การผลิตอนุภาคทรงกลมระดับนาโนที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ

อนุภาคทรงกลมระดับไมโครและนาโนที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพสามารถผลิตได้ด้วยกระบวนการต่อเนื่องที่ปราศจากการสัมผัสและการปนเปื้อน ซึ่งสามารถดำเนินการภายใต้สภาวะปลอดเชื้อได้อย่างสะดวก

บทนำ

อนุภาคทรงกลมระดับไมโครและนาโนที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ (MS, NS) ซึ่งทำจาก poly(lactide-coglycolide) (PLGA) หรือวัสดุอื่น เป็นระบบนำส่งยาและแอนติเจนที่มีประสิทธิภาพสูงมาก และมีศักยภาพในตัวสำหรับการนำส่งยาและแอนติเจนไปยังเป้าหมาย วิธีการผลิตอนุภาคทรงกลมระดับนาโนจาก PLGA ในปัจจุบันเป็นกระบวนการแบบเป็นรุ่นตามปกติ และมีปัญหาในการขยายขนาดการผลิตภายใต้สภาวะปลอดเชื้อ ในที่นี้ เรานำเสนอวิธีการใหม่ที่เรียบง่ายและลงตัวสำหรับผลิตอนุภาคทรงกลมระดับนาโนจาก PLGA ด้วยกระบวนการต่อเนื่องที่ปราศจากการสัมผัสและการปนเปื้อน ซึ่งสามารถดำเนินการภายใต้สภาวะปลอดเชื้อได้อย่างสะดวก ตลอดกระบวนการผลิต ผลิตภัณฑ์สัมผัสโดยตรงเฉพาะกับแก้วและท่อ Teflon® ที่ปลอดเชื้อเท่านั้น กระบวนการนี้สามารถดำเนินการในระบบปิดเพื่อป้องกันการปนเปื้อนใด ๆ จากสิ่งแวดล้อม

แผนผังการจัดชุดอุปกรณ์สำหรับการสังเคราะห์อนุภาคนาโนโดยปราศจากการปนเปื้อน โดยใช้เซลล์การไหลสำหรับการโซนิเคชันแบบไม่สัมผัส Dmini ของ Hielscher

วิธีการผลิตอนุภาคทรงกลมระดับนาโนด้วยอัลตราโซนิกแบบไม่สัมผัส

อนุภาคนาโน PLGA50:50 (Resomer® RG503H, Boehringer Ingelheim) ผลิตโดยใช้กระบวนการสกัด/ระเหยตัวทำละลายที่ปรับปรุงแล้ว PLGA ที่ละลายใน dichloromethane (2 หรือ 5%) ถูกกระจายตัวในสารละลาย PVA ในน้ำความเข้มข้น 0.5% (w/w) โดยใช้ชุดทดลองแบบใหม่ที่ประกอบด้วยเซลล์อัลตราโซนิกแบบไหลผ่านที่ไม่สัมผัส Dmini ขั้นแรก ระบบกระจายตัว O/W แบบหยาบถูกผสมล่วงหน้าด้วยเครื่องกวนแม่เหล็ก จากนั้นจึงทำให้เป็นเนื้อเดียวกันในเซลล์อัลตราโซนิกแบบไหลผ่านที่ไม่สัมผัส Dmini (อัตราการไหลของเฟส O และ W มีอัตราส่วน 1:8) หยดระดับนาโนของ PLGA–ตัวทำละลายที่เกิดขึ้นในช่วงแรกค่อย ๆ แข็งตัวระหว่างไหลผ่านท่อจนกลายเป็นอนุภาคนาโน PLGA การทำให้อนุภาคแข็งตัวขั้นสุดท้ายดำเนินการในสารละลาย PVA ความเข้้มข้น 0.5% ที่มีปริมาตรมากกว่า

เซลล์การไหลอัลตราโซนิกแบบไม่สัมผัส Dmini สำหรับการสังเคราะห์อนุภาคนาโนโดยปราศจากการปนเปื้อน

