Framställning av biologiskt nedbrytbara nanosfärer

Biologiskt nedbrytbara mikro- och nanosfärer kan framställas i en kontinuerlig, kontakt- och kontaminationsfri process som enkelt kan genomföras under sterila förhållanden.

Inledning

Biologiskt nedbrytbara mikro- och nanosfärer (MS, NS) av poly(laktid-ko-glykolid) (PLGA) eller andra material är mycket effektiva leveranssystem för läkemedel och antigener med inneboende potential för målstyrd leverans av läkemedel och antigener. Dagens metoder för att framställa PLGA NS är typiska satsvisa processer och medför svårigheter vid uppskalning under sterila förhållanden. Här presenterar vi en ny och elegant metod för att framställa PLGA-nanosfärer i en kontinuerlig, kontakt- och kontaminationsfri process som enkelt kan genomföras under sterila förhållanden. Under hela tillverkningsprocessen är produkten i direkt kontakt endast med sterilt glas och sterila Teflon®-slangar. Processen kan genomföras i ett slutet system för att förhindra all kontamination från omgivningen.

Schematisk bild av uppställningen för kontaminationsfri syntes av nanopartiklar med Hielschers flödescell Dmini för kontaktfri ultraljudsbehandling

Metod för kontaktfri framställning av nanosfärer med ultraljud

PLGA50:50-nanopartiklar (Resomer® RG503H, Boehringer Ingelheim) framställdes med en modifierad process för lösningsmedelsextraktion/avdunstning. PLGA löst i diklormetan (2 eller 5%) dispergerades i en vattenbaserad 0,5% (w/w) PVA-lösning med hjälp av den nya försöksuppställningen med en kontaktfri genomflödescell Dmini för ultraljudsbehandling. Den grova O/W-dispersionen förblandades först med en magnetomrörare och homogeniserades sedan i den kontaktfria ultraljudsgenomflödescellen Dmini (flödena för O- och W-faserna stod i förhållandet 1:8). De initialt bildade nanodropparna av PLGA och lösningsmedel stelnade gradvis under passagen genom slangarna och blev PLGA-nanopartiklar. Sluthärdningen av partiklarna uppnåddes i en större volym av 0,5% PVA-lösning.

Kontaktfri ultraljudsflödescell Dmini för kontaminationsfri syntes av nanopartiklar

Resultat

Nanopartiklar med en medeldiameter på 485 nm framställdes enkelt från en 2% PLGA-lösning i DCM vid en ultraljudseffekt på 32W (tab. 1). Storleksfördelningen var unimodal med en svag svans. (Fig. 3A). Nanopartiklarnas storlek sträckte sig från 175 till 755 nm enligt 10:e och 90:e percentilen. Framställningsprocessens repeterbarhet var genomgående god, vilket återspeglades i endast små variationer i partiklarnas medeldiameter. En minskning av Tabell 1. Medeldiameter för PLGA50:50-nanosfärer framställda under olika förhållanden. Medelvärde för två satser ± absolut avvikelse.[/caption]

Slutligen ersattes den mer hydrofila PLGA med den mer hydrofoba PLA med lägre molekylvikt, utan märkbara förändringar i partiklarnas genomsnittliga storlek och storleksfördelning. Inga skillnader observerades i morfologin hos de olika satserna av partiklar som framställdes från 2% polymerlösningar. Alla uppvisade perfekt sfäriska former och släta ytor (fig. 3B). Partiklarna som framställdes från 5% PLGA-lösningen var däremot mindre sfäriska, uppvisade något skrynkliga ytor och sammansmältningar av två eller ibland fler partiklar (fig. 3C).

Fig. 3: PLGA-nanopartiklar. (A): Storleksfördelning för partiklar framställda vid polymerkoncentration/ ultraljudseffekt på 2%/ 32W, 5%/ 32W och 2%/ 25W%; uppehållstid = 14 s. (B),(C): SEM-bilder av partiklar framställda från 2 respektive 5% polymerlösningar. Uppehållstid = 14s; ultraljudseffekt = 32W. Skalstrecken motsvarar 1 mikrometer.
(Studie och bilder: © Freitas et al., 2006)

Diskussion och slutsats

Ultraljudsgenomflödescellen visade sig vara väl lämpad för framställning av biologiskt nedbrytbara polymera nanosfärer genom emulsionsbaserad lösningsmedelsextraktion/avdunstning. Framtida forskning kommer att inriktas på att skala upp processen och öka den tillförda effekten för att erhålla ännu finare emulsioner. Dessutom kommer cellens lämplighet för framställning av vatten-i-olja-emulsioner att undersökas, exempelvis för vidare bearbetning till läkemedelsladdade mikrosfärer.

Litteratur

• 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.