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La formulazione LTSL è un prodotto liposomico clinicamente rilevante che è stato sviluppato per fornire il farmaco chemioterapico doxorubicin (DOX)e consente un efficiente rilascio di farmaci a raffica a ipertermia lieve clinicamente raggiungibile (T 41 . La formulazione LTSL è composta da 1,2-dipalmitoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DPPC), il lysolipido1-stearoyl-2-idrossi-sn -glycero-3-phosphatidylcho (MSPC; M sta per "mono") e PEGylated lipid 1,2-distearoyl-sn-glycero-3-phosethanolamine-N-[methoxy(polyethylene glycol)-2000] (DSPE-PEG2000). Una volta raggiunta la temperatura di transizione di fase (Tm ) , i lincidi e dSPE-PEG2000 insieme facilitano la formazione dei pori della membrana, con conseguente rilascio di scoppio del farmaco2. La preparazione di LTSL utilizza principalmente un approccio bulk dall'alto verso il basso, vale a dire l'idratazione e l'estrusione delle pellicole lipidiche. Resta difficile preparare in modo riproducibile grandi lotti con proprietà identiche e in quantità sufficienti per le applicazioni cliniche3.
La microfluidica è una tecnica emergente per la preparazione dei liposomi, che offre dimensioni delle nanoparticelle regolabili, riproducibilità e scalabilità3. Una volta ottimizzati i parametri di produzione, la velocità effettiva potrebbe essere aumentata mediante parallelizzazione, con proprietà identiche a quelle preparate in scala di panca3,4,5. Uno dei principali vantaggi della microfluidica rispetto alle tecniche di massa convenzionali è la capacità di gestire piccoli volumi di liquidi con elevata controllabilità nello spazio e nel tempo attraverso la miniaturizzazione, consentendo un'ottimizzazione più veloce, operando in modo continuo e automatizzato6. La produzione di liposomi con dispositivi microfluidici è ottenuta da un approccio di nanoprecipitazioni dal basso verso l'alto, che è più efficiente in termini di tempo ed energia perché i processi di omogeneizzazione come l'estrusione e la sonicazione non sono necessari7. Tipicamente, una soluzione organica (ad esempio etanolo) di lipidi (e carico idrofobico) viene mescolata con un non solvente miscibile (ad esempio acqua e carico idrofilo). Come il solvente organico si mescola con il non solvente, la solubilità per i lipidi è ridotta. La concentrazione di lipidi alla fine raggiunge una concentrazione critica in cui viene attivato il processo di precipitazione7. Nanoprecipitati di lipidi alla fine crescono di dimensioni e si chiudono in un liposoma. I principali fattori che regolano le dimensioni e l'omogeneità dei liposomi sono il rapporto tra il non solvente e il solvente (cioè il rapporto di portata acquoso-organico; FRR) e l'omogeneità dell'ambiente solvente durante l'auto-assemblaggio dei lipidi in liposomi8.
La miscelazione efficiente dei fluidi in microfluidica è quindi essenziale per la preparazione di liposomi omogenei, e vari progetti di miscelatori sono stati impiegati in diverse applicazioni9. Il micromixer a spina di pesce sfalsato (SHM) rappresenta una delle nuove generazioni di miscelatori passivi, che consente un'elevata produttività (nella gamma di mL/min) con un fattore di diluizione basso. Questo è superiore ai tradizionali dispositivi di miscelazione idrodinamica microfluidica8,10. Lo SHM ha modellato scanalature a spina di pesce, che mescolano rapidamente fluidi per advezione caotica9,11. La breve scala cronologica di miscelazione di SHM (< 5 ms, inferiore alla tipica scala temporale di aggregazione di 10-100 ms) consente l'autoassemblaggio dei lipidi in un ambiente omogeneo, producendo nanoparticelle con distribuzione uniforme delle dimensioni3,12.
La preparazione di LTSL con microfluidica non è, tuttavia, così semplice rispetto alle formulazioni liposomiche convenzionali a causa della mancanza di colesterolo8, senza il quale i bistrati lipidici sono suscettibili all'interdigitalizzazione indotta dall'etanolo13,14,15. Fino ad ora, l'effetto dell'etanolo residuo si presenta durante la produzione microfluidica di liposomi non è stato ben compreso. La maggior parte delle formulazioni segnalate sono intrinsecamente resistenti all'interdigitazione (contenente colesterolo o lipidi insaturi)16, che a differenza delle LTSL sono sia saturi che privi di colesterolo.
Il protocollo qui presentato utilizza SHM per preparare i LTSL per la somministrazione di farmaci a rilascio di temperatura. Nel metodo presentato, abbiamo assicurato che i LTSL microfluidici-preparati sono nano-dimensioni (100 nm) e uniforme (dispersità < 0.2) da dispersione dinamica della luce (DLS). Inoltre, abbiamo incapsulato DOX usando il metodo del gradiente di solfato di ammonio transmembrana (noto anche come caricamento remoto)17 come convalida dell'integrità del bistrato lipidico LTSL. Il caricamento a distanza del DOX richiede che il liposoma mantenga un gradiente di pH al fine di ottenere un'elevata efficienza di incapsulamento (EE), che è improbabile che si verifichi senza un bistrato lipidico intatto. In questo metodo presentato, distintivo dai tipici protocolli di preparazione del liposoma microfluidico, è necessaria una fase di annealing prima che l'etanolo venga rimosso per abilitare la capacità di caricamento remoto; cioè per ripristinare l'integrità del bistrato lipidico.
Come accennato in precedenza, i carichi idrofili e idrofobici possono anche essere introdotti alle soluzioni iniziali per l'incapsulamento simultaneo dei carichi utili durante la formazione di LTSL. Come proof-of-concept, il verde indocianina (ICG), un coloranti fluorescente a infrarossi vicino alla FDA, che è anche un promettente agente fototermico, viene introdotto nella miscela di lipidi iniziali e co-caricato con successo nelle LSL. Un laser da 808 nm viene utilizzato per irradiare i LTS caricati da DOX/ICG e indurre con successo il rilascio a scoppio di DOX innescato dal riscaldamento fototermico entro 5 min.
Tutti gli strumenti e i materiali sono disponibili in commercio, pronti all'uso e senza bisogno di personalizzazione. Poiché tutti i parametri per la formulazione dei lPSL sono stati ottimizzati, seguendo questo protocollo, i ricercatori senza alcuna conoscenza preliminare della microfluidica potrebbero anche preparare i LTSL, che funge da base per un sistema di somministrazione di farmaci termosensibili.