超音波を用いたS. Pneumoniaeに対するナノカプセル化鼻腔内ワクチン
ナノ粒子に封入したS. pneumoniaeワクチンの利点
Mott et al. (2013)は、234 ± 87.5nmの乳酸・グリコール酸共重合体ナノ粒子ワクチン構築物の鼻腔内送達が、実験的な呼吸器肺炎球菌感染に対する防御を確立するうえで有効であることを確認しました。加熱殺菌したStreptococcus pneumoniaeを封入したナノ粒子（NP-HKSP）は、空のNPと比較して、鼻腔内投与後11日間、肺内に保持されました。NP-HKSPによる免疫化では、HKSP単独投与と比較して、 S. pneumoniae 感染に対する有意な抵抗性が得られました。防御の増強は、肺リンパ球による抗原特異的なTh1関連IFN-cサイトカイン応答の有意な増加と相関していました。この研究は、肺感染症に対する鼻腔・肺免疫化のための非侵襲的かつ標的指向的なアプローチとして、NPベースの技術が有効であることを示しています。
超音波によるナノ粒子調製のプロトコル
超音波溶解
1×106 個の、加熱殺菌した Streptococcus pneumoniae を封入したナノ粒子（NP-HKSP）を、200µlのリン酸緩衝生理食塩水（PBS）中で超音波処理により溶解し、70 mgの乳酸・グリコール酸共重合体（PLGA）を1 mlの酢酸エチルに溶解しました。この二つの溶液を混合し、最高速度で1 minボルテックス処理して、一次油中水型エマルションを形成しました。
超音波カプセル化
二重エマルション法：次に、一次エマルションを3 mlの1 %ポリビニルアルコール（PVA）溶液と混合しました。この溶液を、超音波プロセッサー UP200H （Hielscher Ultrasonics GmbH、ドイツ）を用いて、放熱のために氷に浸した清潔なガラスバイアル内で、振幅40 %、連続モード（100%サイクル）で2 min超音波処理し、HKSPを封入したPLGAナノ粒子を調製しました。さらに、オートクレーブ処理した水（0.22µフィルターで滅菌）で溶液を20mlまで希釈し、酢酸エチルを蒸発させるため、室温で軽度の減圧下、1 h撹拌しました。次に、溶液を遠心分離してNPを回収し、過剰なPVAを除去するため、この工程を二回繰り返しました。ナノ粒子のペレットを500µlのオートクレーブ処理した水に再懸濁し、凍結乾燥しました。最終的に得られたナノ粒子は、その後の使用まで-20°Cで保存しました。
加熱殺菌した Streptococcus pneumoniaeを封入したPLGAナノ粒子の粒径。ナノ粒子の水性懸濁液を動的光散乱法で測定した粒径は、バッチ内の粒子の平均粒径とガウス分布を示しています。
出典：Mott et al.：ナノ粒子ベースのワクチンの鼻腔内送達による S. pneumoniaeに対する防御の増強。J Nanopart Res (2013) 15:1646.
超音波ホモジナイザー UIP2000hdT (2kW) （連続撹拌式バッチ反応器付き）
医薬品製剤用の超音波プロセッサー
Hielscher Ultrasonicは、製薬業界および食品業界向けの高性能超音波ホモジナイザーの設計、製造、販売、保守において長年の経験を有しています。
高品質のリポソーム、固体脂質ナノ粒子、高分子ナノ粒子、シクロデキストリン複合体の調製は、Hielscherの超音波システムが高い信頼性と優れた生成物品質をもって使用されるプロセスです。Hielscherの超音波装置は、振幅、温度、圧力、超音波処理エネルギーなど、すべてのプロセスパラメーターの精密な制御を可能にします。インテリジェントソフトウェアは、すべての超音波処理パラメーター（時刻、日付、振幅、正味エネルギー、総エネルギー、温度、圧力）を内蔵SDカードに自動的に記録します。
- 高性能な乳化
- 粒径と担持量の正確な制御
- 活性物質の高い担持量
- プロセスパラメーターの正確な制御
- 迅速なプロセス
- 非加熱、精密な温度制御
- 線形のスケールアップ
- 再現性
- プロセスの標準化 / GMP
- オートクレーブ処理可能なプローブと反応器
- CIP / SIP
以下の表は、当社の超音波装置のおおよその処理能力の目安を示しています。
| バッチ容量 | 流量 | 推奨装置 |
|---|---|---|
| 1–500mL | 10–200mL/min | UP100H |
| 10–2000mL | 20–400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1–20L | 0.2–4L/min | UIP2000hdT |
| 10–100L | 2–10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10–100L/min | UIP16000 |
| n.a. | さらに大きい流量 | クラスター構成の UIP16000 |
お問い合わせ / ご質問
文献・参考資料
- 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.
