Dynamische Lichtstreuanalyse zur Bestimmung der Partikelgröße von Eisen-Kohlenhydrat-Komplexen
7. Juli 2023
Die dynamische Lichtstreuung (DLS) hat sich als geeigneter Assay zur Beurteilung der Partikelgröße und -verteilung von intravenös verabreichten Eisen-Kohlenhydrat-Komplexen herausgestellt. Die Protokolle sind jedoch nicht standardisiert und müssen für jeden analysierten Eisen-Kohlenhydrat-Komplex modifiziert werden. Das vorliegende Protokoll beschreibt die Anwendung und Besonderheiten bei der Analyse von Eisensaccharose.
Die dynamische Lichtstreuung (DLS) ist eine grundlegende Methode zur Beurteilung der intakten Partikelgröße und -verteilung. Die Analyse von Eisen-Kohlenhydrat-Nanopartikeln birgt jedoch einige Herausforderungen. Ein Vorteil von DLS sind die weit verbreiteten Instrumente, die einfache Durchführung der Analyse und die Erstellung von Protokollen für die Analyse von Nanomaterialien.
Eines der Ziele von DLS ist es, das Polydispersitätsprofil der Nanopartikel zu bewerten, was letztendlich die Interaktion mit dem biologischen Milieu beeinflussen kann. Für die Demonstration des Verfahrens wird Cintia Batista Marques, Doktorandin an der Universität Genf, anwesend sein. Nachdem Sie die Maschine in der Gerätesoftware gestartet haben, wählen Sie im geöffneten Fenster den Speicherort aus, benennen Sie die Messdatei und bestätigen Sie die Angaben mit einem Klick auf Speichern.
Wählen Sie die gewünschte Standardarbeitsanweisung aus der Dropdown-Liste in der Geräteschnittstelle aus. Wenn eine ältere SOP benötigt wird, wählen Sie in der Liste nach SOP suchen aus und bestätigen Sie die Auswahl mit einem Klick auf den grünen Pfeil. Um den Messvorgang zu starten, klicken Sie auf die grüne Startschaltfläche am unteren Rand des Bildschirms der Geräteschnittstelle.
Anschließend wird ein Milliliter des unverdünnten Partikelstandards in eine Styroporküvette gefüllt und mit dem Deckel verschlossen. Stellen Sie nach dem Befüllen sicher, dass keine Luftblasen vorhanden sind. Wenn Luftblasen vorhanden sind, entfernen Sie diese, indem Sie leicht auf die Küvette klopfen.
Setzen Sie die Küvette mit der Pfeilmarkierung nach vorne in die Zellenhalterung des Geräts ein und schließen Sie den Messkammerdeckel. Laden Sie den Einheitenparameter SOP und geben Sie im Startfenster den Probennamen SST 20 nanometer particle standard ein. Fügen Sie außerdem eine Notiz hinzu, die eine Identifikationsnummer und das Ablaufdatum der Norm enthält.
Um Eisensaccharoselösung zu messen, pipettiert man 0,5 Milliliter einer Eisensaccharoselösung mit 2 Vol.-% Eisengehalt in einen 25-Milliliter-Messkolben und füllt sie bis zur Marke mit Wasser mit geringen Partikeln auf, so dass eine Lösung mit 0,4 Milligramm Eisen pro Milliliter entsteht. Setzen Sie nun die Kunststoffküvette mit der Messlösung mit der Pfeilmarkierung nach vorne in das Gerät ein und schließen Sie den Deckel. Laden Sie den Parameter SOP erneut und geben Sie im Startfenster den Probennamen, die Chargennummer ein.
Starten Sie die Messung und schließen Sie das Messfenster, wenn sie beendet ist, was durch ein akustisches Signal angezeigt wird. Berechnen Sie den Mittelwert von sechs Einzelmessungen. Markieren Sie die einzelnen Messungen in der Datensatzansicht der Messdatei und klicken Sie mit der rechten Maustaste auf Durchschnittsergebnis erstellen.
Fügen Sie den Namen des Mittelwerts unter Stichprobenname hinzu. Bestätigen Sie anschließend mit einem Klick auf OK. Warten Sie, bis die Software am Ende der Liste einen neuen Datensatz erstellt hat, und suchen Sie nach einem eingegebenen Namen sowie dem durchschnittlichen Ergebnis in diesem Datensatz.
Die Größenverteilungsdiagramme nach Intensität, Volumen und Anzahl werden angezeigt. Die Größenverteilung nach Intensität, die von einem zweiten Peak beeinflusst wird, wird als Beispiel für ein schlechtes Ergebnis angeführt. Daten von schlechter Qualität zeigten ein zusätzliches Signal bei 5.000 Nanometern.
Die Größenverteilung nach Anzahl wich um den Faktor zwei von dem vorgeschlagenen intensitätsbasierten Z-Mittelwert ab. Nur geringfügig niedrigere Werte wurden durch die Größenverteilung nach Volumen berechnet. Bei der Verwendung von DLS zur Charakterisierung von Eisenkohlenhydrat-Nanopartikeln ist es wichtig, die korrekte SOP, die Probenverdünnung und auch die Küvettenfüllung sicherzustellen.
