Методическая статья

Анализ динамического рассеяния света для определения размера частиц железо-углеводных комплексов

DOI:

10.3791/63820

⸱

7 июля 2023 г.

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

В этой статье

Краткое содержание

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

Динамическое рассеяние света (DLS) стало подходящим анализом для оценки размера частиц и распределения внутривенно вводимых железо-углеводных комплексов. Однако протоколы не имеют стандартизации и должны быть изменены для каждого анализируемого железо-углеводного комплекса. В настоящем протоколе описывается применение и особенности анализа сахарозы железа.

Аннотация

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

Внутривенно вводимые железоуглеводные комплексы наночастиц широко используются для лечения дефицита железа. Этот класс включает несколько структурно гетерогенных комплексов наночастиц, которые проявляют различную чувствительность к условиям, необходимым для методологий, доступных для физико-химической характеристики этих агентов. В настоящее время критические качественные характеристики железо-углеводных комплексов до конца не установлены. Динамическое рассеяние света (DLS) стало фундаментальным методом определения размера и распределения неповрежденных частиц. Тем не менее, по-прежнему остаются проблемы, связанные со стандартизацией методологий в разных лабораториях, конкретными модификациями, необходимыми для отдельных железоуглеводных продуктов, и с тем, как лучше всего описать распределение по размерам. Важно отметить, что используемые разбавители и серийные разбавления должны быть стандартизированы. Большие различия в подходах к пробоподготовке и представлению данных ограничивают использование DLS для сравнения железо-углеводных агентов. Здесь мы подробно описываем надежный и легко воспроизводимый протокол для измерения размера и распределения по размерам железо-углеводного комплекса, сахарозы железа, с использованием Z-среднего и индекса полидисперсности.

Введение

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

Сахароза железа (IS) представляет собой коллоидный раствор, состоящий из наночастиц, состоящих из комплекса полиядерного ядра железо-оксигидроксид и сахарозы. ИИ широко используется для лечения дефицита железа среди пациентов с широким спектром основных заболеваний, которые не переносят пероральные добавки железа или для которых пероральное железо неэффективно1. IS относится к классу комплексных лекарств, как определено Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA), который представляет собой класс лекарств со сложным химическим составом, соизмеримым с биологическими препаратами2. Регуляторная оценка сложных лекарственных препаратов может потребовать дополнительных ортогональных физико-химических методов и/или доклинических или клинических исследований для точного сравнения последующих комплексных лекарственных средств 3,4. Это важно, потому что в нескольких исследованиях сообщалось, что использование ИИ по сравнению с последующим продуктом ИИ не дает одинаковых клинических результатов. Это подчеркивает важность использования новых и ортогональных методов определения характеристик, которые подходят для выявления различий в физико-химических свойствах между продуктами ИС 5,6.

Точное выяснение размера и распределения по размерам ИИ имеет клиническое значение, поскольку размер частиц является основным фактором, влияющим на скорость и степень опсонизации - первого критического шага в биораспределении этих сложных препаратов 7,8. Даже незначительные изменения в размерах частиц и распределении частиц по размерам были связаны с изменениями фармакокинетического профиля комплексов наночастиц железа и оксида железа 9,10. Недавнее исследование, проведенное Brandis et al., показало, что размер частиц, измеренный с помощью DLS, значительно различался (14,9 нм ± 0,1 нм против 10,1 нм ± 0,1 нм, p < 0,001) при сравнении референтного лекарственного средства и непатентованного продукта глюконата натрия железа, соответственно11. Стабильное качество, безопасность и эффективность железоуглеводных продуктов от партии к партии полностью зависят от масштабирования производственного процесса, и необходимо тщательно учитывать потенциальный производственный дрейф9. Производственный процесс может привести к образованию остаточной сахарозы, и это будет варьироваться в зависимости от производителя12. Любые изменения в переменных производственного процесса могут привести к существенным изменениям в конечном комплексном лекарственном препарате в отношении структуры, стабильности комплекса и диспозиции in vivo 9.

Для оценки консистенции лекарственного средства и прогнозирования его поведения in vivo необходимы современные ортогональные аналитические методики для определения физико-химических свойств сложных нанолекарственных средств. Вместе с тем отсутствует стандартизация методологий, что может привести к высокой степени межлабораторных различий в представлении результатов13. Несмотря на признание этих проблем глобальными регулирующими органами и научнымсообществом14, большинство физико-химических характеристик ИС остаются плохо определенными, а полный набор критических атрибутов качества в контексте имеющихся нормативных руководящих документовне определен 15. Проекты руководящих документов по конкретным продуктам, выпущенные FDA для железо-углеводных комплексов, предлагают DLS в качестве процедуры оценки размера и распределения по размерам последующих продуктов16,17.

