטידיות עדיין מחייבות זריקות, משום שמתן דרך הפה נותר מאתגר ביותר. אפילו סמגלוטייד מאושר למתן דרך הפה מציג זמינות ביולוגית הנמוכה מ-1%, מה שמגדיל את המינון הנדרש ואת העלות. כימוס פפטידי GLP-1 בליפוזומים יכול להתגבר על מגבלות אלה. גלו כיצד הכנת ליפוזומים באמצעות אולטרסאונד מסייעת ביצירת ליפוזומים טעונים בפפטידי GLP-1 בבתי מרקחת להכנות רוקחיות ובייצור תרופות.

פפטידי GLP-1 ליפוזומליים

אגוניסטים לקולטן GLP-1, כגון סמגלוטייד, ופפטידים אינקרטיניים מהדור הבא, כגון טירזפטייד, חוללו מהפכה בטיפול בסוכרת מסוג 2 ובהשמנה. עם זאת, מבחינת פיתוח פורמולציות וייצור, חומרים פעילים תרופתיים אלה עדיין מתאפיינים במגבלה הקלאסית של תרופות פפטידיות: הם רגישים, מתפרקים בקלות וקשה להעבירם דרך מערכת העיכול.
לכן רוב פפטידי GLP-1 עדיין ניתנים בהזרקה, אף שמתן דרך הפה היה מפחית באופן דרמטי את החסמים בפני מטופלים. מתן דרך הפה משפר בדרך כלל את הנוחות, את ההיענות לטיפול ואת הנכונות להתחיל בטיפול מוקדם יותר – במיוחד במחלות כרוניות.
עם זאת, מתן פפטידים דרך הפה נותר אחד האתגרים הקשים ביותר במדעי הרוקחות. אפילו תכשירי סמגלוטייד מאושרים למתן דרך הפה מציגים זמינות ביולוגית נמוכה מאוד, המחייבת מינונים גבוהים ואסטרטגיות מוקפדות לפיתוח פורמולציות.

אחת הגישות הטכנולוגיות המבטיחות ביותר להתגברות על מגבלות אלה היא כימוס ליפוזומלי בשילוב עיבוד אולטרסוני בעוצמה גבוהה. ליפוזומים מגינים על חומרים פעילים תרופתיים פפטידיים, משפרים את יציבות הפיזור, וניתן לתכנן אותם בטווחי גודל ננומטריים הרלוונטיים לחדירה דרך ריר ולאינטראקציה עם המעי. סוניקציה מספקת שיטה הניתנת להגדלת היקף הייצור ולשחזור לייצור ליפוזומים אלה בנפחים הרלוונטיים לתעשייה.

מדוע ליפוזומים הם פלטפורמה יעילה לפפטידי GLP-1

ליפוזומים הם שלפוחיות הנוצרות מדו-שכבות פוספוליפידיות, הדומות בהרכבן לממברנות ביולוגיות. הודות לכך הם בעלי תאימות ביולוגית מעצם טבעם ומתאימים היטב לפיתוח תרופות. ליפוזומים הם אפשרות אטרקטיבית לתרופות פפטידיות משום שהם יכולים להגן פיזית על החומר הפעיל התרופתי ולספק מבנה פורמולציה שניתן להתאים לביצועי המתן.
בהקשר של פפטידי GLP-1, האתגר המרכזי אינו רק הגנה על הפפטיד מפני חומצה ואנזימים, אלא גם לאפשר ספיגה משמעותית דרך מחסום המעי. זוהי בעיה רב-רובדית הכוללת pH, פירוק אנזימטי, מעבר דרך ריר, חדירות האפיתל ומנגנוני הובלה.
הספרות המדעית תומכת יותר ויותר ברעיון שנשאים המבוססים על שלפוחיות יכולים לשפר את יציבות הפפטידים ואת האינטראקציה שלהם עם מערכות המעי.

