Flexible nanoparticle development: process optimization & scale-up of a wide range of synthetic nanomedicines with Sunshine

Význam tématu

Microfluidická syntéza nanoléčiv s vysokou reprodukovatelností a přesnou kontrolou velikosti hraje klíčovou roli ve vývoji moderních farmaceutických formulací. Automatizované platformy usnadňují optimalizaci procesních parametrů, zkracují čas vývoje a zvyšují kvalitu výsledných nanostruktur.

Cíle a přehled studie

Tento dokument popisuje univerzální přístup k syntéze různých typů nanopartiklů (PLGA, liposomy, lipidové nanopartikule s mRNA a s Poly(A)) pomocí mikrofluidické platformy Sunshine. Cílem je demonstrovat, jak úprava parametrů toku (FRR, TFR) a in-line ředění umožňuje rychlé nastavení a reprodukovatelnou výrobu částic velikosti 20–150 nm s nízkou polydisperzitou a vysokou enkapsulační účinností.

Použitá metodika a instrumentace

Pro přípravu nanopartiklů byla nasazena automatizovaná mikrofluidická stanice Sunshine s modulárními jednotkami:

• Sunny 275 XT pro PLGA NP (hydrodynamické fokusování)
• Sunny 100 XT se Sunny 190 XT pro syntézu a in-line ředění liposomů
• Sunny 190 XT pro přípravu SM-102-mRNA LNP
• Sunny 490 Trident T pro Poly(A)-LNP

K doplňkové analýze byly využity:

• Dynamic Light Scattering (DLS) pro určení velikosti a PDI
• RiboGreen assay pro měření enkapsulační účinnosti mRNA
• Dialýza (Pur-A-lyzer™) pro odstranění organického rozpouštědla
• Fluorometrie (FLUOROstar) pro kvantifikaci RNA

Hlavní výsledky a diskuse

Systém Sunshine umožňuje ovlivnit velikost částic úpravou FRR a TFR:

• PLGA NP o velikosti 57–83 nm při FRR 1:1–8:1 a konstantním TFR 3 mL/min s PDI <0,1
• Liposomy (Phospholipon90G/DDAB) 20–150 nm při FRR 1:0,5:1–1:3,5:1, TFR 3 mL/min, optimální FRR 1:2:1 pro ~80 nm a PDI <0,2
• DMPC:cholesterol:DSPE-PEG2000 liposomy s FRR 3:1:1, růst TFR zmenšuje velikost z 133 na 109 nm a snižuje PDI
• mRNA-LNP (SM-102/DSPC/cholesterol/PEG) při FRR 2:1–6:1, TFR 5 mL/min, velikost 58–68 nm, PDI ~0,12, EE >90 %
• Poly(A)-LNP (DOTAP/DSPC/cholesterol/PEG) při FRR 3:1, TFR 5–12 mL/min, velikost 66–128 nm, PDI ~0,13, RSD <4 %

Data potvrzují lineární závislost mezi parametry toku a fyzikálně-chemickými vlastnostmi nanopartiklí, umožňující cílenou optimalizaci.

Přínosy a praktické využití metody

Automatizované mikrofluidické zařízení Sunshine přináší:

• Rychlé provedení desítek experimentů v řádu minut
• Šetření reagencií díky nízkým objemům
• Vysokou opakovatelnost a batch-to-batch konzistenci
• Jednoduchou škálovatelnost z mililitrů na litry

Platforma je vhodná pro preklinický vývoj nanoformulací, vakcín i cílených léčiv.

Budoucí trendy a možnosti využití

S rozvojem nových ionizovatelných lipidů a biologických léčiv se očekává další rozšíření mikrofluidiky do průmyslové výroby. Integrace on-line analytiky, automatizace formulářových kroků a umělé inteligence pro optimalizaci parametrů otevře cestu ke zrychlenému vývoji personalizovaných nanoléčiv a vakcín.

Závěr

Studie demonstruje univerzální mikrofluidickou platformu pro vývoj a škálování různých typů nanopartiklí s vysokou kontrolou velikosti, polydisperzity a enkapsulační účinnosti. Sunshine dokáže zkrátit čas optimalizace, snížit spotřebu reagencií a zajistit vysokou kvalitu nanoformulací pro preklinické i průmyslové aplikace.

Reference

• Jiang et al. Polymeric nanoparticle delivery in ophthalmic applications. International Journal of Nanomedicine. 2023; doi:10.2147/IJN.S272750