超音波を用いたナノカプセル化肺炎球菌経鼻ワクチン
ナノ粒子カプセル化肺炎球菌ワクチンの利点
Mottら（2013年）は、234±87.5nmのポリ乳酸-コ-グリコール酸ナノ粒子ワクチン構成体の経鼻投与が、実験的呼吸器肺炎球菌感染に対する防御を確立する際の有効性を決定した。熱死肺炎球菌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日間肺に保持された。NP-HKSPによる免疫は、肺炎球菌感染に対する有意な抵抗性を示した。 肺炎桿菌 HKSP単独投与と比較して、HKSPによる感染防御は有意に増加した。防御の増加は、肺リンパ球による抗原特異的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た。この研究により、肺感染症に対する鼻-肺免疫の非侵襲的かつ標的化されたアプローチとして、NPベースの技術の有効性が確立された。
超音波ナノ粒子調製プロトコール
超音波溶解
1×106 加熱殺菌したナノ粒子を封入 肺炎球菌 (NP-HKSP）を200μlのリン酸緩衝生理食塩水（PBS）で超音波処理して溶解し、70mgのポリ乳酸-co-グリコール酸（PLGA）を1mlの酢酸エチルに溶解した。これら2つの溶液を混合し、最大速度で1分間ボルテックスし、一次油中水型エマルジョンを形成した。
超音波カプセル化
ダブルエマルジョン法：一次エマルジョンを3mlの1％ポリビニルアルコール（PVA）溶液と混合した。この溶液を超音波プロセッサーで超音波処理した。 UP200H (Hielscher Ultrasonics GmbH, Germany)を用い、放熱のために氷に浸した清潔なガラスバイアル内で、連続モード(100%サイクル)で2分間、振幅40%でHKSPカプセル化PLGAナノ粒子を調製した。この溶液をさらにオートクレーブ滅菌水（0.22μフィルター滅菌）で20mlに希釈し、穏やかな真空下で室温で1時間撹拌して酢酸エチルを蒸発させた。その後、溶液を遠心分離してNPを回収し、この工程を2回繰り返して過剰のPVAを除去した。ナノ粒子ペレットを500μlのオートクレーブ水に再懸濁し、凍結乾燥した。最終ナノ粒子は、さらに使用するまで-20℃で保存した。
ヒートキルドの粒子径 肺炎球菌-カプセル化されたPLGAナノ粒子。動的光散乱法で測定したナノ粒子の水性懸濁液の粒子径は、バッチ内の粒子の平均粒子径とガウス分布を示す。
出典Mott et al：ナノ粒子をベースとしたワクチンの経鼻投与は、以下の疾患に対する予防効果を高める。 肺炎桿菌.J Nanopart Res (2013) 15:1646.
超音波ホモジナイザー UIP2000hdT (2kW) 連続攪拌バッチ反応器
製剤用超音波プロセッサー
Hielscher Ultrasonic社は、製薬・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、サービス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、ポリマーナノ粒子、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品質で使用されているプロセスです。Hielscherの超音波装置は、振幅、温度、圧力、超音波エネルギーなど、すべてのプロセスパラメーターを正確に制御できます。インテリジェントなソフトウェアは、内蔵のSDカードに全ての超音波パラメータ（時間、日付、振幅、正味エネルギー、総エネルギー、温度、圧力）を自動的にプロトコルで記録します。
- 高性能乳化
- 粒子径と荷重を正確に制御
- 活性物質の高負荷
- プロセスパラメーターの正確な制御
- 高速プロセス
- 非加熱、正確な温度制御
- 線形スケーラビリティ
- 再現性
- プロセスの標準化／GMP
- オートクレーブ可能なプローブとリアクター
- CIP / SIP
下の表は、超音波処理装置の処理能力の目安です：
| バッチ量 | 流量 | 推奨デバイス |
|---|---|---|
| 1〜500mL | 10～200mL/分 | UP100H |
| 10〜2000mL | 20～400mL/分 | UP200Ht, UP400ST |
| 0.1～20L | 0.2～4L/分 | UIP2000hdT |
| 10～100L | 2～10L/分 | UIP4000hdT |
| n.a. | 10～100L/分 | uip16000 |
| n.a. | より大きい | クラスタ uip16000 |
お問い合わせ/ お問い合わせ
文献／参考文献
- 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.
