Het synthetiseren van lipide nanoparticles door turbulente stroming in besloten botsende straalmixers
23 augustus 2024
Een gedetailleerd protocol voor het synthetiseren van lipide nanodeeltjes (LNP's) met behulp van CIJ-mixertechnologieën (Confined Impinging Jet), waaronder een CIJ met twee stralen en een vortexmixer met vier stralen met meerdere inlaten (μMIVM), wordt gedemonstreerd. De CIJ-mengers genereren reproduceerbare, turbulente micromengomgevingen, wat resulteert in de productie van monodisperse LNP's.
Ons onderzoek is gericht op het begrijpen van de vorming van nanodeeltjes door turbulente menging van oplosmiddel- en antioplosmiddelstromen in beperkte geometrieën. Beperkte turbulente menging maakt reproduceerbare productie van lipide nanodeeltjes mogelijk onder continue stroomomstandigheden, variërend van laboratoriumschaal van honderden microliters tot industriële schaal van tientallen liters per minuut. Lipide nanodeeltjes worden meestal bereid met microfluïdische apparaten of door pipetmenging.
Deze microfluïdische apparaten mengen ethanoloplosmiddel en waterige anti-oplosmiddelstromen in deze capillairachtige kanalen. Deze kleine kanalen en lage stroomsnelheden leveren echter een laag Reynoldsgetal op, wat leidt tot laminaire menging. En pipetmenging produceert LNP's door de oplosmiddelstroom rechtstreeks in een antioplosmiddelbad te injecteren.
De huidige methoden om lipide nanodeeltjes te maken hebben een slechte schaalbaarheid en reproduceerbaarheid. Het mengen van pipetten is bijvoorbeeld inherent variabel vanwege het onbeperkte handmatige mengen. Hoewel microfluïdische apparaten sommige van deze problemen aanpakken, werken ze met zeer lage stroomsnelheden.
En ze vervuilen door afzetting van lipide-RNA op de kanaalwanden. Deze problemen benadrukken de noodzaak om reproduceerbare technieken met een hoge doorvoer op laboratorium- tot klinische schaal te hebben. Dit protocol demonstreert reproduceerbare en schaalbare productie van lipide nanodeeltjes door turbulente menging over verschillende batchgroottes.
Onderzoekers kunnen met vertrouwen LNP-formuleringsscreening of -optimalisatie op kleine schaal uitvoeren voordat ze grotere partijen materialen produceren voor uitgebreide proeven. Turbulente menging zorgt voor consistente nanodeeltjes, ongeacht de batchgrootte. Turbulente mixers beperken zich tot geometrie en pakken de belangrijkste problemen aan met bestaande productietechnieken voor lipide-nanodeeltjes.
Het gebruik van turbulente omstandigheden zorgt voor een snellere menging op moleculaire schaal, waardoor oligonucleotiden van verschillende grootte in de LNP-kern kunnen worden opgenomen. De CIJ-menger elimineert ook de vervuiling die wordt veroorzaakt door lipideafzetting op de wanden van de menger. Turbulente stromingen met hetzelfde Reynolds-getal, hebben zelfgelijkende turbulente koltexen op Kolmogorov-schaal voor consistente menging.
Overzicht
Dit artikel presenteert een gedetailleerd protocol voor de synthese van lipide nanodeeltjes (LNPs) met behulp van confined impinging jet (CIJ) mixer-technologieën. De CIJ-mixers faciliteren reproduceerbare, turbulente micro-mengomgevingen, wat leidt tot de productie van monodisperse LNPs.
Belangrijkste componenten van de studie
Wetenschapsgebied
- Synthese van nanodeeltjes
- Turbulente mengtechnieken
- Biotechnologische toepassingen
Achtergrond
- Lipidenanodeeltjes zijn essentieel voor systemen voor geneesmiddelentoediening.
- Huidige methoden voor de productie van LNP kampen met problemen op het gebied van schaalbaarheid en reproduceerbaarheid.
- Microfluïdische apparaten leiden vaak tot laminaire menging, wat minder effectief is.
- Beperkte turbulente menging biedt een oplossing voor deze uitdagingen.
Doel van de studie
- Om een reproduceerbare en schaalbare methode voor LNP-productie te demonstreren.
- Om de beperkingen van bestaande LNP-synthesetechnieken aan te pakken.
- Om efficiënte formulatiescreening en optimalisatie mogelijk te maken.
Gebruikte methoden
- Gebruik van confined impinging jet (CIJ)-mixers voor turbulente menging.
- Gecontroleerde bereiding van oplosmiddel- en antisolventstromen.
- Implementatie van een multi-inlet vortex mixer (MIVM) voor productie op grotere schaal.
- Verzameling en analyse van lipid nanopartikeldispersies.
Belangrijkste resultaten
- Succesvolle productie van monodisperse lipidenanodeeltjes.
- Aangetoonde schaalbaarheid van laboratorium- naar industriële schaal.
