Produktion av biologiskt nedbrytbara nanosfärer

Biologiskt nedbrytbara mikro- och nanosfärer kan produceras i en kontinuerlig, kontakt- och kontamineringsfri process som lätt kan köras under sterila förhållanden.

Införandet

Biologiskt nedbrytbara mikro- och nanosfärer (MS, NS) tillverkade av poly(laktid-koglykolid) (PLGA) eller andra material är mycket effektiva system för tillförsel av läkemedel och antigener, med en inneboende förmåga att rikta in sig på specifika mål. Nuvarande metoder för att tillverka PLGA-NS är typiska satsvisa processer och har svårigheter att skalas upp under sterila förhållanden. Här presenterar vi en ny och elegant metod för att tillverka PLGA-nanosfärer i en kontinuerlig, kontakt- och kontamineringsfri process som enkelt kan genomföras under sterila förhållanden. Under hela tillverkningsprocessen kommer produkten endast i direkt kontakt med sterila glas- och Teflon®-rör. Processen kan genomföras i ett slutet system för att förhindra all kontaminering från omgivningen.

Schema över uppställningen för en kontamineringsfri syntes av nanopartiklar med hjälp av Hielschers beröringsfria ultraljudsflödesceller Dmini

Metod för kontaktfri framställning av nanosfärer med hjälp av ultraljud

PLGA 50:50-nanopartiklar (Resomer® RG503H, Boehringer Ingelheim) framställdes med hjälp av en modifierad lösningsmedelsextraktions- och indunstningsprocess. PLGA upplöst i diklormetan (2 eller 5 %) dispergerades i en vattenlösning av 0,5 % (w/w) PVA med hjälp av en ny experimentell uppställning som innefattade en kontaktfri genomströmningscell för ultraljudsbehandling, Dmini. Den grova O/W-dispersionen förblandades först med en magnetomrörare och homogeniserades sedan i den kontaktfria genomströmningscellen för ultraljud, Dmini (flödeshastigheterna för O- och W-faserna var 1:8). De inledningsvis bildade PLGA-lösningsmedelsnanodropparna stelnade gradvis under passagen genom rören och blev till PLGA-nanopartiklar. Partiklarnas slutliga härdning åstadkoms i en större volym av 0,5 % PVA-lösning.

Beröringsfri ultraljudsflödesceller Dmini för föroreningsfri syntes av nanopartiklar

Resultat

Nanopartiklar med en genomsnittlig diameter på 485 nm framställdes lätt från en 2% PLGA-lösning i DCM vid 32W ultraljudsbehandling effekt (Tab. 1). Storleksfördelningen var monomodal med en liten svansning (fig. 3A). Nanopartikelstorlekarna ökade från 175 till 755 nm enligt percentilerna 10 och 90 %. Repeterbarheten i produktionsprocessen var genomgående god, vilket återspeglades av endast en liten variation i den genomsnittliga partikeldiametern. Sänkning av Tabell 1. Medeldiameter för PLGA50:50-nanosfärer framställda under olika förhållanden. Medelvärde av två satser ± absolut avvikelse.[/bildtext]

Slutligen byttes den mer hydrofila PLGA ut mot den mer hydrofoba och lägre molekylvikten PLA utan märkbara förändringar i partiklarnas medelstorlek och storleksfördelning. Inga skillnader observerades i morfologin hos de olika satserna av partiklar framställda av 2% polymerlösningar. De uppvisade alla perfekt sfäriska former och släta ytor (fig. 3B). Partiklarna som tillverkades från 5% PLGA-lösningen var dock mindre sfäriska, uppvisade något skrynkliga ytor och sammansmältningar av två eller ibland fler partiklar (fig. 3C).

Fig. 3: PLGA nanopartiklar. (A): Storleksfördelning av partiklar beredda vid polymerkoncentration / ultraljudsbehandling effekt på 2% / 32W, 5% / 32W och 2% / 25W%; uppehållstid = 14 s. (B),(C): SEM-bilder av partiklar framställda av 2 respektive 5% polymerlösningar. Uppehållstid = 14s; ultraljudsbehandling effekt = 32W. Staplar representerar 1 mikron.
(Studie och bilder: © Freitas et al., 2006)

Diskussion och slutsats

Ultraljudsgenomströmningscellen visade sig vara väl lämpad för framställning av biologiskt nedbrytbara polymera nanosfärer genom extraktion och indunstning med hjälp av emulsioner och lösningsmedel. Framtida forskning kommer att inriktas på att skala upp processen och öka effekten för att åstadkomma ännu finare emulsioner. Dessutom kommer cellens lämplighet för framställning av vatten-i-olja-emulsioner, t.ex. för vidare bearbetning till läkemedelsladdade mikrosfärer, att undersökas.

Litteratur