Productie van biologisch afbreekbare nanosferen

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

Inleiding

Biologisch afbreekbare micro- en nanosferen (MS, NS) van poly(lactide-coglycolide) (PLGA) of andere materialen zijn zeer krachtige afgiftesystemen voor geneesmiddelen en antigenen, met een inherent potentieel voor de gerichte afgifte van geneesmiddelen en antigenen. De huidige methoden voor de productie van PLGA NS zijn typische batchprocessen die moeilijk onder steriele omstandigheden kunnen worden opgeschaald. Hier presenteren we een nieuwe en elegante methode om PLGA-nanosferen te produceren in een continu, contact- en contaminatievrij proces dat eenvoudig onder steriele omstandigheden kan worden uitgevoerd. Gedurende het gehele productieproces komt het product uitsluitend rechtstreeks in contact met steriel glas en Teflon®-buizen. Het proces kan in een gesloten systeem worden uitgevoerd om elke contaminatie vanuit de omgeving te voorkomen.

Schema van de opstelling voor contaminatievrije synthese van nanodeeltjes met behulp van de contactloze doorstroomcel Dmini van Hielscher voor sonicatie

Methode voor ultrasone contactloze productie van nanosferen

PLGA50:50-nanodeeltjes (Resomer® RG503H, Boehringer Ingelheim) werden geproduceerd met een aangepast proces voor oplosmiddelextractie/-verdamping. PLGA opgelost in dichloormethaan (2 of 5%) werd gedispergeerd in een waterige 0,5% (w/w) PVA-oplossing met behulp van de nieuwe experimentele opstelling met een contactloze ultrasone doorstroomcel Dmini. De grove O/W-dispersie werd eerst voorgemengd met een magneetroerder en vervolgens gehomogeniseerd in de contactloze ultrasone doorstroomcel Dmini (de debieten van de O- en W-fasen stonden in een verhouding van 1:8). De aanvankelijk gevormde nanodruppels van PLGA en oplosmiddel stolden geleidelijk tijdens hun passage door de buizen tot PLGA-nanodeeltjes. De definitieve uitharding van de deeltjes werd bereikt in een groter volume 0,5% PVA-oplossing.

Contactloze ultrasone doorstroomcel Dmini voor contaminatievrije synthese van nanodeeltjes

Resultaten

Nanodeeltjes met een gemiddelde diameter van 485 nm konden eenvoudig worden bereid uit een 2% PLGA-oplossing in DCM bij een sonicatievermogen van 32W (Tab. 1). De grootteverdeling was unimodaal met een lichte staartvorming. (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 steeds goed, zoals bleek uit de slechts geringe variatie in de gemiddelde deeltjesdiameter. Het verlagen van de Tabel 1. Gemiddelde diameter van PLGA50:50-nanosferen bereid onder verschillende omstandigheden. Gemiddelde van twee batches ± absolute afwijking.[/caption]

Ten slotte werd het meer hydrofiele PLGA vervangen door het meer hydrofobe PLA met een lager molecuulgewicht, zonder waarneembare veranderingen in de gemiddelde deeltjesgrootte en de grootteverdeling. Er werden geen verschillen waargenomen in de morfologie van de verschillende batches deeltjes die uit 2% polymeeroplossingen waren bereid. Ze vertoonden allemaal perfect bolvormige vormen en gladde oppervlakken (Fig. 3B). De deeltjes die uit de 5% PLGA-oplossing waren gemaakt, waren echter minder bolvormig, vertoonden licht gerimpelde oppervlakken en versmeltingen van twee of soms meer deeltjes (Fig. 3C).

Fig. 3: PLGA-nanodeeltjes. (A): Grootteverdeling van deeltjes bereid bij een polymeerconcentratie/ sonicatievermogen van 2%/ 32W, 5%/ 32W en 2%/ 25W%; verblijftijd = 14 s. (B),(C): SEM-beelden van deeltjes bereid uit respectievelijk 2 en 5% polymeeroplossingen. Verblijftijd = 14s; sonicatievermogen = 32W. De schaalbalken geven 1 micrometer aan.
(Onderzoek en beelden: © Freitas et al., 2006)

Discussie en conclusie

De ultrasone doorstroomcel bleek zeer geschikt voor de productie van biologisch afbreekbare polymere nanosferen op basis van emulsie-oplosmiddelextractie/-verdamping. Toekomstig onderzoek zal zich richten op het opschalen van het proces en het verhogen van het toegevoerde vermogen om nog fijnere emulsies te verkrijgen. Daarnaast zal de geschiktheid van de cel voor de bereiding van water-in-olie-emulsies worden onderzocht, bijvoorbeeld voor verdere verwerking tot microsferen beladen met geneesmiddelen.

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 (page 28). This study was presented at the Swiss Society of Biomaterials.