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La formulación de LTSL es un producto liposomal clínicamente relevante que se ha desarrollado para suministrar el fármaco quimioterapéutico doxorubicina (DOX) y permite la liberación eficiente del fármaco de ráfaga a hipertermia suave clínicamente alcanzable (T a 41 oC)1. La formulación LTSL consta de 1,2-dipalmitoyl-sn-glicero-3-fosfocolina (DPPC), el lisolípido 1-esteasinoylo-2-hidroxi-sn-glicero-3-fosfatidilcolina (MSPC; M significa "mono") y el lípido PEGylated 1,2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine-N-[metoxi(polietilenglicol)-2000] (DSPE-PEG2000). Al llegar a la temperatura de transición de fase (Tm a 41 oC), el lisolípido y el DSPE-PEG2000 facilitan conjuntamente la formación de poros de membrana, lo que resulta en una liberación por ráfaga del fármaco2. La preparación de LTSL utiliza principalmente un enfoque de arriba hacia abajo a granel, a saber, la hidratación y la extrusión de película lipídica. Sigue siendo difícil preparar de forma reproducible grandes lotes con propiedades idénticas y en cantidades suficientes para aplicaciones clínicas3.
Microfluílica es una técnica emergente para la preparación de liposomas, que ofrece un tamaño de nanopartículas ajustable, reproducibilidad y escalabilidad3. Una vez optimizados los parámetros de fabricación, el rendimiento podría ampliarse mediante paralelización, con propiedades idénticas a las preparadas a escala de banco3,4,5. Una de las principales ventajas de los microfluidos sobre las técnicas convencionales a granel es la capacidad de manejar pequeños volúmenes de líquidos con alta capacidad de control en el espacio y el tiempo a través de la miniaturización, permitiendo una optimización más rápida, mientras que opera de manera continua y automatizada6. La producción de liposomas con dispositivos microfluídicos se logra mediante un enfoque de nanoprecipitación de abajo hacia arriba, que es más eficiente en tiempo y energía porque los procesos de homogeneización como la extrusión y la sonicación son innecesarios7. Por lo general, una solución orgánica (por ejemplo, etanol) de lípidos (y carga útil hidrófoba) se mezcla con un no disolvente miscible (por ejemplo, agua y carga útil hidrófila). A medida que el disolvente orgánico se mezcla con el no disolvente, se reduce la solubilidad de los lípidos. La concentración de lípidos finalmente alcanza una concentración crítica en la que se activa el proceso de precipitación7. Los nanoprecipitados de lípidos eventualmente crecen en tamaño y se cierran en un liposoma. Los principales factores que rigen el tamaño y la homogeneidad de los liposomas son la relación entre la relación no solvente y el disolvente (es decir, la relación de caudal acuoso-orgánico; FRR) y la homogeneidad del entorno solvente durante el autoensamblaje de lípidos en liposomas8.
Por lo tanto, la mezcla eficiente de fluidos en microfluidos es esencial para la preparación de liposomas homogéneos, y se han empleado diversos diseños de mezcladores en diferentes aplicaciones9. El micromezclador de espiga escalonada escalonada (SHM) representa una de las nuevas generaciones de mezcladores pasivos, lo que permite un alto rendimiento (en el rango de ml/min) con un factor de dilución bajo. Esto es superior a los dispositivos de mezcla hidrodinámicos microfluídicos tradicionales8,10. El SHM ha estampado ranuras de espina de arenque, que mezclan rápidamente fluidos por advección caótica9,11. La escala temporal de mezcla corta de SHM (< 5 ms, menor que la escala de tiempo de agregación típica de 10-100 ms) permite que el autoensamblaje de lípidos se produzca en un entorno solvente homogéneo, produciendo nanopartículas con distribución de tamaño uniforme3,12.
La preparación de LTSL con microfluidos no es, sin embargo, tan sencilla en comparación con las formulaciones liposomales convencionales debido a la falta de colesterol8,sin las cuales las bicapas lipídicas son susceptibles a la interdigitación inducida por etanol13,14,15. Hasta ahora, el efecto del etanol residual se presenta durante la producción microfluídica de liposomas no se ha entendido bien. La mayoría de las formulaciones notificadas son intrínsecamente resistentes a la interdigitación (que contiene colesterol o lípidos insaturados)16, que a diferencia de los LTSL están saturados y libres de colesterol.
El protocolo presentado aquí utiliza SHM para preparar LOS LTSL para la administración de fármacos de liberación activada por temperatura. En el método presentado, nos aseguramos de que los LTSL preparados microfluídicos sean de tamaño nanométrico (100 nm) y uniformes (dispersidad < 0.2) por dispersión dinámica de luz (DLS). Además, encapsulamos DOX utilizando el método de gradiente de sulfato de amonio transmembrana (también conocido como carga remota)17 como una validación de la integridad de la bicapa lipídica LTSL. La carga remota de DOX requiere que el liposoma mantenga un pH-gradiente para lograr una alta eficiencia de encapsulación (EE), que es poco probable que suceda sin una bicapa de lípidos intacta. En este método presentado, distintivo de los protocolos típicos de preparación de liposoma microfluídico, se requiere un paso de recocido antes de que se elimine el etanol para habilitar la capacidad de carga remota; es decir, para restaurar la integridad de la bicapa lipídica.
Como se mencionó anteriormente, las cargas útiles hidrófilas e hidrófobas también se pueden introducir en las soluciones iniciales para la encapsulación simultánea de cargas útiles durante la formación de LTSL. Como prueba de concepto, el verde indocyanina (ICG), un tinte fluorescente de infrarrojo cercano aprobado por la FDA, que también es un agente fototérmico prometedor, se introduce en la mezcla de lípidos inicial y se cocarga con éxito en los LTSL. Un láser de 808 nm se utiliza para irradiar los LTSL cargados por DOX/ICG e inducir con éxito la liberación de ráfaga sactivó el calentamiento fototérmico de DOX en un plazo de 5 minutos.
Todos los instrumentos y materiales están disponibles comercialmente, listos para usar y sin necesidad de personalización. Dado que se han optimizado todos los parámetros para la formulación de LTSL, siguiendo este protocolo, los investigadores sin conocimiento previo de microfluidos también podrían preparar los LTSL, que sirve como base de un sistema de administración de fármacos termosensibles.