Nanoenkapsulowana szczepionka donosowa przeciwko S. Pneumoniae z wykorzystaniem ultradźwięków
Zaleta szczepionek przeciwko S. pneumoniae enkapsulowanych w nanocząstkach
Mott i wsp. (2013) określili skuteczność donosowego podawania konstruktu szczepionkowego opartego na nanocząstkach poli(kwasu mlekowego-co-glikolowego) o wielkości 234 ± 87,5nm w zapewnianiu ochrony przed eksperymentalnym pneumokokowym zakażeniem dróg oddechowych. Nanocząstki zawierające enkapsulowane, inaktywowane termicznie Streptococcus pneumoniae (NP-HKSP) pozostawały w płucach przez 11 dni po podaniu donosowym w porównaniu z pustymi NP. Immunizacja za pomocą NP-HKSP zapewniła istotną odporność na zakażenie wywołane przez S. pneumoniae w porównaniu z podaniem samych HKSP. Zwiększona ochrona korelowała z istotnym wzrostem swoistej dla antygenu, związanej z Th1 odpowiedzi cytokinowej IFN-c limfocytów płucnych. Badanie to potwierdza skuteczność technologii opartej na NP jako nieinwazyjnego i ukierunkowanego podejścia do immunizacji nosowo-płucnej przeciwko zakażeniom płuc.
Protokół ultradźwiękowego przygotowywania nanocząstek
Liza ultradźwiękowa
1×106 nanocząstek zawierających enkapsulowane, inaktywowane termicznie Streptococcus pneumoniae (NP-HKSP) poddano lizie przez sonikację w 200µl soli fizjologicznej buforowanej fosforanami (PBS), a 70 mg poli(kwasu mlekowego-co-glikolowego) (PLGA) rozpuszczono w 1 ml octanu etylu. Te dwa roztwory połączono i mieszano na mieszadle wirowym z maksymalną prędkością przez 1 min, aby utworzyć pierwotną emulsję typu woda w oleju.
Enkapsulacja ultradźwiękowa
Metoda podwójnej emulsji: Pierwotną emulsję zmieszano następnie z 3 ml 1 % roztworu alkoholu poliwinylowego (PVA). Roztwór ten poddano sonikacji za pomocą procesora ultradźwiękowego UP200H (Hielscher Ultrasonics GmbH, Niemcy) przy amplitudzie 40 % przez 2 min w trybie ciągłym (cykl 100%), w czystej szklanej fiolce zanurzonej w lodzie w celu odprowadzania ciepła, aby przygotować nanocząstki PLGA zawierające enkapsulowane HKSP. Roztwór następnie rozcieńczono do 20ml wodą sterylizowaną w autoklawie (sterylizowaną przez filtr 0,22µ) i mieszano przez 1 h w temperaturze pokojowej przy niewielkim podciśnieniu, aby odparować octan etylu. Następnie roztwór odwirowano w celu zebrania NP, a proces ten powtórzono dwukrotnie, aby usunąć nadmiar PVA. Osad nanocząstek ponownie zawieszono w 500µl wody sterylizowanej w autoklawie i poddano liofilizacji. Końcowe nanocząstki przechowywano w temperaturze -20°C do dalszego wykorzystania.
Wielkość cząstek nanocząstek PLGA zawierających enkapsulowane, inaktywowane termicznie Streptococcus pneumoniae. Pomiar wielkości cząstek w wodnej zawiesinie nanocząstek metodą dynamicznego rozpraszania światła pokazuje średnią wielkość oraz rozkład Gaussa cząstek w partii.
Źródło: Mott i wsp.: Donosowe podawanie szczepionki opartej na nanocząstkach zwiększa ochronę przed S. pneumoniae. J Nanopart Res (2013) 15:1646.
Homogenizator ultradźwiękowy UIP2000hdT (2kW) z reaktorem okresowym z ciągłym mieszaniem
Procesory ultradźwiękowe do formulacji farmaceutycznych
Hielscher Ultrasonic ma wieloletnie doświadczenie w projektowaniu, produkcji, dystrybucji i serwisowaniu wysokowydajnych homogenizatorów ultradźwiękowych dla przemysłu farmaceutycznego i spożywczego.