- Consistente menging bereikt door turbulente stromingen.
- Eliminatie van vervuilingsproblemen geassocieerd met lipideafzetting.
Conclusies
- Beperkte turbulente menging is een levensvatbare methode voor LNP-synthese.
- Deze aanpak verbetert de reproduceerbaarheid en schaalbaarheid.
- Onderzoekers kunnen LNP-formuleringen met vertrouwen optimaliseren voor diverse toepassingen.
Veelgestelde vragen
Relevantie voor de Industrie
Turbulente menging via een confined impinging jet (CIJ) maakt schaalbare, reproduceerbare synthese van lipide nanodeeltjes (LNPs) voor therapeutische toediening mogelijk, waarmee direct wordt ingevoerd op de beperkingen van microfluïdische en handmatige mengmethoden. Deze technologie ondersteunt een zekere overgang van formuleringsscreening op laboratoriumschaal naar productie op industriële schaal, wat zorgt voor een consistente kwaliteit van de nanodeeltjes en procesbetrouwbaarheid. De aanpak is zeer relevant voor biofarmaceutische pipelines die behoefte hebben aan robuuste, high-throughput LNP-productie voor nucleïnezuurtherapieën en vaccinplaceforms.
Strategische toepassingen in biofarmaceutische R&D
Vroege ontdekking & targetvalidatie
- Maakt snelle formulatiescreening en optimalisatie van LNP-composities voor de aflevering van nucleïnezuren mogelijk.
- Ondersteunt de functionele validatie van afleveringsvoertuigen door LNP's te produceren met een gecontroleerde grootte en stabiliteit.
- Faciliteert mechanische risicoreductie door reproduceerbare nanodeeltjeskenmerken over verschillende batches te waarborgen.
Screening & Assayontwikkeling
- Biedt gestandaardiseerde, reproduceerbare LNP-preparaten voor daaropvolgende biologische assays.
- Maakt kwantitatieve controle mogelijk over de grootte van de nanodeeltjes, het zetapotentieel en de inkapselingsefficiëntie.
- Maakt high-throughput screening mogelijk en biedt platformschaalbaarheid voor diverse payloads.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Waarborgt continuïteit van ontdekking tot preklinische validatie door de kwaliteit van LNP's te handhaven bij toenemende schalen.
- Sluit aan bij translationele biomarkerstrategieën door de consistente prestaties van het afleveringssysteem te ondersteunen.
- Vermindert het risico op falen in een laat stadium als gevolg van procesvariabiliteit of inconsistenties gerelateerd aan vervuiling.
Integratie van Pipeline & Workflow
CIJ- en multi-inlet vortexmixers positioneren LNP-synthese als een brug van vroege ontdekking via lead-optimalisatie tot preklinische materiaallevering, ter ondersteuning van een robuuste procesoverdracht en opschaling.
- Ontdekkingsbiologie: Maakt het testen van hypothesen over de efficiëntie van de aflevering en de compatibiliteit van de payload in gecontroleerde systemen mogelijk.
- Screening: Levert reproduceerbare, kwantitatieve LNP-batches voor de vergelijkende evaluatie van formuleringen.
- Analytica: Ondersteunt de meting van grootte, zetapotentiaal en stabiliteit voor datagestuurde besluitvorming.
- Translationeel onderzoek: Handhaaft de procescontinuïteit en productkwaliteit van kleinschalige productie tot de productie van materiaal voor klinische studies.
- Bedrijfsbreed hergebruik: Biedt een schaalbaar, gestandaardiseerd platform dat aanpasbaar is aan diverse therapeutische payloads en nucleïnezuren.
Operationele & Zakelijke Impact
- Wetenschappelijke waarde: Verhoogt het voorspellende vertrouwen in de prestaties van LNP's en vermindert mechanistische ambiguïteit.
- Operationele waarde: Levert gestandaardiseerde, reproduceerbare en schaalbare workflows voor de productie van nanodeeltjes.
- Strategische waarde: Verbetert de kwaliteit van go/no-go-beslissingen en de kapitaalefficiëntie door procesgerelateerde risico's te minimaliseren.
- Impact op de portfolio: Maakt risico-gecorrigeerde prioritering en verdere ontwikkeling van therapeutische kandidaten op basis van LNP's mogelijk.
Overwegingen bij de implementatie
- Vereist expertise in nanodeeltjesformulering en principes van turbulente stromingsmenging.
- Toegang tot CIJ- of multi-inlet vortexmixers en analytische instrumenten voor de karakterisering van nanodeeltjes is noodzakelijk.
- Vereist cross-team standaardisatie van mengparameters en kwaliteitscontrolemassa's.
- Aanpasbaar aan diverse nucleïnezuur-payloads en lipidensamenstellingen door middel van protocolaanpassingen.
- Overwegingen omvatten reinigingsprotocollen en het voorkomen van vervuiling, ondersteund door het ontwerp van de mixer.
Veelgestelde vragen over Biopharma
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)