ผลการทดลอง

สามารถเตรียมอนุภาคนาโนที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเฉลี่ย 485 nm ได้อย่างสะดวกจากสารละลาย PLGA ความเข้มข้น 2% ใน DCM โดยใช้กำลังโซนิเคชัน 32W (ตารางที่ 1) การกระจายขนาดมีฐานนิยมเดียวและมีหางเล็กน้อย (รูปที่ 3A) ขนาดอนุภาคนาโนอยู่ในช่วง 175 ถึง 755 nm ตามค่าเปอร์เซ็นไทล์ที่ 10 และ 90% ความสามารถในการทำซ้ำของกระบวนการผลิตอยู่ในระดับดีอย่างสม่ำเสมอ โดยสะท้อนจากความแปรปรวนของเส้นผ่านศูนย์กลางอนุภาคเฉลี่ยที่มีเพียงเล็กน้อย การลด ตารางที่ 1 เส้นผ่านศูนย์กลางเฉลี่ยของอนุภาคทรงกลมระดับนาโน PLGA50:50 ที่เตรียมภายใต้สภาวะต่าง ๆ ค่าเฉลี่ยจากการผลิตสองรุ่น ± ค่าเบี่ยงเบนสัมบูรณ์[/caption]

ท้ายที่สุด ได้เปลี่ยนจาก PLGA ซึ่งมีความชอบน้ำมากกว่าเป็น PLA ซึ่งมีความไม่ชอบน้ำมากกว่าและมีน้ำหนักโมเลกุลต่ำกว่า โดยไม่พบการเปลี่ยนแปลงที่สังเกตได้ในขนาดอนุภาคเฉลี่ยและการกระจายขนาด ไม่พบความแตกต่างด้านสัณฐานวิทยาของอนุภาคจากการผลิตแต่ละรุ่นที่เตรียมจากสารละลายพอลิเมอร์ความเข้มข้น 2% อนุภาคทั้งหมดมีรูปร่างเป็นทรงกลมอย่างสมบูรณ์และมีพื้นผิวเรียบ (รูปที่ 3B) อย่างไรก็ตาม อนุภาคที่ผลิตจากสารละลาย PLGA ความเข้มข้น 5% มีความเป็นทรงกลมน้อยกว่า มีพื้นผิวเป็นรอยย่นเล็กน้อย และมีการหลอมรวมกันของอนุภาคสองอนุภาค หรือบางครั้งมากกว่านั้น (รูปที่ 3C)

รูปที่ 3: อนุภาคนาโน PLGA (A): การกระจายขนาดของอนุภาคที่เตรียมโดยใช้ความเข้มข้นพอลิเมอร์/กำลังโซนิเคชันเท่ากับ 2%/ 32W, 5%/ 32W และ 2%/ 25W%; เวลาพำนัก = 14 s (B),(C): ภาพ SEM ของอนุภาคที่เตรียมจากสารละลายพอลิเมอร์ความเข้มข้น 2 และ 5% ตามลำดับ เวลาพำนัก = 14s; กำลังโซนิเคชัน = 32W แถบมาตราส่วนแทนระยะ 1 ไมครอน
(การศึกษาและภาพ: © Freitas et al., 2006)

อภิปรายผลและข้อสรุป

พบว่าเซลล์อัลตราโซนิกแบบไหลผ่านเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการผลิตอนุภาคทรงกลมระดับนาโนจากพอลิเมอร์ที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ โดยอาศัยกระบวนการทำอิมัลชันร่วมกับการสกัด/ระเหยตัวทำละลาย การวิจัยในอนาคตจะมุ่งเน้นการขยายขนาดกระบวนการและเพิ่มกำลังที่ป้อนเข้าสู่ระบบเพื่อให้ได้อิมัลชันที่ละเอียดยิ่งขึ้น นอกจากนี้ จะศึกษาความเหมาะสมของเซลล์สำหรับการเตรียมอิมัลชันชนิดน้ำในน้ำมัน เช่น เพื่อนำไปผ่านกระบวนการต่อให้เป็นอนุภาคทรงกลมระดับไมโครที่บรรจุยา

เอกสารอ้างอิง

• 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.