초음파를 이용한 S. Pneumoniae 대응 나노 봉입 비강 백신
나노입자에 봉입된 S. pneumoniae 백신의 장점
Mott 등(2013)은 실험적 호흡기 폐렴구균 감염에 대한 방어 효과를 형성하는 데 있어 234 ± 87.5nm 크기의 폴리락트산-글리콜산 공중합체 나노입자 백신 구성체를 비강으로 전달하는 방식의 효능을 확인했습니다. 열사멸 Streptococcus pneumoniae를 봉입한 나노입자(NP-HKSP)는 빈 NP와 비교했을 때 비강 투여 후 11일 동안 폐에 잔류했습니다. NP-HKSP를 이용한 면역화는 HKSP 단독 투여와 비교하여 S. pneumoniae 감염에 대해 유의한 저항성을 유도했습니다. 방어 효과의 증가는 폐 림프구의 항원 특이적 Th1 관련 IFN-c 사이토카인 반응이 유의하게 증가한 것과 상관관계를 보였습니다. 이 연구는 폐 감염에 대한 비강-폐 면역화를 위한 비침습적 표적 접근법으로서 NP 기반 기술의 효능을 입증합니다.
초음파 나노입자 제조 프로토콜
초음파 세포 용해
1×106 개의 열사멸 Streptococcus pneumoniae 봉입 나노입자(NP-HKSP)를 200µl의 인산 완충 식염수(PBS)에서 초음파 처리로 용해하고, 폴리락트산-글리콜산 공중합체(PLGA) 70 mg을 에틸아세테이트 1 ml에 용해했습니다. 이 두 용액을 혼합하고 최대 속도로 1분간 볼텍싱하여 일차 유중수형 에멀전을 형성했습니다.
초음파 봉입
이중 에멀전법: 이어서 일차 에멀전을 1 % 폴리비닐알코올(PVA) 용액 3 ml와 혼합했습니다. 이 용액은 초음파 처리기 UP200H (Hielscher Ultrasonics GmbH, 독일)를 사용하여 진폭 40 %, 연속 모드(100% 사이클)로 2분간 초음파 처리했습니다. 열을 방출하기 위해 얼음에 담근 깨끗한 유리 바이알에서 처리하여 HKSP를 봉입한 PLGA 나노입자를 제조했습니다. 이 용액을 고압증기멸균한 물(0.22µ 필터로 여과 멸균)로 추가 희석하여 20ml로 만들고, 에틸아세테이트를 증발시키기 위해 실온의 약한 진공 조건에서 1시간 동안 교반했습니다. 이어서 용액을 원심분리하여 NP를 회수하고, 과량의 PVA를 제거하기 위해 이 과정을 두 번 반복했습니다. 나노입자 펠릿을 고압증기멸균한 물 500µl에 재현탁하고 동결건조했습니다. 최종 나노입자는 이후 사용 시까지 -20°C에서 보관했습니다.
열사멸 Streptococcus pneumoniae를 봉입한 PLGA 나노입자의 입자 크기. 동적 광산란으로 측정한 나노입자 수성 현탁액의 입자 크기는 배치 내 입자의 평균 크기와 가우스 분포를 보여 줍니다.
출처: Mott 등: 나노입자 기반 백신의 비강 전달은 다음 균에 대한 방어 효과를 높입니다: S. pneumoniae. J Nanopart Res (2013) 15:1646.
연속 교반식 배치 반응기를 갖춘 초음파 균질기 UIP2000hdT (2kW)
의약품 제형용 초음파 처리기
Hielscher Ultrasonic은 제약 및 식품 산업용 고성능 초음파 균질기의 설계, 제조, 유통 및 서비스 분야에서 오랜 경험을 보유하고 있습니다.
고품질 리포솜, 고체 지질 나노입자, 고분자 나노입자 및 사이클로덱스트린 복합체 제조 공정에는 높은 신뢰성과 우수한 품질의 결과물을 제공하는 Hielscher 초음파 시스템이 사용됩니다. Hielscher 초음파 장비는 진폭, 온도, 압력, 초음파 처리 에너지 등 모든 공정 매개변수를 정밀하게 제어할 수 있습니다. 지능형 소프트웨어는 모든 초음파 처리 매개변수(시간, 날짜, 진폭, 순에너지, 총에너지, 온도, 압력)를 내장 SD 카드에 자동으로 기록합니다.
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- 공정 표준화 / GMP
- 고압증기멸균이 가능한 프로브 및 반응기
- CIP / SIP
아래 표는 당사 초음파 장비의 대략적인 처리 용량을 보여 줍니다:
| 배치 부피 | 유량 | 권장 장비 |
|---|---|---|
| 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. | 더 큰 유량 | 다음 장비의 클러스터: UIP16000 |
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문헌 및 참고자료
- 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.
알아두면 유용한 정보
나노구조 약물 운반체
나노에멀전, 리포솜, 고체 지질 나노입자, 고분자 나노입자, 나노구조 지질 운반체와 같은 나노 크기의 약물 운반체는 생체이용률 향상, 생체적합성 증가, 표적 전달, 유리한 혈중 반감기, 건강한 조직에 대한 매우 낮은 독성 또는 무독성 등의 향상된 기능을 갖춘 의약품을 제형화하는 데 사용됩니다. 초음파 처리는 다양한 형태의 나노치료제를 제형화하는 데 매우 효율적인 기술입니다. 의약품 생산에서의 초음파 응용에 대해 자세히 알아보세요!
