Nanoinkapslat intranasalt vaccin mot S. Pneumoniae med ultraljud
Fördel med nanopartikelinkapslade vacciner mot S. pneumoniae
Mott et al. (2013) fastställde hur effektiv intranasal administrering av en vaccinkonstruktion av nanopartiklar av poly(mjölksyra-co-glykolsyra) med en storlek på 234 ± 87,5nm var för att skapa skydd mot experimentell pneumokockinfektion i luftvägarna. Nanopartiklar med inkapslade värmeavdödade Streptococcus pneumoniae (NP-HKSP) fanns kvar i lungorna 11 dagar efter nasal administrering jämfört med tomma NP. Immunisering med NP-HKSP gav signifikant motståndskraft mot S. pneumoniae -infektion jämfört med administrering av enbart HKSP. Ökat skydd korrelerade med en signifikant ökning av det antigenspecifika Th1-associerade IFN-c-cytokinsvaret från lunglymfocyter. Denna studie fastställer effektiviteten hos NP-baserad teknik som en icke-invasiv och riktad metod för nasal-pulmonell immunisering mot lunginfektioner.
Protokoll för framställning av nanopartiklar med ultraljud
Ultraljudslys
1×106 nanopartiklar med inkapslade värmeavdödade Streptococcus pneumoniae (NP-HKSP) lyserades genom ultraljudsbehandling i 200µl fosfatbuffrad saltlösning (PBS), och 70 mg poly(mjölksyra-co-glykolsyra) (PLGA) löstes i 1 ml etylacetat. Dessa två lösningar blandades och vortexblandades vid maximal hastighet i 1 min för att bilda en primär vatten-i-olja-emulsion.
Inkapsling med ultraljud
Dubbelemulsionsmetod: Den primära emulsionen blandades sedan med 3 ml 1 % polyvinylalkohollösning (PVA). Denna lösning ultraljudsbehandlades med en ultraljudsprocessor UP200H (Hielscher Ultrasonics GmbH, Tyskland) vid 40 % amplitud i 2 min i kontinuerligt läge (100% arbetscykel), i en ren glasflaska nedsänkt i is för värmeavledning, för att framställa PLGA-nanopartiklar med inkapslade HKSP. Lösningen späddes ytterligare till 20ml med autoklaverat vatten (filtersteriliserat med 0,22µ) och omrördes i 1 h vid rumstemperatur under svagt vakuum för att avdunsta etylacetat. Lösningen centrifugerades sedan för att samla upp NP, och denna process upprepades två gånger för att avlägsna överskott av PVA. Nanopartikelpelleten resuspenderades i 500µl autoklaverat vatten och frystorkades. De slutliga nanopartiklarna förvarades vid -20°C fram till vidare användning.
Partikelstorlek för PLGA-nanopartiklar med inkapslade värmeavdödade Streptococcus pneumoniae. Partikelstorleken i en vattenbaserad suspension av nanopartiklar, uppmätt med dynamisk ljusspridning, visar partiklarnas medelstorlek och Gaussfördelning i satsen.
Källa: Mott et al.: Intranasal tillförsel av nanopartikelbaserat vaccin ökar skyddet mot S. pneumoniae. J Nanopart Res (2013) 15:1646.
Ultraljudshomogenisator UIP2000hdT (2kW) med kontinuerligt omrörd satsreaktor
Ultraljudsprocessorer för farmaceutiska formuleringar
Hielscher Ultrasonic har lång erfarenhet av konstruktion, tillverkning, distribution och service av högpresterande ultraljudshomogenisatorer för läkemedels- och livsmedelsindustrin.
Framställning av högkvalitativa liposomer, fasta lipidnanopartiklar, polymera nanopartiklar och cyklodextrinkomplex är processer där Hielschers ultraljudssystem används med hög tillförlitlighet och överlägsen kvalitet på resultatet. Hielschers ultraljudsapparater möjliggör exakt kontroll av alla processparametrar, såsom amplitud, temperatur, tryck och ultraljudsenergi. Den intelligenta programvaran loggar automatiskt alla ultraljudsparametrar (tid, datum, amplitud, nettoenergi, total energi, temperatur, tryck) på det inbyggda SD-kortet.
- Högpresterande emulgering
- Exakt kontroll av partikelstorlek och laddning
- Hög laddning av aktiva substanser
- Exakt kontroll av processparametrar
- Snabb process
- Icke-termisk, exakt temperaturkontroll
- Linjär skalbarhet
- Reproducerbarhet
- Processstandardisering / GMP
- Autoklaverbara prober och reaktorer
- CIP / SIP
Tabellen nedan ger en indikation på den ungefärliga bearbetningskapaciteten hos våra ultraljudsapparater:
| Satsvolym | Flödeshastighet | Rekommenderade apparater |
|---|---|---|
| 1 till 500mL | 10 till 200mL/min | UP100H |
| 10 till 2000mL | 20 till 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 till 20L | 0,2 till 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 till 100L | 2 till 10L/min | UIP4000hdT |
| ej tillämpligt | 10 till 100L/min | UIP16000 |
| ej tillämpligt | högre | kluster av UIP16000 |
Kontakta oss! / Fråga oss!
Ultraljudshomogenisatorer med hög effekt från laboratorie- till pilot- och industriell skala.
Litteratur/referenser
- 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.
