Proizvodnja biorazgradivih nanosfera
Biorazgradive mikro- i nanosfere mogu se proizvesti kontinuiranim postupkom bez kontakta i kontaminacije koji se može lako izvoditi u sterilnim uvjetima.
Uvod
Biorazgradive mikro- i nanosfere (MS, NS) izrađene od poli(laktid-koglikolida) (PLGA) ili drugih materijala vrlo su moćni sustavi za isporuku lijekova i antigena s inherentnim potencijalom za ciljanje lijekova i antigena. Sadašnje metode za proizvodnju PLGA NS tipični su šaržni procesi i pate od poteškoća povećanja veličine u sterilnim uvjetima. Ovdje predstavljamo novu i elegantnu metodu za proizvodnju PLGA NS u kontinuiranom, kontaktnom i postupak bez kontaminacije koji se može lako pokrenuti u sterilnim uvjetima. Tijekom cijelog procesa proizvodnje proizvod je u izravnom kontaktu samo sa sterilnim staklenim i teflon® cijevima. Proces se može izvoditi u zatvorenom sustavu kako bi se spriječilo bilo kakvo zagađenje okoliša.
metode
Nanočestice PLGA50:50 (Resomer® RG503H, Boehringer Ingelheim) proizvedene su modificiranim postupkom ekstrakcije/isparavanja otapalom [1]. PLGA otopljen u diklorometanu (2 ili 5%) dispergiran je u vodenoj 0,5% (w/w) otopini PVA pomoću nove eksperimentalne postavke koja uključuje beskontaktni protok ultrazvučna ćelija. Gruba O/W-disperzija prvo je prethodno pomiješana magnetskom miješalicom, a zatim homogenizirana u ultrazvučna protočna ćelija (brzine protoka O- i W-faze bile su 1:8). Početno formirane nanokapljice PLGA-otapala postupno su se skrućivale tijekom prolaska u cijevima kako bi postale PLGA nanočestice. Konačno stvrdnjavanje čestica postignuto je u većem volumenu 0,5% otopine PVA.
Slika 1: Eksperimentalna postavka za proizvodnju PLGA nanosfera
Slika 2: Dizajn ultrazvučna protočna ćelija
Rezultati
Nanočestice srednjeg promjera od 485 nm lako su pripremljene iz 2%-tne otopine PLGA u DCM-u pri snazi sonikacije od 32 W (Tablica 1). Raspodjela veličine bila je monomodalna s blagim zaostacima (slika 3A). Veličine nanočestica bile su od 175 do 755 nm prema 10 i 90% percentilima. Ponovljivost proizvodnog procesa bila je dosljedno dobra, što se odražava samo na manjoj varijabilnosti srednjeg promjera čestica. Spuštanje emulzije vrijeme zadržavanja u zvučnom polju od 14 do 7 s imalo je samo manji utjecaj na veličinu nanočestica. Međutim, smanjenje snage ultrazvuka s 32 na 25 W rezultiralo je značajnim povećanjem srednje veličine čestica s 485 na 700 nm, uzrokovano izraženijim zaostajanjem krivulje raspodjele veličine (Sl. 3A). Manje istaknuto, iako značajno povećanje srednje veličine čestica od 485 do 600 nm pronađeno je pri korištenju 5% umjesto 2% PLGA otopine.
Konačno, hidrofilniji PLGA zamijenjen je hidrofobnijim PLA s nižom molekularnom težinom bez primjetnih promjena u srednjoj veličini čestica i raspodjeli veličine. Nisu primijećene razlike u morfologiji različitih serija čestica pripremljenih iz 2% otopina polimera. Svi su imali savršeno sferne oblike i glatke površine (slika 3B). Međutim, čestice napravljene od 5% otopine PLGA bile su manje sferične, pokazivale su blago naborane površine i spajanje dviju ili ponekad više čestica (slika 3C).
Tablica 1. Srednji promjer PLGA50:50 nanosfera pripremljenih u različitim uvjetima. Srednja vrijednost dviju serija ± apsolutno odstupanje.
Slika 3: PLGA nanočestice. (A): Raspodjela veličine čestica pripremljenih pri koncentraciji polimera/snagi sonikacije od 2%/32W, 5%/32W i 2%/25W%; vrijeme zadržavanja = 14 s. (B), (C): SEM slike čestica pripremljenih iz 2 odnosno 5% otopina polimera. Vrijeme boravka = 14s; snaga sonikacije = 32W. Poluge predstavljaju 1 mikron.
Rasprava i zaključci
The ultrazvučna protočna ćelija pokazalo se da je vrlo prikladan za proizvodnju biorazgradivih polimernih nanosfera temeljenu na ekstrakciji/isparavanju emulzije otapalom. Buduća istraživanja bit će usmjerena na povećanje procesa i povećanje ulazne snage kako bi se dobile još finije emulzije. Osim toga, prikladnost ćelije za pripremu vode u ulju emulzije, npr. za daljnju obradu u mikrosfere s lijekom, proučavat će se.
