Síntesis de nanopartículas lipídicas por flujo turbulento en mezcladores de chorro de impacto confinados
23 de agosto de 2024
Se demuestra un protocolo detallado para sintetizar nanopartículas lipídicas (LNPs) utilizando tecnologías de mezcladores de chorro de impacto confinado (CIJ), incluyendo un CIJ de dos chorros y un mezclador de vórtice de entrada múltiple de cuatro chorros (μMIVM). Los mezcladores CIJ generan entornos de micromezcla turbulentos y reproducibles, lo que da como resultado la producción de LNP monodispersos.
Nuestra investigación se centra en comprender la formación de nanopartículas a través de la mezcla turbulenta de flujos de disolventes y antidisolventes en geometrías confinadas. La mezcla turbulenta confinada permite la producción reproducible de nanopartículas lipídicas en condiciones de flujo continuo, que van desde la escala de laboratorio a cientos de microlitros hasta la escala industrial a docenas de litros por minuto. Las nanopartículas lipídicas se preparan normalmente con dispositivos microfluídicos o mediante mezcla con pipetas.
Estos dispositivos microfluídicos mezclan etanol, solvente y corrientes acuosas de antisolventes en estos canales capilares. Sin embargo, estos canales pequeños y caudales bajos producen un número de Reynolds bajo, lo que conduce a la mezcla laminar. Y la mezcla con pipetas produce LNP inyectando el flujo de disolvente directamente en un baño de antidisolvente.
Los métodos actuales para fabricar nanopartículas lipídicas tienen poca escalabilidad y reproducibilidad. Por ejemplo, la mezcla de pipetas es inherentemente variable debido a la mezcla manual no confinada. Si bien los dispositivos microfluídicos abordan algunos de estos problemas, funcionan a caudales muy bajos.
Y se ensucian debido a la deposición de ARN lipídico en las paredes del canal. Estos problemas ponen de manifiesto la necesidad de contar con técnicas reproducibles con un alto rendimiento desde el laboratorio hasta las escalas clínicas. Este protocolo demuestra la producción reproducible y escalable de nanopartículas lipídicas a través de la mezcla turbulenta en diferentes tamaños de lote.
Los investigadores pueden realizar con confianza el cribado o la optimización de la formulación de LNP a pequeña escala antes de producir lotes más grandes de materiales para ensayos prolongados. La mezcla turbulenta garantiza nanopartículas consistentes independientemente del tamaño del lote. Confinados a la geometría, los mezcladores turbulentos abordan los principales problemas de las técnicas de producción de nanopartículas lipídicas existentes.
El uso de condiciones turbulentas produce una mezcla a escala molecular más rápida, lo que permite la incorporación de oligonucleótidos de diferentes tamaños en el núcleo de LNP. El mezclador CIJ también elimina el ensuciamiento causado por la deposición de lípidos en las paredes del mezclador. Los flujos turbulentos en el mismo número de Reynolds, tienen vórtices de escala de Kolmogorov turbulentos autosimilares para una mezcla consistente.
Descripción general
Este artículo presenta un protocolo detallado para sintetizar nanopartículas lipídicas (LNPs) utilizando tecnologías de mezcladores por chorro impactante confinado (CIJ). Los mezcladores CIJ facilitan entornos de mezclado microturbulento reproducibles, lo que permite la producción de LNPs monodispersas.
Componentes Clave del Estudio
Área de la ciencia
- Síntesis de nanopartículas
- Técnicas de mezclado turbulento
- Aplicaciones en biotecnología
Antecedentes
- Las nanopartículas lipídicas son esenciales para los sistemas de administración de fármacos.
- Los métodos actuales para la producción de LNPs presentan problemas de escalabilidad y reproducibilidad.
- Los dispositivos microfluídicos suelen provocar una mezcla laminar, que es menos eficaz.
- La mezcla turbulenta confinada ofrece una solución a estos desafíos.
Objetivo del estudio
- Demostrar un método reproducible y escalable para la producción de LNP.
- Abordar las limitaciones de las técnicas existentes de síntesis de LNP.
- Permitir la selección y optimización eficientes de formulaciones.
Métodos Utilizados
- Utilización de mezcladores por chorro confinado e impactante (CIJ) para mezclado turbulento.
- Preparación controlada de corrientes de disolvente y antisolvente.
- Implementación de un mezclador de vórtice con múltiples entradas (MIVM) para producción a mayor escala.
- Recopilación y análisis de dispersiones de nanopartículas lipídicas.
Resultados principales
- Producción exitosa de nanopartículas lipídicas monodispersas.
- Escalabilidad demostrada desde escalas de laboratorio hasta escalas industriales.
- Mezcla constante lograda mediante flujos turbulentos.
- Eliminación de problemas de ensuciamiento asociados con la deposición de lípidos.
Conclusiones
- La mezcla turbulenta confinada es un método viable para la síntesis de nanopartículas lipídicas (LNP).
