Biologisch afbreekbare nanosferen produceren

Biologisch afbreekbare micro- en nanosferen kunnen geproduceerd worden in een continu, contact- en contaminatievrij proces dat gemakkelijk onder steriele omstandigheden uitgevoerd kan worden.

Inleiding

Biologisch afbreekbare micro- en nanosferen (MS, NS) gemaakt van poly(lactide-coglycolide) (PLGA) of andere materialen zijn zeer krachtige systemen voor het toedienen van geneesmiddelen en antigenen met inherent potentieel voor het richten van geneesmiddelen en antigenen. De huidige methoden om PLGA NS te produceren zijn typische batchprocessen en hebben te lijden onder problemen met opschaling onder steriele omstandigheden. Hier presenteren we een nieuwe en elegante methode om PLGA NS te produceren in een continu, contact- en besmettingsvrij proces dat gemakkelijk onder steriele omstandigheden kan worden gebruikt. Tijdens het hele productieproces is het product alleen in direct contact met steriel glas en Teflon® buisjes. Het proces kan in een gesloten systeem worden uitgevoerd om besmetting van de omgeving te voorkomen.

methoden

PLGA50:50 nanodeeltjes (Resomer® RG503H, Boehringer Ingelheim) werden geproduceerd met behulp van een aangepast oplosmiddelextractie/verdampingsproces [1]. PLGA opgelost in dichloormethaan (2 of 5%) werd gedispergeerd in een waterige 0,5% (g/g) PVA-oplossing door middel van een nieuwe experimentele opstelling met een contactloze doorstroomsysteem. ultrasone cel. De grove O/W-dispersie werd eerst voorgemengd door een magneetroerder en vervolgens gehomogeniseerd in de ultrasone doorstroomcel (de stroomsnelheden van de O- en W-fase waren 1:8). De aanvankelijk gevormde nanodruppeltjes PLGA-oplossing stolden geleidelijk tijdens de passage in de buisjes tot PLGA-nanodeeltjes. Definitieve uitharding van de deeltjes werd bereikt in een groter volume van 0,5% PVA-oplossing.

Fig. 1: Experimentele opstelling voor de productie van PLGA-nanosferen

Fig. 2: Ontwerp van ultrasone doorstroomcel

Resultaten

Nanodeeltjes met een gemiddelde diameter van 485 nm werden gemakkelijk bereid uit een 2% PLGA oplossing in DCM bij 32 W sonicatievermogen (Tab. 1). De grootteverdeling was monomodaal met een lichte staart (Fig. 3A). De grootte van de nanodeeltjes varieerde van 175 tot 755 nm volgens de percentielen van 10 en 90%. De herhaalbaarheid van het productieproces was consistent goed, zoals blijkt uit de slechts geringe variabiliteit in de gemiddelde deeltjesdiameter. Het verlagen van de emulsie's verblijftijd in het sonische veld van 14 naar 7s had slechts een kleine invloed op de nanodeeltjesgrootte. Een vermindering van het sonicatievermogen van 32 naar 25 W resulteerde echter in een significante toename van de gemiddelde deeltjesgrootte van 485 naar 700 nm, veroorzaakt door een meer uitgesproken staart van de grootteverdelingscurve (Fig. 3A). Een minder prominente, maar significante toename van de gemiddelde deeltjesgrootte van 485 tot 600 nm werd gevonden bij gebruik van een 5% in plaats van een 2% PLGA-oplossing.

Tot slot werd het meer hydrofiele PLGA vervangen door het meer hydrofobe en lager moleculaire gewicht PLA zonder merkbare veranderingen in de gemiddelde deeltjesgrootte en de grootteverdeling. Er werden geen verschillen waargenomen in de morfologie van de verschillende batches deeltjes bereid uit 2% polymeeroplossingen. Ze vertoonden allemaal perfect sferische vormen en gladde oppervlakken (Fig. 3B). De deeltjes gemaakt van de 5% PLGA oplossing waren echter minder bolvormig, vertoonden enigszins rimpelige oppervlakken en fusies van twee of soms meer deeltjes (Fig. 3C).

Tabel 1. Gemiddelde diameter van PLGA50:50 nanosferen bereid onder verschillende omstandigheden. Gemiddelde van twee batches ± absolute afwijking.

Fig. 3: PLGA nanodeeltjes. (A): Grootteverdeling van deeltjes bereid bij polymeerconcentratie / sonicatievermogen van 2% / 32W, 5% / 32W, en 2% / 25W%; verblijftijd = 14 s. (B), (C): SEM-foto's van deeltjes bereid uit 2 en 5% polymeeroplossingen, respectievelijk. Verblijftijd = 14s; sonicatievermogen = 32W. Staven vertegenwoordigen 1 micron.

Discussie en conclusies

De ultrasone doorstroomcel bleek goed geschikt te zijn voor de productie van biologisch afbreekbare polymere nanosferen op basis van emulsie/oplosmiddelextractie/verdamping. Toekomstig onderzoek zal gericht zijn op het opschalen van het proces en het verhogen van het opgenomen vermogen om nog fijnere emulsies te produceren. Daarnaast is de geschiktheid van de cel voor de bereiding van water-in-olie emulsiesbijvoorbeeld voor verdere verwerking tot microsferen gevuld met geneesmiddelen, worden bestudeerd.

Literatuur

Freitas, S.; Hielscher, G.; Merkle, H. P.; Gander, B.:A Fast and Simple Method for Producing Biodegradable Nanospheres, in: European Cells and Materials Vol. 7. Suppl. 2, 2004 (pagina 28)

Deze informatie werd gepresenteerd op de Swiss Society of Biomaterials