Fabbricazione di concentrato, ossigeno a base di lipidi microbolle emulsioni da High Shear omogeneizzazione e concentrazione seriale

Sommario

Descriviamo metodi per la produzione di grandi volumi di base di lipidi microbolle ossigeno (LOMS) progettati per la consegna di ossigeno endovenosa utilizzando high-shear omogeneizzazione e concentrazione seriale.

Abstract

Microbolle di gas sono stati sviluppati come contrasto ecografico e agenti di consegna della droga. Le microbolle possono essere prodotti dalla lavorazione di tensioattivi mediante sonicazione, agitazione meccanica, dispositivi microfluidici, o omogeneizzazione. Recentemente, a base di lipidi microbolle di ossigeno (LOMS) sono stati progettati per fornire ossigeno per via endovenosa durante le emergenze mediche, invertendo pericolo di vita ipossiemia, e prevenire lesioni a organi, arresto cardiaco e morte. Vi presentiamo i metodi per la produzione in scala-up di microbolle altamente ossigenati utilizzando un circuito chiuso ad alta-shear omogeneizzatore. Il processo può produrre 2 L di LOMS concentrati (90% in volume) in 90 min. Bolle risultanti hanno un diametro medio di circa 2 micron, e un profilo reologico coerente con quella del sangue quando diluito al 60% in volume. Questa tecnica produce LOMS a capacità elevata e con la purezza di ossigeno, suggerendo che questa tecnica può essere utile per laboratori di ricerca traslazionale.

Introduzione

Microbolle composto da proteine, polimero, e conchiglie lipidi sono stati sviluppati come vettori per il drug delivery, terapia genica, e mezzi di contrasto ecografici ^1-5. Poiché questi usi terapeutici richiedono intravascolare persistenza microbolle, tali microbolle sono comunemente pieni di inerti, alti gas peso molecolare come perfluorocarburi ^6, che hanno bassa solubilità nel sangue e stabilizzano il ^3,4 bolla.

Recentemente, a base di lipidi microbolle di ossigeno (LOMS) sono stati progettati per fornire dosi terapeutiche di ossigeno, che può preservare la consegna di ossigeno d'organo e prevenire instabilità emodinamica durante i periodi di ostruzione delle vie aeree o ipossiemia ^7. Emulsioni progettati per la consegna di gas endovenosa richiedono diverse caratteristiche di design rispetto a quelli utilizzati per gli agenti di contrasto ecografici o somministrazione di farmaci mirati. In primo luogo, perché il corpo consuma grandi quantità di gas ossigeno (~ 200 ml / min), LOMS devono essere prodotti einiettato su larga scala. Ciò richiede che il processo di fabbricazione sia efficiente. In secondo luogo, il processo di fabbricazione deve essere a circuito chiuso per evitare la contaminazione azoto attraverso l'esposizione di LOMS (che deve essere riempito con 100% di ossigeno) all'aria ambiente. Terzo, poiché lo scopo di LOMS è consegna gas endovenosa, la frazione di gas LOMS dovrebbe essere massimizzata, riconoscendo i limiti imposti dalla emulsione viscosità ^7. Infine, come con qualsiasi iniettabili per via endovenosa, un controllo preciso sulla distribuzione granulometrica è essenziale per evitare l'ostruzione microvascolare ^8.

Ci sono diversi metodi stabiliti per la produzione di microbolle. Sonicazione utilizza alta intensità, ultrasuoni a bassa frequenza applicato all'interfaccia aria-liquido di una emulsione che comprende un tensioattivo, come ad esempio un fosfolipide anfipatica, in presenza di un gas spazio di testa per produrre microbolle ^7,9. Questo processo è controllabile variando ultrafrequenza del suono, potenza e durata dell'impulso, e la distribuzione granulometrica risultante possono essere adattate per produrre microbolle di una specifica distribuzione dimensione, anche se sonicazione è raramente usato nella fabbricazione di microbolle clinicamente utilizzati. Fusione è l'agitazione meccanica intenso di un tensioattivo e gas in un sistema chiuso, che è anche difficile da scalare fino a grandi volumi ^2. Microfluidica basata su Droplet permette un controllo preciso della distribuzione delle dimensioni di microbolle ^10-13. Anche se tradizionalmente difficili da scalare, multi-canale, microfluidica ad alta velocità sono stati descritti che aumentano l'efficienza di produzione di microbolle ^13. Le microbolle fabbricati utilizzando uno di questi metodi possono richiedere processi formato di riduzione post-produzione, come frazionamento centrifuga ^14,15 e microbolle galleggiamento ^16,17.