- Este enfoque mejora la reproducibilidad y escalabilidad.
- Los investigadores pueden optimizar con confianza las formulaciones de LNP para diversas aplicaciones.
Preguntas frecuentes
Relevancia Ejecutiva para la Industria
La mezcla turbulenta mediante chorro impactante confinado (CIJ) permite la síntesis escalable y reproducible de nanopartículas lipídicas (LNPs) para la administración terapéutica, abordando directamente las limitaciones de los métodos de mezclado microfluídico y manual. Esta tecnología facilita la transición segura desde la selección de formulaciones a escala de laboratorio hasta la producción a escala industrial, garantizando una calidad constante de las nanopartículas y una fiabilidad del proceso. El enfoque es altamente relevante para los procesos biofarmacéuticos que requieren una fabricación robusta y de alto rendimiento de LNPs para terapias con ácidos nucleicos y plataformas de vacunas.
Aplicaciones Estratégicas en I+D de Biotecnología Farmacéutica
Descubrimiento Temprano y Validación de Blancos
- Permite la selección y optimización rápidas de formulaciones de LNP para la entrega de ácidos nucleicos.
- Apoya la validación funcional de vehículos de entrega mediante la producción de LNP con tamaño y estabilidad controlados.
- Facilita la reducción mecanicista de riesgos al garantizar características reproducibles de las nanopartículas entre lotes.
Desarrollo de Pruebas y Tamizaje
- Proporciona preparaciones estandarizadas y reproducibles de LNPs para ensayos biológicos posteriores.
- Ofrece control cuantitativo sobre el tamaño de las nanopartículas, el potencial zeta y la eficiencia de encapsulación.
- Permite la preparación para cribado de alto rendimiento y escalabilidad de la plataforma para diversos cargos.
Investigación Traductacional y Preclínica
- Asegura la continuidad desde el descubrimiento hasta la validación preclínica mediante el mantenimiento de la calidad de los LNP a escalas crecientes.
- Se alinea con las estrategias traslacionales de biomarcadores al apoyar un rendimiento consistente del sistema de administración.
- Reduce el riesgo de fracaso en etapas avanzadas debido a la variabilidad del proceso o inconsistencias relacionadas con ensuciamiento.
Integración de la Línea de Procesamiento y Flujo de Trabajo
Los mezcladores CIJ y de vórtice con múltiples entradas posicionan la síntesis de LNPs como un puente desde el descubrimiento inicial hasta la optimización del candidato, y posteriormente al suministro de material preclínico, apoyando una transferencia de procesos robusta y una escala superior.
- Biología del Descubrimiento: Permite la verificación de hipótesis sobre la eficacia de la entrega y la compatibilidad del contenido en sistemas controlados.
- Selección: Proporciona lotes reproducibles y cuantitativos de nanopartículas lipídicas (LNP) para la evaluación comparativa de formulaciones.
- Análisis: Facilita la medición del tamaño, el potencial zeta y la estabilidad para tomar decisiones basadas en datos.
- Investigación Traducional: Mantiene la continuidad del proceso y la calidad del producto desde la producción a pequeña escala hasta la fabricación de materiales para ensayos clínicos.
- Reutilización Empresarial: Ofrece una plataforma escalable y estandarizada adaptable a diversos ácidos nucleicos y cargas terapéuticas.
Impacto Operativo y Empresarial
- Valor científico: Aumenta la confianza predictiva en el rendimiento de las NPL y reduce la ambigüedad mecanicista.
- Valor operativo: Proporciona flujos de trabajo estandarizados, reproducibles y escalables para la producción de nanopartículas.
- Valor estratégico: Mejora la calidad de las decisiones de avance o interrupción y la eficiencia del capital al minimizar los riesgos relacionados con el proceso.
- Impacto en la cartera: Permite la priorización y el avance ajustados al riesgo de candidatos terapéuticos basados en NPL.
Consideraciones de Implementación
- Requiere experiencia en formulación de nanopartículas y principios de mezcla en flujo turbulento.
- Necesita acceso a mezcladores de inyección continua (CIJ) o mezcladores de vórtice con múltiples entradas, así como herramientas analíticas para la caracterización de nanopartículas.
- Exige la estandarización entre equipos de los parámetros de mezcla y las métricas de control de calidad.
- Es adaptable a diversas cargas de ácidos nucleicos y composiciones lipídicas mediante ajustes del protocolo.
- Debe considerarse los protocolos de limpieza y la prevención de ensuciamiento, según lo permitido por el diseño del mezclador.
Preguntas frecuentes sobre biofármacos
Chapters in this video
0:00
Introduction
2:28
Optimized Formulation of Lipid Nanoparticles Using a Two‐Jet Continuous Impinging Jet (CIJ) Mixer
4:49
Advanced Formulation and Production of Lipid Nanoparticles Using a Four‐Jet Micro‐Size Multiple Inlet Vortex Mixer (µMIVM)
