Výroba biodegradovateľných nanosfér

Biodegradovateľné mikrosféry a nanosféry možno vyrábať kontinuálnym procesom bez kontaktu a kontaminácie, ktorý možno ľahko prevádzkovať v sterilných podmienkach.

Úvod

Biodegradovateľné mikrosféry a nanosféry (MS, NS) z poly(laktid-ko-glykolidu) (PLGA) alebo iných materiálov sú veľmi účinné systémy na dodávanie liečiv a antigénov s prirodzeným potenciálom na cielené dodávanie liečiv a antigénov. Súčasné metódy výroby PLGA NS sú typické vsádzkové procesy, pri ktorých je problematické zväčšovanie výrobnej mierky v sterilných podmienkach. Tu predstavujeme novú a elegantnú metódu výroby nanosfér PLGA kontinuálnym procesom bez kontaktu a kontaminácie, ktorý možno ľahko prevádzkovať v sterilných podmienkach. Počas celého výrobného procesu je produkt v priamom kontakte iba so sterilným sklom a hadičkami Teflon®. Proces možno prevádzkovať v uzavretom systéme, aby sa zabránilo akejkoľvek kontaminácii z okolitého prostredia.

Schéma zostavy na syntézu nanočastíc bez kontaminácie pomocou bezkontaktnej sonikačnej prietokovej cely Dmini od spoločnosti Hielscher

Metóda bezkontaktnej ultrazvukovej výroby nanosfér

Nanočastice PLGA50:50 (Resomer® RG503H, Boehringer Ingelheim) sa vyrábali modifikovaným procesom extrakcie/odparovania rozpúšťadla. PLGA rozpustený v dichlórmetáne (2 alebo 5%) sa dispergoval vo vodnom 0,5% (w/w) roztoku PVA pomocou novej experimentálnej zostavy zahŕňajúcej bezkontaktnú prietokovú ultrazvukovú celu Dmini. Hrubá disperzia oleja vo vode (O/W) sa najprv predmiešala magnetickým miešadlom a potom homogenizovala v bezkontaktnej ultrazvukovej prietokovej cele Dmini (prietoky fáz O a W boli v pomere 1:8). Spočiatku vytvorené nanokvapôčky PLGA s rozpúšťadlom počas prechodu hadičkami postupne tuhli a menili sa na nanočastice PLGA. Konečné vytvrdenie častíc sa dosiahlo vo väčšom objeme 0,5% roztoku PVA.

Ultrazvuková bezkontaktná prietoková cela Dmini na syntézu nanočastíc bez kontaminácie

Výsledky

Nanočastice so stredným priemerom 485 nm sa ľahko pripravili z 2% roztoku PLGA v DCM pri sonikačnom výkone 32W (tab. 1). Distribúcia veľkosti bola unimodálna s mierne predĺženým chvostom. (obr. 3A). Veľkosti nanočastíc sa podľa 10 a 90% percentilu pohybovali od 175 do 755 nm. Opakovateľnosť výrobného procesu bola trvalo dobrá, čo sa prejavilo iba malou variabilitou stredného priemeru častíc. Zníženie Tabuľka 1. Stredný priemer nanosfér PLGA50:50 pripravených za rôznych podmienok. Priemer dvoch vsádzok ± absolútna odchýlka.[/caption]

Napokon sa hydrofilnejší PLGA nahradil hydrofóbnejším PLA s nižšou molekulovou hmotnosťou bez badateľných zmien strednej veľkosti častíc a distribúcie veľkosti. V morfológii rôznych vsádzok častíc pripravených z 2% roztokov polyméru sa nepozorovali žiadne rozdiely. Všetky vykazovali dokonale guľovité tvary a hladké povrchy (obr. 3B). Častice vyrobené z 5% roztoku PLGA však boli menej guľovité, mali mierne zvrásnené povrchy a vykazovali zrastenie dvoch alebo niekedy aj viacerých častíc (obr. 3C).

Obr. 3: Nanočastice PLGA. (A): Distribúcia veľkosti častíc pripravených pri koncentrácii polyméru/ sonikačnom výkone 2%/ 32W, 5%/ 32W a 2%/ 25W%; čas zotrvania = 14 s. (B),(C): Snímky SEM častíc pripravených z 2 a 5% roztokov polyméru v uvedenom poradí. Čas zotrvania = 14s; sonikačný výkon = 32W. Mierkové úsečky predstavujú 1 mikrométer.
(Štúdia a snímky: © Freitas et al., 2006)

Diskusia a záver

Zistilo sa, že ultrazvuková prietoková cela je veľmi vhodná na výrobu biodegradovateľných polymérnych nanosfér založenú na emulgácii a extrakcii/odparovaní rozpúšťadla. Budúci výskum sa zameria na zväčšovanie výrobnej mierky procesu a zvyšovanie dodávaného výkonu s cieľom získať ešte jemnejšie emulzie. Okrem toho sa bude skúmať vhodnosť cely na prípravu emulzií vody v oleji, napr. na ďalšie spracovanie na mikrosféry s obsahom liečiva.

Literatúra

• 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.