توليف الجسيمات النانوية الدهنية عن طريق التدفق المضطرب في الخلاطات النفاثة المحصورة
أغسطس 23, 2024
تم عرض بروتوكول مفصل لتوليف الجسيمات النانوية الدهنية (LNPs) باستخدام تقنيات الخلاط النفاث المحصور (CIJ) ، بما في ذلك CIJ ثنائي النفاثات وخلاط دوامة متعدد المدخل رباعي النفاثات (μMIVM). تولد خلاطات CIJ بيئات خلط دقيقة مضطربة وقابلة للتكرار ، مما يؤدي إلى إنتاج LNPs أحادية التشتت.
يركز بحثنا على فهم تكوين الجسيمات النانوية من خلال الخلط المضطرب لتيارات المذيبات ومضادات المذيبات في الأشكال الهندسية المحصورة. يتيح الخلط المضطرب المحصور إنتاجا قابلا للتكرار للجسيمات النانوية الدهنية في ظل ظروف التدفق المستمر ، بدءا من النطاق المختبري بمئات الميكرولترات إلى النطاق الصناعي بعشرات اللترات في الدقيقة. عادة ما يتم تحضير الجسيمات النانوية الدهنية باستخدام أجهزة الموائع الدقيقة أو عن طريق خلط الماصة.
تخلط أجهزة الموائع الدقيقة هذه مذيب الإيثانول وتيارات المذيبات المائية في هذه القنوات الشبيهة بالشعيرات الدموية. ومع ذلك ، فإن هذه القنوات الصغيرة ومعدلات التدفق المنخفضة تنتج عددا منخفضا من رينولدز ، مما يؤدي إلى خلط رقائقي. وينتج خلط الماصات LNPs عن طريق حقن تيار المذيب مباشرة في حمام مضاد للمذيبات.
الطرق الحالية لصنع الجسيمات النانوية الدهنية لها قابلية ضعيفة للتوسع والتكاثر. على سبيل المثال ، خلط الماصة متغير بطبيعته بسبب الخلط اليدوي غير المحصور. بينما تعالج أجهزة الموائع الدقيقة بعض هذه المشكلات ، فإنها تعمل بمعدلات تدفق منخفضة للغاية.
وهي كريهة بسبب ترسب الحمض النووي الريبي الدهني على جدران القناة. تسلط هذه القضايا الضوء على الحاجة إلى وجود تقنيات قابلة للتكرار ذات إنتاجية عالية في المختبر إلى المقاييس السريرية. يوضح هذا البروتوكول إنتاجا قابلا للتكرار وقابل للتطوير للجسيمات النانوية الدهنية من خلال الخلط المضطرب عبر أحجام دفعات مختلفة.
يمكن للباحثين إجراء فحص أو تحسين تركيبة LNP بثقة على نطاقات صغيرة قبل إنتاج دفعات أكبر من المواد للتجارب الممتدة. يضمن الخلط المضطرب جسيمات نانوية متسقة بغض النظر عن حجم الدفعة. تقتصر الخلاطات المضطربة على الهندسة معالجة القضايا الرئيسية مع تقنيات إنتاج الجسيمات النانوية الدهنية الحالية.
ينتج عن استخدام الظروف المضطربة خلط أسرع على نطاق جزيئي ، مما يتيح دمج قليل النيوكليوتيدات ذات الأحجام المختلفة في قلب LNP. يزيل خلاط CIJ أيضا القاذورات الناتجة عن ترسب الدهون على جدران الخلاط. التدفقات المضطربة في نفس رقم رينولدز ، لها دوامات مقياس كولموغوروف المضطربة المتشابهة ذاتيا للخلط المتسق.
نظرة عامة
تقدم هذه المقالة بروتوكولاً مفصلاً لتخليق الجسيمات النانوية الدهنية (LNPs) باستخدام تقنيات خلاط النفاثات المتصادمة المقيدة (CIJ). وتعمل خلاطات CIJ على تسهيل بيئات خلط دقيق مضطربة وقابلة للتكرار، مما يؤدي إلى إنتاج جسيمات نانوية دهنية أحادية التشتت.
