Artykuł metodologiczny

Analiza dynamicznego rozpraszania światła w celu określenia wielkości cząstek kompleksów żelazo-węglowodan

DOI:

10.3791/63820

⸱

7 lipca 2023

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Vifor Pharma Group, Vifor Pharma Management Ltd, 2Section of Pharmaceutical Sciences, School of Pharmaceutical Sciences of Western Switzerland (ISPSO), University of Geneva

W tym artykule

Podsumowanie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dynamiczne rozpraszanie światła (DLS) okazało się odpowiednim testem do oceny wielkości i rozkładu cząstek podawanych dożylnie kompleksów żelazowo-węglowodanowych. Jednak protokoły nie są ustandaryzowane i muszą być modyfikowane dla każdego analizowanego kompleksu żelaza i węglowodanów. Niniejszy protokół opisuje zastosowanie i szczególne uwagi dotyczące analizy żelaza i sacharozy.

Streszczenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dożylnie podawane kompleksy nanocząsteczek żelaza i węglowodanów są szeroko stosowane w leczeniu niedoboru żelaza. Klasa ta obejmuje kilka strukturalnie niejednorodnych kompleksów nanocząstek, które wykazują różną wrażliwość na warunki wymagane dla dostępnych metodologii fizykochemicznej charakterystyki tych czynników. Obecnie krytyczne cechy jakościowe kompleksów żelazowo-węglowodanowych nie zostały w pełni ustalone. Dynamiczne rozpraszanie światła (DLS) stało się podstawową metodą określania wielkości i rozkładu nienaruszonych cząstek. Nadal jednak istnieją wyzwania związane ze standaryzacją metodologii w laboratoriach, specyficznymi modyfikacjami wymaganymi dla poszczególnych produktów żelazowo-węglowodanowych oraz tym, jak najlepiej opisać rozkład wielkości. Co ważne, stosowane rozcieńczalniki i seryjne rozcieńczalniki muszą być znormalizowane. Duża rozbieżność w podejściach do przygotowania próbek i raportowania danych ogranicza stosowanie DLS do porównywania czynników żelazowo-węglowodanowych. W niniejszym artykule szczegółowo opisujemy solidny i łatwy do odtworzenia protokół pomiaru wielkości i rozkładu wielkości kompleksu żelazo-węglowodan, sacharozy żelaza, przy użyciu średniej Z i wskaźnika polidyspersyjności.

Wprowadzenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Sacharozy żelaza (IS) to koloidalny roztwór składający się z nanocząsteczek składających się z kompleksu wielopierścieniowego rdzenia tlenowo-tlenowo-wodorotlenkowego i sacharozy. Doustne IS jest szeroko stosowane w leczeniu niedoboru żelaza wśród pacjentów z wieloma różnymi stanami chorobowymi, którzy nie tolerują doustnej suplementacji żelaza lub u których doustne podawanie żelaza nie jest skuteczne1. IS należy do klasy leków złożonych zdefiniowanej przez Agencję ds. Żywności i Leków (FDA), która jest klasą leków o złożonym składzie chemicznym współmiernym do biologicals2. Ocena regulacyjna złożonych produktów leczniczych może wymagać dodatkowych ortogonalnych metod fizykochemicznych i/lub badań przedklinicznych lub klinicznych w celu dokładnego porównania kolejnych leków złożonych 3,4. Jest to ważne, ponieważ w kilku badaniach wykazano, że stosowanie IS w porównaniu z produktem kontynuacyjnym nie daje takich samych wyników klinicznych. Podkreśla to kluczowe znaczenie stosowania nowatorskich i ortogonalnych technik charakteryzacji, które są odpowiednie do wykrywania różnic we właściwościach fizykochemicznych między produktami IS5,6.

Dokładne wyjaśnienie wielkości i rozkładu wielkości IS ma znaczenie kliniczne, ponieważ wielkość cząstek jest głównym czynnikiem wpływającym na szybkość i zakres opsonizacji - pierwszy krytyczny krok w biodystrybucji tych złożonych leków7,8. Nawet niewielkie różnice w wielkości cząstek i rozkładzie wielkości cząstek zostały powiązane ze zmianami w profilu farmakokinetycznym kompleksów nanocząstek żelaza-tlenek9,10. Niedawne badanie przeprowadzone przez Brandisa i wsp. wykazało, że wielkość cząstek mierzona za pomocą DLS była znacząco różna (14,9 nm ± 0,1 nm vs. 10,1 nm ± 0,1 nm, p < 0,001) podczas porównywania odpowiednio leku z listy referencyjnej i generycznego glukonianu sodu i żelaza11. Stała jakość, bezpieczeństwo i skuteczność produktów zawierających węglowodany żelaza są całkowicie zależne od skali procesu produkcyjnego, a potencjalny dryf produkcyjny musi być dokładnie rozważony9. Proces produkcyjny może skutkować pozostałościami sacharozy, a będzie się to różnić w zależności od producenta12. Wszelkie modyfikacje zmiennych procesu produkcyjnego mogą prowadzić do znaczących zmian w końcowym złożonym produkcie leczniczym w odniesieniu do struktury, stabilności kompleksu i dyspozycji in vivo9.

