Vaccino intranasale nanoincapsulato contro S. Pneumoniae mediante ultrasuoni
Vantaggi dei vaccini contro S. pneumoniae incapsulati in nanoparticelle
Mott et al. (2013) hanno determinato l’efficacia della somministrazione intranasale di un costrutto vaccinale costituito da nanoparticelle di acido poli(lattico-co-glicolico) di 234 ± 87,5nm nel conferire protezione contro un’infezione respiratoria pneumococcica sperimentale. Le nanoparticelle che incapsulavano Streptococcus pneumoniae inattivato mediante calore (NP-HKSP) permanevano nei polmoni 11 giorni dopo la somministrazione nasale, rispetto alle NP vuote. L’immunizzazione con NP-HKSP ha prodotto una resistenza significativa all’infezione da S. pneumoniae rispetto alla somministrazione di solo HKSP. L’aumento della protezione era correlato a un incremento significativo della risposta citochinica IFN-c associata a Th1 e specifica per l’antigene da parte dei linfociti polmonari. Questo studio dimostra l’efficacia della tecnologia basata su NP come approccio non invasivo e mirato per l’immunizzazione naso-polmonare contro le infezioni polmonari.
Protocollo di preparazione delle nanoparticelle mediante ultrasuoni
Lisi a ultrasuoni
1×106 nanoparticelle che incapsulavano Streptococcus pneumoniae inattivato mediante calore (NP-HKSP) sono state lisate mediante sonicazione in 200µl di soluzione salina tamponata con fosfato (PBS), e 70 mg di acido poli(lattico-co-glicolico) (PLGA) sono stati disciolti in 1 ml di acetato di etile. Queste due soluzioni sono state miscelate e agitate con un vortex alla massima velocità per 1 min per formare un’emulsione primaria acqua in olio.
Incapsulamento a ultrasuoni
Metodo della doppia emulsione: l’emulsione primaria è stata quindi miscelata con 3 ml di soluzione di alcol polivinilico (PVA) all’1 %. Questa soluzione è stata sottoposta a sonicazione utilizzando un processore a ultrasuoni UP200H (Hielscher Ultrasonics GmbH, Germania) con un’ampiezza del 40 % per 2 min in modalità continua (ciclo del 100%), in una fiala di vetro pulita immersa nel ghiaccio per dissipare il calore, al fine di preparare nanoparticelle di PLGA che incapsulassero HKSP. La soluzione è stata ulteriormente diluita fino a 20ml con acqua autoclavata (sterilizzata mediante filtro da 0,22µ) e agitata per 1 h a temperatura ambiente sotto vuoto moderato per far evaporare l’acetato di etile. La soluzione è stata quindi centrifugata per raccogliere le NP, e questo processo è stato ripetuto due volte per rimuovere il PVA in eccesso. Il pellet di nanoparticelle è stato risospeso in 500µl di acqua autoclavata e liofilizzato. Le nanoparticelle finali sono state conservate a -20°C fino al successivo utilizzo.
Dimensioni delle nanoparticelle di PLGA che incapsulano Streptococcus pneumoniae inattivato mediante calore. La misurazione delle dimensioni delle particelle di una sospensione acquosa di nanoparticelle mediante diffusione dinamica della luce mostra le dimensioni medie e la distribuzione gaussiana delle particelle nel lotto.
Fonte: Mott et al.: La somministrazione intranasale di un vaccino basato su nanoparticelle aumenta la protezione contro S. pneumoniae. J Nanopart Res (2013) 15:1646.
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La tabella seguente fornisce un’indicazione della capacità di trattamento approssimativa dei nostri sonicatori:
| Volume del lotto | Portata | Dispositivi consigliati |
|---|---|---|
| Da 1 a 500mL | Da 10 a 200mL/min | UP100H |
| Da 10 a 2000mL | Da 20 a 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| Da 0,1 a 20L | Da 0,2 a 4L/min | UIP2000hdT |
| Da 10 a 100L | Da 2 a 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | Da 10 a 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | superiore | gruppo di UIP16000 |
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Bibliografia e riferimenti
- 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.
Informazioni utili
Vettori di farmaci nanostrutturati
I vettori di farmaci di dimensioni nanometriche, quali nanoemulsioni, liposomi, nanoparticelle lipidiche solide, nanoparticelle polimeriche e vettori lipidici nanostrutturati, vengono utilizzati per formulare prodotti farmaceutici con funzionalità migliorate, quali maggiore biodisponibilità, maggiore biocompatibilità, somministrazione mirata, emivita favorevole nel sangue e tossicità molto bassa o nulla per i tessuti sani. La sonicazione è una tecnica altamente efficiente per formulare varie forme di nanoterapeutici. Scoprite di più sulle applicazioni degli ultrasuoni nella produzione farmaceutica!