知っておくべき事実
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、ポリマーナノ粒子、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、良好な血中半減期、健康な組織に対する毒性が非常に低いか全くないなどの機能性を強化した医薬品の製剤化に使用される。 超音波処理は、様々な形態のナノ治療薬を製剤化するための非常に効率的な技術である。 医薬品製造における超音波アプリケーションについてもっと読む！
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持つ球形の小胞で、疎水性物質の核を内包している。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る。 リポソームの超音波調製について詳しくはこちらをご覧ください！
ナノエマルジョン
ナノエマルションまたはサブミクロンエマルションは、液滴サイズが20～200nmで、液滴分布が狭いエマルションです。ナノサイズの液滴は、経口投与だけでなく、CBDナノエマルションなどの医薬物質や生理活性物質の局所/経皮デリバリーにもいくつかの利点をもたらします。ナノサイズの液滴は、親油性薬物を効率的に溶解する能力があり、吸収速度も向上するため、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、親油性または親水性薬物の徐放にも使用できます。
ナノエマルションの超音波製造についてもっと読む！
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ある。固体脂質ナノ粒子は、ナノ粒子が薬物キャリアとして機能するように、親油性分子（活性物質）を可溶化することができる固体脂質コアマトリックスを有する。脂質コアは乳化剤や界面活性剤によって安定化されている。非経口および経口投与、ならびに眼、肺、局所への薬物送達に応用される固体脂質ナノ粒子は、治療効果を高め、全身的な副作用を軽減するために使用される。
固体脂質ナノ粒子の超音波支援合成についてもっと読む！
ナノ構造脂質キャリア
固体脂質ナノ粒子（SLN）と同じように、ナノ構造化脂質キャリア（NLC）は脂質ベースのナノ粒子のもう一つの形態である。ナノ構造化脂質キャリア（NLC）は、固体脂質と液体脂質のブレンドからなる改良型固体脂質ナノ粒子であり、安定性と充填容量が向上している。
ナノ構造の脂質キャリアは、超音波乳化法によって調製することができる。
ナノサイズの結晶
超音波結晶化と沈殿は、水溶性の低い物質を被覆結晶にカプセル化する非常に強力な方法である。Zhengら（2020年）は、クルクミンの超音波カプセル化について報告している。クルクミンは多くの健康上の利点を持つ生理活性化合物であるが、水溶性が低いため生物学的利用能は低い。研究チームは、クルクミン分子をカプセル化するために、高分子電解質レイヤー・バイ・レイヤー（LbL）ナノシェル形成を開発した。研究チームは、「一般的に用いられているエマルション法とは異なり、超音波を用いたLbLカプセル化では、より小さなサイズのナノ粒子を得ることができます」と述べている。クルクミンについては、平均サイズ80 nm、ξ電位+30 mVまたは-50 mVの結晶性ナノ粒子が得られ、これらのナノコロイドの数ヶ月間の安定性が確保された（飽和薬物溶液に保存）。生体適合性高分子電解質の2重膜でシェルを形成することで、約20時間の薬物徐放が可能となった。
クルクミン核形成プロトコール：クルクミン粉末を60％エタノール／水溶液に溶解した。クルクミンの完全溶解後、水性ポリカチオン、ポリ（塩酸アリルアミン）、PAH、または生分解性硫酸プロトミン（PS）を添加した。次に、Hielscher Ultrasonic社製の1kW強力超音波発生装置UIP1000を用い、溶液1mLあたり100ワットで超音波処理を行った。超音波処理中、溶液にゆっくりと水を加えた。添加された水により、溶媒は極性を増し、クルクミンの溶解度が低下する。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得られ、結晶核形成が始まる。高出力超音波処理では、薬物粒子の成長は初期段階で停止する。
ナノ結晶の超音波析出と結晶化についてもっと読む！