Sản xuất các hạt cầu nano có khả năng phân hủy sinh học

Các hạt cầu micro và nano có khả năng phân hủy sinh học có thể được sản xuất bằng một quy trình liên tục, không tiếp xúc và không nhiễm bẩn, có thể dễ dàng vận hành trong điều kiện vô trùng.

Giới thiệu

Các hạt cầu micro và nano có khả năng phân hủy sinh học (MS, NS) được làm từ poly(lactide-coglycolide) (PLGA) hoặc các vật liệu khác là những hệ dẫn truyền thuốc và kháng nguyên rất hiệu quả, vốn có tiềm năng đưa thuốc và kháng nguyên đến đích. Các phương pháp sản xuất NS PLGA hiện nay thường là các quy trình theo mẻ và gặp khó khăn khi mở rộng quy mô trong điều kiện vô trùng. Ở đây, chúng tôi giới thiệu một phương pháp mới và tinh gọn để sản xuất các hạt cầu nano PLGA bằng một quy trình liên tục, không tiếp xúc và không nhiễm bẩn, có thể dễ dàng vận hành trong điều kiện vô trùng. Trong toàn bộ quá trình sản xuất, sản phẩm chỉ tiếp xúc trực tiếp với thủy tinh vô trùng và các ống Teflon® vô trùng. Quy trình có thể được vận hành trong một hệ thống kín để ngăn ngừa mọi sự nhiễm bẩn từ môi trường.

Sơ đồ bố trí hệ thống tổng hợp hạt nano không nhiễm bẩn sử dụng buồng dòng chảy xử lý siêu âm không tiếp xúc Dmini của Hielscher

Phương pháp sản xuất hạt cầu nano bằng siêu âm không tiếp xúc

Các hạt nano PLGA50:50 (Resomer® RG503H, Boehringer Ingelheim) được sản xuất bằng quy trình chiết/bay hơi dung môi đã được cải tiến. PLGA hòa tan trong dichloromethane (2 hoặc 5%) được phân tán trong dung dịch PVA 0,5% (w/w) trong nước bằng hệ thống thí nghiệm mới có tích hợp buồng xử lý siêu âm dòng chảy không tiếp xúc Dmini. Hệ phân tán O/W thô trước tiên được trộn sơ bộ bằng máy khuấy từ, sau đó được đồng nhất hóa trong buồng dòng chảy siêu âm không tiếp xúc Dmini (tỷ lệ lưu lượng của pha O và pha W là 1:8). Các giọt nano PLGA–dung môi hình thành ban đầu dần đông rắn khi đi qua các ống để trở thành các hạt nano PLGA. Quá trình làm cứng cuối cùng của các hạt được thực hiện trong một thể tích dung dịch PVA 0,5% lớn hơn.

Buồng dòng chảy siêu âm không tiếp xúc Dmini dùng để tổng hợp hạt nano không nhiễm bẩn

Kết quả

Các hạt nano có đường kính trung bình 485 nm được điều chế dễ dàng từ dung dịch PLGA 2% trong DCM ở công suất siêu âm 32W (Bảng 1). Phân bố kích thước có một đỉnh với phần đuôi hơi kéo dài (Hình 3A). Kích thước hạt nano trải từ 175 đến 755 nm theo các phân vị 10 và 90%. Khả năng lặp lại của quy trình sản xuất luôn tốt, thể hiện qua mức biến thiên chỉ rất nhỏ của đường kính hạt trung bình. Việc giảm Bảng 1. Đường kính trung bình của các hạt cầu nano PLGA50:50 được điều chế trong các điều kiện khác nhau. Giá trị trung bình của hai mẻ ± độ lệch tuyệt đối.[/caption]

Cuối cùng, PLGA ưa nước hơn được thay bằng PLA kỵ nước hơn và có khối lượng phân tử thấp hơn mà không làm thay đổi đáng kể kích thước hạt trung bình và phân bố kích thước. Không quan sát thấy sự khác biệt về hình thái giữa các mẻ hạt khác nhau được điều chế từ dung dịch polyme 2%. Tất cả đều có dạng hình cầu hoàn hảo và bề mặt nhẵn (Hình 3B). Tuy nhiên, các hạt được tạo ra từ dung dịch PLGA 5% có dạng ít cầu hơn, bề mặt hơi nhăn và có hiện tượng hai hoặc đôi khi nhiều hạt hơn hợp nhất với nhau (Hình 3C).

Hình 3: Các hạt nano PLGA. (A): Phân bố kích thước của các hạt được điều chế ở nồng độ polyme/ công suất siêu âm là 2%/ 32W, 5%/ 32W và 2%/ 25W%; thời gian lưu = 14 s. (B),(C): Ảnh SEM của các hạt được điều chế lần lượt từ dung dịch polyme 2 và 5%. Thời gian lưu = 14s; công suất siêu âm = 32W. Các thanh tỷ lệ biểu thị 1 micromét.
(Nghiên cứu và hình ảnh: © Freitas và cộng sự, 2006)

Thảo luận và kết luận

Buồng dòng chảy siêu âm được xác định là rất phù hợp để sản xuất các hạt cầu nano polyme có khả năng phân hủy sinh học bằng phương pháp nhũ hóa–chiết/bay hơi dung môi. Nghiên cứu trong tương lai sẽ hướng đến việc mở rộng quy mô quy trình và tăng công suất đầu vào để tạo ra các nhũ tương mịn hơn nữa. Ngoài ra, tính phù hợp của buồng đối với việc điều chế nhũ tương nước trong dầu, chẳng hạn để tiếp tục xử lý thành các hạt cầu micro mang thuốc, sẽ được nghiên cứu.

Tài liệu tham khảo

• 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.