المكونات الرئيسية للدراسة
مجال العلم
- تخليق الجسيمات النانوية
- تقنيات الخلط الاضطرابي
- تطبيقات التكنولوجيا الحيوية
الخلفية
- تُعد الجسيمات النانوية الدهنية ضرورية لأنظمة توصيل الأدوية.
- تواجه الطرق الحالية لإنتاج الجسيمات النانوية الدهنية (LNP) مشكلات في القابلية للتوسع وقابلية التكرار.
- غالبًا ما تؤدي أجهزة الموائع الدقيقة إلى خلط صفائحي، وهو أقل فعالية.
- يوفر الخلط الاضطرابي المقيد حلاً لهذه التحديات.
الغرض من الدراسة
- لإثبات طريقة قابلة للتكرار والتوسع لإنتاج الجسيمات النانوية الدهنية (LNPs).
- لمعالجة القصور في تقنيات تخليق الجسيمات النانوية الدهنية الحالية.
- لتمكين الفرز والتحسين الفعال للتركيبات.
الطرق المستخدمة
- استخدام خلاطات النفاثات المتصادمة المقيدة (CIJ) للمزج الاضطرابي.
- تحضير تدفقات المذيب والمضاد للمذيب بطريقة محكومة.
- تنفيذ خلاط دوامي متعدد المداخل (MIVM) للإنتاج على نطاق أوسع.
- جمع وتحليل تشتتات الجسيمات النانوية الدهنية.
النتائج الرئيسية
- الإنتاج الناجح لجسيمات دهنية نانوية أحادية التشتت.
- إثبات إمكانية توسيع النطاق من المستويات المختبرية إلى المستويات الصناعية.
- تحقيق خلط متسق من خلال التدفقات المضطربة.
- القضاء على مشكلات التلوث المرتبطة بترسب الدهون.
الاستنتاجات
- يعتبر الخلط الاضطرابي المقيد طريقة فعالة لتخليق الجسيمات النانوية الدهنية (LNP).
- يعزز هذا النهج من إمكانية تكرار النتائج وقابلية التوسع في الإنتاج.
- يمكن للباحثين تحسين تركيبات LNP بثقة لمختلف التطبيقات.
الأسئلة الشائعة
الأهمية الصناعية التنفيذية
يتيح الخلط الاضطرابي بنفاث اصطدامي محصور (CIJ) تخليقاً قابلاً للتطوير والتكرار للجسيمات النانوية الدهنية (LNPs) المستخدمة في الإيصال العلاجي، مما يعالج بشكل مباشر القيود المرتبطة بطرق الخلط اليدوي والموائع الدقيقة. وتدعم هذه التقنية الانتقال الموثوق من مرحلة فحص التركيبات على النطاق المختبري إلى الإنتاج على النطاق الصناعي، مما يضمن جودة متسقة للجسيمات النانوية وموثوقية العملية. ويعد هذا النهج ذا صلة وثيقة بمسارات تطوير الأدوية البيولوجية التي تتطلب تصنيعاً قوياً وعالي الإنتاجية للجسيمات النانوية الدهنية المخصصة لعلاجات الأحماض النووية ومنصات اللقاحات.
التطبيقات الاستراتيجية في البحث والتطوير في مجال الأدوية الحيوية
الاكتشاف المبكر والتحقق من الهدف
- يُمكِّن من الفحص السريع للتركيبات وتحسين تكوينات الجسيمات النانوية الدهنية (LNP) لإيصال الأحماض النووية.
- يدعم التحقق الوظيفي من ناقلات الإيصال من خلال إنتاج جسيمات LNP ذات حجم واستقرار محكومين.
- يسهل تقليل المخاطر الميكانيكية عبر ضمان خصائص جسيمات نانوية قابلة للتكرار عبر الدفعات المختلفة.