리포솜
리포솜은 적어도 하나의 지질 이중층을 가지며 소수성 물질의 중심부를 감싸는 구형 소포입니다. 크기와 소수성 및 친수성 특성은 리포솜을 리포솜 비타민 C와 같은 강력한 약물 전달 시스템으로 만들어 줍니다. 리포솜의 특성은 지질 조성, 표면 전하, 크기 및 제조 기법에 의해 크게 영향을 받습니다. 초음파를 이용한 리포솜 제조에 대해 자세히 알아보려면 여기를 클릭하세요!
나노에멀전
나노에멀전 또는 서브마이크론 에멀전은 액적 크기가 20–200nm이고 액적 크기 분포가 좁은 에멀전입니다. 나노 크기의 액적은 경구 투여뿐만 아니라 의약 물질 및 생리활성 물질의 국소 / 경피 전달에도 여러 이점을 제공합니다. 그 예로 CBD 나노에멀전이 있습니다. 나노 크기 액적의 지용성 약물에 대한 효율적인 용해 능력과 향상된 흡수율 덕분에 나노에멀전은 높은 생체이용률을 위한 투여 형태로 자주 사용됩니다. 나노유화 제형은 지용성 또는 친수성 약물의 지속 방출에도 사용할 수 있습니다.
초음파를 이용한 나노에멀전 생산에 대해 자세히 알아보세요!
고체 지질 나노입자
고체 지질 나노입자(SLN)는 평균 직경이 10–1000 나노미터인 구형 나노입자입니다. 고체 지질 나노입자는 지용성 분자(활성 물질)를 가용화할 수 있는 고체 지질 코어 매트릭스를 갖추고 있어 약물 운반체로 작용합니다. 지질 코어는 유화제 또는 계면활성제로 안정화됩니다. 고체 지질 나노입자는 비경구 및 경구 투여뿐만 아니라 안구, 폐 및 국소 약물 전달에 적용되며, 치료 효능을 높이고 전신 부작용을 줄이는 데 사용됩니다.
초음파 보조 고체 지질 나노입자 합성에 대해 자세히 알아보세요!
나노구조 지질 운반체
고체 지질 나노입자(SLN)와 마찬가지로 나노구조 지질 운반체(NLC)는 지질 기반 나노입자의 또 다른 형태입니다. 나노구조 지질 운반체(NLC)는 고체 지질과 액체 지질의 혼합물로 구성된 개량형 고체 지질 나노입자로, 향상된 안정성과 담지 용량을 제공합니다.
나노구조 지질 운반체는 초음파 유화법으로 제조할 수 있습니다.
나노 크기의 결정
초음파 결정화 및 침전은 수용성이 낮은 물질을 코팅된 결정 안에 봉입하는 데 매우 효과적인 방법입니다. Zheng 등(2020)은 건강에 여러 이점이 있지만 수용성이 낮아 생체이용률이 낮은 생리활성 화합물인 커큐민의 초음파 봉입을 보고했습니다. 연구팀은 커큐민 분자를 봉입하기 위해 고분자 전해질의 층별 적층(LbL) 방식으로 나노셸을 형성하는 기법을 개발했습니다. 연구팀은 다음과 같이 밝혔습니다. “[u]일반적으로 사용되는 에멀전법과 달리, 당사의 초음파 보조 LbL 봉입법은 훨씬 더 작은 크기의 나노입자를 얻을 수 있습니다. 커큐민의 경우 평균 크기 80 nm, ξ 전위 +30 mV 또는 -50 mV의 결정성 나노입자를 얻었으며, 이를 통해 이러한 나노콜로이드가 수개월간 안정성을 유지했습니다(포화 약물 용액에 보관). 생체적합성 고분자 전해질의 이중층 두 개로 이루어진 셸을 형성함으로써 약 20시간 동안 약물이 서서히 방출될 수 있었습니다.”
커큐민 핵생성 프로토콜: 커큐민 분말을 60 % 에탄올 / 물 용액에 용해했습니다. 커큐민이 완전히 용해된 후, 수성 다가양이온인 폴리(알릴아민 염산염)(PAH) 또는 생분해성 프로토민 황산염(PS)을 첨가했습니다. 이어서 Hielscher Ultrasonic의 강력한 1kW 초음파 장비 UIP1000을 사용하여 용액 mL당 100와트로 용액을 초음파 처리했습니다. 초음파 처리 중 용액에 물을 천천히 첨가했습니다. 첨가된 물로 인해 용매의 극성이 높아지면서 커큐민의 용해도가 감소합니다. 평형 농도가 용해도 한계를 초과하면 커큐민이 과포화 상태가 되고 결정 핵생성이 시작됩니다. 고출력 초음파 처리에서는 약물 입자의 성장이 초기 단계에서 멈춥니다.
초음파를 이용한 나노결정의 침전 및 결정화에 대해 자세히 알아보세요!