방법 논문

높은 가위 균질화 및 시리얼 농도로 농축, 지질 기반 산소 마이크로 버블 에멀젼의 제조

DOI:

10.3791/51467

⸱

2014년 5월 26일

 ,  ,  , 
1Department of Cardiology, Boston Children's Hospital, Harvard Medical School, 2Department of Anesthesiology and Critical Care, Children's Hospital of Philadelphia, University of Pennsylvania

이 논문에서

요약

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우리는 높은 전단 균질화 및 일련 농도를 사용하여 정맥 산소 전달을 위해 설계 지질 기반 산소 마이크로 버블 (LOM의) 많은 양의 제조 방법을 설명합니다.

초록

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가스 충전 미세 기포 초음파 대비 및 약물 전달 에이전트로 개발되고있다. 마이크로 버블은 초음파 처리, 기계적 교반, 마이크로 유체 장치 또는 균질화를 사용하여 계면 활성제를 처리함으로써 제조 할 수있다. 최근, 지질 기반 산소 마이크로 버블 (LOM의)는 생명을 위협하는 저산소 혈증을 반전, 응급 의료 상황시 정맥 산소를 제공 할 수 있도록 설계하고, 이후의 장기 손상, 심장 마비, 사망을 방지하고 있습니다. 우리는 폐쇄 루프 높은 전단 균질기를 사용하여 높은 산소 마이크로 버블의 스케일 업 생산을위한 방법을 제시한다. 이 과정은 90 분에 집중 LOM의 2 L (부피 기준 90 %)를 생성 할 수 있습니다. 생성 된 기포가 혈액의 60 부피 %로 희석 할 때와 일치 ~ 2 ㎛의 평균 직경 및 레올 프로필이. 이 기술은이 기술 번역 연구소에 유용 할 수 있다는 것을 제안, 높은 용량과 높은 산소 순도 LOM의를 생성합니다.

서론

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단백질, 폴리머, 지질 껍질 이루어지는 미세 기포는 약물 전달 벡터, 유전자 치료, 초음파 조영제 1-5로 개발되어왔다. 이러한 치료가 사용하는 혈관 마이크로 버블 지속성을 필요로하기 때문에, 이러한 마이크로 버블은 일반적으로 혈액에서 낮은 용해도를 가지고 거품 3,4 안정 과불 화탄소 6, 불활성, 높은 분자량의 가스로 채워져있다.

최근, 지질 기반 산소 마이크로 버블 (LOM의)는 최종 장기 산소 전달을 유지하고기도 폐쇄 또는 저산소증 (7)의 기간 동안 혈역학 적 불안정을 방지 할 수 있습니다 산소 치료 용량을 제공하도록 설계되었습니다. 정맥 가스 공급을 위해 설계 유제 초음파 조영제 또는 타겟 약물 전달을 위해 사용되는 것보다 다른 디자인의 기능을 필요로합니다. 신체가 산소 가스 (~ 200 ㎖ / 분)를 대량 소비하기 때문에 먼저, LOM의 생산되어야큰 규모에 주입했다. 이는 제조 공정이 효율적으로 될 것을 요구한다. 둘째, 제조 공정이 외기 행 (100 % 산소로 채워 져야)의 LOM의 노광 질소 오염을 방지하기 위해 폐쇄 루프이어야한다. LOM의의 목적은 정맥 내 가스 전달이므로 셋째, LOM의 가스의 분율은 에멀젼 점도 (7)에 의해 부과 된 제한 사항을 인식 최대화되어야한다. 마지막으로, 정맥 내 주사와 같이 입자 크기 분포에 대한 정밀한 제어는 미세 혈관 폐색 8을 피하는 것이 필수적이다.

마이크로 버블의 제조를위한 여러 가지 설정 방법이 있습니다. 초음파는 고강도를 이용한다 저주파 초음파 7,9 미세 기포를 생성하는 헤드 스페이스 가스의 존재 하에서 예컨대 인지질과 같은 양친 매성 계면 활성제를 포함 에멀젼의 공기 - 액체 인터페이스에 적용. 이 과정은 매우 다양하여 제어 할 수 있습니다초음파 드물게 임상 사용 미세 기포의 제조에 사용되지 않지만 음향 주파수, 전력 및 펄스 지속 시간, 생성 된 크기 분포는 특정 크기 분포의 미세 기포를 생성하기 위하여 맞추어 질 수있다. 융합은 대량 2를 수용하도록 확장하는 것도 어렵다 폐쇄계에서 계면 활성제 및 가스의 격렬한 기계적 교반이다. 액적 기반 미세 유체는 마이크로 버블의 크기 분포 10-13을 정밀하게 제어 할 수 있습니다. 전통적으로 어려운까지 확장 할 수 있지만, 멀티 채널, 고속 미세 유체는 마이크로 버블 생산 효율이 13 증가하는 기술되었다. 이러한 방법을 사용하여 제조 된 마이크로 버블은 원심 분획 (14, 15) 및 마이크로 버블 부상 16, 17 등의 제조 후 사이즈 감소 프로세스를 필요로 할 수있다.