Književnost
Freitas, S.; Hielscher, G.; Merkle, HP; Gander, B.:Brza i jednostavna metoda za proizvodnju biorazgradivih nanosfera, u: European Cells and Materials Vol. 7. Suppl. 2, 2004. (stranica 28)
Ova informacija predstavljena je u Švicarskom društvu za biomaterijale
Fig. 2: Design einer Ultraschall-Durchflusszelle
Ergebnisse
Nanopartikel mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 485nm konnten vollständig aus einer 2% PLGA-Lösung in DCM bei 32W Beschallungsleistung gewonnen werden (Tab. 1). Die Größenverteilung zeigt sich monomodal mit einem leicht verzögertem Auslaufen der Kurve (Fig. 3A). Entsprechend des Perzentilwertes von 10 und 90% erstreckte sich die Nanopartikelgröße von 175 bis 755nm. Die Wiederholbarkeit des Produktionsprozesses war durchwegs gut, was auf die nur geringe Variabilität des durchschnittlichen Partikeldurchmessers zurückzuführen ist. Eine Verringerung der Beschallungszeit, bei der die emulzija statt 14 nur noch 7 Sekunden dem Ultraschallfeld ausgesetzt wird, hat nur wenig Auswirkung auf die Größe der Nanopartikel. Ein Herabsetzen der Beschallungsleistung von 32 auf 25W bewirkt hingegen einen beträchtlichen Anstieg des durchschnittlichen Partikeldurchmessers von 485 auf 700nm, der durch ein deutlicheres Verschieben der Größenverteilungskurve hervorgerufen wird (Fig. 3A). Ein nicht so markanter, aber trotzdem beachtenswerter Anstieg der durchschnittlichen Partikelgröße von 485 auf 600nm konnte festgestellt werden, wenn anstatt einer 2% eine 5% PLGA-Lösung verwendet wurde. Abschließend wurde das hydrophile PLGA gegen das hydrophobe PLA, welches zudem ein niedrigereres Molekulergewicht aufweist, ausgetauscht, wobei allerdings keine bemerkenswerten Veränderungen bezüglich der durchschnittlichen Partikelgröße und der Größenverteilung beobachtet werden können. In ihrer Morphologie zeigten die verschiedenen Batches, die eine 2% Polymerlösung enthielten, keine Unterschiede. Alle zeigten perfekte Kugelformen und glatte Oberflächen (Fig. 3B). Die Partikel aus einer 5% PLGA-Lösung zeigen hingegen weniger perfekte Kugelformen, wiesen leicht faltige Oberflächen und Fusionen zwei oder mehrerer Partikel auf (Fig. 3C).
Tabelle 1. Durchschnittlicher Durchmesse von PLGA50:50 Nanosphären, unter variierenden Bedingungen aufbereitet. Durchschnitt zweier Batches ± der absoluten Abweichung.
Fig. 3: PLGA Nanopartikel. (A): Größenverteilung bei Partikeln, die bei einer Polymerkonzentration/Beschallungsintensität von 2%/ 32W, 5%/ 32W und 2%/ 25W%; Verweilzeit = 14 s. (B),(C): SEM Bilder der Partikel, die aus 2% bzw. 5% Polymerlösungen vorbereitet wurden. Verweilzeit = 14s; Beschallungsintensität = 32W. Die Balken zeigen jeweils den Maßstab von 1 Mikrometer an.
Diskussion und Schlussfolgerung
umrijeti Ultraschall-Durchflusszelle wurde speziell für die Emulsion-Lösungsmittel-Extraktion / Evaporation basierte Herstellung von biologisch abbaubaren Polymer-Nanosphären entworfen. Die zukünftige Forschung auf diesem Gebiet wird auf ein Scale-up des Prozesses ausgerichtet sein, ebenso wie auf eine Steigerung des Leistungseintrages, um noch feinere Emulsionen zu erhalten. Zudem wird Zelle auf ihre Tauglichkeit bei der Herstellung von Wasser-in-Öl-Emulsionen untersucht, z. B. für die weiteren Entwicklungen von mit Wirkstoff angereicherten Mikrosphären (z.B für Depotarzneimittel).
Literatur
Freitas, S.; Hielscher, G.; Merkle, HP; Gander, B.:Brza i jednostavna metoda za proizvodnju biorazgradivih nanosfera, u: European Cells and Materials Vol. 7. Suppl. 2, 2004. (stranica 28)
Dieser Artikel wurde von der Swiss Society of Biomaterials veröffentlich.