Asymmetrische Flussfeld-Flussfraktionierung und Größenausschlusschromatographie sowie Kleinwinkel-Röntgenstreuung können als zusätzliche orthogonale physikalisch-chemische Methoden durchgeführt werden. Validierte Protokolle für DLS verbessern die Robustheit der anfänglichen und vergleichenden Charakterisierung von Eisenkohlenhydrat-Nanopartikeln erheblich. Die Probenvorbereitung und die Ausrichtung der Technik auf große Partikelgrößen müssen jedoch im Zusammenhang mit orthogonalen Methoden berücksichtigt werden.
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Übersicht
Dieses Protokoll beschreibt die Verwendung der dynamischen Lichtstreuung (DLS) zur Analyse der Partikelgröße und -verteilung von Eisen-Saccharose-Komplexen. Es behandelt die Herausforderungen der Standardisierung in DLS-Protokollen für verschiedene Eisen-Kohlenhydrat-Komplexe.
Wichtige Studienkomponenten
Wissenschaftsbereich
- Neurowissenschaften
- Biophysik
- Nanotechnologie
Hintergrund
- Dynamische Lichtstreuung (DLS) ist eine Technik zur Bewertung der Partikelgröße.
- Eisen-Kohlenhydrat-Nanopartikel stellen einzigartige Analyseherausforderungen dar.
- DLS bietet Vorteile wie weit verbreitete Instrumentierung.
- Das Verständnis der Partikelgröße ist entscheidend für biologische Wechselwirkungen.
Zweck der Studie
- Standardisierung von DLS-Protokollen für die Eisen-Saccharose-Analyse.
- Bewertung des Polydispersitätsprofils von Eisen-Kohlenhydrat-Komplexen.
- Besseres Verständnis der Wechselwirkungen mit biologischen Systemen.
Verwendete Methoden
- Dynamische Lichtstreuung (DLS) zur Partikelgrößenmessung.
- Vorbereitung von Eisen-Saccharose-Proben für die Analyse.
- Verwendung spezifischer Software für den Instrumentenbetrieb.
- Datenerfassung und -analyse zur Bestimmung der Partikelverteilung.
Hauptergebnisse
- Erfolgreiche Messung der Partikelgröße und -verteilung von Eisen-Saccharose.
- Identifizierung von Herausforderungen bei der Analyse von Eisen-Kohlenhydrat-Nanopartikeln.
- Demonstration von DLS als effektive Methode für diese Analyse.
- Einblicke in die Auswirkungen der Partikelgröße auf biologische Wechselwirkungen.
Schlussfolgerungen
- DLS ist ein wertvolles Werkzeug zur Analyse von Eisen-Saccharose-Komplexen.
- Standardisierung von Protokollen ist für konsistente Ergebnisse unerlässlich.
- Weitere Forschung ist erforderlich, um DLS für verschiedene Eisen-Kohlenhydrat-Komplexe zu optimieren.
Häufig gestellte Fragen
Executive Industry Relevance
Dynamic light scattering (DLS) is a critical analytical tool for characterizing the particle size and distribution of iron-carbohydrate complexes, which are widely used in intravenous iron therapies. Standardized DLS protocols enable robust assessment of nanoparticle attributes, supporting early-stage quality evaluation and cross-product comparability. Reliable particle size data informs risk assessment and portfolio decisions for novel iron formulations in biopharma R&D.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables physicochemical characterization of nanoparticle heterogeneity relevant to biological performance.
- Supports identification of critical quality attributes for iron-carbohydrate complexes.
- Facilitates mechanistic de-risking by clarifying size-dependent interactions with biological systems.
Screening & Assay Development
- Provides standardized particle size measurements for assay reproducibility and comparability.
- Enables quantitative assessment of polydispersity, informing screening readiness.
- Supports platform reuse by establishing validated protocols for nanoparticle analysis.
Translational & Preclinical Research
- Aligns nanoparticle characterization with translational biomarker strategies when size impacts biological fate.
- Ensures continuity of quality assessment from discovery through preclinical development.
- Reduces risk of late-stage failure due to uncharacterized particle heterogeneity.
Pipeline & Workflow Integration
DLS-based particle sizing is positioned at the interface of early discovery and preclinical development, informing both initial quality assessment and ongoing comparability studies.
- Discovery Biology: Clarifies nanoparticle size distribution, supporting hypothesis testing on biological interactions.
- Screening: Delivers reproducible, quantitative outputs for cross-batch and cross-product evaluation.
- Analytics: Provides Z-average and polydispersity index as standardized readouts for decision-making.
- Translational Research: Supports alignment of physicochemical properties with in vivo performance when relevant.
- Enterprise Reuse: Establishes a robust, transferable protocol for nanoparticle characterization across programs.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in nanoparticle quality and biological performance.
- Operational Value: Enhances standardization, reproducibility, and scalability of analytical workflows.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions and reduces risk of late-stage attrition due to undetected heterogeneity.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of iron-carbohydrate candidates based on robust quality data.
Implementation Considerations
- Requires expertise in nanoparticle analytics and DLS instrumentation.
- Demands validated protocols for sample preparation, dilution, and SOP adherence.
- Needs cross-team agreement on data reporting standards and interpretation.
- Must consider technique bias toward larger particles and complement with orthogonal methods as needed.
- Practical limitations include sensitivity to sample handling and instrument calibration.