Un altro metodo stabilito per la fabbricazione di microbolle altamente stabili è homogeniz shearzione ^6, che può risultare in una stabilizzazione reticolo esagonale fosfolipide sulla superficie di microbolle ^18. Basandosi su questo concetto, si descrive l'incorporazione di un taglio elevato omogeneizzatore in-linea per creare auto-assemblaggio LOMS ^19. In questo processo, l'omogeneizzatore utilizza lame a rapida rotazione in prossimità doppio sottili schermi emulsor maglia, creando alto taglio meccanico ed idraulico per la creazione di microbolle. Concentrazione Serial dell'emulsione lipidica attraverso questo sistema produce una frazione di gas sempre più concentrata, che può essere ulteriormente concentrato mediante centrifugazione.

Protocollo

1. System Set-up

Il sistema è costituito da un'azienda e concentrando serbatoio (HCT) dotato di un miscelatore stadio, un taglio elevato omogeneizzatore in-linea, una pompa a rulli per spostare fluido tra l'HCT e l'omogeneizzatore, e uno scambiatore di calore (Figura 1).

1. Posizionare un sterilizzato, bocca larga 4 L recipiente di raccolta di vetro munito di 2 porte base e 3 porte laterali sotto il mixer a singolo stadio. Abbassare la testa del mixer alla bocca della nave e garantire un raccordo a tenuta di gas con guarnizioni in gomma o nastro adesivo (al fine di evitare che l'aria ambiente di contaminare lo spazio di testa).
2. Montare una delle porte di base (Figura 1, porta # 1) della HCT con sterile 3/8 "(ID) tubo trasparente, di circa 10" di lunghezza, dotata di rubinetto a 3 vie sulla punta per la raccolta della emulsione concentrata .
3. Montare la seconda porta base (Figura 1, porta # 2) con sterile 3/8 "(ID) tubi, ufficio intornoy 36 "di lunghezza. Alimentare questo tubo attraverso una pompa a rulli. Montare l'ingresso di alto omogeneizzatore taglio con un raccordo a T comprese le due porte e collegare come segue: collegare il tubo dal porto # 2, attraverso la pompa rullo e collegarlo alla porta laterale del T-pezzo. Attaccare l'altra porta ad una bombola di ossigeno utilizzando un misuratore di flusso di gas di ossigeno a basso flusso.
4. Collegare la porta di uscita del omogeneizzatore ad alta taglio alla porta di ingresso di uno scambiatore termico in linea mantenuta a 4 ° C. Collegare la porta di uscita dello scambiatore di calore per l'apertura di ritorno del HCT (Figura 1, porta # 3), creando un sistema a circuito chiuso.
5. Attaccare un serbatoio di ossigeno (tramite un flussometro) alla HCT (Figura 1, porta # 4). Collegare un monitor composizione del gas che è aperto all'atmosfera alla porta all'inizio della HCT (Figura 1, port # 5).
6. Se sterilità è desiderato, sterilizzare i componenti in vetro e metallo prima di ogni utilizzo in autoclave. Sterilizzare i componenti di tubi e co plasticannectors di ossido di etilene prima di ogni utilizzo. Ciò è particolarmente importante se il prodotto viene testato in vivo.