매우 안정적인 마이크로 버블의 제조를위한 또 다른 설치 방법은 전단 homogeniz입니다마이크로 버블의 표면 (18)에 안정화 육각형 인지질 패턴이 발생할 수 있습니다 ATION 6. 이 개념에 기반하여, 우리는 자기 조립 LOM의 19을 만들 수있는 인라인 높은 전단 균질의 설립에 대해 설명합니다. 이 과정에서, 균질 빠르게 미세 기포의 생성을 위해 높은 기계적 및 유압 전단을 만들어 이중 미세 메쉬 emulsor 스크린 가까이에 블레이드를 회전 이용한다. 이 시스템을 통해 지질 에멀젼의 직렬 농도는 더욱 원심 분리에 의해 농축 될 수 점점 농축 기체 분획을 산출한다.

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프로토콜

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1. 시스템 셋업

시스템은 단일 단계 믹서, 라인 고전 단 균질화, HCT 및 균질화 사이의 유체를 이동하는 롤러 펌프 및 열교환 기 (도 1)를 장착 유지 탱크를 집중 (HCT)로 구성된다.

  1. 단일 단계 믹서 아래 2 기본 포트와 3 사이드 포트가 장착 된 살균, 입이 큰 4 L 유리 수집 용기를 놓습니다. 용기의 입구까지 믹서 헤드를 내리고 (헤드 공간을 오염으로부터 외기를 방지하기 위해) 고무 씰 또는 테이프를 사용하여 기밀 끼워 맞춤을 보장한다.
  2. 멸균 3 / 8와 HCT의 (그림 1, 포트 # 1) 기본 포트 중 하나에 맞게 "(ID) 클리어 튜브, 약 10"오래, 농축 에멀젼의 수집을위한 팁에서 3 방향 스톱 콕이 장착 .
  3. 제 2베이스 포트 멸균 3 / 8와 (그림 1, 포트 # 2) "(ID) 튜브, approximatel를 장착길이 Y 36 ". 롤러 펌프를 통해 튜브를 넣습니다. 두 개의 포트를 포함하는 T-조각으로 높은 전단 균질의 입구에 맞게 다음과 같이 연결 : 롤러 펌프를 통해, 포트 # 2에서 튜브를 연결하고 T 조각의 측면 포트에 연결합니다. 저 유량 산소 가스 유량계를 사용하여 산소 탱크에 다른 포트를 연결합니다.
  4. 4 ℃에서 라인 열 교환기의 유입구에 고 전단 균질의 출구 포트에 연결 폐 루프 시스템을 생성, HCT의 리턴 포트 (도 1, 포트 # 3)에 열교환 기의 출구 포트를 연결한다.
  5. HCT에 (유량계를 통해) 산소 탱크를 연결합니다 (그림 1, 포트 # 4). HCT의 상단 포트 (그림 1, 포트 # 5)을 대기에 개방 된 가스 조성 모니터를 연결합니다.
  6. 무균 원하는 경우, 오토 클레이브 각각 사용 전에 유리 및 금속 성분을 살균. 튜브의 구성 요소 및 플라스틱 공동 소독각 사용하기 전에 산화 에틸렌 nnectors. 제품은 생체 내에서 테스트 할 경우 특히 중요합니다.