Przygotowywanie wysokiej jakości liposomów, nanocząstek lipidów stałych, nanocząstek polimerowych i kompleksów cyklodekstryn to procesy, w których systemy ultradźwiękowe Hielscher są wykorzystywane z wysoką niezawodnością i zapewniają doskonałą jakość produktu. Sonikatory Hielscher umożliwiają precyzyjną kontrolę wszystkich parametrów procesu, takich jak amplituda, temperatura, ciśnienie i energia sonikacji. Inteligentne oprogramowanie automatycznie rejestruje wszystkie parametry sonikacji (czas, datę, amplitudę, energię netto, energię całkowitą, temperaturę, ciśnienie) na wbudowanej karcie SD.
- Wysokowydajne emulgowanie
- Dokładna kontrola wielkości cząstek i stopnia załadowania
- Wysoki stopień załadowania substancjami czynnymi
- Dokładna kontrola parametrów procesu
- Szybki proces
- Proces nietermiczny, precyzyjna kontrola temperatury
- Liniowa skalowalność
- Powtarzalność
- Standaryzacja procesu / GMP
- Sondy i reaktory nadające się do sterylizacji w autoklawie
- CIP / SIP
Poniższa tabela przedstawia orientacyjną wydajność przetwarzania naszych sonikatorów:
| Objętość partii | Natężenie przepływu | Zalecane urządzenia |
|---|---|---|
| 1 do 500mL | 10 do 200mL/min | UP100H |
| 10 do 2000mL | 20 do 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 do 20L | 0,2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10L/min | UIP4000hdT |
| nie dotyczy | 10 do 100L/min | UIP16000 |
| nie dotyczy | większe | zespół urządzeń UIP16000 |
Skontaktuj się z nami! / Zapytaj nas!
Homogenizatory ultradźwiękowe o dużej mocy od skali laboratoryjnej do skali pilotażowej i przemysłowej .
Literatura / źródła
- 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.
Warto wiedzieć
Nanostrukturalne nośniki leków
Nośniki leków o nanometrycznych rozmiarach, takie jak nanoemulsje, liposomy, nanocząstki lipidów stałych, nanocząstki polimerowe i nanostrukturalne nośniki lipidowe, są wykorzystywane do opracowywania preparatów farmaceutycznych o ulepszonych właściwościach, takich jak lepsza biodostępność, zwiększona biokompatybilność, ukierunkowane dostarczanie, korzystny okres półtrwania we krwi oraz bardzo niska toksyczność wobec zdrowych tkanek lub jej brak. Sonikacja jest wysoce wydajną techniką opracowywania różnych postaci nanoterapeutyków. Przeczytaj więcej o zastosowaniach ultradźwięków w produkcji farmaceutycznej!
Liposomy
Liposom to kulisty pęcherzyk mający co najmniej jedną dwuwarstwę lipidową, która otacza rdzeń z substancji hydrofobowych. Zarówno wielkość, jak i hydrofobowy oraz hydrofilowy charakter sprawiają, że liposomy są skutecznymi systemami dostarczania leków, np. liposomalnej witaminy C. Na właściwości liposomów w istotnym stopniu wpływają skład lipidowy, ładunek powierzchniowy, wielkość i technika przygotowania. Kliknij tutaj, aby dowiedzieć się więcej o ultradźwiękowym przygotowywaniu liposomów!
Nanoemulsje
Nanoemulsje, czyli emulsje submikronowe, to emulsje o wielkości kropli w zakresie 20–200nm i wąskim rozkładzie wielkości kropli. Krople o nanometrycznych rozmiarach oferują szereg zalet przy podawaniu doustnym, a także przy miejscowym / przezskórnym dostarczaniu substancji farmaceutycznych i bioaktywnych, np. w nanoemulsjach CBD. Zdolność kropli o nanometrycznych rozmiarach do wydajnego rozpuszczania leków lipofilowych oraz zwiększona szybkość wchłaniania sprawiają, że nanoemulsje są często stosowaną postacią podawania zapewniającą wysoką biodostępność. Formulacje w postaci nanoemulsji mogą być również stosowane do przedłużonego uwalniania leków lipofilowych lub hydrofilowych.
