Biodegradéierbar Nanosphären produzéieren
Biodegradéierbar Mikro- an Nanosphäre kënnen an engem kontinuéierleche, kontakt- a kontaminéierte Prozess produzéiert ginn, dee liicht ënner sterile Bedéngungen lafen kann.
Aféierung
Biodegradéierbar Mikro- an Nanosphären (MS, NS) aus Poly(Laktid-Coglycolid) (PLGA) oder aner Materialien si ganz mächteg Drogen- an Antigen-Liwwersystemer mat inherent Potenzial fir Drogen- an Antigenzielung. Presentéiert Methoden fir PLGA NS ze produzéieren sinn typesch Batchprozesser a leiden ënner Schwieregkeete vun der Upskaléierung ënner sterile Konditiounen. Hei presentéieren mir e Roman an elegant Method fir eng produzéiere PLGA NS an engem kontinuéierlech, Kontakt- an kontaminéierte Prozess déi einfach ënner sterile Bedéngungen lafen kann. Wärend dem ganze Fabrikatiounsprozess ass d'Produkt nëmmen am direkte Kontakt mat sterilem Glas an Teflon®-Réier. De Prozess kann an engem zouene System lafen fir all Ëmweltkontaminatioun ze vermeiden.
Methoden
PLGA50:50 Nanopartikel (Resomer® RG503H, Boehringer Ingelheim) goufen mat engem modifizéierten Léisungsmëttelextraktioun / Verdampungsprozess produzéiert [1]. PLGA opgeléist am Dichloromethan (2 oder 5%) gouf an wässerlech 0,5% (w/w) PVA-Léisung mat Hëllef vun der neier experimenteller Opstellung mat engem kontaktfräie Flow-Through verspreet. Ultraschallzell. Déi grob O/W-Dispersioun gouf fir d'éischt mat engem Magnéitrührer virgemëscht an duerno an der Ultrasonic Flow-Through Zell (Flow Tariffer vun O- a W-Phasen waren um 1:8). Déi ursprénglech geformt PLGA-Léisungsmëttel Nanodroplets hunn sech graduell wärend dem Passage an de Réier verstäerkt fir PLGA Nanopartikelen ze ginn. D'Finale Härtung vun de Partikelen gouf an engem gréissere Volume vun 0,5% PVA Léisung erreecht.
Fig. 1: Experimentell Opstellung fir d'Produktioun vun PLGA Nanosphären
Fig. 2: Design vun Ultrasonic Flow-Through Zell
Resultater
Nanopartikele mat engem mëttleren Duerchmiesser vu 485 nm goufen einfach aus enger 2% PLGA Léisung an DCM bei 32W Sonikatiounskraaft virbereet (Tab. 1). D'Gréisst Verdeelung war mono-modal mat engem liichte tailing (Fig. 3A). Nanopartikelgréissten verlängert vun 175 op 755 nm laut den 10 an 90% Percentile. Widderhuelbarkeet vum Produktiounsprozess war konsequent gutt, wéi reflektéiert duerch nëmme kleng Variabilitéit am mëttleren Partikelduerchmiesser. Senkung vun der Emulsioun Openthaltszäit am sonic Feld vun 14 bis 7s hat nëmmen e klengen Impakt op d'Nanopartikelgréisst. Eng Reduktioun vun der Sonikatiounskraaft vun 32 op 25W huet awer zu enger erheblecher Erhéijung vun der mëttlerer Partikelgréisst vu 485 op 700nm gefouert, verursaacht duerch e méi ausgeprägte Schwanz vun der Gréisstverdeelungskurve (Fig. 3A). Eng manner prominent, awer bedeitend Erhéijung vun der mëttlerer Partikelgréisst vu 485 op 600 nm gouf fonnt wann Dir eng 5% amplaz vun enger 2% PLGA Léisung benotzt.
Schlussendlech gouf déi méi hydrophil PLGA fir déi méi hydrophobe a méi niddereg Molekulargewiicht PLA ausgetauscht ouni merkbar Ännerungen an der Partikelmëttelgréisst a Gréisstverdeelung. Keng Differenzen goufen an der Morphologie vun de verschiddene Chargen vu Partikelen aus 2% Polymerléisungen virbereet. Si hunn all perfekt sphäresch Formen a glat Flächen ausgestallt (Fig. 3B). D'Partikel aus der 5% PLGA-Léisung waren awer manner kugelfërmeg, hunn liicht wrinkly Flächen gewisen, a Fusioune vun zwee oder heiansdo méi Partikelen (Fig. 3C).
Dësch 1. Moyenne Duerchmiesser vun PLGA50: 50 nanospheres ënner verschiddene Konditiounen virbereet. Mëttel vun zwee Chargen ± absolute deviation.
Fig. 3: PLGA Nanopartikel. (A): Gréisst Verdeelung vun Partikel preparéiert op Polymer Konzentratioun / sonication Muecht vun 2% / 32W, 5% / 32W, an 2% / 25W%; Openthaltszäit = 14 s. (B), (C): SEM Biller vu Partikele virbereet aus 2 a 5% Polymerléisungen, respektiv. Openthaltszäit = 14s; sonication Muecht = 32W. Baren representéieren 1 Mikron.
Diskussioun a Conclusiounen
Déi Ultrasonic Flow-Through Zell gouf fonnt gutt gëeegent fir Emulsioun-Léisungsmëttel Extraktioun / Verdampfung baséiert Produktioun vun biodegradable polymeric Nanosphären. Zukünfteg Fuerschung wäert op d'Skaléierung vum Prozess geriicht ginn an d'Kraaftinput erhéijen fir nach méi fein Emulsiounen z'erreechen. Zousätzlech ass d'Eegeschaft vun der Zell fir d'Virbereedung vu Waasser-an-Ueleg Emulsiounen, zB fir weider Veraarbechtung an Drogenbelaaschte Mikrokugelen, wäerte studéiert ginn.
Literatur
Freitas, S.; Hielscher, G.; Merkle, HP; Gander, B.:Eng séier an einfach Method fir Biodegradéierbar Nanosphären ze produzéieren, an: Europäesch Zellen a Materialien Vol. 7. Suppl. 2, 2004 (Säit 28)
Dës Informatioun gouf an der Swiss Society of Biomaterials presentéiert
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 Emulsioun 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
stierwen 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 geprüft, z. B. für die weiteren Entwicklungen von mit Wirkstoff angereicherten Mikrosphären (z.B für Depotarzneimittel).
Literatur
Freitas, S.; Hielscher, G.; Merkle, HP; Gander, B.:Eng séier an einfach Method fir Biodegradéierbar Nanosphären ze produzéieren, an: Europäesch Zellen a Materialien Vol. 7. Suppl. 2, 2004 (Säit 28)
Dieser Artikel wurde von der Swiss Society of Biomaterials veröffentlich.