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La formulation de LTSL est un produit liposomique cliniquement pertinent qui a été développé pour délivrer la doxorubicine de drogue chimiothérapeutique (DOX) et permet la libération efficace de drogue d’éclatement à l’hyperthermie douce médicalement accessible (T - 41 c)1. La formulation LTSL se compose de 1,2-dipalmitoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DPPC), le lysolipid 1-stearoyl-2-hydroxy-sn-glycero-3-phosphatidylcholine (MSPC; M signifie "mono") et plébisémie PEGylated 1,2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine-N-[methoxy(polyéthylène glycol)-2000] (DSPE-PEG2000). En atteignant la température de transition de phase (Tm 41 oC), le lysolipid et le DSPE-PEG2000 facilitent ensemble la formation des pores membranaires, ce qui entraîne une libération par rafale du médicament2. La préparation des LTSL utilise principalement une approche descendante en vrac, à savoir l’hydratation et l’extrusion de films lipidiques. Il reste difficile de préparer de façon reproductible de grands lots avec des propriétés identiques et en quantités suffisantes pour des applications cliniques3.
La microfluidique est une technique émergente pour la préparation des liposomes, offrant la taille des nanoparticules, la reproductibilité et l’évolutivité3. Une fois les paramètres de fabrication optimisés, le débit pourrait être augmenté par la parallélisation, avec des propriétés identiques à celles préparées à l’échelle de banc3,4,5. Un avantage majeur de la microfluidique par rapport aux techniques conventionnelles en vrac est la capacité de gérer de petits volumes liquides avec une haute maniabilité dans l’espace et le temps grâce à la miniaturisation, permettant une optimisation plus rapide, tout en fonctionnant d’une manière continue et automatisée6. La production de liposomes avec des dispositifs microfluidiques est réalisée par une approche de nanoprécipitation ascendante, qui est plus efficace en temps et en énergie parce que les processus d’homogénéisation tels que l’extrusion et la sonication sont inutiles7. En règle générale, une solution organique (p. ex. l’éthanol) de lipides (et de charge utile hydrophobe) est mélangée à un non-solvant miscible (p. ex. l’eau et la charge utile hydrophile). Comme le solvant organique se mélange avec le non-solvant, la solubilité pour les lipides est réduite. La concentration lipidique atteint finalement une concentration critique au cours de laquelle le processus de précipitation est déclenché7. Les nanoprécipitates des lipides finissent par se développer en taille et se rapprocher dans un liposome. Les principaux facteurs régissant la taille et l’homogénéité des liposomes sont le rapport entre le non-solvant et le solvant (c.-à-d. rapport aqueux-organiques de débit ; FRR) et l’homogénéité de l’environnement solvant lors de l’auto-assemblage des lipides en liposomes8.
Un mélange efficace de fluides en microfluidique est donc essentiel à la préparation de liposomes homogènes, et diverses conceptions de mélangeurs ont été utilisées dans différentes applications9. Le micromélangeur à chevrons décalés (SHM) représente l’une des nouvelles générations de mélangeurs passifs, ce qui permet un débit élevé (à portée de mL/min) avec un faible facteur de dilution. Ceci est supérieur aux dispositifs de mélange hydrodynamique microfluidique s’ils sont traditionnels8,10. Le SHM a modelé des rainures d’os de hareng, qui mélangent rapidement des fluides par advection chaotique9,11. La courte échelle de temps de mélange de SHM (5 ms, soit moins que l’échelle de temps d’agrégation typique de 10 à 100 ms) permet à l’auto-assemblage des lipides de se produire dans un environnement solvant homogène, produisant des nanoparticules avec une distribution de taille uniforme3,12.
La préparation des LTSL avec la microfluidique n’est, cependant, pas aussi simple comparée aux formulations liposomiques conventionnelles dues au manque de cholestérol8, sans lequel les bicouches de lipide sont sensibles à l’interdigitation induite par l’éthanol13,14,15. Jusqu’à présent, l’effet de l’éthanol résiduel se présente lors de la production microfluidique de liposomes n’a pas été bien compris. La majorité des formulations rapportées sont intrinsèquement résistantes à l’interdigitation (contenant du cholestérol ou des lipides insaturés)16, qui, contrairement aux LTSL, sont à la fois saturées et sans cholestérol.
Le protocole présenté ici utilise SHM pour préparer les LTSL pour l’administration de médicaments à libération déclenchée par la température. Dans la méthode présentée, nous nous sommes assurés que les LTSL microfluidiques sont de taille nanométrique (100 nm) et uniformes (dispersité et lt; 0,2) par diffusion dynamique de la lumière (DLS). En outre, nous avons encapsulé DOX en utilisant la méthode de gradient de sulfate d’ammonium transmembrane (également connu sous le nom de chargement à distance)17 comme validation de l’intégrité de la bicouche lipidique LTSL. Le chargement à distance de DOX nécessite le liposome pour maintenir un pH-gradient afin d’atteindre une efficacité d’encapsulation élevée (EE), ce qui est peu probable de se produire sans une bicouche lipidique intacte. Dans cette méthode présentée, distincte des protocoles typiques de préparation microfluidique de liposome, une étape d’annealing est exigée avant que l’éthanol soit enlevé pour permettre la capacité de chargement à distance ; c’est-à-dire pour restaurer l’intégrité de la bicouche lipidique.
Comme nous l’avons mentionné précédemment, les charges utiles hydrophiles et hydrophobes peuvent également être introduites dans les solutions initiales pour l’encapsulation simultanée des charges utiles lors de la formation des LTSL. Comme preuve de concept, le vert endocyanine (ICG), un colorant fluorescent proche infrarouge approuvé par la FDA, qui est également un agent photothermique prometteur, est introduit au mélange lipidique initial et co-chargé avec succès dans les LTSL. Un laser de 808 nm est utilisé pour irradier les LTSL chargés par DOX/ICG et induire avec succès la libération d’éclatement de DOX déclenchée par le chauffage photothermique dans un délai de 5 minutes.
Tous les instruments et matériaux sont disponibles dans le commerce, prêts à l’emploi, et sans nécessité de personnalisation. Étant donné que tous les paramètres de formulation des LTSL ont été optimisés, suivant ce protocole, les chercheurs qui n’ont aucune connaissance préalable de la microfluidique pourraient également préparer les LTSL, qui servent de base à un système d’administration de médicaments thermosensibles.