知っておきたい情報
ナノ構造薬物キャリア
ナノエマルション、リポソーム、固体脂質ナノ粒子、高分子ナノ粒子、ナノ構造脂質キャリアなどのナノサイズの薬物キャリアは、バイオアベイラビリティの向上、生体適合性の向上、標的送達、好ましい血中半減期、健常組織に対する極めて低い毒性または無毒性といった機能を高めた医薬品の製剤化に使用されます。超音波処理は、さまざまな形態のナノ治療製剤を製剤化するための非常に効率的な技術です。 医薬品製造における超音波の応用について詳しく読む
リポソーム
リポソームは、少なくとも一つの脂質二重層をもち、疎水性物質からなるコアを封入する球状の小胞です。サイズと、疎水性および親水性の性質の両方により、リポソームは、リポソーム化ビタミンCなどの強力な薬物送達システムとなります。リポソームの特性は、脂質組成、表面電荷、サイズ、調製技術に大きく影響されます。 超音波によるリポソームの調製について詳しくは、こちらをクリックしてください。
ナノエマルション
ナノエマルションまたはサブミクロンエマルションは、液滴径が20–200nmで、液滴径分布の狭いエマルションです。ナノサイズの液滴は、経口投与に加え、医薬品や生理活性物質の局所 / 経皮送達においても、例えばCBDナノエマルションのように、いくつもの利点をもたらします。ナノサイズの液滴が脂溶性薬物を効率的に溶解できることと、吸収率が向上することにより、ナノエマルションは高いバイオアベイラビリティを得るために頻繁に使用される投与形態となっています。ナノ乳化製剤は、脂溶性または親水性薬物の放出を長時間持続させるためにも使用できます。
超音波によるナノエマルションの製造について詳しく読む
固体脂質ナノ粒子
固体脂質ナノ粒子（SLN）は、平均直径が10–1000ナノメートルの球状ナノ粒子です。固体脂質ナノ粒子は、脂溶性分子（活性物質）を可溶化できる固体脂質コアマトリックスをもち、これによりナノ粒子が薬物キャリアとして機能します。脂質コアは、乳化剤または界面活性剤によって安定化されます。固体脂質ナノ粒子は、非経口投与および経口投与に加え、眼、肺、局所への薬物送達にも応用され、治療効果を高め、全身性の副作用を低減するために使用されます。
超音波を用いた固体脂質ナノ粒子の合成について詳しく読む
ナノ構造脂質キャリア
ナノ構造脂質キャリア（NLC）は、固体脂質ナノ粒子（SLN）と同じく、脂質ベースのナノ粒子の別の形態です。ナノ構造脂質キャリア（NLC）は、固体脂質と液体脂質の混合物からなる改変固体脂質ナノ粒子で、安定性と担持能力が向上しています。
ナノ構造脂質キャリアは、超音波乳化法によって調製できます。
ナノサイズの結晶
超音波による結晶化と沈殿は、水溶性の低い物質を被覆された結晶内に封入するための非常に有効な方法です。Zheng et al. (2020)は、健康上の利点を多くもつ生理活性化合物でありながら、水溶性が低いためにバイオアベイラビリティが低いクルクミンの超音波カプセル化について報告しています。研究チームは、クルクミン分子を封入するため、高分子電解質の交互積層（LbL）によるナノシェル形成法を開発しました。研究チームは次のように述べています。“[u]一般的に使用される乳化法とは異なり、当研究チームの超音波支援LbLカプセル化では、はるかに小さいナノ粒子を得ることができます。クルクミンについては、平均粒径80 nm、ξ電位+30 mVまたは-50 mVの結晶性ナノ粒子が得られ、これにより、これらのナノコロイドは数か月間にわたって安定性を維持しました（飽和薬物溶液中で保存）。生体適合性高分子電解質の二つの二重層からなるシェルの形成により、約20時間にわたる緩やかな薬物放出が可能になりました。”
クルクミンの核生成プロトコル：クルクミン粉末を60 %エタノール / 水溶液に溶解しました。クルクミンが完全に溶解した後、水性ポリカチオンであるポリ（アリルアミン塩酸塩）（PAH）、または生分解性のprotomine sulfate（PS）を添加しました。次に、Hielscher Ultrasonicの1kWの強力な超音波装置UIP1000を用い、溶液の体積当たりの出力を100ワット/mLとして溶液を超音波処理しました。超音波処理中、溶液に水をゆっくりと添加しました。添加した水により溶媒の極性が高まり、クルクミンの溶解度が低下します。平衡濃度が溶解度の閾値を超えると、クルクミンの過飽和状態が生じ、結晶の核生成が始まります。高出力の超音波処理下では、薬物粒子の成長は初期段階で停止します。
超音波によるナノ結晶の沈殿と結晶化について詳しく読む