מדוע סמגלוטייד מעניין במיוחד לכימוס ליפוזומלי

סמגלוטייד אינו רק פפטיד – הוא פפטיד הכולל שינוי מבני מובנה בצורת זנב ליפידי. זו סיבה מרכזית לכך שהוא מתנהג במערכות ליפידיות באופן שונה מחומרים פעילים תרופתיים פפטידיים רבים אחרים.
פפטידי GLP-1 כגון סמגלוטייד וטירזפטייד נטענים בשלפוחיות באמצעות החדרת הזנב הליפידי לממברנת השלפוחית.
מבחינה הנדסית, הדבר חשוב משום שהוא מצביע על כך שסמגלוטייד תואם מבחינה מבנית לדו-שכבות ליפידיות, כלומר ייתכן שניתן להשיג קישור יציב וטעינה משמעותית ללא שינוי כימי מופרז.
אותו היגיון חל גם על חומרים פעילים תרופתיים פפטידיים אחרים שעברו ליפידציה ועל מצומדי פפטיד-תרופה.

המציאות בייצור: ייצור ליפוזומים חייב להיות ניתן לשחזור ולהגדלת היקף

כימוס בליפוזומים אינו קשה במעבדה. הקושי האמיתי מתחיל כאשר יש לייצר פורמולציה באופן הניתן לשחזור ובהיקף נרחב.
 
ייצור תעשייתי של ליפוזומים מחייב בקרה על:

• התפלגות גודל הליפוזומים
• פולידיספרסיות
• יעילות הכימוס
• יציבות הפיזור
• הדירות בין אצוות
• תאימות לעיבוד סטרילי
• תיקוף התהליך ותיעודו

שיטות נפוצות רבות להכנת ליפוזומים (ערבול בוורטקס, הידרציה פשוטה, אקסטרוזיה ידנית) יכולות להניב תוצאות טובות בקנה מידה מעבדתי – אך הן נכשלות במעבר לנפחי פיילוט או ייצור.
כאן הופך העיבוד האולטרסוני לטכנולוגיית מפתח המאפשרת את המעבר.

יצירת ליפוזומים בשיטת אידוי הפוך באמצעות סוניקציה

כימוס בליפוזומים באמצעות אולטרסאונד: העיקרון הבסיסי

אולטרסאונד בעוצמה גבוהה מחדיר אנרגיה מכנית לנוזל באמצעות קוויטציה אקוסטית. קוויטציה היא היווצרות וקריסה של בועות מיקרוסקופיות, היוצרות כוחות גזירה מקומיים והשפעות של ערבוב בקנה מידה מיקרוסקופי.

בפיזורי ליפידים, כוחות אלה:

• יוצרים מיקרו־תחליבים כדי להתחיל את היווצרות הליפוזומים
• מפרקים צברי ליפידים גדולים
• מפחיתים מבנים רב־שכבתיים
• יוצרים שלפוחיות קטנות ואחידות יותר
• משפרים את ההומוגניזציה
• מגבירים את ההדירות של הפיזור הסופי

לפיכך, עיבוד אולטרסוני נמצא בשימוש נרחב בייצור ננו־חומרים, בתחלוב ובפיזור – והוא מתאים מאוד להקטנת ליפוזומים לגודל ננומטרי.
עבור ליפוזומים המכילים פפטידי GLP-1, ניתן להשתמש באולטרסאונד ליצירת ליפוזומים ישירות במהלך ההידרציה והפיזור, או כשלב עיבוד המשך לכוונון גודל השלפוחיות ולשיפור אחידותן.

מדוע אולטרסאונד מועיל במיוחד לייצור ליפוזומים לתרופות

הסיבה החשובה ביותר לשימוש התעשייתי באולטרסאונד היא שניתן להגדיל את קנה המידה שלו באמצעות שליטה בפרמטר תהליך מדיד: אנרגיה ליחידת נפח.
במקום להגדיל את קנה המידה באמצעות "יותר ערבוב" או "עיבוד ממושך יותר", מערכות אולטרסוניות מאפשרות להגדיל את קנה המידה של התהליך באמצעות:

• הגדלת ההספק האולטרסוני
• הגדלת ספיקת הזרימה
• שמירה על אותה תשומת אנרגיה לכל mL
• שימוש בריאקטורים בזרימה רציפה
• הגדלת מספר היחידות הפועלות במקביל

הדבר מקל מאוד על העברת התהליך ממחקר ופיתוח לייצור.
במונחים מעשיים, משמעות הדבר היא שניתן להעביר תהליך להכנת ליפוזומים שפותח במערכת קטנה למערכות גדולות יותר, תוך שמירה על תנאי תהליך שקולים – בדיוק כפי שנדרש בייצור תרופות.