В нескольких публикациях подробно описаны установленные протоколы DLS для определения размеров наночастиц IS13,18. Однако, поскольку пробоподготовка, условия процедуры, контрольно-измерительные приборы и параметры настройки контрольно-измерительных приборов различаются между опубликованными методами, результаты DLS не могут быть напрямую сопоставлены в отсутствие стандартизированного метода интерпретации результатов13,18. Разнообразие методологий и подходов к представлению данных ограничивает надлежащую оценку этих характеристик для целей сопоставления19. Важно отметить, что многие из протоколов DLS, ранее опубликованных для оценки ИС, не учитывают эффект диффузии сахарозы в суспензии из-за присутствия свободной сахарозы, которая, как было показано, значительно повышает Z-средние расчетные гидродинамические радиусы наночастиц в коллоидных растворах13,18. Настоящий протокол направлен на стандартизацию методологии измерения размера частиц и распределения ИС. Метод был разработан и валидирован для этой цели.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

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

1. Эксплуатация машины

  1. Запуск машины и программного обеспечения
    ПРИМЕЧАНИЕ: На дополнительном рисунке S1A-D показаны шаги по запуску машины и программного обеспечения.
    1. Включите прибор не менее чем за 30 минут до начала измерений, а затем запустите ПК.
    2. Дважды щелкните значок программного обеспечения прибора , чтобы запустить программу.
    3. Введите логин и пароль в окне входа. Убедитесь, что у каждого пользователя есть собственная учетная запись.
    4. Подождите, пока все три черные полосы в правом нижнем углу не загорятся зеленым, указывая на то, что устройство готово к работе.
    5. В случае длительных периодов бездействия, когда пользователь автоматически выходит из системы, в разделе « Безопасность» нажмите « Войти» и повторно введите пароль.
  2. Создание файла измерений
    ПРИМЕЧАНИЕ: Новый файл измерений создается в начале каждого дня измерения. Все измерения перечисляются и сохраняются в файле измерений. Для получения подробной информации об этой процедуре см. дополнительный рисунок S2A-B.
    1. Создайте новый файл измерения, нажав « Файл» | Новинки | Файл измерений. В открывшемся окне выберите место хранения и назовите файл измерения. Подтвердите данные, нажав « Сохранить».
    2. Чтобы открыть файл, нажмите «Файл» | Открыть | Файл измерений. Выберите файл измерения в открывшемся окне, подтвердите детали, нажав « Открыть», выберите имя файла и нажмите « Сохранить».
  3. Печать результатов
    1. Распечатайте или сохраните результаты испытания системы на пригодность (SST) (см. этап 1.5) и среднее значение измерения образца в соответствии с дополнительным рисунком S3.
    2. Отметьте измерения в представлении «Записи » файла измерения.
    3. Щелкните правой кнопкой мыши « Пакетная печать» и подождите, пока откроется еще одно небольшое окно.
    4. Выберите отчет об интенсивности PSD из вариантов и подтвердите его, нажав «ОК».
  4. Общая процедура начала измерения
    ПРИМЕЧАНИЕ: Процедура начала измерения описана на дополнительном рисунке S4A-D. Следуйте по пути, описанному ниже, для необходимого файла параметров устройства (называемого СОП):
    1. Выберите нужную СОП из выпадающего списка. Поскольку в списке отображаются последние использованные СОП, если требуется более старая СОП, выберите «Обзор СОП» и подтвердите, щелкнув зеленую стрелку. Как только место хранения СОП откроется, перейдите к шагу 1.4.2.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Для получения подробной информации о важных параметрах системы, характерных для сахарозы железа (например, время уравновешивания аттенюатора), см. Таблицу 1.
    2. В открывшемся окне внесите необходимые записи в поля « Имя образца » и «Примечания». Подтвердите, нажав « ОК», и дождитесь автоматического открытия окна измерения.
    3. Начните измерение, нажав на зеленую кнопку «Пуск ».
    4. Как только в конце измерения раздастся звуковой сигнал, закройте окно измерения .
  5. Измерение теста пригодности системы (SST)
    ПРИМЕЧАНИЕ: Не прикасайтесь к нижней части кюветы (зоне измерения). В начале и в конце последовательности измерьте стандарт частиц 20 нм.
    1. Залейте ~ 1 мл стандарта неразбавленных частиц в полистирольную кювету и закройте крышкой.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Разбавленный стандарт, приготовленный на этапе 1.5.1, можно использовать в течение 1 месяца.
    2. После наполнения закройте кювету и проверьте, нет ли пузырьков воздуха. Удалите пузырьки воздуха, слегка постучав по кювете.
    3. Поместите кювету в держатель ячейки прибора так, чтобы стрелка была направлена вперед, и закройте крышку измерительной камеры.
    4. Загрузите СОП с параметрами объекта и введите в стартовом окне следующие данные:
      Название образца: Стандарт частиц SST 20 нм
      Затем добавьте примечание: идентификационный номер и срок действия стандарта
    5. Начните измерение.
    6. После окончания измерения, когда прозвучит звуковой сигнал, закройте окно измерения.
    7. Распечатайте отчет (см. пункт 1.1.3).
      ПРИМЕЧАНИЕ: SST сдается, если размер частиц Z-average соответствует значению сертификата анализа ± 10%.
  6. Измерение раствора сахарозы железа
    1. Пипетку 0,5 мл раствора ИС с содержанием железа 2% м/В мерную колбу объемом 25 мл и наполнить до метки водой с низким содержанием частиц (например, свежедеионизированной и отфильтрованной [размер пор 0,2 мкм]); этот раствор содержит 0,4 мг Fe / мл.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Пробоподготовка на этапе 1.6.1. При этом специфическое разбавление было установлено при разработке метода, и это было определено как оптимальное разведение для этой цели.
    2. Для предварительной очистки наполните полистирольную кювету приготовленным мерным раствором примерно на 3/4, аккуратно перемешайте, а затем опорожните как можно полнее.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Не прикасайтесь к нижней части кюветы (зоне измерения) и избегайте пузырьков воздуха, не встряхивая кювету.
    3. Для измерения пипеткой наберите 1 мл мерного раствора в кювету и накройте крышкой.
    4. Проверьте измерительный раствор в кювете на наличие пузырьков воздуха. Если есть пузырьки воздуха, удалите их, слегка постукивая по кювете.
  7. Выполнение измерения
    1. Поместите пластиковую кювету с измерительным раствором в прибор так, чтобы стрелка была направлена вперед, и закройте крышку.
    2. Загрузите параметр SOP (см. этап 1.4.1) и введите в стартовом окне следующие данные:
      Имя образца: Номер партии
    3. Начните измерение.
    4. После окончания измерения, когда прозвучит звуковой сигнал, закройте окно измерения .
    5. Рассчитайте среднее значение шести отдельных измерений в соответствии с дополнительным рисунком S5. Отметьте отдельные измерения в представлении записей файла измерений, щелкните правой кнопкой мыши « Создать средний результат», добавьте имя среднего значения в поле « Имя образца» и подтвердите, нажав « ОК».
    6. Подождите, пока программа создаст новую запись в конце списка, и найдите введенное имя и усредненный результат в этой записи.
    7. Распечатайте отчет (см. этап 1.1.3).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

