Nano-ingekapseld intranasaal vaccin tegen S. Pneumoniae met ultrasoontechnologie
Voordeel van in nanodeeltjes ingekapselde vaccins tegen S. pneumoniae
Mott et al. (2013) bepaalden de werkzaamheid van intranasale toediening van een vaccinconstruct op basis van nanodeeltjes van polymelkzuur-co-glycolzuur met een grootte van 234 ± 87,5nm bij het bieden van bescherming tegen experimentele pneumokokkeninfectie van de luchtwegen. Nanodeeltjes die door hitte gedode Streptococcus pneumoniae inkapselen (NP-HKSP), bleven na nasale toediening 11 dagen in de longen aanwezig, vergeleken met lege NP. Immunisatie met NP-HKSP leidde tot significante weerstand tegen infectie met S. pneumoniae vergeleken met toediening van alleen HKSP. De verhoogde bescherming correleerde met een significante toename van de antigeenspecifieke, Th1-geassocieerde IFN-c-cytokinerespons van longlymfocyten. Deze studie toont de werkzaamheid aan van technologie op basis van NP als een niet-invasieve en gerichte benadering voor nasale en pulmonale immunisatie tegen longinfecties.
Protocol voor ultrasone bereiding van nanodeeltjes
Ultrasone lysis
1×106 nanodeeltjes die door hitte gedode Streptococcus pneumoniae inkapselen (NP-HKSP), werden door sonicatie gelyseerd in 200µl fosfaatgebufferde zoutoplossing (PBS), en 70 mg polymelkzuur-co-glycolzuur (PLGA) werd opgelost in 1 ml ethylacetaat. Deze twee oplossingen werden gemengd en gedurende 1 min op maximale snelheid gevortext om een primaire water-in-olie-emulsie te vormen.
Ultrasone inkapseling
Dubbele-emulsiemethode: de primaire emulsie werd vervolgens gemengd met 3 ml van een 1 % polyvinylalcoholoplossing (PVA). Deze oplossing werd gesoniceerd met een ultrasone processor UP200H (Hielscher Ultrasonics GmbH, Duitsland) bij 40 % amplitude gedurende 2 min in continue modus (100% cyclus), in een schoon glazen flesje dat voor warmteafvoer in ijs was ondergedompeld, om PLGA-nanodeeltjes te bereiden die HKSP inkapselen. De oplossing werd verder verdund tot 20ml met geautoclaveerd water (door filtratie met een 0,22µ-filter gesteriliseerd) en gedurende 1 h bij kamertemperatuur onder licht vacuüm geroerd om ethylacetaat te verdampen. De oplossing werd vervolgens gecentrifugeerd om NP te verzamelen, en dit proces werd tweemaal herhaald om overtollig PVA te verwijderen. De pellet van nanodeeltjes werd opnieuw gesuspendeerd in 500µl geautoclaveerd water en gevriesdroogd. De uiteindelijke nanodeeltjes werden tot verder gebruik bewaard bij -20°C.
Deeltjesgrootte van PLGA-nanodeeltjes met ingekapselde, door hitte gedode Streptococcus pneumoniae. De deeltjesgrootte van een waterige suspensie van nanodeeltjes, gemeten met dynamische lichtverstrooiing, toont de gemiddelde grootte en de Gauss-verdeling van de deeltjes in de batch.
Bron: Mott et al.: Intranasale toediening van een vaccin op basis van nanodeeltjes verhoogt de bescherming tegen S. pneumoniae. J Nanopart Res (2013) 15:1646.
Ultrasone homogenisator UIP2000hdT (2kW) met continu geroerde batchreactor
Ultrasone processoren voor farmaceutische formuleringen
Hielscher Ultrasonic heeft jarenlange ervaring met het ontwerp, de productie, de distributie en het onderhoud van ultrasone homogenisatoren met hoge prestaties voor de farmaceutische industrie en de voedingsmiddelenindustrie.
