Fabricação de concentrado, oxigênio à base de microbolhas Lipid Emulsões pelo Alto cisalhamento homogeneização e Concentração de série

Summary

Nós descrevem métodos para o fabrico de grandes volumes de microbolhas de oxigénio à base de lípidos (LOMs) concebidas para o fornecimento de oxigénio intravenosa usando homogeneização de alto cisalhamento e de concentração em série.

Abstract

Microbolhas cheias de gás têm sido desenvolvidos como agentes de contraste de ultra-sons e de entrega de drogas. As microbolhas pode ser produzido através da transformação de surfactantes usando sonicação, agitação mecânica, dispositivos de microfluidos, ou homogeneização. Recentemente, microbolhas de oxigênio à base de lipídios (LOMs) foram projetados para fornecer oxigênio por via intravenosa durante emergências médicas, revertendo hipoxemia risco de vida, prevenção de lesões e posterior do órgão, parada cardíaca e morte. Nós apresentamos métodos para produção em escala-up de microbolhas altamente oxigenados usando um circuito fechado de alto cisalhamento homogeneizador. O processo pode produzir 2 L de LOM concentradas (90% em volume), em 90 min. Bolhas resultantes têm um diâmetro médio de cerca de 2 um, e um perfil reológico consistente com o do sangue, quando diluído para 60% em volume. Esta técnica produz LOM em alta capacidade e com uma pureza elevada de oxigénio, o que sugere que esta técnica pode ser útil para laboratórios de pesquisa translacional.

Introduction

As microbolhas compostas de proteína, de polímero, e os reservatórios de lípidos têm sido desenvolvidos como vectores para a entrega da droga, a terapia génica, e os agentes de contraste de ultra-sons ^1-5. Porque esses usos terapêuticos exigem persistência microbolhas intravascular, tais microbolhas são comumente cheio de inertes, altos gases peso molecular, tais como perfluorcarbonos ^6, que possuem baixa solubilidade no sangue e estabilizar a ^3,4 bolha.

Recentemente, microbolhas de oxigênio à base de lipídios (LOMs) foram projetados para fornecer as doses terapêuticas de oxigênio, que podem preservar a oferta de oxigênio de órgãos-alvo e evitar instabilidade hemodinâmica durante os períodos de obstrução das vias aéreas ou hipoxemia ^7. Emulsões projetados para entrega de gás intravenosa requerem diferentes características de design do que os utilizados para os agentes de contraste de ultra-som ou entrega de drogas específicas. Primeiro, porque o corpo consome grandes volumes de gás de oxigénio (~ 200 ml / min), de LOM deve ser produzido einjectado em larga escala. Isto requer que o processo de fabrico seja eficaz. Em segundo lugar, o processo de fabrico deve ser de circuito fechado, a fim de evitar a contaminação de azoto através da exposição de LOM (que deve ser preenchido com 100% de oxigénio) para o ar ambiente. Em terceiro lugar, porque a finalidade da LOM é a entrega de gás por via intravenosa, a fração de gás de LOMs deve ser maximizado, reconhecendo as limitações impostas pela emulsão viscosidade ^7. Finalmente, como com qualquer injectável intravenosa, o controlo preciso sobre a distribuição de tamanho de partícula é essencial para evitar a obstrução microvascular ^8.

Existem vários métodos estabelecidos para o fabrico de micro-bolhas. A sonicação utiliza alta intensidade, o ultra-som de baixa frequência aplicada para a interface ar-fluido de uma emulsão que compreende um surfactante, tal como um fosfolípido anfipática, na presença de uma câmara de expansão de gás para produzir microbolhas ^7,9. Este processo pode ser controlado por variação de ultrafrequência de som, energia e duração do impulso, e a distribuição de tamanho resultante pode ser adaptada para a produção de microbolhas com uma distribuição de tamanho específico, embora sonicação é raramente utilizado no fabrico de microbolhas clinicamente utilizadas. Fusão é a intensa agitação mecânica de um surfactante e gás num sistema fechado, o que também é difícil escalar para acomodar grandes volumes de ^2. Microfluídica baseada em gota permite o controle preciso da distribuição de tamanho de microbolhas ^10-13. Embora tradicionalmente difícil de escalar, multi-canal, microfluídica de alta velocidade foram descritos o que aumenta a eficiência da produção de microbolhas ^13. Microbolhas fabricados usando qualquer um destes métodos pode exigir processos de redução de tamanho de pós-fabricação, tais como fracionamento centrífuga ^14,15 e microbolhas flutuação ^16,17.