Aby ocenić spójność leku i przewidzieć jego zachowanie in vivo, potrzebne są nowoczesne ortogonalne metodologie analityczne do określenia właściwości fizykochemicznych złożonych nanoleków. Brakuje jednak standaryzacji metodologii, co może skutkować wysokim stopniem międzylaboratoryjnego zróżnicowania w raportowaniu wyników13. Pomimo uznania tych wyzwań przez światowe organy regulacyjne i społeczność naukową14, większość cech fizykochemicznych IS pozostaje słabo zdefiniowana, a pełny zestaw krytycznych atrybutów jakości w kontekście dostępnych wytycznych regulacyjnych nie został zdefiniowany15. Projekt wytycznych dla poszczególnych produktów wydany przez FDA dla kompleksów żelazowo-węglowodanowych sugeruje DLS jako procedurę oceny wielkości i rozkładu wielkości produktów następczych16,17.

Kilka publikacji szczegółowo opisuje protokoły DLS do określania wymiarów nanocząstek IS13,18. Jednakże, ponieważ przygotowanie próbki, warunki procedury, oprzyrządowanie i parametry ustawienia oprzyrządowania różnią się między opublikowanymi metodami, wyniki DLS nie mogą być bezpośrednio porównane z powodu braku znormalizowanej metody interpretacji wyników13,18. Różnorodność metodologii i podejść do raportowania danych ogranicza odpowiednią ocenę tych cech do celów porównawczych19. Co ważne, wiele z protokołów DLS opublikowanych wcześniej w celu oceny IS nie uwzględnia wpływu dyfuzji sacharozy w zawiesinie ze względu na obecność wolnej sacharozy, która, jak wykazano, fałszywie podnosi promienie hydrodynamiczne nanocząstek w roztworach koloidalnych obliczone na podstawie średniej Z13,18. Niniejszy protokół ma na celu ujednolicenie metodologii pomiaru wielkości cząstek i rozkładu IS. W tym celu metoda została opracowana i zwalidowana.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Obsługa maszyny