De bereiding van hoogwaardige liposomen, nanodeeltjes van vaste lipiden, polymere nanodeeltjes en cyclodextrinecomplexen zijn processen waarbij ultrasone systemen van Hielscher worden gebruikt met een hoge betrouwbaarheid en een superieure kwaliteit van het eindproduct. De sonicatoren van Hielscher maken nauwkeurige regeling van alle procesparameters mogelijk, zoals amplitude, temperatuur, druk en sonicatie-energie. De intelligente software registreert automatisch alle sonicatieparameters (tijd, datum, amplitude, netto-energie, totale energie, temperatuur, druk) op de ingebouwde SD-kaart.
- Emulsificatie met hoge prestaties
- Exacte controle over deeltjesgrootte en belading
- Hoge belading met werkzame stoffen
- Exacte controle over procesparameters
- Snel proces
- Niet-thermisch, nauwkeurige temperatuurregeling
- Lineaire schaalbaarheid
- Reproduceerbaarheid
- Processtandaardisatie / GMP
- Autoclaveerbare sondes en reactoren
- CIP / SIP
De onderstaande tabel geeft u een indicatie van de geschatte verwerkingscapaciteit van onze sonicatoren:
| Batchvolume | Debiet | Aanbevolen apparaten |
|---|---|---|
| 1 tot 500mL | 10 tot 200mL/min | UP100H |
| 10 tot 2000mL | 20 tot 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 tot 20L | 0,2 tot 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 tot 100L | 2 tot 10L/min | UIP4000hdT |
| n.v.t. | 10 tot 100L/min | UIP16000 |
| n.v.t. | hoger | cluster van UIP16000 |
Neem contact met ons op! / Stel ons uw vragen!
Krachtige ultrasone homogenisatoren van laboratoriumschaal tot pilotschaal en industriële schaal.
Literatuur/referenties
- 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.
Wetenswaardigheden
Nanogestructureerde geneesmiddeldragers
Geneesmiddeldragers op nanoschaal, zoals nano-emulsies, liposomen, nanodeeltjes van vaste lipiden, polymere nanodeeltjes en nanogestructureerde lipidedragers, worden gebruikt om geneesmiddelen te formuleren met verbeterde functionaliteiten, zoals een verbeterde biologische beschikbaarheid, verhoogde biocompatibiliteit, gerichte afgifte, een gunstige halfwaardetijd in het bloed en zeer geringe of geen toxiciteit voor gezonde weefsels. Ultrasone behandeling is een zeer efficiënte techniek om verschillende vormen van nanotherapeutica te formuleren. Lees meer over ultrasone toepassingen in de farmaceutische productie!
Liposomen
Een liposoom is een bolvormig blaasje met ten minste één lipidedubbellaag, die de kern van hydrofobe stoffen inkapselt. Zowel de grootte als het hydrofobe en hydrofiele karakter maken liposomen tot krachtige geneesmiddelafgiftesystemen, bijvoorbeeld liposomale vitamine C. De eigenschappen van liposomen worden in sterke mate beïnvloed door de lipidesamenstelling, oppervlaktelading, grootte en bereidingstechniek. Klik hier voor meer informatie over de ultrasone bereiding van liposomen!
Nano-emulsies
Nano-emulsies of submicronemulsies zijn emulsies met een druppelgrootte van 20–200nm en een smalle druppelgrootteverdeling. De druppels op nanoschaal bieden verschillende voordelen voor orale toediening en voor topische / transdermale afgifte van farmaceutische en bioactieve stoffen, bijvoorbeeld CBD-nano-emulsies. Het vermogen van de druppels op nanoschaal om lipofiele geneesmiddelen efficiënt op te lossen, evenals de verhoogde absorptiesnelheid, maken nano-emulsies tot een veelgebruikte toedieningsvorm voor een hoge biologische beschikbaarheid. Nano-geëmulgeerde formuleringen kunnen ook worden gebruikt voor een verlengde afgifte van lipofiele of hydrofiele geneesmiddelen.