Liposomi
Un liposoma è una vescicola di forma sferica dotata di almeno un doppio strato lipidico, che incapsula il nucleo di sostanze idrofobe. Sia le dimensioni sia il carattere idrofobo e idrofilo rendono i liposomi sistemi efficaci per la somministrazione di farmaci, ad esempio la vitamina C liposomiale. Le caratteristiche dei liposomi sono influenzate in modo sostanziale dalla composizione lipidica, dalla carica superficiale, dalle dimensioni e dalla tecnica di preparazione. Fate clic qui per saperne di più sulla preparazione dei liposomi mediante ultrasuoni!
Nanoemulsioni
Le nanoemulsioni, o emulsioni submicroniche, sono emulsioni con dimensioni delle goccioline comprese tra 20–200nm e una distribuzione dimensionale ristretta. Le goccioline di dimensioni nanometriche offrono diversi vantaggi per la somministrazione orale e per la somministrazione topica / transdermica di sostanze farmaceutiche e bioattive, ad esempio le nanoemulsioni di CBD. La capacità delle goccioline di dimensioni nanometriche di dissolvere efficacemente i farmaci lipofili, insieme alla maggiore velocità di assorbimento, rende le nanoemulsioni una forma di somministrazione frequentemente utilizzata per ottenere un’elevata biodisponibilità. Le formulazioni nanoemulsionate possono essere utilizzate anche per il rilascio prolungato di farmaci lipofili o idrofili.
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Nanoparticelle lipidiche solide
Una nanoparticella lipidica solida (SLN) è una nanoparticella sferica con un diametro medio compreso tra 10 e 1000 nanometri. Le nanoparticelle lipidiche solide presentano una matrice centrale lipidica solida nella quale possono essere solubilizzate molecole lipofile (sostanze attive), affinché la nanoparticella agisca da vettore di farmaci. Il nucleo lipidico è stabilizzato da un agente emulsionante o da un tensioattivo. Con applicazioni nella somministrazione parenterale e orale, nonché nella somministrazione oculare, polmonare e topica di farmaci, le nanoparticelle lipidiche solide vengono utilizzate per migliorare l’efficacia del trattamento e ridurre gli effetti collaterali sistemici.
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Vettori lipidici nanostrutturati
Come le nanoparticelle lipidiche solide (SLN), i vettori lipidici nanostrutturati (NLC) sono un’altra forma di nanoparticelle a base lipidica. I vettori lipidici nanostrutturati (NLC) sono nanoparticelle lipidiche solide modificate, costituite da una miscela di lipidi solidi e liquidi, e offrono una maggiore stabilità e capacità di carico.
I vettori lipidici nanostrutturati possono essere preparati mediante il metodo di emulsificazione a ultrasuoni.
Cristalli di dimensioni nanometriche
La cristallizzazione e la precipitazione a ultrasuoni costituiscono un metodo altamente efficace per incapsulare sostanze con scarsa solubilità in acqua in un cristallo rivestito. Zheng et al. (2020) descrivono l’incapsulamento a ultrasuoni della curcumina, un composto bioattivo con numerosi benefici per la salute, ma con scarsa biodisponibilità a causa della bassa solubilità in acqua. Il gruppo di ricerca ha sviluppato un processo di formazione di nanogusci di polielettroliti strato per strato (LbL) per incapsulare le molecole di curcumina. Affermano che “[u]a differenza dei metodi di emulsificazione comunemente utilizzati, il nostro incapsulamento LbL assistito da ultrasuoni può ottenere nanoparticelle di dimensioni molto inferiori. Per la curcumina, abbiamo ottenuto nanoparticelle cristalline con dimensioni medie di 80 nm e un potenziale ξ di +30 mV o -50 mV, che hanno garantito la stabilità di questi nanocolloidi per mesi (conservati in una soluzione satura del farmaco). La formazione di gusci con due doppi strati di polielettroliti biocompatibili ha consentito un rilascio lento del farmaco nell’arco di circa 20 ore.”
Il protocollo di nucleazione della curcumina: la polvere di curcumina è stata disciolta in una soluzione di etanolo / acqua al 60 %. Dopo la completa dissoluzione della curcumina, sono stati aggiunti policationi in soluzione acquosa, poli(cloridrato di allilammina), PAH, o solfato di protomina biodegradabile (PS). Successivamente, la soluzione è stata sottoposta a sonicazione con un UIP1000, un potente sonicatore da 1kW di Hielscher Ultrasonic, a 100watt per mL di soluzione. Durante la sonicazione, è stata aggiunta lentamente acqua alla soluzione. Per effetto dell’acqua aggiunta, il solvente diventa più polare, riducendo la solubilità della curcumina. Quando la concentrazione di equilibrio supera la soglia di solubilità, si ottiene una sovrasaturazione della curcumina e inizia la nucleazione dei cristalli. Con la sonicazione ad alta potenza, la crescita delle particelle del farmaco viene arrestata nelle fasi iniziali.
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