2. LOM Fabbricazione

1. Porre 20 g di 1,2-GMP distearoil-sn-glicero-3-fosfocolina (DSPC) e 10 g di colesterolo nella base del HCT. Aggiungere 1 L di plasma-Lyte A alla HCT e mescolare a mano per 1 min, integrando il più possibile lipidi in fase acquosa.
2. Abbassare il mixer monostadio nella fase acquosa, assicurando che l'intera testa del mixer è coperto dalla fase acquosa. Assicurarsi che la parte superiore del HCT è a tenuta di gas (vedi punto 1.1) e che non ci sono le porte laterali aperte. Accendere la sorgente di gas collegato alla porta # 4 e attendere che la frazione di ossigeno della spazio di testa HCT raggiunge il> 95%. Al 10 L / min (LPM), questo dovrebbe prendere ~ 10 min.
3. Uso del mixer monostadio, mescolare l'emulsione precursore per 5 minuti a 5000 rpm. La miscela risultante dovrebbe apparire bianco pallido e non contengono lipi visibiled grumi. Una volta mescolato, miscela lipidica acqua non utilizzata può essere conservato a 4 ° C fino a 30 giorni prima monouso.
4. Prime dell'intero sistema a ciclo chiuso con l'emulsione precursore attivando la pompa a rulli a 1.3 LPM. Una volta che il sistema è innescato, tenere la pompa a 1,3 LPM.
5. Per iniziare fabbricazione dei LOMS, accendere il taglio elevato omogeneizzatore in-linea a 7.500 giri. Subito dopo, attivare il flusso di ossigeno alla porzione di ingresso del omogeneizzatore a 0.5 LPM. Tenere il mixer di palco singolo (in HCT) su a 3.500 giri. LOMS si formano all'interfaccia di pale del rotore e gli schermi emulsor ai omogeneizzatore in-linea (Figura 2). In pochi minuti, il liquido dovrebbe diventare visibilmente più viscoso. Un approccio più rigoroso è quello di determinare la viscosità in funzione del tempo, che può essere fatto rimuovendo aliquote da Port 1 durante la fabbricazione e l'analisi con un viscosimetro.
   Nota: Se bolle d'aria visibili presenti nella tubazione in uscita dal mixer, ossigenofruiti omogeneizzatore in-linea è troppo alta. Titolare basso flusso di gas fino a quando il fluido è opaco e non contiene bolle di gas visibile.
6. Funzionare il sistema per 15 minuti, quindi spegnere l'alto omogeneizzatore taglio e l'ingresso di ossigeno ad esso. Continuare a eseguire il miscelatore singola fase nel HCT fino a quando l'emulsione viene rimosso; questo mitiga separazione di fase e mantiene il prodotto relativamente uniforme all'interno della HCT.
   Nota: Il volume dell'emulsione riempito di gas dovrebbe aumentare di circa 2-3x durante la fase di concentrazione seriale. In caso contrario, verificare che l'ossigeno fluisce in alto omogeneizzatore taglio e che le concentrazioni di lipidi in emulsione precursore siano corrette. Efficienza della produzione diminuisce concentrazione di lipidi diminuisce.