  1. Uruchamianie maszyny i oprogramowania
    UWAGA: Rysunek uzupełniający S1A-D opisuje kroki uruchamiania maszyny i oprogramowania.
    1. Włącz przyrząd co najmniej 30 minut przed rozpoczęciem pomiarów, a następnie uruchom komputer.
    2. Kliknij dwukrotnie ikonę oprogramowania instrumentu, aby uruchomić program.
    3. Wprowadź nazwę użytkownika i hasło w oknie logowania. Upewnij się, że każdy użytkownik ma własne konto.
    4. Poczekaj, aż wszystkie trzy czarne paski w prawym dolnym rogu zaświecą się na zielono, wskazując, że urządzenie jest gotowe do pracy.
    5. W przypadku długich okresów bezczynności, gdy użytkownik jest automatycznie wylogowany, w sekcji Bezpieczeństwo kliknij Zaloguj się i ponownie wprowadź hasło.
  2. Tworzenie pliku pomiarowego
    UWAGA: Nowy plik pomiarowy jest tworzony na początku każdego dnia pomiaru. Wszystkie pomiary są wyświetlane i przechowywane w pliku pomiarowym. Szczegółowe informacje na temat tej procedury znajdują się na rysunku uzupełniającym S2A-B.
    1. Utwórz nowy plik pomiarowy, klikając Plik | Nowość | Plik pomiarowy. W otwartym oknie wybierz miejsce przechowywania i nazwij plik pomiarowy. Potwierdź szczegóły, klikając Zapisz.
    2. Aby otworzyć plik, kliknij Plik | Otwórz | Plik pomiarowy. W otwartym oknie wybierz plik pomiarowy, potwierdź szczegóły klikając Otwórz, wybierz nazwę pliku i kliknij Zapisz.
  3. Drukowanie wyników
    1. Wydrukuj lub zapisz wyniki testu przydatności systemu (SST) (patrz krok 1.5) oraz średnią wartość pomiaru próbki zgodnie z rysunkiem uzupełniającym S3.
    2. Zaznacz pomiar(y) w widoku Rekordy pliku pomiaru.
    3. Kliknij prawym przyciskiem myszy Druk wsadowy i poczekaj, aż otworzy się kolejne małe okno.
    4. Wybierz raport intensywności PSD z listy opcji i potwierdź go, klikając OK.
  4. Ogólna procedura rozpoczęcia pomiaru
    UWAGA: Procedura rozpoczynania pomiaru jest opisana na rysunku uzupełniającym S4A-D. Postępuj zgodnie ze ścieżką opisaną poniżej dla wymaganego pliku parametrów jednostki (określanego jako SOP):
    1. Wybierz wymaganą procedurę SOP z listy rozwijanej. Ponieważ na liście wyświetlane są ostatnio używane standardowe procedury operacyjne, jeśli potrzebna jest starsza procedura SOP, wybierz opcję Przeglądaj w poszukiwaniu standardowych procedur operacyjnych i potwierdź, klikając zieloną strzałkę. Po otwarciu miejsca przechowywania SOP przejdź do kroku 1.4.2.
      UWAGA: Szczegółowe informacje na temat ważnych parametrów systemu specyficznych dla sacharozy żelaza (np. czas równoważenia tłumika), patrz tabela 1.
    2. W otwartym oknie dokonaj wymaganych wpisów w polu Nazwa próbki i Uwagi. Potwierdź, klikając OK i poczekaj, aż okno pomiaru otworzy się automatycznie.
    3. Rozpocznij pomiar, klikając zielony przycisk Start.
    4. Gdy po zakończeniu pomiaru rozlegnie się sygnał dźwiękowy, zamknij okno pomiaru.
  5. Test przydatności systemu (SST) pomiar
    UWAGA: Nie dotykaj dolnej części kuwety (strefy pomiarowej). Na początku i na końcu sekwencji zmierz wzorzec cząstek o długości fali 20 nm.
    1. Napełnij ~ 1 ml wzorca nierozcieńczonych cząstek do polistyrenowej kuwety i zamknij pokrywką.
      UWAGA: Rozcieńczony wzorzec przygotowany w kroku 1.5.1 można stosować przez 1 miesiąc.
    2. Po napełnieniu zamknij kuwetę i sprawdź, czy nie ma pęcherzyków powietrza. Usuń pęcherzyki powietrza, lekko stukając w kuwetę.
    3. Umieść kuwetę w uchwycie kuwety przyrządu ze strzałką skierowaną do przodu i zamknij pokrywę komory pomiarowej.
    4. Załaduj parametr jednostki SOP i wprowadź następujące dane w oknie uruchamiania:
      Przykładowa nazwa: SST 20 nm Wzorzec cząstek
      Następnie dodaj notatkę: Numer identyfikacyjny i datę wygaśnięcia normy
    5. Rozpocznij pomiar.
    6. Po zakończeniu pomiaru, gdy rozlegnie się sygnał dźwiękowy, zamknij okienko pomiaru.
    7. Wydrukuj raport (patrz punkt 1.1.3).
      UWAGA: SST jest zaliczony, jeśli średnia wielkości cząstek Z odpowiada wartości certyfikatu analizy ± 10%.
  6. Pomiar roztworu żelaza i sacharozy
    1. Pobrać pipetą 0,5 ml roztworu IS o zawartości żelaza 2% m/V do kolby miarowej o pojemności 25 ml i napełnić do pełnej objętości kolby wodą o niskiej zawartości cząstek (np. świeżo zdejonizowaną i przefiltrowaną [wielkość porów 0,2 μm]); roztwór ten zawiera 0,4 mg Fe/ml.
      UWAGA: Przygotowanie próbki w kroku 1.6.1. Z tym konkretnym rozcieńczeniem ustalono podczas opracowywania metody i określono to jako optymalne rozcieńczenie do tego celu.
    2. W celu wstępnego oczyszczenia napełnij kuwetę styropianową do około 3/4 objętości przygotowanym roztworem miarowym, delikatnie zamieszaj, a następnie opróżnij tak całkowicie, jak to możliwe.
      UWAGA: Nie dotykaj dolnej części kuwety (strefy pomiarowej) i unikaj pęcherzyków powietrza, nie potrząsając kuwetą.
    3. W celu pomiaru należy odpipetować 1 ml roztworu pomiarowego do kuwety i założyć pokrywkę.
    4. Sprawdź, czy w roztworze miarowym w kuwecie nie ma pęcherzyków powietrza. Jeśli są pęcherzyki powietrza, usuń je, lekko stukając w kuwetę.
  7. Wykonywanie pomiaru
    1. Umieść plastikową kuwetę z roztworem miarowym w urządzeniu ze strzałką skierowaną do przodu i zamknij pokrywę.
    2. Załaduj parametr SOP (patrz krok 1.4.1) i wprowadź następujące dane w oknie startowym:
      Przykładowa nazwa: Numer partii
    3. Rozpocznij pomiar.
    4. Po zakończeniu pomiaru, gdy rozlegnie się sygnał dźwiękowy, zamknij okienko pomiaru.
    5. Obliczyć średnią wartość z sześciu indywidualnych pomiarów zgodnie z rysunkiem uzupełniającym S5. Zaznacz poszczególne pomiary w widoku rekordów pliku pomiaru, kliknij prawym przyciskiem myszy Utwórz wynik średniej, dodaj nazwę średniej wartości w polu Nazwa próbki i potwierdź, klikając OK.
    6. Poczekaj, aż oprogramowanie utworzy nowy rekord na końcu listy i poszukaj wprowadzonej nazwy oraz uśrednionego wyniku w tym rekordzie.
    7. Wydrukuj raport (patrz krok 1.1.3).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Opisana metoda została zweryfikowana zgodnie z ICH Q2(R1)20, która obejmowała pomiar roztworów testowych w różnych warunkach. Precyzja wynosiła tylko 0,5% RSD dla średniego rozmiaru Z, podczas gdy dla PDI obliczono maksymalnie 3,5% RSD. Średnie wyniki od różnych analityków i dni różniły się tylko o 0,4% dla wielkości Z-average i 1,5% dla PDI. Statystyki zostały obliczone na podstawie 12 pomiarów wykonanych przez dwóch analityków w różnych dniach. Ani zmiany badanego stężenia w zakresie 50%-200%, a...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

