Wytwarzanie biodegradowalnych nanosfer

Biodegradowalne mikro- i nanosfery można wytwarzać w ciągłym, bezkontaktowym procesie wolnym od zanieczyszczeń, który można łatwo prowadzić w warunkach sterylnych.

Wprowadzenie

Biodegradowalne mikro- i nanosfery (MS, NS) wykonane z poly(lactide-coglycolide) (PLGA) lub innych materiałów są bardzo skutecznymi systemami dostarczania leków i antygenów, mającymi inherentny potencjał do ich ukierunkowanego dostarczania. Obecne metody wytwarzania nanosfer PLGA są typowymi procesami wsadowymi, których skalowanie w warunkach sterylnych wiąże się z trudnościami. Przedstawiamy tu nowatorską i elegancką metodę wytwarzania nanosfer PLGA w ciągłym, bezkontaktowym procesie wolnym od zanieczyszczeń, który można łatwo prowadzić w warunkach sterylnych. Podczas całego procesu wytwarzania produkt ma bezpośredni kontakt wyłącznie ze sterylnym szkłem i przewodami z Teflon®u. Proces można prowadzić w układzie zamkniętym, aby zapobiec wszelkiemu zanieczyszczeniu pochodzącemu ze środowiska.

Schemat układu do syntezy nanocząstek bez zanieczyszczeń z wykorzystaniem komory przepływowej Dmini firmy Hielscher do sonikacji bezkontaktowej

Metoda bezkontaktowego ultradźwiękowego wytwarzania nanosfer

Nanocząstki PLGA50:50 (Resomer® RG503H, Boehringer Ingelheim) wytwarzano przy użyciu zmodyfikowanego procesu ekstrakcji/odparowywania rozpuszczalnika. PLGA rozpuszczony w dichlorometanie (2 lub 5%) dyspergowano w wodnym roztworze PVA o stężeniu 0,5% (w/w) za pomocą nowatorskiego układu doświadczalnego obejmującego komorę przepływową Dmini do sonikacji bezkontaktowej. Grubą dyspersję O/W najpierw wstępnie mieszano mieszadłem magnetycznym, a następnie homogenizowano w bezkontaktowej ultradźwiękowej komorze przepływowej Dmini (stosunek natężeń przepływu faz O i W wynosił 1:8). Początkowo powstałe nanokrople PLGA w rozpuszczalniku stopniowo zestalały się podczas przepływu przez przewody, tworząc nanocząstki PLGA. Końcowe utwardzenie cząstek osiągnięto w większej objętości roztworu PVA o stężeniu 0,5%.

Bezkontaktowa ultradźwiękowa komora przepływowa Dmini do syntezy nanocząstek bez zanieczyszczeń

Wyniki

Nanocząstki o średniej średnicy 485 nm łatwo otrzymano z 2% roztworu PLGA w DCM przy mocy sonikacji 32W (tab. 1). Rozkład wielkości był jednomodalny, z niewielkim ogonem. (rys. 3A). Wielkości nanocząstek mieściły się w zakresie od 175 do 755 nm, wyznaczonym przez percentyle 10 i 90%. Powtarzalność procesu wytwarzania była niezmiennie dobra, o czym świadczyła jedynie niewielka zmienność średniej średnicy cząstek. Zmniejszenie Tabela 1. Średnia średnica nanosfer PLGA50:50 otrzymanych w różnych warunkach. Średnia z dwóch partii ± odchylenie bezwzględne.[/caption]

Na koniec bardziej hydrofilowy PLGA zastąpiono bardziej hydrofobowym PLA o mniejszej masie cząsteczkowej, bez zauważalnych zmian średniej wielkości cząstek i rozkładu ich wielkości. Nie zaobserwowano różnic w morfologii różnych partii cząstek otrzymanych z 2% roztworów polimerów. Wszystkie miały idealnie kuliste kształty i gładkie powierzchnie (rys. 3B). Cząstki otrzymane z 5% roztworu PLGA były jednak mniej kuliste, miały lekko pomarszczone powierzchnie i wykazywały zlewanie się dwóch, a niekiedy większej liczby cząstek (rys. 3C).

Rys. 3: Nanocząstki PLGA. (A): Rozkład wielkości cząstek otrzymanych przy stężeniu polimeru/ mocy sonikacji wynoszących 2%/ 32W, 5%/ 32W i 2%/ 25W%; czas przebywania = 14 s. (B),(C): Obrazy SEM cząstek otrzymanych odpowiednio z 2 i 5% roztworów polimeru. Czas przebywania = 14s; moc sonikacji = 32W. Odcinki skali odpowiadają 1 mikrometrowi.
(Badanie i zdjęcia: © Freitas i in., 2006)

Dyskusja i wnioski

Stwierdzono, że ultradźwiękowa komora przepływowa dobrze nadaje się do wytwarzania biodegradowalnych nanosfer polimerowych metodą opartą na ekstrakcji/odparowywaniu rozpuszczalnika z emulsji. Przyszłe badania będą ukierunkowane na zwiększenie skali procesu oraz doprowadzanej mocy w celu uzyskania jeszcze drobniejszych emulsji. Ponadto zbadana zostanie przydatność komory do przygotowywania emulsji typu woda w oleju, np. do dalszego przetwarzania na mikrosfery zawierające leki.

Literatura

• 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.