2. LOM 제조

  1. GMP 1,2 - 디스 테아-SN-글리세로 -3 - 포스 포 콜린 (DSPC) 및 HCT의 기본 콜레스테롤 10 g을 20 g의를 놓습니다. 수성 단계로 가능한 한 많은 지질을 통합, 1 분의 HCT와 손을 저어 플라즈마 LYTE의 1 L를 추가합니다.
  2. 전체 믹서 헤드 성상 의해 포함되도록 보장 수성 상에 단일 단계 믹서를 낮추. HCT의 상단이 꽉 가스입니다 (위의 단계 1.1 참조) 열린 사이드 포트가 있는지 확인하십시오. 포트 번호 4에 부착 된 가스 소스를 켜고 HCT 헤드 스페이스의 산소 분율> 95 %에 도달 할 때까지 기다립니다. 10 L / 분 (LPM),이는 ~ 10 분 소요됩니다.
  3. 단일 단계 믹서를 사용하여 5,000 rpm에서 5 분 동안 전구체 에멀젼을 혼합. 생성 된 혼합물을 옅은 백색을 표시하고 가시적 lipi 포함될 없어야D 덩어리. 일단 혼합되지 않는 지질 물 혼합물은 단일 사용하기 전에 최대 30 일 동안 4 º C에 저장할 수 있습니다.
  4. 국무 1.3 LPM에서 롤러 펌프를 돌려 전구체 에멀젼 전체 폐 루프 시스템. 시스템이 끝났다되면, 1.3 LPM에서의 펌프를 유지합니다.
  5. LOM의 제조를 시작하려면, 7,500 rpm의 인라인 높은 전단 균질의 전원을 켭니다. 그 직후, 0.5 LPM에서 균질의 입구 부분에 산소 흐름을 켭니다. 3,500 rpm에서에 (HCT의) 단일 단계 믹서를 유지합니다. LOM의이 라인 모지 나이저 (도 2) 내의 로터 블레이드 및 emulsor 스크린의 계면에 형성된다. 분 안에 액체가 눈에 띄게 더 점성이 될 것이다. 보다 엄격한 방식은 제조 중에 포트 (1)로부터 분취 량을 제거하고 점도계로 분석하여 수행 할 수있는 시간의 함수로서 점도를 결정하는 것이다.
    참고 : 보이는 기포 믹서, 산소를 배출 튜브에 존재한다면라인 모지 나이저로 유동은 너무 높다. 유체가 불투명이고 가시적 인 기포를 포함하지 않을 때까지 가스 유량을 적정한다.
  6. 15 분 동안 시스템을 실행 한 다음에 높은 전단 균질과 산소 유입을 끄십시오. 에멀젼이 제거 될 때까지 HCT에서 단일 단계 믹서를 계속 실행; 이 상 분리를 완화하고 HCT 내에서 비​​교적 균일 한 제품을 유지합니다.
    주의 : 가스 충전 에멀젼의 부피가 직렬 농축 단계에서 약 2 ~ 3 배 증가한다. 그것을 보장하기 위해 검사하지 않는 경우 산소는 높은 전단 균질로 유입되고 전구체 에멀젼 그 지질 농도는 정확하다. 지질 농도가 감소함에 따라 생산의 효율성은 감소한다.

3. 수집, 집중, 평가, 및 LOM의 저장

  1. 멸균을 연결, 수집 용기에 기본 포트 # 1에 부착 된 크레인에 140 ㎖의 루어 잠금 주사기를 수정했습니다. (10)을 작성유체의 0 ML. 모든 유체가 제거 될 때까지 단단히 주사기를 반복 모자.
    1. 주사기로 공기 100 ㎖를 회수 한 후 140 ㎖의 마크 위의 여분의 플런저와 주사기 재료를 절단하여 주사기를 수정합니다. 를 입력하고 플런저를 그리는 이가 집게를 사용하여 빈 주사기. 이 수정은 쉽게 원심 분리를 할 수 있습니다.
  2. 10 분 225 XG에 냉장 (4 º C에서) 버킷 원심 분리기 하향 지향 덮인 끝이 원심 분리기 주사기.
  3. 물질의 세 가지 층은 원심 분리 한 후 나타납니다. 초과 흐린 수상의 바닥 층을 추방 버린다. 제 2 층은 밝은 흰색과 집중 LOM의가 포함되어 있습니다. 주위 가스의 오염을 방지하기 위해 삼방 스톱 콕을 이용하여 가스 배리어 주사기로 농축 발포체를 전송합니다. 파열 된 LOM의에서 무료로 산소 가스를 포함하는 마지막 층을 폐기하십시오.
  4. 거품 품질이 집중 거품의 ≥ 90 % 가스를 도달에 의해 평가 될 수있다. calcul을다음과 같이 가스 농도를 먹었다 :
    볼륨 % 가스 = [(거품 무게 / 거품 볼륨) - 1] × 100
    1. 입경이 기대 범위 내에 있다면 제 품질 관리 같이, 광 엄폐 의한 미세 기포의 크기가 결정한다. 그것은 균질화 시간 또는 제형의 변화가 기포 크기를 변경할 수 있음을 주목해야한다.
  5. 단단히 루어 잠금 피팅 유리 주사기 모자. 농축 LOM의 사용시에 플라즈마 LYTE로 희석 될 수있다. 주사기는 22 일 4에 저장 될 수있다, 또는 -20 º C; 추운 온도는 향상된 저장 수명 안정성 7을 제공 할 수있다.