DLS stał się podstawowym testem do określania wielkości i rozkładu wielkości nanocząstek do zastosowań w opracowywaniu leków i ocenie regulacyjnej. Pomimo postępów w technikach DLS, nadal istnieją wyzwania metodologiczne dotyczące doboru rozcieńczalników i przygotowania próbek, które są szczególnie istotne w przypadku kompleksów żelazowo-węglowodanowych w roztworach koloidalnych. Co ważne, metody DLS dla nanoleków zawierających żelazo i węglowodany nie zostały jeszcze dogłębnie przebadane w środowisku biologicznym (np. w...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

M.B., E.P., M.W. i A.B. są pracownikami Vifor Pharma. G.B. jest konsultantem w firmie Vifor Pharma.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Equipment
Zetasizer Nano ZSMalvernNAwyposażony w oprogramowanie Zetasizer 7.12, laser Helium Neon (633 nm, max. 4 mW) i geometrię rozpraszania wstecznego 173°
Materials
Jednorazowe kuwety plastikowe 
LLG-Jednorazowe ogniwa z tworzywa sztucznegoLLG Sprzęt laboratoryjnyLLG-Kü vetten, Makro, PS; Numer zamówienia 9.406011
niskocząsteczkowa ( Stosowanie świeżo zdejonizowanych i przefiltrowanych (wielkość porów 0,2 i mu; m) zalecana jest woda).
Pipeta
Venofer 100 mg/5 mLVifor Pharma Kolba miarowa
25 ml
NanosphereThermo3020AParticle Standard
Software
Origin Pro v.8.5 Korporacja
woda mikrolitrowa Origin Lab

