Proizvodnja biorazgradivih nanosfera

Biorazgradive mikrosfere i nanosfere mogu se proizvoditi kontinuiranim, beskontaktnim postupkom bez kontaminacije koji se može jednostavno provoditi u sterilnim uvjetima.

Uvod

Biorazgradive mikrosfere i nanosfere (MS, NS) izrađene od polimera poly(lactide-coglycolide) (PLGA) ili drugih materijala vrlo su učinkoviti sustavi za dostavu lijekova i antigena s inherentnim potencijalom za ciljanu dostavu lijekova i antigena. Postojeće metode proizvodnje PLGA NS tipični su šaržni postupci kod kojih povećanje proizvodnog mjerila u sterilnim uvjetima predstavlja poteškoću. Ovdje predstavljamo novu i elegantnu metodu proizvodnje PLGA nanosfera kontinuiranim, beskontaktnim postupkom bez kontaminacije koji se može jednostavno provoditi u sterilnim uvjetima. Tijekom cijelog proizvodnog postupka proizvod je u izravnom kontaktu samo sa sterilnim staklom i cijevima od materijala Teflon®. Postupak se može provoditi u zatvorenom sustavu kako bi se spriječila bilo kakva kontaminacija iz okoliša.

Shema postava za sintezu nanočestica bez kontaminacije s pomoću Hielscher protočne ćelije Dmini za beskontaktnu sonikaciju

Metoda beskontaktne ultrazvučne proizvodnje nanosfera

Nanočestice PLGA50:50 (Resomer® RG503H, Boehringer Ingelheim) proizvedene su modificiranim postupkom ekstrakcije/isparavanja otapala. PLGA otopljen u diklormetanu (2 ili 5%) dispergiran je u vodenoj 0,5% (w/w) otopini PVA s pomoću novog eksperimentalnog postava koji uključuje beskontaktnu ultrazvučnu protočnu ćeliju Dmini. Gruba O/W disperzija najprije je prethodno izmiješana magnetskom miješalicom, a zatim homogenizirana u beskontaktnoj ultrazvučnoj protočnoj ćeliji Dmini (protoci faza O i W bili su u omjeru 1:8). Prvotno nastale nanokapljice PLGA i otapala postupno su se skrućivale tijekom prolaska kroz cijevi te postale nanočestice PLGA. Konačno očvršćivanje čestica postignuto je u većem volumenu 0,5% otopine PVA.

Beskontaktna ultrazvučna protočna ćelija Dmini za sintezu nanočestica bez kontaminacije

Rezultati

Nanočestice srednjeg promjera 485 nm jednostavno su pripravljene iz 2% otopine PLGA u DCM-u pri snazi sonikacije od 32W (tab. 1). Raspodjela veličine bila je unimodalna s blago izraženim repom (sl. 3A). Veličine nanočestica kretale su se od 175 do 755 nm prema percentilima 10 i 90%. Ponovljivost proizvodnog postupka bila je dosljedno dobra, što se očitovalo u tek maloj varijabilnosti srednjeg promjera čestica. Smanjenje Tablica 1. Srednji promjer nanosfera PLGA50:50 pripravljenih u različitim uvjetima. Srednja vrijednost dviju šarži ± apsolutno odstupanje.[/caption]

Naposljetku je hidrofilniji PLGA zamijenjen hidrofobnijim PLA niže molekulske mase, bez zamjetnih promjena srednje veličine čestica i raspodjele veličine. Nisu uočene razlike u morfologiji različitih šarži čestica pripravljenih iz 2% otopina polimera. Sve su imale savršeno sferične oblike i glatke površine (sl. 3B). Međutim, čestice izrađene iz 5% otopine PLGA bile su manje sferične, imale su blago naborane površine te su pokazivale stapanje dviju ili ponekad više čestica (sl. 3C).

Sl. 3: Nanočestice PLGA. (A): Raspodjela veličine čestica pripravljenih pri koncentraciji polimera/ snazi sonikacije od 2%/ 32W, 5%/ 32W i 2%/ 25W%; vrijeme zadržavanja = 14 s. (B),(C): SEM snimke čestica pripravljenih iz 2 odnosno 5% otopina polimera. Vrijeme zadržavanja = 14s; snaga sonikacije = 32W. Mjerne crte predstavljaju 1 mikrometar.
(Istraživanje i slike: © Freitas et al., 2006)

Rasprava i zaključak

Utvrđeno je da je ultrazvučna protočna ćelija vrlo prikladna za proizvodnju biorazgradivih polimernih nanosfera postupkom koji se temelji na emulziji i ekstrakciji/isparavanju otapala. Buduća istraživanja bit će usmjerena na povećanje proizvodnog mjerila postupka i povećanje ulazne snage radi dobivanja još finijih emulzija. Osim toga, istražit će se prikladnost ćelije za pripravu emulzija vode u ulju, primjerice za daljnju preradu u mikrosfere s uklopljenim lijekom.

Literatura

• 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.