Produkcja biodegradowalnych nanosfer
Biodegradowalne mikro- i nanosfery mogą być wytwarzane w ciągłym, bezkontaktowym i wolnym od zanieczyszczeń procesie, który może być łatwo prowadzony w sterylnych warunkach.
Wprowadzenie
Biodegradowalne mikro- i nanosfery (MS, NS) wykonane z poli(laktydu-koglikolidu) (PLGA) lub innych materiałów są bardzo silnymi systemami dostarczania leków i antygenów z nieodłącznym potencjałem do celowania w leki i antygeny. Obecne metody produkcji PLGA NS są typowymi procesami wsadowymi i mają trudności ze skalowaniem w sterylnych warunkach. Tutaj przedstawiamy nowatorską i elegancką metodę produkcji PLGA NS w sposób ciągły, kontaktowy i sterylny. Proces wolny od zanieczyszczeń które mogą być łatwo stosowane w sterylnych warunkach. Podczas całego procesu produkcyjnego produkt ma bezpośredni kontakt wyłącznie ze sterylnymi rurkami szklanymi i teflonowymi®. Proces może być prowadzony w systemie zamkniętym, aby zapobiec zanieczyszczeniu środowiska.
metody
Nanocząstki PLGA50:50 (Resomer® RG503H, Boehringer Ingelheim) zostały wytworzone przy użyciu zmodyfikowanego procesu ekstrakcji/odparowania rozpuszczalnikiem [1]. PLGA rozpuszczony w dichlorometanie (2 lub 5%) zdyspergowano w wodnym 0,5% (w/w) roztworze PVA za pomocą nowatorskiego układu eksperymentalnego obejmującego bezkontaktowy przepływ. komórka ultradźwiękowa. Gruboziarnista dyspersja O/W była najpierw wstępnie mieszana za pomocą mieszadła magnetycznego, a następnie homogenizowana w mieszalniku. ultradźwiękowa cela przepływowa (natężenia przepływu faz O i W wynosiły 1:8). Początkowo utworzone nanokrople rozpuszczalnika PLGA stopniowo zestalały się podczas przechodzenia w rurkach, przekształcając się w nanocząstki PLGA. Ostateczne utwardzenie cząstek osiągnięto w większej objętości 0,5% roztworu PVA.
Rys. 1: Zestaw eksperymentalny do produkcji nanosfer PLGA
Rys. 2: Projekt ultradźwiękowa cela przepływowa
Wyniki
Nanocząstki o średniej średnicy 485 nm zostały łatwo przygotowane z 2% roztworu PLGA w DCM przy mocy sonikacji 32 W (Tab. 1). Rozkład wielkości był mono-modalny z niewielkim ogonem (Rys. 3A). Rozmiary nanocząstek rozciągały się od 175 do 755 nm zgodnie z percentylem 10 i 90%. Powtarzalność procesu produkcji była niezmiennie dobra, co odzwierciedla jedynie niewielka zmienność średniej średnicy cząstek. Obniżenie emulsja Czas przebywania w polu sonicznym od 14 do 7s miał jedynie niewielki wpływ na wielkość nanocząstek. Zmniejszenie mocy sonikacji z 32 do 25 W spowodowało jednak znaczny wzrost średniej wielkości cząstek z 485 do 700 nm, spowodowany wyraźniejszym ogonowaniem krzywej rozkładu wielkości (rys. 3A). Mniej wyraźny, choć znaczący wzrost średniego rozmiaru cząstek z 485 do 600 nm stwierdzono przy zastosowaniu 5% zamiast 2% roztworu PLGA.
Wreszcie, bardziej hydrofilowy PLGA został wymieniony na bardziej hydrofobowy i o niższej masie cząsteczkowej PLA bez zauważalnych zmian w średnim rozmiarze i rozkładzie wielkości cząstek. Nie zaobserwowano różnic w morfologii różnych partii cząstek przygotowanych z 2% roztworów polimeru. Wszystkie wykazywały idealnie kuliste kształty i gładkie powierzchnie (Rys. 3B). Cząstki wykonane z 5% roztworu PLGA były jednak mniej kuliste, wykazywały lekko pomarszczone powierzchnie i fuzje dwóch lub czasem więcej cząstek (ryc. 3C).
Tabela 1. Średnia średnica nanosfer PLGA50:50 przygotowanych w różnych warunkach. Średnia z dwóch partii ± odchylenie bezwzględne.
Rys. 3: Nanocząstki PLGA. (A): Rozkład wielkości cząstek przygotowanych przy stężeniu polimeru / mocy sonikacji 2% / 32W, 5% / 32W i 2% / 25W%; czas przebywania = 14 s. (B), (C): Zdjęcia SEM cząstek przygotowanych odpowiednio z 2 i 5% roztworów polimeru. Czas przebywania = 14s; moc sonikacji = 32W. Słupki reprezentują 1 mikron.
Dyskusja i wnioski
The ultradźwiękowa cela przepływowa została uznana za dobrze nadającą się do produkcji biodegradowalnych nanosfer polimerowych w oparciu o ekstrakcję emulsyjno-rozpuszczalnikową/odparowanie. Przyszłe badania będą ukierunkowane na skalowanie procesu i zwiększenie mocy wejściowej w celu uzyskania jeszcze drobniejszych emulsji. Ponadto, przydatność ogniwa do przygotowywania emulsji typu woda w oleju emulsje, np. do dalszego przetwarzania w mikrosfery obciążone lekiem.
Literatura
Freitas, S.; Hielscher, G.; Merkle, H. P.; Gander, B.:Szybka i prosta metoda wytwarzania biodegradowalnych nanosfer, w: European Cells and Materials Vol. 7. Suppl. 2, 2004 (strona 28)
Informacje te zostały przedstawione na konferencji Swiss Society of Biomaterials
Rys. 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 emulsja 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.
Rys. 3: Nanopartikel PLGA. (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
umierać 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 Untersucht, z. B. für die weiteren Entwicklungen von mit Wirkstoff angereicherten Mikrosphären (z.B für Depotarzneimittel).
Literatur
Freitas, S.; Hielscher, G.; Merkle, H. P.; Gander, B.:Szybka i prosta metoda wytwarzania biodegradowalnych nanosfer, w: European Cells and Materials Vol. 7. Suppl. 2, 2004 (strona 28)
Dieser Artikel wurde von der Swiss Society of Biomaterials veröffentlich.