Bibliografia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Auerbach, M., Gafter-Gvili, A., Macdougall, I. C. Intravenous iron: A framework for changing the management of iron deficiency. Lancet Haematology. 7 (4), e342-e350 (2020).
  2. Generic drugs: FDA should make public its plans to issue and revise guidance on nonbiological complex drugs. US Government Accountability Office. , Available from: https://www.gao.gov/products/gao-18-80 (2017).
  3. Klein, K., et al. The EU regulatory landscape of non-biological complex drugs (NBCDs) follow-on products: Observations and recommendations. European Journal of Pharmaceutical Sciences. 133, 228-235 (2019).
  4. Astier, A., et al. How to select a nanosimilar. Annals of the New York Academy of Sciences. 1407 (1), 50-62 (2017).
  5. Rottembourg, J., Kadri, A., Leonard, E., Dansaert, A., Lafuma, A. Do two intravenous iron sucrose preparations have the same efficacy. Nephrology Dialysis Transplantation. 26 (10), 3262-3267 (2011).
  6. Aguera, M. L., et al. Efficiency of original versus generic intravenous iron formulations in patients on haemodialysis. PLoS One. 10 (8), e0135967(2015).
  7. Alphandery, E. Iron oxide nanoparticles for therapeutic applications. Drug Discovery Today. 25 (1), 141-149 (2020).
  8. Arami, H., Khandhar, A., Liggitt, D., Krishnan, K. M. In vivo delivery, pharmacokinetics, biodistribution and toxicity of iron oxide nanoparticles. Chemical Society Reviews. 44 (23), 8576-8607 (2015).
  9. Nikravesh, N., et al. Factors influencing safety and efficacy of intravenous iron-carbohydrate nanomedicines: From production to clinical practice. Nanomedicine. 26, 102178(2020).
  10. Pai, A. B., et al. In vitro and in vivo DFO-chelatable labile iron release profiles among commercially available intravenous iron nanoparticle formulations. Regulatory Toxicology and Pharmacology. 97, 17-23 (2018).
  11. Brandis, J. E. P., et al. Evaluation of the physicochemical properties of the iron nanoparticle drug products: Brand and generic sodium ferric gluconate. Molecular Pharmaceutics. 18 (4), 1544-1557 (2021).
  12. Di Francesco, T., Sublet, E., Borchard, G. Nanomedicines in clinical practice: Are colloidal iron sucrose ready-to-use intravenous solutions interchangeable. European Journal of Pharmaceutical Sciences. 131, 69-74 (2019).
  13. Di Francesco, T., Borchard, G. A robust and easily reproducible protocol for the determination of size and size distribution of iron sucrose using dynamic light scattering. Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis. 152, 89-93 (2018).
  14. The Center for Research on Complex Generics. US Food and Drug Administration. , Available from: https://www.fda.gov/drugs/guidance-compliance-regulatory-information/center-research-complex-generics (2021).
  15. Drug products, including biological products, that contain nanomaterials - Guidance for industry. Center for Drug Evaluation and Research. FDA-2017-D-0759. US Food and Drug Administration. , Available from: https://www.fda.gov/regulatory-information/search-fda-guidance-documents/drug-products-including-biological-products-contain-nanomaterials-guidance-industry (2022).
  16. US Food and Drug Administration. Draft guidance on ferric oxyhydroxide. US Food and Drug Administration. , (2021).
  17. ISO 22412:2017. Particle size analysis - Dynamic light scattering. International Organization for Standardization. , Available from: http://www.iso.org/standard/65410.html (2017).
  18. Zou, P., Tyner, K., Raw, A., Lee, S. Physicochemical characterization of iron carbohydrate colloid drug products. The AAPS Journal. 19 (5), 1359-1376 (2017).
  19. D'Mello, S. R., et al. The evolving landscape of drug products containing nanomaterials in the United States. Nature Nanotechnology. 12 (6), 523-529 (2017).
  20. Q2 (R1) Validation of analytical procedures: Text and methodology guidance for industry. FDA-2017-D-6821. US Food and Drug Administration. , Available from: https://www.fda.gov/regulatory-information/search-fda-guidance-documents/q2r1-validation-analytical-procedures-text-and-methodology-guidance-industry (2005).
  21. Committee for Medicinal Products for Human Use. Reflection paper on the data requirements for intravenous iron-based nano-colloidal products developed with reference to an innovator medicinal product. European Medicines Agency. , Available from: https://www.ema.europe.eu/en/documents/scientific-guideline/reflection-paper-data-requirements-intravenous-iron-based-nano-colloidal-products-developed_en.pdf (2015).
  22. Fischer, K., Schmidt, M. Pitfalls and novel applications of particle sizing by dynamic light scattering. Biomaterials. 98, 79-91 (2016).
  23. Caputo, F., et al. Asymmetric-flow field-flow fractionation for measuring particle size, drug loading and (in)stability of nanopharmaceuticals. The joint view of European Union Nanomedicine Characterization Laboratory and National Cancer Institute - Nanotechnology Characterization Laboratory. Journal of Chromatography A. 1635, 461767(2021).
  24. Yusa, S. Chapter 6 - Polymer characterization. Polymer Science and Nanotechnology. Narain, R. , Elsevier. Amsterdam, the Netherlands. 105-124 (2020).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

Dynamic Light ScatteringParticle Size AnalysisIron Carbohydrate ComplexesIron Sucrose NanoparticlesSize DistributionPolydispersity IndexSample PreparationStandard Operating ProcedureSize Exclusion ChromatographyFlow Field Flow Fractionation

Powiązane artykuły