Przeczytaj więcej o ultradźwiękowej produkcji nanoemulsji!
Nanocząstki lipidów stałych
Nanocząstka lipidów stałych (SLN) to kulista nanocząstka o średniej średnicy w zakresie od 10 do 1000 nanometrów. Nanocząstki lipidów stałych mają matrycę rdzenia z lipidów stałych, w której można solubilizować cząsteczki lipofilowe (substancje czynne), dzięki czemu nanocząstka działa jako nośnik leku. Rdzeń lipidowy jest stabilizowany przez emulgator lub środek powierzchniowo czynny. Nanocząstki lipidów stałych, stosowane do podawania pozajelitowego i doustnego, a także dostarczania leków do oczu, płuc i miejscowo, służą zwiększaniu skuteczności leczenia oraz ograniczaniu ogólnoustrojowych działań niepożądanych.
Przeczytaj więcej o wspomaganej ultradźwiękami syntezie nanocząstek lipidów stałych!
Nanostrukturalne nośniki lipidowe
Podobnie jak nanocząstki lipidów stałych (SLN), nanostrukturalne nośniki lipidowe (NLC) są kolejną postacią nanocząstek opartych na lipidach. Nanostrukturalne nośniki lipidowe (NLC) to zmodyfikowane nanocząstki lipidów stałych, składające się z mieszaniny lipidów stałych i ciekłych, które zapewniają lepszą stabilność i większą pojemność załadunkową.
Nanostrukturalne nośniki lipidowe można przygotowywać metodą emulgowania ultradźwiękowego.
Kryształy o nanometrycznych rozmiarach
Krystalizacja i strącanie ultradźwiękowe to wysoce skuteczny sposób enkapsulacji substancji o słabej rozpuszczalności w wodzie w kryształach z otoczką. Zheng i wsp. (2020) opisują ultradźwiękową enkapsulację kurkuminy, związku bioaktywnego o wielu korzystnych działaniach zdrowotnych, lecz słabej biodostępności z powodu niskiej rozpuszczalności w wodzie. Zespół badawczy opracował metodę tworzenia polielektrolitowych nanopowłok warstwa po warstwie (LbL) w celu enkapsulacji cząsteczek kurkuminy. Autorzy stwierdzają, że „[u]w przeciwieństwie do powszechnie stosowanych metod emulgowania nasza enkapsulacja LbL wspomagana ultradźwiękami pozwala uzyskać nanocząstki o znacznie mniejszych rozmiarach. W przypadku kurkuminy uzyskaliśmy krystaliczne nanocząstki o średniej wielkości 80 nm i potencjale ξ wynoszącym +30 mV lub -50 mV, co zapewniło stabilność tych nanokoloidów przez wiele miesięcy (przechowywanych w nasyconym roztworze leku). Tworzenie powłok z dwiema dwuwarstwami biokompatybilnych polielektrolitów umożliwiło powolne uwalnianie leku przez około 20 godzin.”
Protokół nukleacji kurkuminy: Kurkuminę w proszku rozpuszczono w 60 % roztworze etanolu / wody. Po całkowitym rozpuszczeniu kurkuminy dodano polikationy w roztworze wodnym: poli(chlorowodorek alliloaminy), PAH, lub biodegradowalny siarczan protominy (PS). Następnie roztwór poddano sonikacji za pomocą UIP1000, sonikatora o dużej mocy 1kW firmy Hielscher Ultrasonic, przy mocy 100 watów na mL roztworu. Podczas sonikacji do roztworu powoli dodawano wodę. Wskutek dodawania wody rozpuszczalnik staje się bardziej polarny, co zmniejsza rozpuszczalność kurkuminy. Gdy stężenie równowagowe przekracza próg rozpuszczalności, uzyskuje się przesycenie kurkuminy i rozpoczyna się nukleacja kryształów. Podczas sonikacji o dużej mocy wzrost cząstek leku zostaje zatrzymany na początkowych etapach.
Przeczytaj więcej o ultradźwiękowym strącaniu i krystalizacji nanokryształów!