GPC/SEC
ZaměřeníFarmaceutická analýza
VýrobceWaters
Význam tématu
Charakterizace nanočástic přináší klíčové informace pro vývoj a kontrolu nanoformulací určených k cílené dodávce léčiv. Přesná analýza velikosti, tvaru, koncentrace a složení je nezbytná pro splnění požadavků regulačních orgánů a pro zajištění bezpečnosti a účinnosti léčiv. Metody založené na polodisperzním dávkování či imaginové analýze často stojí před kompromisy mezi rozlišením, statistickou robustností a náročností přípravy vzorku.
Cíle a přehled studie / článku
- Představit kombinaci asymetrické průtokové frakcionace (FFF) s víceúhlovým rozptylem světla (MALS) a dynamickým rozptylem světla (DLS).
- Ukázat možnosti detailní, kvantitativní analýzy nanočástic v rozsahu 1–1000 nm.
- Ilustrovat přínosy online detekce velikostních a strukturních parametrů na příkladech latexových standardů, virových částic, liposomů a polymérních nosičů.
Použitá metodika a instrumentace
Metoda asymetrické průtokové frakcionace (AF4) využívá tenký kanál s jednou semipermeabilní stěnou, která odděluje částice od nosného média pomocí laterálního průtoku. Velikostní frakcionace vychází ze vztahu mezi translací difuzí částice a rychlostí proudu. Oddělené frakce postupně procházejí detektory:
- MALS – měření úhlu a intenzity rozptýleného světla poskytuje informace o molární hmotnosti a poloměru otáčivého momentu (Rg).
- DLS – analýza časových fluktuací intenzity světla určuje translaci difuzního koeficientu a hydrodynamický poloměr (Rh).
- Další online detektory (UV/Vis, fluorescenční, diferenční refraktometrie) rozšiřují profil složení a koncentrace.
Použitá instrumentace
- Eclipse™ AF4 systém (řídicí modul, separační kanál).
- DAWN™ MALS detektor (ultraDAWN™ pro procesní analýzu).
- WyattQELS™ DLS modul integrovaný v MALS buňce.
- Optilab™ diferenční refraktometrie a UV/Vis detektory.
- HPLC komponenty pro pufrování a injekci.
- Softwary VISION™ (řízení instrumentu) a ASTRA™ (analýza světelných dat).
Hlavní výsledky a diskuse
- Vysoké rozlišení pro oddělení latexových standardů (25–150 nm) potvrzené online stanovením velikosti.
- Kompatibilita s virovými částicemi – FFF-MALS pro stanovení počtu a velikostní distribuce chřipkových virionů v souladu s TEM.
- Analýza tvarového faktoru (ρ=Rg/Rh) umožňuje rozlišit duté liposomy (ρ≈0,93) od plně zatížených (ρ<0,9) i tyčinkové částice (ρ>1,1).
- Konjugovaná analýza UV/Vis + RI + MALS kvantifikuje složení komplexních částic (lipidy vs. terapeutická molekula).
- Metoda pro stanovení účinnosti enkapsulace malých molekul pomocí detekce volné látky protečící přes membránu.
- Možnost provozní kontroly procesů – ultraDAWN™ poskytuje v reálném čase měření velikosti a molární hmotnosti až 30× za minutu.
Přínosy a praktické využití metody
- Minimální příprava vzorku – separace sama eliminuje nečistoty a provádí dialýzu.
- Automatizovaný provoz ve spojení s HPLC modulárními komponentami.
- Měření velkých souborů částic pro vysokou statistickou spolehlivost.
- Kvantitativní a absolutní stanovení velikosti, tvaru, molární hmotnosti a koncentrace.
- Možnost frakcionace a sběru čistých podfrakcí pro offline testy.
- Podpora regulačních standardů (ISO TS 21362, ASTM WK 68060, NCI-NCL, EU-NCL).
Budoucí trendy a možnosti využití
Očekává se další rozvoj integrovaných detekčních systémů s rozšířenou spektroskopií, elektrickou AF4 pro stanovení elektrokinetické mobility, zlepšení software pro automatickou optimalizaci metod a širší adopce v průmyslové výrobě osobně přizpůsobených nanoformulací. FFF-MALS-DLS se stane klíčovým nástrojem pro vývoj pokročilých lékových systémů s přesným řízením vlastností.
Závěr
Kombinace asymetrické průtokové frakcionace s MALS a DLS nabízí univerzální, vysoce rozlišenou a kvantitativní platformu pro charakterizaci nanočástic. Metoda splňuje požadavky regulačních autorit, poskytuje detailní profil velikosti, tvaru, molární hmotnosti a složení a umožňuje online monitoring procesů. Je připravena k dalšímu rozšíření a uplatnění v oblasti farmaceutického výzkumu a výroby.
Reference
- Caputo F., Clogston J., Calzolai L., Rösslein M. & Prina-Mello A. Measuring particle size distribution of nanoparticle enabled medicinal products… Journal of Controlled Release 299, 31–43 (2019).