Värt att veta
Nanostrukturerade läkemedelsbärare
Läkemedelsbärare i nanostorlek, såsom nanoemulsioner, liposomer, fasta lipidnanopartiklar, polymera nanopartiklar och nanostrukturerade lipidbärare, används för att formulera läkemedel med förbättrade funktionella egenskaper såsom förbättrad biotillgänglighet, ökad biokompatibilitet, riktad tillförsel, gynnsam halveringstid i blodet och mycket låg eller ingen toxicitet för frisk vävnad. Ultraljudsbehandling är en mycket effektiv teknik för att formulera olika former av nanoterapeutika. Läs mer om ultraljudstillämpningar inom läkemedelsproduktion!
Liposomer
En liposom är en sfärisk vesikel med minst ett lipiddubbelskikt som kapslar in kärnan av hydrofoba ämnen. Både storleken och den hydrofoba och hydrofila karaktären gör liposomer till potenta system för läkemedelstillförsel, till exempel liposomalt C-vitamin. Liposomernas egenskaper påverkas i hög grad av lipidsammansättning, ytladdning, storlek och framställningsteknik. Klicka här för att läsa mer om framställning av liposomer med ultraljud!
Nanoemulsioner
Nanoemulsioner eller submikrona emulsioner är emulsioner med en droppstorlek på 20–200nm och en snäv droppstorleksfördelning. Dropparna i nanostorlek erbjuder flera fördelar vid oral administrering samt vid topikal / transdermal tillförsel av farmaceutiska och bioaktiva substanser, till exempel CBD-nanoemulsioner. Dropparnas förmåga att effektivt lösa lipofila läkemedel samt den ökade absorptionshastigheten gör nanoemulsioner till en ofta använd administreringsform för hög biotillgänglighet. Nanoemulgerade formuleringar kan också användas för förlängd frisättning av lipofila eller hydrofila läkemedel.
Läs mer om framställning av nanoemulsioner med ultraljud!
Fasta lipidnanopartiklar
En fast lipidnanopartikel (SLN) är en sfärisk nanopartikel med en medeldiameter mellan 10 och 1000 nanometer. Fasta lipidnanopartiklar har en kärnmatris av fast lipid där lipofila molekyler (aktiva substanser) kan solubiliseras så att nanopartikeln fungerar som läkemedelsbärare. Lipidkärnan stabiliseras av ett emulgeringsmedel eller en tensid. Med tillämpningar för parenteral och oral administrering samt okulär, pulmonell och topikal läkemedelstillförsel används fasta lipidnanopartiklar för att förbättra behandlingseffekten och minska systemiska biverkningar.
Läs mer om ultraljudsassisterad syntes av fasta lipidnanopartiklar!
Nanostrukturerade lipidbärare
Liksom fasta lipidnanopartiklar (SLN) är nanostrukturerade lipidbärare (NLC) en annan form av lipidbaserade nanopartiklar. Nanostrukturerade lipidbärare (NLC) är modifierade fasta lipidnanopartiklar som består av en blandning av fasta och flytande lipider och erbjuder förbättrad stabilitet och laddningskapacitet.
Nanostrukturerade lipidbärare kan framställas med en emulgeringsmetod som använder ultraljud.
Kristaller i nanostorlek
Kristallisering och utfällning med ultraljud är ett mycket verkningsfullt sätt att kapsla in ämnen med låg vattenlöslighet i en belagd kristall. Zheng et al. (2020) rapporterar om ultraljudsinkapsling av kurkumin, en bioaktiv förening med många hälsofördelar men låg biotillgänglighet på grund av låg vattenlöslighet. Forskargruppen utvecklade en metod för att bilda nanoskal av polyelektrolyter lager för lager (LbL) för att kapsla in kurkuminmolekylerna. De konstaterar att ”[u]till skillnad från de vanligt använda emulsionsmetoderna kan vår ultraljudsassisterade LbL-inkapsling ge nanopartiklar med mycket mindre storlek. För kurkumin erhöll vi kristallina nanopartiklar med en medelstorlek på 80 nm och en ξ-potential på +30 mV eller -50 mV, vilket säkerställde stabiliteten hos dessa nanokolloider i flera månader (förvarade i mättad läkemedelslösning). Bildning av skal med två dubbelskikt av biokompatibla polyelektrolyter möjliggjorde långsam läkemedelsfrisättning under cirka 20 timmar.”
Protokoll för kärnbildning av kurkumin: Kurkuminpulver löstes i en 60 % etanol- / vattenlösning. Efter fullständig upplösning av kurkuminet tillsattes vattenbaserade polykatjoner, poly(allylaminhydroklorid), PAH, eller biologiskt nedbrytbart protominsulfat, (PS). Därefter ultraljudsbehandlades lösningen med en UIP1000, en kraftfull ultraljudsapparat på 1kW från Hielscher Ultrasonic, vid 100watt per mL lösning. Under ultraljudsbehandlingen tillsattes vatten långsamt till lösningen. Det tillsatta vattnet gör lösningsmedlet mer polärt, vilket minskar kurkuminets löslighet. När jämviktskoncentrationen överstiger löslighetsgränsen uppnås övermättnad av kurkumin och kristallkärnbildningen börjar. Vid ultraljudsbehandling med hög effekt stoppas läkemedelspartiklarnas tillväxt i de inledande stadierna.
Läs mer om utfällning och kristallisering av nanokristaller med ultraljud!