3. Collection, Concentrazione, valutazione e conservazione di LOMS

1. Collegare un sterile, modificato 140 ml siringa luer-lock per il rubinetto collegato alla porta di base # 1 sulla nave collezione. Redigere 100 ml di liquido. Cap Strettamente siringa e ripetere fino a quando tutto il liquido è stato rimosso.
   1. Modifica siringhe ritirando 100 ml di aria nella siringa e poi segare lo stantuffo eccesso e materiale siringa sopra il marchio 140 ml. Riempire e siringhe vuote con pinze dentate di redigere lo stantuffo. Questa modifica permette facile centrifugazione.
2. Siringhe centrifuga con la fine capped orientato verso il basso in un frigorifero (4 ° C) Benna centrifugare a 225 xg per 10 min.
3. Tre strati di materiale appariranno dopo la centrifugazione. Espellere lo strato inferiore di un eccesso di fase acquosa nuvoloso e scartare. Il secondo strato è bianco luminoso e contiene LOMS concentrati. Trasferire schiuma concentrata ad una siringa impermeabile ai gas utilizzando un rubinetto a tre vie per prevenire la contaminazione gas ambiente. Eliminare lo strato finale, che contiene il gas ossigeno libero da LOMS rottura.
4. Qualità della schiuma può essere valutata raggiungendo ≥ 90% del gas di schiuma concentrato. Calculate concentrazione di gas come segue:
   Volume% gas = [(peso piuma / volume Foam) - 1] x 100
   1. Come controllo secondo qualità, microbolle dimensioni di oscuramento della luce per determinare se la dimensione delle particelle è nel range previsto. Va notato che un cambiamento nel tempo omogeneizzazione o formulazione potrebbe alterare dimensione delle bolle.
5. Tappare ermeticamente la siringa di vetro con un raccordo luer-lock. LOMS concentrati possono essere diluiti con Plasma-Lyte A al momento dell'uso. Le siringhe possono essere conservati a 22, 4, o -20 ° C; temperature più fredde possono fornire maggiore stabilità shelf-life ^7.

Risultati

Alta omogeneizzazione taglio permette efficiente (cioè entro un pomeriggio) la produzione di LOMS sufficienti per uno studio sugli animali e non richiede competenze tecniche. Una volta abile, fino a 2 L di LOMS concentrati può essere fabbricato in 90 min.

Dimensioni microbolle e la morfologia è stata valutata mediante microscopia ottica e oscuramento della luce. Quando è stato visualizzato un campione di 10 microlitri di LOMS, sono stati notati LOMS sferici, nonché una scarsità rela...

Discussione

I passi più importanti per la creazione, LOMS altamente ossigenati concentrate le seguenti: 1) garantire che lo spazio di testa all'interno del HCT rimane completamente ossigenato; 2) garantire che la purezza degli eccipienti lipidi è ottimale (comprese le condizioni di conservazione e utilizzo dei prodotti GMP); 3) garantire che i lipidi polvere mescolano completamente con la fase acquosa prima di innesco del sistema; e 4) prestando attenzione all'aumento della frazione di gas all'interno del HCT per garant...

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo

Nome	Azienda	Numero di catalogo	Commenti
1,2-distearoil-sn-glicero-3-fosfocolina (DSPC)	Avanti Polar Lipids	770365	Prodotto alternativo: non-GMP da NOF America (Coatsome MC-8080)
Colesterolo	Sigma Aldrich	C75209
Plasma-Lyte A	VWR	80089-818	In alternativa può utilizzare
il recipiente di raccolta NaCl Glass	Specialty Glass, Inc.	personalizzato	: Pam Zurbrick - 281-595-2210
Monitor della composizione del gas (ossigeno)	Pompa
Sarns 8000	Calicut Medical	16407	Parte di un sistema di perfusione modulare
Scambiatore di calore BIOtherm Medtronic		ECMOtherm-II
Miscelatore in linea da laboratorio Verso	Silverson Machines, Inc	TH-IL-102-VERSO	Utilizzare teste di lavoro multistadio e prolunga frontale con raccordo a
T per la porta di ingresso Silverson Verso	Innovazioni di processo Contatto	personalizzato	: Brian Leavitt - 508-423-2266
Miscelatore da laboratorio L5M-A	Silverson Machines, Inc	NC0136483	Utilizzare uno schermo emulsionante a rete (fine)
Pinze dentate Rochester-Ochsner	Fisher Scientific	13-812-18
Siringa da 140 ml	Kendall Healthcare Monoject	8881114030	Assicurati che ci sia un luer lock.
IX71 Microscopio a luce invertita	Olympus	IX71
Retiga-2000R fotocamera	per microscopio QImaging	RET-2000R-F-M-12
Accusizer 780A Autodiluizione	PSS-NICOMP Sistemi di dimensionamento delle particelle	Fuori produzione