Lees meer over de ultrasone productie van nano-emulsies!
Nanodeeltjes van vaste lipiden
Een nanodeeltje van vaste lipiden (SLN) is een bolvormig nanodeeltje met een gemiddelde diameter tussen 10 en 1000 nanometer. Nanodeeltjes van vaste lipiden hebben een vaste lipidekernmatrix waarin lipofiele moleculen (werkzame stoffen) kunnen worden gesolubiliseerd, zodat het nanodeeltje als geneesmiddeldrager fungeert. De lipidekern wordt gestabiliseerd door een emulgator of oppervlakteactieve stof. Met toepassingen voor parenterale en orale toediening en voor oculaire, pulmonale en topische geneesmiddelafgifte worden nanodeeltjes van vaste lipiden gebruikt om de werkzaamheid van de behandeling te verhogen en systemische bijwerkingen te verminderen.
Lees meer over de ultrasoon ondersteunde synthese van nanodeeltjes van vaste lipiden!
Nanogestructureerde lipidedragers
Net als nanodeeltjes van vaste lipiden (SLN’s) zijn nanogestructureerde lipidedragers (NLC’s) een andere vorm van nanodeeltjes op basis van lipiden. Nanogestructureerde lipidedragers (NLC) zijn gemodificeerde nanodeeltjes van vaste lipiden die bestaan uit een mengsel van vaste en vloeibare lipiden en een verbeterde stabiliteit en beladingscapaciteit bieden.
Nanogestructureerde lipidedragers kunnen worden bereid met een ultrasone emulsiemethode.
Kristallen op nanoschaal
Ultrasone kristallisatie en precipitatie is een zeer effectieve manier om stoffen met een slechte wateroplosbaarheid in te kapselen in een gecoat kristal. Zheng et al. (2020) beschrijven de ultrasone inkapseling van curcumine, een bioactieve verbinding met veel gezondheidsvoordelen, maar met een slechte biologische beschikbaarheid door de lage wateroplosbaarheid. Het onderzoeksteam ontwikkelde de vorming van een polyelektrolyt-nanoschil via laag-voor-laagopbouw (LbL) om de curcuminemoleculen in te kapselen. Zij stellen dat “[u]in tegenstelling tot de veelgebruikte emulsiemethoden onze ultrasoon ondersteunde LbL-inkapseling nanodeeltjes van veel kleinere grootte kan opleveren. Voor curcumine verkregen we kristallijne nanodeeltjes met een gemiddelde grootte van 80 nm en een ξ-potentiaal van +30 mV of -50 mV, wat de stabiliteit van deze nanocolloïden gedurende maanden waarborgde (bewaard in een verzadigde geneesmiddeloplossing). De vorming van schillen met twee dubbellagen van biocompatibele polyelektrolyten maakte langzame geneesmiddelafgifte gedurende circa 20 uur mogelijk.”
Het protocol voor curcuminenucleatie: curcuminepoeder werd opgelost in een 60 % ethanol / wateroplossing. Nadat de curcumine volledig was opgelost, werden waterige polykationen, poly(allylaminehydrochloride), PAH, of biologisch afbreekbaar protominesulfaat, (PS) toegevoegd. Vervolgens werd de oplossing gesoniceerd met een UIP1000, een krachtige sonicator van 1kW van Hielscher Ultrasonic, bij 100watt per mL oplossing. Tijdens de ultrasone behandeling werd langzaam water aan de oplossing toegevoegd. Door het toegevoegde water wordt het oplosmiddel polairder, waardoor de oplosbaarheid van curcumine afneemt. Wanneer de evenwichtsconcentratie de oplosbaarheidsgrens overschrijdt, ontstaat oververzadiging van curcumine en begint kristalnucleatie. Bij ultrasone behandeling met hoog vermogen wordt de groei van de geneesmiddeldeeltjes in de beginstadia gestopt.
Lees meer over de ultrasone precipitatie en kristallisatie van nanokristallen!