_ Dezvoltarea unei platforme tehnologice pentru producția de serie rapidă și robustă de nanoparticule

Medicamentele pe bază de acid nucleic, cum ar fi vaccinurile ARNm, oferă un potențial extraordinar pentru medicină și deschid noi abordări terapeutice. Aceste ingrediente active trebuie să fie închise în nanoparticule pentru a se asigura că ajung acolo unde sunt necesare în interiorul celulelor corpului.

Institutul Fraunhofer pentru Sisteme de Producție și Tehnologie de Proiectare IPK și FDX Fluid Dynamix GmbH au colaborat pentru a dezvolta o platformă tehnologică pentru producția de nanoparticule care poate atinge calitatea și stabilitatea particulelor la niveluri care anterior nu erau accesibile: FDmiX, prescurtare de la Fraunhofer Dynamic Mixing Technologies. Compania elvețiană de produse chimice și farmaceutice Lonza a licențiat acum tehnologia pentru propriile activități de producție cu bune practici de fabricație (GMP).

ARN și ADN, ambii acizi nucleici, nu se găsesc doar în celule; pot fi, de asemenea, componente ale medicamentelor. Un exemplu comun cunoscut pe scară largă din pandemia de coronavirus este vaccinurile cu ARNm.

Profesionistii din domeniul medical din întreaga lume sunt foarte plini de speranță în ceea ce privește ingredientele active pe bază de acid nucleic, care oferă potențial ca terapii pentru boli care anterior erau dificil de tratat. inclusiv unele forme de cancer. Cu toate acestea, transportarea în siguranță și eficientă a acestor acizi nucleici sensibili către celule, unde mesajele pe care le transmit pot fi traduse în proteine, sa dovedit a fi o provocare semnificativă până acum.

Este nevoie de un înveliș protector pentru a obține ingredient activ sensibil în celule. Aceste nanoparticule sunt produse prin procese de amestecare a fluidelor. Este necesară o amestecare foarte minuțioasă și rapidă pentru a produce particule de calitatea necesară. Mixere cu jet de impact (cunoscute și ca mixere T sau mixere Y) sunt disponibile pentru aplicații la scară industrială. Acestea permit un randament ridicat, dar în detrimentul calității amestecării.

În platforma Fraunhofer Dynamic Mixing Technologies (FDmiX), Fraunhofer IPK și FDX Fluid Dynamix GmbH au reușit să reducă decalajul dintre calitatea amestecării și debit. Platforma FDmiX permite o calitate constantă a amestecării la orice scară, de la laborator până la producția de masă. A trecut deja cu succes teste care vizează producerea de nanoparticule de lipide și polimeri și de nanoemulsii.

Așa cum au arătat testele ample, calitatea amestecării platformei tehnologice FDmiX este superioară sistemelor care au fost disponibile până în prezent. , permițând producerea de particule la niveluri de calitate până acum de neatins.

Sistemul este impresionant și în ceea ce privește capacitatea sa de scalare, deoarece încapsularea poate avea loc cu fluxuri de volum cuprinse între 5 ml/min și 1,5 l/min. fără a afecta proprietățile particulelor.

Lonza, un partener global de dezvoltare și producție pentru piețele farmaceutice, biotehnologice și neutraceutice, a licențiat tehnologia patentată FDmiX și o folosește deja.

"Celulele umane se apără împotriva materialului genetic străin. De aceea ingredientele active ARNm trebuie să fie închise în nanoparticule. Deci particulele acționează ca un înveliș protector, încapsulând substanța până când aceasta a intrat în celulă în interiorul corpului", spune Christoph Hein, șeful diviziei de tehnologie de ultra și înaltă precizie de la Fraunhofer IPK din Berlin.

Pentru a putea produce nanoparticule, ingredientul activ dizolvat într-un tampon trebuie amestecat cu o altă soluție, cum ar fi un soluție de lipide. Odată ce cele două lichide au fost combinate, se formează nanoparticule lipidice care, la rândul lor, formează o înveliș lipidic în jurul ingredientului activ.

„Cu platforma FDmiX, putem produce particule mult mai mici și mai omogene și chiar să le putem ajusta dimensiunea. FDmiX ne permite să producem amestecuri cu un nivel de omogenitate de neatins anterior, cu timpi de amestecare foarte scurti. Acest lucru este relevant deoarece calitatea amestecării nu numai că determină calitatea nanoparticulelor, ci și cât de eficiente sunt acestea.”

Dar cum poate fi combinată o calitate înaltă și consistentă a amestecării cu randamentul? Piesa centrală a platformei FDmiX este o duză OsciJet de la FDX Fluid Dynamix GmbH.

În interiorul duzei, un jet de lichid este poziționat pe una dintre părțile laterale ale camerei principale. Înainte de a părăsi duza, o mică parte a jetului este deviată într-un canal lateral. La capătul canalului lateral, acesta se întâlnește din nou cu jetul principal și îl împinge pe cealaltă parte. Acest lucru face ca jetul principal să oscileze continuu dintr-o parte în alta la o frecvență înaltă.

În acest fel, jetul de soluție de lipide care oscilează prin duză întâlnește fluxul de ingredient activ ARNm la o perpendiculară. unghi, creând un amestec omogen cu nanoparticule de mărime uniformă.

În testele cu mixere convenționale cu impact (cunoscute și sub denumirea de mixere T sau mixere Y), dimpotrivă, soluția de lipide și ingredientul activ ARNm se ciocnesc înainte curgând împreună prin același canal. Acest lucru creează un vortex dinamic, rezultând particule neomogene de calitate inferioară.

„În testele de încapsulare pe ARNm în nanoparticule de lipide folosind diferite mixere și debite, FDmiX a generat particule mai mici, cu o distribuție semnificativ mai mică a dimensiunilor în comparație cu un T. -mixer la același debit”, explică Hein.

În teste, partenerii proiectului au produs nanoparticule cu aproximativ 10% până la 20% mai mici decât cele produse folosind un mixer T. Au avut, de asemenea, o distribuție a dimensiunilor semnificativ mai mici și o eficiență ridicată de încapsulare și o integritate a particulelor.

Sunt necesare cantități mari de nanoparticule în timpul fazei clinice și al etapei ulterioare de producție. Și aici, tehnologia de la Fraunhofer IPK și FDX Fluid Dynamix GmbH este impresionantă: cei doi parteneri de proiect au dezvoltat și testat malaxoare pentru diferite presiuni și debite. Cele mai mici mixere (FDmiX XS) pot funcționa la debite sub 5 mililitri pe minut, în timp ce cele mai mari (FDmiX XL) pot funcționa la mai mult de 1,5 litri pe minut.

Nanoparticulele produse în acest mod pot fi utilizată pentru o gamă largă de aplicații, mult dincolo de încapsularea ARNm și stabilizarea vaccinurilor.

De exemplu, această tehnologie poate fi utilizată și în cardiologie pentru acoperirea cateterelor cardiace. Când un cateter cu balon este extins în timpul unei examinări, nanoparticulele sunt absorbite în peretele arterial, împiedicând formarea de noi depozite acolo. Acest lucru poate ajuta la prevenirea stenozei sau îngustarea vaselor de sânge.

Nanoparticulele sunt, de asemenea, utilizate în terapia tumorală, iar moleculele pot fi, de asemenea, utile în tratarea bolilor neurodegenerative, cum ar fi Alzheimer și alte forme de demență.

(Fluierul)