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결과

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높은 전단 균질화는 동물 연구에 대한 충분한 LOM의 효율적 (한 오후 내에서, 즉) 생산이 가능하고 기술적 인 전문 지식을 필요로하지 않습니다. 일단 실력, 집중 LOM의 최대 2 L는 90 분으로 제조 할 수있다.

마이크로 버블의 크기와 형태는 광학 현미경으로 빛 엄폐에 의해 평가되었다. LOM의의 10 μL 샘플이 가시화 될 때, 구면 LOM의 언급은,뿐만 아니라 지질 파편의 상대적인 소수 (도 3a) 하였다. GMP 제품이 사용될 때 특히 그러하다. LOM의 동일한 샘플이 광 모호하여 평가했을 때의 평균 입경은 2.624 ± 0.332 μM (SD)이었다. LOM의의 90 % 이상이 <직경 10 ㎛이었으며, 인구는 다 분산 (그림 3B)이었다.

에멀젼의 점도는 (마이크로 버블 농도, 따라서) 크게 기체 분획에 의존 하였다. 두 ML 분주...

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토론

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집중, 높은 산소 LOM의를 만드는 가장 중요한 단계는 다음과 같습니다 : 1) HCT 내의 빈 공간이 완전히 산소 상태를 유지하는 것이 보장을; 2) 지질 부형제의 순도 () 저장 조건 및 GMP 제품의 사용을 포함하여 최적임을 보장; 3) 분말 지질 시스템을 프라이밍하기 전에 수 성상과 완전히 혼합 것을 보장; 및 4) 기체의 체적 분율이 70 %를 초과하지 않도록 보장하기 위해 HCT 내의 가스 분율의 증가에 세심한주의를 기울이고.

우리가 여기에서 설명하는 방법은 중공 미세 기포를 생성하는 높은 전단 균질화를 사용합니다. 양친 매성 지질은 라인 모지 나이저로 지질을 수행하는 데 사용되는 수성 상으로 현탁된다. GMP 수준의 지질은 생체 내 연구에 활용하고, 그들이 적은 지질 단위 및 불순물을 포함하고 있기 때문에 일반적으로 바람직하다. 저장 특히 지질 (또한 지질 산화 될 수 있습니다산소 유체 이내) 및 세균 오염. 소수성 꼬리가 인라인 균질화

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공개 사항

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저자는 더 경쟁 재정적 이익이 없다는 것을 선언합니다.

감사의 글

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자금 조달 : 미국 육군 의학 연구 및 군수품 명령 (USAMRMC) 및 원격 의료 및 고급 기술 연구 센터에 의해 관리. Shunxi 지 여기에 설명 된대로 주사기의 수정을 기여했다.

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재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
1,2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DSPC)Avanti Polar Lipids770365Alternate product: non-GMP from NOF America (Coatsome MC-8080)
CholesterolSigma AldrichC75209
Plasma-Lyte AVWR80089-818대안적으로 NaCl
Glass collection vesselSpecialty Glass, Inc.사용자 정의연락처 : Pam Zurbrick - 281-595-2210
가스 조성 (산소) 모니터Precision MedicalPM5900L
Sarns 8000 롤러 펌프Calicut Medical16407모듈 식 관류 시스템의 일부
BIOtherm 열교환 기MedtronicECMOtherm-II
Verso 실험실 인라인 믹서Silverson Machines, IncTH-IL-102-VERSO와 함께 다단 워크헤드 및 프론트 엔드 확장 사용
Process Innovations사용자 정의연락처: Brian Leavitt - 508-423-2266
L5M-A 실험실 믹서Silverson Machines, IncNC0136483메쉬 에멀저 스크린 사용(미세)
Rochester-Ochsner 톱니 겸Fisher Scientific13-812-18
140ml 주사기Kendall Healthcare Monoject8881114030루어 잠금 장치가 있는지 확인하십시오.
IX71 도립 광 현미경OlympusIX71
Retiga-2000R 현미경 카메라QImagingRET-2000R-F-M-12
Accusizer 780A 자동 희석PSS-NICOMP 입자 크기 측정 시스템생산
를 사용할 수 있습니다. Silverson Verso 입구 포트용 T 피스 T-피스자 중단

참고문헌

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  19. Kheir, J. N., et al. Bulk Manufacture of Concentrated Oxygen Gas-Filled Microparticles for Intravenous Oxygen Delivery. Advanced Healthcare Materials. , (2013).

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