Outro método estabelecido para a produção de microbolhas é altamente estáveis ​​homogeniz cisalhamentoção ^6, o que pode resultar num padrão hexagonal fosfolípido estabilizador sobre a superfície da microbolha ^18. Com base neste conceito, descrevemos a incorporação de um homogeneizador de alto cisalhamento in-line para criar auto-montagem LOMs ^19. Neste processo, o homogeneizador utiliza lâminas de rotação rápida, em estreita proximidade com as telas de malha dupla Emulsor finas, criando alto cisalhamento mecânico e hidráulico para a criação de microbolhas. Concentração de série da emulsão lipídica, por meio deste sistema produz uma fracção de gás cada vez mais concentrada, o que pode ser ainda mais concentrado por centrifugação.

Protocol

1. System Set-up O sistema consiste de um tanque de retenção e a concentração (HCT), equipado com um misturador único estágio, um homogeneizador de cisalhamento elevado, em linha, uma bomba de rolo para deslocar o fluido entre o HCT e o homogeneizador, e um permutador de calor (Figura 1). Coloque uma esterilizado de boca larga 4 L embarcação, coleta de vidro equipado com 2 portas de base e 3 portas laterais abaixo do único misturador palco. Abaixe a cabe?…

Representative Results

Homogeneização de alto cisalhamento permite a produção eficiente (ou seja, dentro de uma tarde) de LOMs suficientes para um estudo animal e não requer conhecimento técnico. Uma vez proficiente, até 2 L de LOM concentradas podem ser fabricados em 90 min. Tamanhos de microbolhas e morfologia foi analisada por microscopia de luz e pelo obscurecimento. Quando uma amostra de 10 ul da LOM foi visualizado, LOM esféricas, foram observadas, bem como uma relativa escassez de detritos …

Discussion

Os passos mais importantes para a criação de concentrados, LOMs altamente oxigenados incluem: 1) assegurar que o espaço livre dentro do HCT permanece totalmente oxigenado; 2) garantia de que a pureza dos excipientes de lipídios é o ideal (incluindo as condições de armazenamento e uso de produtos de BPF); 3) assegurar que os lípidos em pó misturar completamente com a fase aquosa antes de escorvamento do sistema; e 4) prestando atenção para o aumento da fração de gás dentro do HCT para garantir que a fraçã…

Materials

Name of Material/ Equipment	Company	Catalog Number	Comments/Description
1,2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DSPC)	Avanti Polar Lipids	770365	Alternate product: non-GMP from NOF America (Coatsome MC-8080)
Cholesterol	Sigma Aldrich	C75209
Plasma-Lyte A	VWR	80089-818	Alternatively can use NaCl
Glass collection vessel	Specialty Glass, Inc.	Custom	Contact: Pam Zurbrick – 281-595-2210
Gas composition (oxygen) monitor	Precision Medical	PM5900L
Sarns 8000 roller pump	Calicut Medical	16407	Part of a modular perfusion system
BIOtherm Heat Exchanger	Medtronic	ECMOtherm-II
Verso laboratory in-line mixer	Silverson Machines, Inc	TH-IL-102-VERSO	Use multistage workheads and front-end extension with T piece
T-piece for Silverson Verso inlet port	Process Innovations	Custom	Contact: Brian Leavitt – 508-423-2266
L5M-A laboratory mixer	Silverson Machines, Inc	NC0136483	Use mesh emulsor screen (fine)
Rochester-Ochsner toothed forceps	Fisher Scientific	13-812-18
140 mL syringe	Kendall Healthcare Monoject	8881114030	Ensure there is a luer lock.
IX71 Inverted light microscope	Olympus	IX71
Retiga-2000R microscope camera	QImaging	RET-2000R-F-M-12
Accusizer 780A Autodilution	PSS-NICOMP Particle Sizing Systems	Out of production