الفحص وتطوير المقايسة
- يوفر تحضيرات قياسية وقابلة للتكرار من الجسيمات النانوية الدهنية (LNP) للمقايسات البيولوجية اللاحقة.
- يتيح تحكماً كمياً في حجم الجسيمات النانوية، وجهد زيتا (zeta potential)، وكفاءة التغليف.
- يمكّن من الجاهزية للفحص عالي الإنتاجية وقابلية توسيع المنصة لمختلف الحمولات.
الأبحاث الانتقالية والما قبل سريرية
- يضمن الاستمرارية من مرحلة الاكتشاف إلى مرحلة التحقق قبل السريري من خلال الحفاظ على جودة الجسيمات النانوية الدهنية (LNP) عند زيادة نطاق الإنتاج.
- يتماشى مع استراتيجيات المؤشرات الحيوية الانتقالية من خلال دعم الأداء المتسق لنظام التوصيل.
- يقلل من مخاطر الفشل في المراحل المتأخرة الناتج عن تباين العمليات أو عدم الاتساق المرتبط بالتلوث.
تكامل سير العمل والعمليات
تضع أجهزة خلط التدفق المتقاطع (CIJ) والخلاطات الدوامية متعددة المداخل عملية تخليق الجسيمات النانوية الدهنية (LNP) كجسر يربط بين مراحل الاكتشاف المبكر وتحسين الرائد وصولاً إلى توريد المواد قبل السريرية، مما يدعم النقل القوي للعمليات وتوسيع نطاق الإنتاج.
- بيولوجيا الاكتشاف: تتيح اختبار الفرضيات المتعلقة بكفاءة التوصيل ومدى توافق الحمولة في أنظمة خاضعة للتحكم.
- الفحص: توفر دفعات قابلة للتكرار وكمية من الجسيمات النانوية الدهنية (LNP) للتقييم المقارن للتركيبات.
- التحليلات: تدعم قياس الحجم، وجهد زيتا، والاستقرار لاتخاذ قرارات قائمة على البيانات.
- الأبحاث الانتقالية: تحافظ على استمرارية العملية وجودة المنتج بدءاً من النطاق الصغير وصولاً إلى إنتاج المواد اللازمة للتجارب السريرية.
- إعادة الاستخدام المؤسسي: توفر منصة معيارية وقابلة للتوسع يمكن تكييفها مع مختلف أنواع الأحماض النووية والحمولات العلاجية.
التأثير التشغيلي والمؤسسي
- القيمة العلمية: تزيد من الثقة التنبؤية في أداء الجسيمات النانوية الدهنية (LNP) وتقلل من الغموض الميكانيكي.
- القيمة التشغيلية: توفر سير عمل معياري، وقابل للتكرار، وقابل للتوسع لإنتاج الجسيمات النانوية.
- القيمة الاستراتيجية: تحسن جودة اتخاذ قرارات المضي قدماً أو التوقف وكفاءة رأس المال من خلال تقليل المخاطر المرتبطة بالعملية.
- التأثير على المحفظة: تتيح تحديد الأولويات المرجحة بالمخاطر ودفع المرشحين العلاجيين القائمين على LNP نحو الأمام.
اعتبارات التنفيذ
- يتطلب خبرة في صياغة الجسيمات النانوية ومبادئ خلط التدفق المضطرب.
- يتطلب الوصول إلى خلاطات CIJ أو خلاطات الدوامات متعددة المداخل وأدوات تحليلية لتوصيف الجسيمات النانوية.
- يتطلب توحيد معايير بارامترات الخلط ومقاييس مراقبة الجودة بين الفرق المختلفة.
- قابل للتكيف مع مختلف حمولات الأحماض النووية وتركيبات الدهون من خلال تعديلات في البروتوكول.
- تشمل الاعتبارات بروتوكولات التنظيف ومنع التلوث، وفقاً لما يدعمه تصميم الخلاط.