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

Описанный метод был валидирован в соответствии с ICH Q2(R1)20, который включал измерение тестовых растворов в различных условиях. Точность составила всего 0,5% RSD для среднего размера Z, в то время как для PDI было рассчитано максимум 3,5% RSD. Средние результаты от разных аналитиков и дней отличались только на 0,4% для среднего размера Z и на 1,5% для PDI. Статистика была рассчитана на основе 12 измерений, выполненных двумя аналитиками в разные дни. Ни изменение испытательной концентрации в диап...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

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

DLS стал фундаментальным анализом для определения размера и распределения наночастиц по размерам для применения в разработке лекарств и нормативной оценке. Несмотря на прогресс в методах DLS, все еще существуют методологические проблемы, связанные с выбором разбавителя и подготовкой проб, которые особенно актуальны для железо-углеводных комплексов в коллоидных растворах. Важно отметить, что методы DLS для железо-углеводных нанолекарств еще не были широко изучены в биологической среде (например, в плазме)

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

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

M.B., E.P., M.W. и A.B. являются сотрудниками Vifor Pharma. Г.Б. является консультантом компании Vifor Pharma.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
<сильно>Оборудование
Zetasizer Nano ZSMalvernNAоснащено программным обеспечением Zetasizer 7.12, гелий-неоновым лазером (633 нм, макс. 4 мВт) и геометрией обратного рассеяния 173°
<прочные>Материалы
Одноразовые пластиковые кюветы 
LLG-Одноразовые пластиковые ячейкиLLG лабораторная посудаLLG-Kü веттен, Макро, ПС; Номер заказа 9.406011
с низким содержанием частиц ( Использование свежедеионизированных и отфильтрованных (размер пор 0,2 мкм; н) рекомендуется вода).
Микролитровая пипетка
Venofer 100 мг/5 млVifor Pharma
Мерная колба 25 мл
NanosphereThermo3020AParticle Standard
Software
Origin Pro v.8.5 Корпорация
вода Origin Lab

Ссылки

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

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE

Запросить разрешение

Теги

Particle Size AnalysisIron Sucrose NanoparticlesSize DistributionPolydispersity IndexSample PreparationStandard Operating ProcedureSize Exclusion ChromatographyFlow Field Flow Fractionation

Похожие статьи