ההשפעה על פפטידי GLP-1: לקראת זמינות ביולוגית טובה יותר במתן פומי

מתן פומי הוא היעד לטווח הארוך של פורמולציות רבות של פפטידי GLP-1. הסיבה פשוטה: אם הזמינות הביולוגית במתן פומי משתפרת, הטיפול כולו נעשה קל יותר למטופלים.
החומר שהעליתם מדגיש את המגבלה הנוכחית: מתן פומי של סמגלוטייד אפשרי, אך הזמינות הביולוגית נותרת נמוכה (מתחת ל־1%).

כימוס בליפוזומים אינו מבטיח זמינות ביולוגית גבוהה במתן פומי, אך הוא נותן מענה לכמה צווארי בקבוק קריטיים בו־זמנית:

1. הוא יכול להגן פיזית על הפפטיד מפני פירוק.
2. הוא יכול ליצור נשאים ננומטריים שתכונותיהם מותאמות לחדירה דרך ריר.
3. ניתן להקנות לו תפקודיות באמצעות ליגנדים על פני השטח לצורך מנגנוני הובלה פעילה.
4. הוא יכול לשפר את העקביות ואת ההדירות של צורת החומר הפעיל המסופקת.

בייחוד עבור סמגלוטייד, ההיקשרות לממברנה באמצעות הזנב הליפידי מספקת מנגנון נוסף שעשוי לייצב את הפפטיד במערכות ליפידיות.

עיבוד אולטרסוני מאפשר ייצור תעשייתי רציף של ליפוזומים

בייצור תעשייתי, לעיתים קרובות מעדיפים עיבוד רציף משום שהוא משפר את:

• התפוקה
• ההדירות
• בקרת התהליך
• ההשתלבות בתהליכי עבודה של ייצור סטרילי

מערכות אולטרסוניות בזרימה מתאימות לכך באופן אידיאלי. פיזור הליפוזומים נשאב דרך תא זרימה נתון ללחץ, שבו מופעל אולטרסאונד בתנאים מבוקרים. ניתן לשלוט בטמפרטורה, בלחץ ובזמן השהייה, והדבר חיוני לפורמולציות של פפטידים.
כך מתאפשרים תהליכי עבודה להקטנה לגודל ננומטרי ולכימוס שניתן להגדיל את קנה המידה שלהם, ואשר קרובים הרבה יותר לעמידה בדרישות GMP מאשר שיטות רבות המיועדות למעבדה בלבד.

Hielscher Ultrasonics: מערכות בקנה מידה מעבדתי עד תעשייתי לכימוס בליפוזומים

Hielscher Ultrasonics מספקת מערכות אולטרסוניות התואמות את מסלול הפיתוח בפועל של פורמולציות פפטידים ליפוזומליות.
בקנה מידה מעבדתי, UP400St נמצא בשימוש נרחב לסינון פורמולציות, לפיתוח תהליכים ולהכנת ליפוזומים בקנה מידה של הכנות רוקחיות.
בקנה מידה ייצורי, UIP2000hdT ו-UIP4000hdT מיועדים למחזורי עבודה תעשייתיים וניתן לשלבם עם תאי סוניקציה בזרימה לצורך עיבוד רציף.

שילוב זה רלוונטי במיוחד לייצור ליפוזומים לתרופות, משום שהוא תומך ב:

• הדירות התהליך
• הגדלה ליניארית של קנה המידה
• ייצור בזרימה רציפה
• עיבוד אולטרסוני בהספק גבוה בתנאים מבוקרים

הטבלה שלהלן נותנת מושג על כושר העיבוד המשוער של המכשירים האולטרסוניים שלנו:

תכנון, ייצור וייעוץ – איכות תוצרת גרמניה

המכשירים האולטרסוניים של Hielscher ידועים בסטנדרטים הגבוהים ביותר של איכות ותכנון. עמידות ותפעול פשוט מאפשרים שילוב חלק של המכשירים האולטרסוניים שלנו במתקנים תעשייתיים. המכשירים האולטרסוניים של Hielscher מתמודדים בקלות עם תנאים קשים וסביבות תובעניות.

Hielscher Ultrasonics היא חברה בעלת הסמכת ISO, והיא שמה דגש מיוחד על מכשירים אולטרסוניים בעלי ביצועים גבוהים המשלבים טכנולוגיה מתקדמת ביותר וידידותיות למשתמש. כמובן, המכשירים האולטרסוניים של Hielscher תואמים לדרישות CE ועומדים בדרישות UL, CSA ו-RoHs.