- Hu Y., Crist R. M. & Clogston J. D. The utility of asymmetric flow field-flow fractionation for preclinical characterization of nanomedicines. Anal. Bioanal. Chem. (2019).
- Gioria S. et al. Are existing standard methods suitable for the evaluation of nanomedicines: some case studies. Nanomedicine 13, 539–554 (2018).
- Caputo F. et al. Measuring Particle Size Distribution by Asymmetric Flow Field Flow Fractionation: A Powerful Method for the Preclinical Characterization of Lipid-Based Nanoparticles. Mol. Pharm. 16, 756–767 (2019).
- Clogston J. D. & Hu Y. NCL Method PCC-19: Asymmetric-Flow Field-Flow Fractionation. NCI-NCL (2016).
- Mehn D., Caputo F. & Roesslein M. FFF-MALS method development… EUNCL-PCC-022 (2016).
- Giddings J. C. A New Separation Concept Based on a Coupling of Concentration and Flow Nonuniformities. Sep. Sci. 1, 123–125 (1966).
- Giddings J. Field-flow fractionation: analysis of macromolecular, colloidal, and particulate materials. Science 260, 1456–1465 (1993).
- Wahlund K. G. & Giddings J. C. Properties of an Asymmetrical Flow Field-Flow Fractionation Channel Having One Permeable Wall. Anal. Chem. 59, 1332–1339 (1987).
- Litzen A. & Wahlund K. G. Zone broadening and dilution in rectangular and trapezoidal asymmetrical flow field-flow fractionation channels. Anal. Chem. 63, 1001–1007 (1991).
- Elsenberg S. & Johann C. Field-Flow Fractionation: Virtual Optimization for Versatile Separation Methods. LCGC The Column (2017).
- Johann C., Elsenberg S., Schuch H. & Rösch U. Instrument and Method to Determine the Electrophoretic Mobility of Nanoparticles and Proteins by Combining Electrical and Flow Field-Flow Fractionation. Anal. Chem. 87, 4292–4298 (2015).
- Wyatt P. J. Light scattering and the absolute characterization of macromolecules. Anal. Chim. Acta 272 (1993).
- Van Holde K. E. Physical biochemistry. Prentice-Hall (1971).
- Wei Z. et al. Biophysical characterization of influenza virus subpopulations using field flow fractionation and multiangle light scattering… J. Virol. Methods 144, 122–132 (2007).
- Palmer A. F., Wingert P. & Nickels J. Atomic force microscopy and light scattering of small unilamellar actin-containing liposomes. Biophys. J. 85, 1233–1247 (2003).
- Hsieh V. H. & Wyatt P. J. Measuring proteins with greater speed and resolution while reducing sample size. Sci. Rep. 7, 10030 (2017).
- Patel B. A. et al. Multi-angle light scattering as a process analytical technology measuring real-time molecular weight for downstream process control. MAbs 10, 945–950 (2018).
- Tanford C. Physical chemistry of macromolecules. John Wiley & Sons (1961).
- Tinker D. O. Light scattering by phospholipid dispersions: Theory of light scattering by hollow spherical particles. Chem. Phys. Lipids 8, 230–257 (1972).
- Ortega A. & Garcia De La Torre J. Hydrodynamic properties of rodlike and dislike particles in dilute solution. J. Chem. Phys. 119, 9914–9919 (2003).
- Perrin F. Brownian movement of an ellipsoid. II. Free rotation and depolarization of fluorescence. J. Phys. Radium 7, 1–11.
- Santos N. C. & Castanho M. A. R. B. Teaching light scattering spectroscopy: The dimension and shape of tobacco mosaic virus. Biophys. J. 71, 1641–1650 (1996).
- Jahn A., Vreeland W. N., DeVoe D. L., Locascio L. E. & Gaitan M. Microfluidic directed formation of liposomes of controlled size. Langmuir 23, 6289–6293 (2007).
- Wen J., Arakawa T. & Philo J. S. Size-exclusion chromatography with on-line light-scattering, absorbance, and refractive index detectors for studying proteins and their interactions. Anal. Biochem. 240, 155–166 (1996).
- Hinna A., Steiniger F., Hupfeld S., Brandl M. & Kuntsche J. Asymmetrical flow field-flow fractionation with on-line detection for drug transfer studies: A feasibility study. Anal. Bioanal. Chem. 406, 7827–7839 (2014).
- Citkowicz A. et al. Characterization of virus-like particle assembly for DNA delivery using asymmetrical flow field-flow fractionation and light scattering. Anal. Biochem. 376, 163–172 (2008).
- Gräfe D., Gaitzsch J., Appelhans D. & Voit B. Cross-linked polymersomes as nanoreactors for controlled and stabilized single and cascade enzymatic reactions. Nanoscale 6, 10752–10761 (2014).
- Boye S., Polikarpov N., Appelhans D. & Lederer A. An alternative route to dye-polymer complexation study using asymmetrical flow field-flow fractionation. J. Chromatogr. A 1217, 4841–4849 (2010).
Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.