Producerea de nanosfere biodegradabile
Micro- și nanosferele biodegradabile pot fi produse într-un proces continuu, fără contact și contaminare, care poate fi rulat cu ușurință în condiții sterile.
Introducere
Micro- și nanosferele biodegradabile (MS, NS) realizate din poli(lactidă-coglicolidă) (PLGA) sau alte materiale sunt sisteme foarte puternice de livrare a medicamentelor și antigenelor, cu potențial inerent de direcționare a medicamentelor și antigenelor. Metodele actuale de producere a PLGA NS sunt procese tipice de lot și suferă de dificultăți de upscaling în condiții sterile. Aici, prezentăm o metodă nouă și elegantă de a produce PLGA NS într-un mod continuu, de contact și Proces fără contaminare care pot fi rulate cu ușurință în condiții sterile. Pe parcursul întregului proces de fabricație, produsul este în contact direct numai cu sticla sterilă și tuburile din teflon®. Procesul poate fi rulat într-un sistem închis pentru a preveni orice contaminare a mediului.
Metode
Nanoparticulele PLGA50:50 (Resomer® RG503H, Boehringer Ingelheim) au fost produse folosind un proces modificat de extracție/evaporare cu solvent [1]. PLGA dizolvat în diclormetan (2 sau 5%) a fost dispersat în soluție apoasă de PVA 0,5% (g/g) prin intermediul noului sistem experimental care implică un flux fără contact Ultrasonication celulă. Dispersia grosieră O/W a fost mai întâi preamestecată cu un agitator magnetic și apoi omogenizată în Celulă de curgere cu ultrasunete (debitele fazelor O și W au fost de 1:8). Nanopicăturile PLGA-solvent formate inițial s-au solidificat treptat în timpul trecerii în tuburi pentru a deveni nanoparticule PLGA. Întărirea finală a particulelor a fost realizată într-un volum mai mare de soluție PVA 0,5%.
Fig. 1: Configurație experimentală pentru producerea nanosferelor PLGA
Fig. 2: Proiectarea Celulă de curgere cu ultrasunete
Rezultatele
Nanoparticulele cu un diametru mediu de 485 nm au fost ușor preparate dintr-o soluție PLGA 2% în DCM la puterea sonicare 32W (Tab. 1). Distribuția dimensiunilor a fost monomodală, cu o ușoară coadă (Fig. 3A). Dimensiunile nanoparticulelor s-au extins de la 175 la 755 nm în funcție de percentilele 10 și 90%. Repetabilitatea procesului de producție a fost în mod constant bună, reflectată doar de o variabilitate minoră a diametrului mediu al particulelor. Coborârea butonului Emulsie E Timpul de rezidență în câmpul sonic de la 14 la 7s a avut doar un impact minor asupra dimensiunii nanoparticulelor. O reducere a puterii sonicare de la 32 la 25W, cu toate acestea, a dus la o creștere semnificativă a dimensiunii medii a particulelor de la 485 la 700nm, cauzată de o reducere mai pronunțată a curbei de distribuție a dimensiunii (Fig. 3A). O creștere mai puțin proeminentă, deși semnificativă, a dimensiunii medii a particulelor de la 485 la 600 nm a fost găsită atunci când se utilizează o soluție PLGA de 5% în loc de 2%.
În cele din urmă, PLGA mai hidrofil a fost schimbat cu PLA mai hidrofob și cu greutate moleculară mai mică, fără modificări notabile în dimensiunea medie a particulelor și distribuția dimensiunii. Nu au fost observate diferențe în morfologia diferitelor loturi de particule preparate din soluții polimerice 2%. Toate prezentau forme perfect sferice și suprafețe netede (Fig. 3B). Cu toate acestea, particulele realizate din soluția PLGA 5% au fost mai puțin sferice, au prezentat suprafețe ușor încrețite și fuziuni de două sau uneori mai multe particule (Fig. 3C).
Tabelul 1. Diametrul mediu al nanosferelor PLGA50:50 preparate în condiții diferite. Media a două loturi ± abatere absolută.
Fig. 3: Nanoparticule PLGA. (A): Distribuția dimensională a particulelor preparate la concentrația polimerului / puterea sonicare de 2% / 32W, 5% / 32W și 2% / 25W%; timp de rezidență = 14 s. (B), (C): SEM imagini ale particulelor preparate din 2 și, respectiv, 5% soluții polimerice. Timp de ședere = 14s; puterea sonicare = 32W. Barele reprezintă 1 micron.
Discuții și concluzii
Cel Celulă de curgere cu ultrasunete s-a dovedit a fi foarte potrivit pentru producția bazată pe extracția/evaporarea cu solvent în emulsie a nanosferelor polimerice biodegradabile. Cercetările viitoare vor fi îndreptate spre extinderea procesului și creșterea puterii de intrare pentru a produce emulsii și mai fine. În plus, adecvarea celulei pentru prepararea apei în ulei Emulsii, de exemplu pentru prelucrarea ulterioară în microsfere încărcate cu medicamente, vor fi studiate.
Literatură
Freitas, S.; Hielscher, G.; Merkle, H. P.; Gander, B.:O metodă rapidă și simplă pentru producerea nanosferelor biodegradabile, în: European Cells and Materials Vol. 7. Supliment 2, 2004 (pagina 28)
Aceste informații au fost prezentate la Societatea Elvețiană de Biomateriale
Fig. 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 emulsie 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).
Tabelul 1. Durchschnittlicher Durchmesse von PLGA50:50 Nanosphären, unter variierenden Bedingungen aufbereitet. Durchschnitt zweier Batches ± der absoluten Abweichung.
Fig. 3: PLGA Nanopartikel. (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
muri 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.:O metodă rapidă și simplă pentru producerea nanosferelor biodegradabile, în: European Cells and Materials Vol. 7. Supliment 2, 2004 (pagina 28)
Dieser Artikel wurde von der Societatea Elvețiană de Biomateriale veröffentlich.